凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

1、第第5章章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工方法5.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.5 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和精度5.1 5.1 概述概述 凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件 凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，便可使從動(dòng)件得到：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，便可使從動(dòng)件得到 任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)簡單、緊湊任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)簡單、緊湊 局限性局限性：凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)( (凸輪與從動(dòng)件為點(diǎn)、線凸輪與從動(dòng)件為點(diǎn)

2、、線 接觸接觸) )，易磨損，因此只適用于傳遞動(dòng)力不大的場合，易磨損，因此只適用于傳遞動(dòng)力不大的場合 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件 含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu) 它由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)5.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)靠模車削機(jī)構(gòu)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)5.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類 一、按凸輪形狀分類1、盤形凸輪 凸輪機(jī)構(gòu)可以按凸輪的形狀、從動(dòng)件的形狀以及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式等來分類 是凸輪中最基本的形式，為平面凸輪機(jī)構(gòu) 盤形凸輪盤形凸輪 凸輪繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且徑向凸輪繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且徑向變化的盤形零件。變化的盤形零件。移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪 回轉(zhuǎn)半徑無

3、限大，凸輪作往復(fù)移動(dòng)回轉(zhuǎn)半徑無限大，凸輪作往復(fù)移動(dòng)2、移動(dòng)凸輪 具有曲線輪廓作往復(fù)直線移動(dòng)的構(gòu)件。(可以認(rèn)為當(dāng)盤形凸輪回轉(zhuǎn)中心趨于無窮大時(shí)，凸輪相對機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)。) 為平面凸輪機(jī)構(gòu)4、曲面凸輪3、圓柱凸輪 在圓柱面上開有曲線凹槽的構(gòu)件。(可看作是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體而形成的。它是一種空間凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱表面用圓弧面代替的構(gòu)件。(它也是一種空間凸輪機(jī)構(gòu)。)1、力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)二、按鎖合方式分類 力鎖合：如彈簧力、從動(dòng)桿的重力力鎖合：如彈簧力、從動(dòng)桿的重力 2、幾何鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)幾何鎖合：利用幾何形狀來鎖合，如凸輪上的凹槽、等幾何鎖合：利用幾何形狀來鎖合，如凸輪上的凹槽、等 徑及等寬凸輪等。徑及等

4、寬凸輪等。 1、尖頂從動(dòng)件2、滾子從動(dòng)件3、平底從動(dòng)件三、按從動(dòng)件型式分類 與凸輪是點(diǎn)接觸，只用于受力小的低速機(jī)構(gòu)；尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，傳動(dòng)精確 與凸輪形成滾動(dòng)磨擦，可傳遞較大載荷，應(yīng)用極廣；但凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，會(huì)影響實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 受力較好，效率高，接觸面油膜易形成，利于潤滑，可用于高速 2、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)四、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分 1、直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件尖底從動(dòng)件尖底從動(dòng)件 凸輪機(jī)構(gòu)的主要失效形式是磨損和疲勞點(diǎn)蝕，要求其工作表面硬度高、耐磨并且有足夠的表面接觸強(qiáng)度，凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性 一般凸輪的材料常采用40C

5、r鋼（經(jīng)表面淬火，硬度為4045HRC），也可采用20Cr、20CrMnTi（經(jīng)表面滲碳淬火，表面硬度為56-62HRC） 滾子材料采用20Cr（經(jīng)滲碳淬火，表面硬度為56-62HRC），也有的用滾動(dòng)軸承作為滾子5.1.3 凸輪和滾子的材料凸輪和滾子的材料 5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工方法5.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.5 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和精度5.2.1 平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程 1、基圓以凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O為圓心，以凸輪的最小向徑為半徑r0所作的圓。r0稱為凸輪的基圓半徑 2、推程、推程運(yùn)動(dòng)角 3、遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角 4、回程、回程

6、運(yùn)動(dòng)角 5、近休、近休止角 6、行程從動(dòng)桿在推程或回程中移動(dòng)的距離h 7、位移線圖描述位移s與凸輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的圖形 推程遠(yuǎn)休回程近休推程 從動(dòng)件的位移從動(dòng)件的位移s s與凸輪轉(zhuǎn)角與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用從動(dòng)件的的關(guān)系可以用從動(dòng)件的位移線圖來表示。由于大多數(shù)凸輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角與位移線圖來表示。由于大多數(shù)凸輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角與時(shí)間成正比，因此橫坐標(biāo)也代表時(shí)間時(shí)間成正比，因此橫坐標(biāo)也代表時(shí)間t t 結(jié)論：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的輪廓形狀結(jié)論：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的輪廓形狀擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)ABCDO1O2aB1rb maxl5.2.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律常用的從動(dòng)件運(yùn)

7、動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng) 從動(dòng)件在開始和終止的瞬時(shí)，速度有突變，加速度a在理論上為無窮大，其慣性力將引起剛性沖擊。所以，等速運(yùn)動(dòng)只適用于低速。剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。柔性沖擊 ：加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場合） 從加速度線圖可看出，加速度a在始未及中點(diǎn)處有有限值的突變，因而慣性力也發(fā)生突變。這種有限值的慣性力突變，將產(chǎn)生柔性沖擊，所以，等加速等減速運(yùn)動(dòng)用于低、中速場合 等加速-等減速運(yùn)動(dòng) 由加速度線圖可由加速度線圖可知：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的從動(dòng)件在行程的始點(diǎn)從動(dòng)件在行程的始點(diǎn)和終點(diǎn)有柔性沖擊。和終點(diǎn)有柔性沖擊。但當(dāng)加速度曲線保持但當(dāng)加速度曲線保

8、持連續(xù)時(shí)，這種規(guī)律的連續(xù)時(shí)，這種規(guī)律的運(yùn)動(dòng)就能避免沖擊。運(yùn)動(dòng)就能避免沖擊。 余弦加速度運(yùn)動(dòng)正弦加速度運(yùn)動(dòng) 由加速度線圖可由加速度線圖可知，從動(dòng)件在起點(diǎn)和知，從動(dòng)件在起點(diǎn)和終點(diǎn)的加速度均為零，終點(diǎn)的加速度均為零，并且在整個(gè)過程中，并且在整個(gè)過程中，加速度曲線是連續(xù)的，加速度曲線是連續(xù)的，沒有加速度突變，因沒有加速度突變，因此沒有剛性沖擊，也此沒有剛性沖擊，也沒有柔性沖擊沒有柔性沖擊, ,適用適用于高速于高速 5 5、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特征，可以把上述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特征，可以把上述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。應(yīng)用

9、，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。等速運(yùn)動(dòng)剛性沖擊低速輕載等加速-等減速運(yùn)動(dòng)柔性沖擊中速輕載余弦加速度運(yùn)動(dòng)柔性沖擊中速正弦加速度運(yùn)動(dòng)無沖擊高速5.2.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 1、根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求來確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2、無運(yùn)動(dòng)要求，只需要一定位移量的凸輪機(jī)構(gòu)，主要考慮加工方便 3、高速機(jī)構(gòu)，應(yīng)減小慣性力、改善動(dòng)力性能，避免沖擊5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.5 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和精度5.3.1 反轉(zhuǎn)法原理反轉(zhuǎn)法原理 通過整個(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)（-） 這樣凸輪不動(dòng)、從動(dòng)件導(dǎo)路機(jī)架以（-）轉(zhuǎn)動(dòng)，且從動(dòng)件相對導(dǎo)路移動(dòng) 反轉(zhuǎn)后，尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就

10、是凸輪輪廓 原來凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)路機(jī)架不動(dòng) 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪基圓半徑確定后，就可以進(jìn)行凸輪輪廓設(shè)計(jì)，有作圖法和解析法兩種方法 2 S 1123s1s2hOrb- 1 1s11 1s12s2s23hh325.3.2 5.3.2 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 圖解法是以對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的圖解法是以對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制為基礎(chǔ)繪制為基礎(chǔ) 1.1.對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 已知：對心式尖頂從動(dòng)件的位移線圖（已知：對心式尖頂從動(dòng)件的位移線圖（S-S-），）， 基圓半基圓半 徑徑r rb b，凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，凸輪順

11、時(shí)針回轉(zhuǎn)，要求：設(shè)計(jì)凸輪輪廓要求：設(shè)計(jì)凸輪輪廓 作圖步驟：作圖步驟： a. a.以以r rb b為半徑作基圓（注意比例），將基圓與從動(dòng)件的為半徑作基圓（注意比例），將基圓與從動(dòng)件的交點(diǎn)交點(diǎn)A A0 0作為起始位置；作為起始位置； b. b.自自O(shè)AOA0 0沿（沿（-）方向?。┓较蛉?、ss，并在，并在、中再細(xì)分成若干等分，連接中再細(xì)分成若干等分，連接OAOA1 1、OAOA2 2、OAOA3 3、，得反轉(zhuǎn)中導(dǎo)路的各個(gè)位置得反轉(zhuǎn)中導(dǎo)路的各個(gè)位置； c. c.取取A A1 1A A1 1=11=11、A A2 2A A2 2=22=22、，得反轉(zhuǎn)中尖頂?shù)?，得反轉(zhuǎn)中尖頂?shù)囊幌盗形恢靡幌盗形恢肁 A1

12、 1、A A2 2、； d.d.將將A A0 0、A A1 1、A A2 2、連成光滑曲線，即得所求的凸輪輪廓。連成光滑曲線，即得所求的凸輪輪廓。 注意：注意： (1) (1) 取位移的比例要和所畫基圓比例一致。取位移的比例要和所畫基圓比例一致。 (2) (2) 位移要從基圓上向外量起位移要從基圓上向外量起偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）（反轉(zhuǎn)法） 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：已知：S=S（ ），），rb，e， 5.3.2 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪設(shè)計(jì)3

13、. 3. 滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 若設(shè)計(jì)條件不變，只是將尖頂從若設(shè)計(jì)條件不變，只是將尖頂從動(dòng)件改為滾子從動(dòng)件。這時(shí)凸輪輪廓?jiǎng)蛹臑闈L子從動(dòng)件。這時(shí)凸輪輪廓的繪制方法同尖頂從動(dòng)件基本相的繪制方法同尖頂從動(dòng)件基本相同，只不過是將滾子中心看同，只不過是將滾子中心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂而已作尖頂從動(dòng)件的尖頂而已 注意：注意： (1) (1) 滾子從動(dòng)件凸輪的基滾子從動(dòng)件凸輪的基圓半徑是指理論廓線的最小圓半徑是指理論廓線的最小向徑。向徑。 (2) (2) 理論廓線與實(shí)際廓線理論廓線與實(shí)際廓線并不是相似，而是等距曲線。并不是相似，而是等距曲線。偏置滾子從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

14、偏置滾子從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）（反轉(zhuǎn)法） 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S（ ），），rb，e， ，rr理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓Fv 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) S S 91122334455667788 3- B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知： = （ ），），rb，L，a， A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9Fv 35.3.3 5.3.3 解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線

15、設(shè)凸輪機(jī)構(gòu)的滾子半設(shè)凸輪機(jī)構(gòu)的滾子半徑為徑為r rT T，基圓半徑為，基圓半徑為r r0 0，偏距為偏距為e e，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律律s=s()s=s()，凸輪以等角，凸輪以等角速度速度1 1順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)順時(shí)針方向回轉(zhuǎn) 圖中圖中，為理論輪為理論輪廓線廓線上各點(diǎn)的極坐標(biāo)值；上各點(diǎn)的極坐標(biāo)值；T T，T T為實(shí)際輪廓線為實(shí)際輪廓線上各點(diǎn)的極坐標(biāo)值上各點(diǎn)的極坐標(biāo)值 5.3.3 凸輪輪廓的加工方法凸輪輪廓的加工方法 1、銑、銼削加工 用于低速、輕載場合的凸輪，可以應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時(shí)可進(jìn)行淬火處理，但用這種方法則凸

16、輪的變形難以得到修正 2、數(shù)控加工 采用數(shù)控線切割機(jī)床對淬火凸輪進(jìn)行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時(shí)應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)值(，)，應(yīng)用專用編程軟件，切割而成。此方法加工出的凸輪精度高，適用于高速、重載的場合 凸輪的設(shè)計(jì)凸輪的加工銑、銼削加工解析法數(shù)控加工作圖法凸輪的設(shè)計(jì)和加工5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)與加工方法5.5 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和精度壓力角壓力角: :從動(dòng)桿所受正壓力的方向與從動(dòng)桿上作用點(diǎn)的速度方向之間夾角cossin21FFFF越小，傳動(dòng)效率越高壓力角許用值壓力角許用值:移動(dòng)從動(dòng)桿推程時(shí)，=3040擺動(dòng)從動(dòng)桿推程時(shí)，=4050移動(dòng)和擺動(dòng)從動(dòng)桿回程時(shí)，=7080