第四章凸輪機構(gòu)

1、教學(xué)目地：1了解凸輪機械的類型及其應(yīng)用2掌握從動件常用運動規(guī)律位移線圖的特點和繪制方法3掌握用“反轉(zhuǎn)法按給定從動件的運動規(guī)律繪制盤狀凸輪輪廓線4定性了解凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定教學(xué)重點：1從動件常用運動規(guī)律的特點以及位移線圖的繪制2按給定運動規(guī)律繪制尖頂、滾子從動件盤凸輪輪廓。教學(xué)難點：1滾子從動件盤形凸輪輪廓線的繪制平底、偏置從動件盤形凸輪輪廓線的繪制第四章凸輪機構(gòu)4.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類1應(yīng)用組成：凸輪、從動件和機架。特點與應(yīng)用：高副機構(gòu)。由于凸輪機構(gòu)具有多用性和靈活性，因此廣泛應(yīng)用于機械、儀器、操 縱控制裝置和自動生產(chǎn)線中，是自動化生產(chǎn)中主要的驅(qū)動和控制機構(gòu)。但由于凸輪機構(gòu)是高副機構(gòu)，

2、易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。例：2分類1).按凸輪形狀分類，如圖1是凸輪的最根本形(1)盤形凸輪：它是一種有向徑變化的繞固定軸轉(zhuǎn)動的盤形零件式。(2)移動凸輪：匕可看作是回轉(zhuǎn)半徑無限大的盤形凸輪 ，凸輪相對機架作直線運動。(3)圓柱凸輪：它可看作是移動凸輪卷成圓柱體所形成的凸輪，從動件與凸輪之間的相對運動為空間運動，如圖中的構(gòu)件1。2)按從動件形狀分類(1) 尖頂從動件： 尖頂從動件能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，。但從動件與凸輪間是點接觸條件下的滑動摩擦，阻力大，磨損快，多用于受力不大的低速凸輪機構(gòu)中。(2) 滾子從動件：

3、可視為在尖頂從動件的尖頂處安裝一個滾子，即成為滾子從動件(3) 平底從動件：從動件與凸輪之間為線接觸 ，當(dāng)不計凸輪與從動件間的摩擦?xí)r ，凸輪與從動件間的作用始終垂 直于從動件的平底，因此傳動效率高，接觸面間容易形成油膜，潤滑較好，常用于高速凸輪機構(gòu)，。 4.2凸輪機構(gòu)中從動件常用的運動規(guī)律4.2. 1平面凸輪機構(gòu)的工作過程和運動參數(shù)對心直動尖頂從動件盤形凸輪基圓：圖示為一機構(gòu)，從動件移動導(dǎo)路至凸輪旋轉(zhuǎn)中心的偏距為e。以凸輪輪廓的最小向徑rb為半徑所作的圓稱為，rb為基圓半徑，凸輪以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動。在圖示位置，尖頂與 A點接 觸，A點是基圓與開始上升的輪廓曲線的交點，此時，從動件的尖頂離凸輪

4、軸最近。凸輪轉(zhuǎn)動時， 向徑增大，從動件被凸輪輪廓推向上，到達向徑最大的B點時，從動件距凸輪軸心最遠，這一過程稱為推程。與之對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角，從動件上升的最大位移h稱為行程。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過、s時，由于輪廓BC段為一向徑不變的圓弧，從動件停留在最遠處不動，此過程稱為遠停程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角、s稱為遠停程角。當(dāng)凸輪又繼續(xù)轉(zhuǎn)過o'角時，凸輪向徑由最大減至5,從動件從最遠處回到基圓上的 D點，此過程稱為 回程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角0稱為回程運動角。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過/.s' 角時，由于輪廓 DA段為向徑不變的基圓圓弧，從動件繼續(xù)停在距軸心最近處不動，此過程稱為近停程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 J稱

5、為近停程角。此時，：o +、s+0+、s' =2,凸輪剛好轉(zhuǎn)過一圈，機構(gòu)完 成一個工作循環(huán)，從動件那么完成一個升一停一降一停的運動循環(huán)。a)上述過程可以用從動件的位移曲線來描述。以從動件的位移s為縱坐標(biāo)，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，將凸輪轉(zhuǎn)角或時間與對應(yīng)的從動件位移之間的函數(shù)關(guān)系用曲線表達出來的圖形稱為從動件的 位移線圖，如圖12-8b所示。從動件在運動過程中，其位移s、速度V、加速度a隨時間t 或凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，稱為從動件的運動規(guī)律。由此可見，從動件的運動規(guī)律完全取決于凸輪的輪廓形狀。工程中，從動件的 運動規(guī)律通常是由凸輪的使用要求確定的。因此，根據(jù)實際要求的從動件運動規(guī)律所設(shè)計凸輪

6、的輪 廓曲線，完全能實現(xiàn)預(yù)期的生產(chǎn)要求。從動件常用的運動規(guī)律常用的從動件運動規(guī)律有等速運動規(guī)律，等加速-等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)律以及正弦運動規(guī)律等。1. 等速運動規(guī)律從動件推程或回程的運動速度為常數(shù)的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律。其運動線圖如下列圖所示。由圖可知，從動件在推程或回程開始和終止的瞬間，速度有突變，其加速度和慣性力在理論上為無窮大，致使凸輪機構(gòu)產(chǎn)生強烈的沖擊、噪聲和磨損，這種沖擊為剛性沖擊。因此，等速運動規(guī)律只適用于低速、輕載的場合。2. 等加速等減速運動規(guī)律從動件在一個行程 h中，前半行程作等加速運動，后半行程作等減速運動，這種運動規(guī)律稱為 等加速等減速運動規(guī)律。通常加速

7、度和減速度的絕對值相等，其運動線圖如下圖。由運動線圖可知，這種運動規(guī)律的加速度在A、B、C三處存在有限的突變，因而會在機構(gòu)中產(chǎn)生有限的沖擊，這種沖擊稱為 柔性沖擊。與等速運動規(guī)律相比，其沖擊程度大為減小。因此，等加 速等減速運動規(guī)律適用于中速、中載的場合。3. 簡諧運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律當(dāng)一質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在該圓直徑上投影的運動規(guī)律稱為簡諧運動。因其加速度運動曲線為余弦曲線故也稱余弦運動規(guī)律。a )那么得到連續(xù)的余弦曲線,V由加速度線圖可知，此運動規(guī)律在行程的始末兩點加速度存在有限突變，故也存在柔性沖擊， 只適用于中速場合。但當(dāng)從動件作無停歇的升一降一升連續(xù)往復(fù)運動時，柔性沖擊

8、被消除，這種情況下可用于高速場合。4. 擺線運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律當(dāng)一圓沿縱軸作勻速純滾動時，圓周上某定點A的運動軌跡為一擺線，而定點A運動時在縱軸上投影的運動規(guī)律即為擺線運動規(guī)律。因其加速度按正弦曲線變化，故又稱 正弦加速度運動規(guī)律，其運動規(guī)律運動 線圖如下圖。從動件按正弦加速度規(guī)律運動時，在全行程中無速度和加速度的突a變，因此不產(chǎn)生沖擊，適用于高速場合。以上介紹了從動件常用的運動規(guī)律，實際生產(chǎn)中還有更多的運動規(guī)律，如復(fù)雜多項式運動規(guī)律、改良型運動規(guī)律等，了解從動件的運動規(guī) 律，便于我們在凸輪機構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)機器的工作要求進行合理選擇。 4.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計根據(jù)機器的工作要求，在確定

9、了凸輪機構(gòu)的類型及從動件的運動干 規(guī)律、凸輪的基圓半徑和凸輪的轉(zhuǎn)動方向后，便可開始凸輪輪廓曲線的 設(shè)計了。凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法有圖解法和解析法。圖解法簡單直觀，以下分別介紹這兩種方法。但不夠精確，只適用于一般場合；解析法精確但計算量大，隨著計算機 輔助設(shè)計的迅速推廣應(yīng)用，解析法設(shè)計將成為設(shè)計凸輪機構(gòu)的主要方法。圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線1 圖解法的原理圖解法繪制凸輪輪廓曲線的原理是反轉(zhuǎn)法，即在整個凸輪機構(gòu)凸輪、從動件、機架上加一個與凸輪角速度大小相等、方向相反的角速度一,于是凸輪靜止不動， 而從動件那么與機架導(dǎo)路一起以角速度-繞凸輪轉(zhuǎn)動，且從動件仍按原來的運動規(guī)律相對導(dǎo)路移動或擺動，如圖12-1

10、3。因從動件尖頂始終與凸輪輪廓保持接觸，所以從動件在反轉(zhuǎn)行程中，其尖頂?shù)倪\動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。2 尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計例4-1設(shè)凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑5=30 mm，從動件的運動規(guī)律為凸輪轉(zhuǎn)角0° 180°180° 300°300°360°從動件的運動規(guī)律等速上升30 mm等加速等減速下降回到原處停止不動試設(shè)計此凸輪輪廓曲線。解：設(shè)計步驟如下：1選取適當(dāng)比例尺作位移線圖選取長度比例尺和角度比例尺為jl=0.002 m/mm , J =6 度 /mm按角度比例尺在橫軸上由原點向右量取30mm、20mm、10mm分別

11、代表推程角 180°回程角120 °近停程角60 °每30 °取 等分點等分推程和回程，得分點 1、2、10,停程不必取分點， 在縱軸上按長度比例尺向上截取15mm代表推程位移30mm。按運動規(guī)律作位移線圖2作基圓取分點任取一點O為圓心，以點B為從動件尖頂?shù)淖畹忘c，由長度比例尺取 rb=15mm作基圓。從B點 始，按一方向取推程角、回程角和近停程角，并分成與位移線圖對應(yīng)的相同等分，得分點B1、B2、B11與B點重合。(3) 畫輪廓曲線聯(lián)接OBi并在延長線上取 Bi Bi' =1得點Bi',同樣在0B2延長線上取B2B2' =22&

12、#39;，直到B9 點，點Bio與基圓上點Bi。'重合。將Bi'、 B2' Bio'聯(lián)接為光滑曲線，即得所求的凸輪輪廓曲線， 如圖 i2-i4b。假設(shè)從動件為滾子，那么可把尖頂看作是滾子中心，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的 實際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑h的一條等距曲線，應(yīng)注意的是，凸輪的基圓指的是理論輪廓線上的基圓，如下圖。'« 7 * y ju n1 BO* 240*弼對于其他從動件凸輪曲線的設(shè)計，可參照上述方法。解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線(簡述)解析法設(shè)計凸輪輪廓的實質(zhì)是建立凸輪理論輪廓線、實際輪廓線的方程式，精確計算出廓線上 各點的坐標(biāo)值的方法。解析法設(shè)計凸輪曲線分為直角坐標(biāo)法和極坐標(biāo)法。下面以偏置直動滾子從動 件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計為例，簡單介紹直角坐標(biāo)法的設(shè)計過程。設(shè)計步驟：(i)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)反轉(zhuǎn)法建立從動件尖頂?shù)淖鴺?biāo)方程。如圖i2-i5所示，建立過凸輪轉(zhuǎn)軸中心的坐標(biāo)系xOy，圖中Bo點為從動件推程的起始點，導(dǎo)路與轉(zhuǎn)軸中心的距離為 e (當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動、導(dǎo)路右偏時，e為正，反之，e為負，當(dāng)凸輪順時針轉(zhuǎn)動時，那么與之相反)根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，凸輪以轉(zhuǎn)過角，相當(dāng)于從動件及導(dǎo)路以轉(zhuǎn)過角，滾子中心到 達B點，位移量為s。從圖中幾何關(guān)系可得 B點的坐標(biāo)為x= (so+