第4章 凸輪機構

1、第4章凸輪機構(cam mechanism)4-1 凸輪機構的應用和類型Question：什么是凸輪機構？和連桿機構有什么不同？一、應用1內燃機配氣凸輪機構繞線機排線凸輪機構錄音機卷帶凸輪機構仿形車床自動送料機構凸輪：曲線輪廓或凹槽的構件。通過點或線接觸推動從動件，使其得到任意預期的運動規(guī)律。凸輪機構：機架、凸輪和從動件(follower)組成高副機構。凸輪主動件連續(xù)等速轉動從動件連續(xù)或間歇的往復移動或擺動二、分類1、凸輪形狀A、盤形凸輪plate cam：最基本型式B、移動凸輪translating cam：可看作一種盤形凸輪C、圓柱凸輪1,2cylindrical cam：可看作由移動凸輪

2、演化而來平面凸輪機構planar cam mechanism： 盤形凸輪機構、移動凸輪機構空間凸輪機構spatial cam mechanism： 圓柱凸輪機構可用移動凸輪的設計方法來近似設計圓柱凸輪2、按從動件的型式分A、尖頂從動件：良好接觸性 易磨損 受力不大的低速凸輪機構B、滾子從動件：耐磨損，承受較大載荷，最常用的型式 結構復雜，尺寸大，不宜潤滑 低速和中速傳力較大的場合C、平底從動件：不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸 受力較好，易形成油膜 用于高速凸輪機構3、按從動件的運動形式分A、直動從動件translating follower：往復直線運動 對心直動從動件radial transla

3、ting follower： 偏置直動從動件offset translating follower ： B、擺動從動件oscillating follower：往復擺動4、從動件與凸輪保持接觸的方法A、力封閉(force-closed cam mechanism)： 從動件的重力、彈簧力或其他外力B、幾何形狀封閉(form-closed cam mechanism)： 凸輪或從動件的特殊幾何結構等寬凸輪：凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內側的寬度等徑凸輪：兩滾子中心間的距離始終保持不變反凸輪機構：凸輪做從動件共軛凸輪機構dual or conjugate cam：一個凸輪推動從動件

4、完成正行程運動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運動 凸輪機構的特點：從動件運動規(guī)律任意但準確，結構簡單緊湊、設計方便。凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易于磨損，所以通常用于傳力不大的控制機構中。對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構基圓base circle ：凸輪輪廓的最小向徑rmin為半徑的圓推程rise travel推程運動角motion angle for rise travel回程return travel回程運動角motion angle for return travel近休：近休止角nearest dwell angle遠休：遠休止角farthest dwell angleQu

5、estion：怎樣表示從動件行程？設計凸輪機構時，首先應根據工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后按照選定運動規(guī)律設計凸輪輪廓線。4-2從動件的常用運動規(guī)律一、等速運動規(guī)律constant velocity motion curve運動開始點和終止點，有速度的突變，理論上為無窮大；非常大的慣性力引起剛性沖擊rigid impact不宜單獨使用，運動開始和終止段應當用其他運動規(guī)律過渡低速輕載二、等加速等減速運動規(guī)律（拋物線運動規(guī)律）constant acceleration and deceleration motion curveo、m、e處加速度出現有限值的突化，產生慣性力的有限值突變有限值慣性

6、力將引起柔性沖擊soft impact中速輕載三、簡諧運動規(guī)律（余弦加速度運動規(guī)律）cosine acceleration motion curve簡諧運動：點在圓周上作勻速運動時，在其直徑上的投影所構成的運動行程的始點和終點有柔性沖擊保持連續(xù)運動可避免柔性沖擊中速輕載從動件連續(xù)運動，可用于高速其他運動規(guī)律運動規(guī)律A、多項式運動規(guī)律polynomial motion curve無剛性沖擊無柔性沖擊高速、中載多項式次數越高，運動特性越好，對加工要求越高。B、擺線運動規(guī)律 （外擺線1，2）（正弦加速度運動規(guī)律）sine acceleration motion curve圓作純滾動時，圓上最初位于座

7、標原點的點其隨時間變化的規(guī)律無剛性沖擊無柔性沖擊適于高速、中載的場合4-3 圖解法設計凸輪輪廓一、基本原理反轉法：相對運動 加上公共角速度，各構件間相對運動保持不變凸輪靜止不動，從動件一邊隨著機架以一定的角速度1繞o點轉動，一邊在導路中往復移動反轉后尖頂的運動軌跡就是凸輪的輪廓反轉法反轉法二、作圖步驟1、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制A、對心尖頂直動從動件盤形凸輪已知：從動件位移線圖，凸輪的基圓半徑rmin，凸輪 以等角速度1順時針方向回轉。要求：繪出凸輪的輪廓。步驟：、確定尖頂的起始位置A0 、確定反轉后從動件導路的各個位置 OA1、OA2、 OA3、 OA4 、確定反轉后尖頂的一系列位置 A

8、1、 A2、A3、 A4 、將A0、 A1、 A2、 A3、 A4 連成光滑的曲線,得到凸輪輪廓。B、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪區(qū)別：導路的位置。 凸輪轉動，導路始終與凸輪軸心o保持偏距e。 因此，反轉中，從動件的導路也應始終與凸輪 的偏距圓相切。偏置尖頂直動從動件盤形凸輪C、滾子直動從動件盤形凸輪把滾子中心看作尖頂從動件的尖頂。注意：、實際輪廓cam profile 理論輪廓cam pitch curve 基圓半徑和壓力角 應在理論輪廓上度量、滾子半徑roller radius選擇滾子半徑小于凸輪外凸部分最小曲率半徑變尖現象pointing phenomenon運動失真undercutting D、平底直動從動件盤形凸輪將平底上一固定點視為尖頂。注意：平底長度的選擇。2、擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制已知：從動件位角移線圖，凸輪的基圓半徑rmin，凸輪以等角速度1順時針方向回轉，凸輪與擺動從動件的中心距l(xiāng)OA，擺動從動件的長度lAB。要求：繪出凸輪的輪廓。4-4 凸輪機構壓力角壓力角：從動件上驅動力與該作用點絕對速度之間所夾的銳角接觸點輪廓法線與從動件速度方向所夾的銳角設計凸輪機構要求：要求從動件實現預期運動規(guī)律機構有較好的受力情況和較小的尺寸為此需要討論壓力角對機構的受力情況及尺寸的影響一、壓力角與作用力的關系自鎖現象 二、壓力角與凸輪機構尺寸的關系基圓半徑越小，壓力角