《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件 凸輪機(jī)構(gòu)

§5.1概述§5.2常用從動件的運(yùn)動規(guī)律§5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法§5.4

凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第5章凸輪機(jī)構(gòu)5.1概述凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架三部分組成。凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，他通過與從動件的高副接觸，在運(yùn)動時(shí)可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動。凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。5.1概述示例一5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)示例二5.1概述靠模車削機(jī)構(gòu)5.1概述示例三分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5.1概述5.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類按照凸輪的形狀不同可把凸輪分為以下幾種：盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪曲面凸輪按照凸輪的鎖合方式可把凸輪分為以下幾種：力鎖合形鎖合5.1概述5.1.3凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。對凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強(qiáng)度凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動軸承5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律5.2.1平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動參數(shù)5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律5.2.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動運(yùn)動開始，v由0突變?yōu)榧铀俣萢為同理，運(yùn)動結(jié)束由于存在剛性沖擊，如果單獨(dú)使用這種運(yùn)動規(guī)律，只適用于低速場合a=-∞等加速—等減速運(yùn)動5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律余弦加速度運(yùn)動5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動由運(yùn)動圖可見，其速度和加速度曲線都是連續(xù)的，因此沒有柔性沖擊，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。5.2.3從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇5.2常用的從動件運(yùn)動規(guī)律在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動要求來確定。對無一定運(yùn)動要求，只需要從動件有一定位移量的凸輪機(jī)構(gòu)。對于高速機(jī)構(gòu)，應(yīng)減小慣性力、改善動力性能，可選用正弦加速度運(yùn)動規(guī)律或其他改進(jìn)型的運(yùn)動規(guī)律。5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.1反轉(zhuǎn)法原理加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動件與導(dǎo)路繞角速度-w以凸輪轉(zhuǎn)動凸輪靜止不動從動件尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡就是凸輪輪廓曲線從動件相對導(dǎo)路移動對于滾子從動件，則滾子中心可看作是從動件的尖頂，其運(yùn)動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。5.3.2解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法建立凸輪轉(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“—”號時(shí)為內(nèi)等距曲線，取“＋”號時(shí)為外等距曲線擺動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法取擺桿的軸心A0與凸輪軸心O之連線為坐標(biāo)系的y軸，Bo點(diǎn)是擺動桿的推程起始位置，擺動桿與y軸的夾角為初始角。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，得出B點(diǎn)坐標(biāo)其中5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.3作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法滾子從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.4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。5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角從動件的運(yùn)動方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角a稱為壓力角。由上述關(guān)系式知，壓力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。當(dāng)a角大到某一數(shù)值時(shí)，必將會出現(xiàn)Fy<Fx的情況。這時(shí)，不論施加多大的Fn力，都不能使從動件運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。因此，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常工作，必須對凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行限制。推薦壓力角數(shù)值移動從動件[a]=30擺動從動件[a]=45回程中，一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為[a]=70～805.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.2基圓半徑的確定從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導(dǎo)致凸輪尺寸增加，因此在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)要權(quán)衡兩者的關(guān)系，使設(shè)計(jì)達(dá)到合理。A點(diǎn):在?ABD中即(式A)在?ABD中導(dǎo)路在凸輪軸的左邊時(shí)，式中分子部分取“＋”，凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，符號取法與上述相反5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定在給定運(yùn)動規(guī)律時(shí)，合理設(shè)計(jì)偏距可減小壓力角，增大基圓半徑也可以減小壓力角。獲取較小的基圓半徑的同時(shí)，必須要保證a≤[a]在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，先根據(jù)條件確定基圓半徑r0。制作凸輪軸時(shí)，r0略大于軸的半徑；單獨(dú)制造凸輪時(shí)，r0=(1.6~2)r。5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.3滾子半徑的確定凸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