凸輪機(jī)構(gòu)解說

1、關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)解說第一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）教學(xué)要求1、了解凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、類型及應(yīng)用。2、掌握凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、掌握凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。4、熟悉凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律及凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。第二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪1、從動(dòng)件2、機(jī)架3三個(gè)基本構(gòu)件組成，是一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件則在凸輪輪廓的控制下按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。 4.1 概述1. 組成第三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作

2、于2022年6月2. 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn):只要正確地設(shè)計(jì)和制造出凸輪的輪廓曲線，就能實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件所預(yù)期的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)；凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)動(dòng)可靠。缺點(diǎn):凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)或線接觸，故難以保持良好的潤(rùn)滑，容易磨損。 凸輪機(jī)構(gòu)通常適用于傳遞動(dòng)力不大的機(jī)械中。尤其廣泛應(yīng)用于自動(dòng)機(jī)械、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 3. 應(yīng)用：第四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)的配氣凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1作等速回轉(zhuǎn)，其輪廓將迫使推桿2作往復(fù)擺動(dòng)，從而使氣門3開啟和關(guān)閉（關(guān)閉時(shí)借助于彈簧4的作用來實(shí)現(xiàn)的），以控制可燃物質(zhì)進(jìn)入氣缸或廢氣的排出。第五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 靠模

3、車削機(jī)構(gòu)234第六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 自動(dòng)機(jī)床上的走刀機(jī)構(gòu)12刀具一個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)循環(huán)包括：1）刀具以較快的速度接近工件；2）刀具等速前進(jìn)來切削工件；3）完成切削動(dòng)作后，刀具快速退回；4）刀具復(fù)位后停留一段時(shí)間等待更換工件等動(dòng)作。這樣一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由一個(gè)作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓柱凸輪通過擺動(dòng)從動(dòng)件來控制實(shí)現(xiàn)的。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪凹槽曲線形狀。 弧面凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類（1）盤形凸輪 1 、2、3盤形凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但限于凸輪徑向尺寸不能變化太大，故從動(dòng)件的行程較短。（2）移動(dòng)凸輪 其凸輪是具

4、有曲線輪廓、作往復(fù)直線移動(dòng)的構(gòu)件，可看成是轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于無窮遠(yuǎn)處的盤形凸輪。（3）圓柱凸輪 其凸輪是圓柱面上開有凹槽的圓柱體，可看成是繞卷在圓柱體上的移動(dòng)凸輪，利用它可使從動(dòng)件得到較大的行程。 1.按凸輪的形狀分第八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但從動(dòng)件尖頂易磨損，故只能用于輕載低速場(chǎng)合。（2）滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 其磨損顯著減少，能承受較大載荷，應(yīng)用較廣。但端部重量較大，又不易潤(rùn)滑，故仍不宜用于高速，只能用于中低速。（3）平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 若不計(jì)摩擦，凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力始終垂直于平底，傳力性能良好，且凸輪與平底接觸面間易形成潤(rùn)滑油膜，

5、摩擦磨損小、效率高，故可用于高速，缺點(diǎn)是不能用于凸輪輪廓有內(nèi)凹的情況。 2.按從動(dòng)件末端形狀分第九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）力鎖合凸輪機(jī)構(gòu) 依靠重力、彈簧力或其他外力來保證鎖合，如內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)。（1）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 按其從動(dòng)件導(dǎo)路是否通過凸輪回轉(zhuǎn)中心分為對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件和偏置移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。3.按鎖合方式分4.按從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架的運(yùn)動(dòng)方式分（2）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)（2）形鎖合凸輪機(jī)構(gòu) 依靠凸輪和從動(dòng)件幾何形狀來鎖合。第十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月移動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件第十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 一對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

6、，凸輪上有一最小向徑，以最小向徑r。為半徑所作的圓稱凸輪基圓，r。稱基圓半徑，凸輪以等角速度1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程如下：4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性4.2.1 平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸及運(yùn)動(dòng)參數(shù)第十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1推程、2遠(yuǎn)休止、3回程、4近休止當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件將重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過程。 一、凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程第十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指其位移s、速度v和加速度a等隨凸輪轉(zhuǎn)角 而變化的規(guī)律。常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、等加速-等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。 凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的輪廓

7、形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反之，從動(dòng)件的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓。因此，設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再據(jù)此來設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。 4.2.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 從動(dòng)件在推程始末兩處，速度有突變，瞬時(shí)加速度理論上為無窮大，因而產(chǎn)生理論上無窮大的慣性力，對(duì)機(jī)構(gòu)造成強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為“剛性沖擊”。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只能用于低速輕載的場(chǎng)合。 從動(dòng)件在推程或回程過程中的運(yùn)動(dòng)速度為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：第十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在推程的始末點(diǎn)和前、后半程的交接處，產(chǎn)生

8、“柔性沖擊”或“軟沖”。因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速、中載的場(chǎng)合。 從動(dòng)件在一個(gè)行程中，前半行程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半行程作等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律第十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在推程始末點(diǎn)處仍存在“軟沖”，因此只適用于中、低速。 但若從動(dòng)件作無停歇的升降升型連續(xù)運(yùn)動(dòng)，則加速度曲線為光滑連續(xù)的余弦曲線，消除了“軟沖”，故可用于高速。 從動(dòng)件加速度按余弦規(guī)律變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律第十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特征：沒有沖擊，故可用于高速。從動(dòng)件加速度按正弦規(guī)律變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。第十八張，PPT共四十一

9、頁，創(chuàng)作于2022年6月三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇1、在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求來確定。2、對(duì)無一定運(yùn)動(dòng)要求，只需要從動(dòng)件有一定位移量的凸輪機(jī)構(gòu)。3、對(duì)于高速機(jī)構(gòu)，應(yīng)減小慣性力、改善動(dòng)力性能，可選用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律或其他改進(jìn)型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1-2 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一般精度凸輪時(shí)常被采用圖解法。而設(shè)計(jì)高精度凸輪，則必須用解析法，但計(jì)算復(fù)雜。本節(jié)主要討論圖解法。 設(shè)計(jì)方法：1.圖解法 2.解析法基本原理：反轉(zhuǎn)法原理 第二十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.1圖解法設(shè)計(jì)盤形凸輪輪

10、廓圖解法繪制凸輪輪廓曲線是利用反轉(zhuǎn)法原理完成的。加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動(dòng)件與導(dǎo)路繞角速度-w以凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪靜止不動(dòng)從動(dòng)件尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓曲線從動(dòng)件相對(duì)導(dǎo)路移動(dòng)第二十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.2 作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線已知基圓半徑、凸輪轉(zhuǎn)向、從動(dòng)件位移曲線1.對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線第二十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.光滑連接各點(diǎn)即為所求的凸輪輪廓。作圖步驟如下1.選與位移線圖一致的比例作凸輪的基圓 ；2.將基圓分成與位移線圖中相對(duì)應(yīng)的等份；3.自基圓圓周向外量取位移線圖中相應(yīng)位移量

11、 ； 第二十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月實(shí)際輪廓曲線 理論輪廓曲線 2.滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)第二十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月e3.偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)已知偏距e、基圓半徑、凸輪轉(zhuǎn)向、從動(dòng)件位移曲線第二十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)建立凸輪轉(zhuǎn)軸中心的坐標(biāo)系xOy根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，凸輪以w轉(zhuǎn)過j角；B點(diǎn)坐標(biāo)為上式即為凸輪理論廓線方程 實(shí)際廓線與理論廓線在法線上相距滾子半徑rT，則推出式中取“”號(hào)時(shí)為內(nèi)等距曲線，取“”號(hào)時(shí)為外等距曲線4.3.3 用解析法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)第二十六張，PPT共四

12、十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪輪廓的加工凸輪輪廓的加工方法通常有兩種1.銑、銼削加工 對(duì)用于低速、輕載場(chǎng)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(duì)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x,y坐標(biāo)，并將xOy坐標(biāo)系的原點(diǎn)換算成切割時(shí)的起點(diǎn)，而滾子半徑相當(dāng)于鉬絲半徑再加上放電間隙。第二十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 凸輪機(jī)構(gòu)的主要失效形式是磨損和疲勞點(diǎn)蝕，因此要求凸輪和滾子的工

13、作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韌性。4.4 凸輪和滾子的材料 、結(jié)構(gòu) 低速、輕載時(shí)，可以選用鑄鐵。中速、中載時(shí)可以選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲碳淬火，達(dá)到一定硬度。高速、重載時(shí)可用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲氮處理。 滾子材料用合金鋼材料，經(jīng)滲碳淬火，達(dá)到較大表面硬度。 1.凸輪的材料2.滾子的材料第二十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月低速、輕載：凸輪材料可選HT250、QT800-2、QT9002等，用球墨鑄鐵時(shí)，輪廓表面可進(jìn)行淬火處理，以提高其耐磨性。從動(dòng)件受彎曲應(yīng)力大，不用脆性材料，可選中碳結(jié)構(gòu)鋼，高副端表面淬火至4050HRC。為減小沖擊，也可

14、選用質(zhì)量小的尼龍作為從動(dòng)件材料。中速、中載：凸輪常用45、45Cr、20Cr、20CrMn等材料，從動(dòng)件可用20CR等低碳合金鋼，并經(jīng)表面淬火，低碳合金鋼應(yīng)滲碳淬火，滲碳層深0.8-1.5mm，使硬度達(dá)5662HRC。高速、重載：凸輪可用40CR等中碳合金鋼。表面高頻淬火至5660HRC，或用38CrMoAl，經(jīng)滲氮處理至6067HRC，但滲氮表層脆而不宜受沖擊。從動(dòng)件則可用T8、T10等碳素工具鋼，經(jīng)表面淬火處理。第二十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪常用材料和結(jié)構(gòu)二、凸輪的結(jié)構(gòu) 整體式凸輪與輪轂可調(diào)整組成凸輪的部分可調(diào)整第三十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪常

15、用材料和結(jié)構(gòu)三、滾子從動(dòng)件結(jié)構(gòu) 專門制造的圓柱體滾動(dòng)軸承銷軸聯(lián)接第三十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，不僅要保證從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還須使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)傳力性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足強(qiáng)度和安裝等要求。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意處理好下述問題。 1.滾子半徑的選擇 2.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 3.凸輪基圓半徑的確定 第三十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5.1 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 壓力角：不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力（法向力）與從動(dòng)件上受力點(diǎn)速度方向所夾的銳角。 將從動(dòng)件所受力F分解為兩個(gè)力 ：第三十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于

16、2022年6月 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題壓力角：不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力（法向力）與從動(dòng)件上受力點(diǎn)速度方向所夾的銳角。該力可分解為兩個(gè)分力 ： 有效分力有害分力壓力角越小，有效分力越大，機(jī)構(gòu)傳力越好。=aasincosnxnyFFFF壓力角及校核第三十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 F1是推動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)的有效分力，隨著的增大而減?。籉2是引起導(dǎo)路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當(dāng) 增大到一定值時(shí)，有引起的摩擦阻力超過有效分力，此時(shí)凸輪無法推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖?？梢?，從傳力合理、提高傳動(dòng)效率來看，壓力角越小越好。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí), 應(yīng)使最大壓力角max(許用

17、壓力角)。凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角可取如下數(shù)值: 推程時(shí)，移動(dòng)從動(dòng)件 =3040, 擺動(dòng)從動(dòng)件 =4550；回程時(shí)，通常取 =7080。 第三十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.5.2 凸輪基圓半徑的確定 基圓半徑愈小，壓力角愈大；反之，壓力角則愈小。因此，在選取基圓半徑時(shí)應(yīng)注意： 2.在結(jié)構(gòu)空間允許條件下，可適當(dāng)將基圓半徑取大些，以利于改善機(jī)構(gòu)的傳力性能，減少磨損和減少凸輪廓線的制造誤差。 1.合理設(shè)計(jì)偏心距e可減小壓力角。在保證max前提下，為了結(jié)構(gòu)緊湊，盡可能小的基園半徑。第三十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題3.5.3滾子半徑的確定 凸

18、輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關(guān)系r = r + rr當(dāng)理論廓線內(nèi)凹時(shí)此時(shí)，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)當(dāng)理論廓線外凸時(shí)(可分為三種情況)r = r - rr1) r rr時(shí) r 0這時(shí)所得的凸輪實(shí)際輪廓為光滑的曲線(如圖b)2) r = rr 時(shí)r = 0，實(shí)際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用(如圖c)。3) r rr 時(shí)r 0， ，即實(shí)際曲線出現(xiàn)交叉會(huì)出現(xiàn)失真(如圖d)。第三十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型及應(yīng)用。2、凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3、凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。4、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定?？?結(jié)第三十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，基圓半徑越大，壓力角（ ）。2、凸輪機(jī)構(gòu)在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，如果（ ）基圓半徑，最大壓力角減小。 3、為改善凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能，應(yīng)減小凸輪輪廓的壓力角，為此設(shè)計(jì)凸輪時(shí)應(yīng)（ ）基圓半徑。4、滾子從動(dòng)件盤形凸輪的理論廓