第三章凸輪機(jī)構(gòu)(運(yùn)動(dòng)規(guī)律)

第三章凸輪機(jī)構(gòu)第三章凸輪機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：1.凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、類(lèi)型及應(yīng)用；2.從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇；3.用圖解法繪制凸輪輪廓曲線(xiàn)的方法；4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。1.組成

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類(lèi)

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)件及鎖合裝置組成。是一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個(gè)具有曲線(xiàn)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)。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類(lèi)

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(xiàn)，就能把凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠地轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件所預(yù)期的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單;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(xiàn)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。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類(lèi)

3.應(yīng)用

平面連桿機(jī)構(gòu)雖然應(yīng)用廣泛，但它只能近似地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。當(dāng)從動(dòng)件須精確地按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律尤其是復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律工作時(shí)，則常采用凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類(lèi)

4.類(lèi)型按從動(dòng)件末端形狀分：

平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)其從動(dòng)件端部為一平底。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，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。

尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)其從動(dòng)件的端部呈尖點(diǎn)，特點(diǎn)是能與任何形狀的凸輪輪廓上各點(diǎn)相接觸，因而理論上可實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)是研究其他型式從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。但由于從動(dòng)件尖頂易磨損，故只能用于輕載低速的場(chǎng)合。滾子從動(dòng)件凸輪盤(pán)形凸輪其凸輪都是繞固定軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)且有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件。盤(pán)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。按凸輪的形狀分：

圓柱凸輪其凸輪是圓柱面上開(kāi)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。移動(dòng)凸輪其凸輪是具有曲線(xiàn)輪廓、作往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)的構(gòu)件，它可看成是轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處的盤(pán)形凸輪。所謂的鎖合是指保持從動(dòng)件與凸輪之間的高副接觸。力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)

依靠重力、彈簧力或其他外力來(lái)保證鎖合，如內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)。形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)

依靠凸輪和從動(dòng)件幾何形狀來(lái)保證鎖合。

按鎖合方式分：移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架的運(yùn)動(dòng)方式分為：分為對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按其從動(dòng)件導(dǎo)路是否通過(guò)凸輪偏置移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)40Cr40-45HRC20Cr56-62HRC從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.凸輪輪廓曲線(xiàn)與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的關(guān)系

生產(chǎn)中對(duì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的要求是多種多樣的。凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的輪廓形狀決定了從動(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(lái)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn)。

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。

這種規(guī)律可用方程表示：

推程、遠(yuǎn)休止、回程、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(guò)程。

亦可用線(xiàn)圖表示Φ=ωt從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指從動(dòng)件在推程或回程的運(yùn)動(dòng)速度為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件在推程中的行程為h。從動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖如圖所示。其位移曲線(xiàn)為斜直線(xiàn)，速度曲線(xiàn)為平直線(xiàn)，加速度曲線(xiàn)為零線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，從動(dòng)件在推程始末兩點(diǎn)、處，速度有突變，瞬時(shí)加速度理論上為無(wú)窮大，因而產(chǎn)生理論上亦為無(wú)窮大的慣性力。而實(shí)際上，由于構(gòu)件材料的彈性變形，加速度和慣性力不至于達(dá)到無(wú)窮大，但仍會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)造成強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱(chēng)為“剛性沖擊”或“硬沖”。因此，單獨(dú)采用這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，只能用于凸輪轉(zhuǎn)速很低以及輕載的場(chǎng)合。

由圖可見(jiàn)，在推程的始末點(diǎn)和前、后半程的交接處，加速度有突變，因而慣性力也產(chǎn)生突變，但它們的大小及突變量均為有限值，由此將對(duì)機(jī)構(gòu)造成有限大小的沖擊，這種沖擊稱(chēng)為“柔性沖擊”或“軟沖”。在高速情況下，柔性沖擊仍會(huì)引起相當(dāng)嚴(yán)重的振動(dòng)、噪聲和磨損，因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速、中載的場(chǎng)合。

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律:是指從動(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。運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖如圖所示。其位移曲線(xiàn)為兩段光滑相連開(kāi)口相反的拋物線(xiàn)，速度曲線(xiàn)為斜直線(xiàn)，加速度曲線(xiàn)為平直線(xiàn)。作圖方法如圖所示。由圖可見(jiàn)，在推程始末點(diǎn)處仍有加速度的有限值的突變，即存在“軟沖”，因此只適用于中、低速。但若從動(dòng)件作無(wú)停歇的升—降—升型連續(xù)運(yùn)動(dòng)，則加速度曲線(xiàn)為光滑連續(xù)的余弦曲線(xiàn)，消除了“軟沖”，故可用