機械設計凸輪機構課件

機械設計基礎凸輪機構5.1概述5.2常用的從動件運動規(guī)律5.3盤形凸輪輪廓的設計與加工方法5.4凸輪機構基本尺寸的確定5.5凸輪機構的結構和精度5.1概述凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件凸輪機構由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成優(yōu)點：只需設計適當?shù)耐馆嗇喞€，便可使從動件得到任意預定的運動規(guī)律，機構簡單、緊湊

局限性：凸輪機構是高副機構(凸輪與從動件為點、線接觸)，易磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合內燃機配氣凸輪機構5.1.1凸輪機構的應用分度轉位機構靠模車削機構自動送料機構移動凸輪回轉半徑無限大，凸輪作往復移動2、移動凸輪

具有曲線輪廓作往復直線移動的構件。(可以認為當盤形凸輪回轉中心趨于無窮大時，凸輪相對機架作直線運動。)為平面凸輪機構4、曲面凸輪3、圓柱凸輪在圓柱面上開有曲線凹槽的構件。(可看作是將移動凸輪卷成圓柱體而形成的。它是一種空間凸輪機構圓柱表面用圓弧面代替的構件。(它也是一種空間凸輪機構。)1、力鎖合的凸輪機構二、按鎖合方式分類

力鎖合：如彈簧力、從動桿的重力1、尖頂從動件2、滾子從動件3、平底從動件三、按從動件型式分類與凸輪是點接觸，只用于受力小的低速機構；尖頂能與復雜的凸輪輪廓保持接觸，傳動精確與凸輪形成滾動磨擦，可傳遞較大載荷，應用極廣；但凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，會影響實現(xiàn)預期的運動規(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、擺動從動件凸輪機構四、按從動件運動形式分1、直動從動件凸輪機構平底從動件滾子從動件尖底從動件

5.2.1平面凸輪機構的基本尺寸和運動參數(shù)凸輪機構的運動過程1、基圓——以凸輪的轉動中心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、推程運動角3、遠休、遠休止角4、回程、回程運動角5、近休、近休止角6、行程——從動桿在推程或回程中移動的距離h7、位移線圖——描述位移s與凸輪轉角φ之間關系的圖形推程→遠休→回程→近休→推程擺動從動件凸輪機構ABCDO1O2aB1rbmaxl5.2.2常用的從動件運動規(guī)律等速運動從動件在開始和終止的瞬時，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，等速運動只適用于低速。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，將產生柔性沖擊，所以，等加速等減速運動用于低、中速場合等加速-等減速運動正弦加速度運動由加速度線圖可知，從動件在起點和終點的加速度均為零，并且在整個過程中，加速度曲線是連續(xù)的，沒有加速度突變，因此沒有剛性沖擊，也沒有柔性沖擊,適用于高速5、組合運動規(guī)律為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。等速運動——剛性沖擊——低速輕載等加速-等減速運動——柔性沖擊——中速輕載余弦加速度運動——柔性沖擊——中速正弦加速度運動——無沖擊——高速2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'5.3.2圖解法設計凸輪輪廓曲線圖解法是以對心直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制為基礎1.對心直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制

已知：對心式尖頂從動件的位移線圖（S-φ），基圓半徑rb，凸輪順時針回轉，要求：設計凸輪輪廓作圖步驟：a.以rb為半徑作基圓（注意比例），將基圓與從動件的交點A0作為起始位置；b.自OA0沿（-ω）方向取Φ、Φ′、Φs′，并在Φ、Φ′中再細分成若干等分，連接OA1′、OA2′、OA3′、…，得反轉中導路的各個位置；

c.取A1A1′=11′、A2A2′=22′、…，得反轉中尖頂?shù)囊幌盗形恢肁1、A2、…；d.將A0、A1、A2、…連成光滑曲線，即得所求的凸輪輪廓。注意：

(1)取位移的比例要和所畫基圓比例一致。

(2)位移要從基圓上向外量起偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設計（反轉法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，5.3.2圖解法設計凸輪輪廓曲線

偏置直動尖頂從動件盤形凸輪設計3.滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制若設計條件不變，只是將尖頂從動件改為滾子從動件。這時凸輪輪廓的繪制方法同尖頂從動件基本相同，只不過是將滾子中心看作尖頂從動件的尖頂而已注意：

(1)滾子從動件凸輪的基圓半徑是指理論廓線的最小向徑。

(2)理論廓線與實際廓線并不是相似，而是等距曲線。偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設計（反轉法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理論輪廓實際輪廓Fv偏置直動滾子從動件盤形凸輪設計擺動從動件盤形凸輪機構

SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=（），rb，L，a，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv35.3.3解析法設計凸輪輪廓曲線

設凸輪機構的滾子半徑為rT，基圓半徑為r0，偏距為e，從動件運動規(guī)律s=s(φ)，凸輪以等角速度ω1順時針方向回轉圖中ρ，θ為理論輪廓線η上各點的極坐標值；ρT，θT為實際輪廓線η′上各點的極坐標值5.3.3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，可以應用反轉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。必要時可進行淬火處理，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)控線切割機床對淬火凸輪進行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時應用解析法，求出凸輪輪廓曲線的極坐標值(ρ，θ)，應用專用編程軟件，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計凸輪的加工銑、銼削加工解析法數(shù)控加工作圖法凸輪的設計和加工壓力角:從動桿所受正壓力的方向與從動桿上作用點的速度方向之間夾角αα越小，傳動效率越高壓力角許用值[α]:移動從動桿推程時，[α]<=30o~40o擺動從動桿推程時，[α]<=40o~50o移動和擺動從動桿回程時，[α]<=70o~80o校核：αmin<=[α]5.4.1凸輪機構的壓力角壓力角不符合要求時，可加大基圓半徑使α減小，

另外，合理設計偏距也可減小壓力角5.4.2基圓半徑的確定設計時，通常是考慮最大壓力角不超過許用值的前提下，縮小凸輪尺寸

從強度考慮，rT越大越好。（∵rT增大，接觸應力小，磨損小，強度高。）但滾子半徑對實際輪廓曲線是有影響的，不能任意增大圖中：ρmin--理論廓線的最小曲率半徑；

ρ′min--實際廓線的最小曲率半徑當實際廓線為外包絡線時

ρ′min=ρmin+rT

此時，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線5.4.3滾子半徑的確定rT=ρmin，出現(xiàn)尖點，容易磨損，導致運動失真rT>ρmin，出現(xiàn)交叉，導致運動失真rT<=0.8ρmin,并且ρmin-rT>=(3~5)mm當實際廓線為內包絡線時

ρ′min=ρmin