凸轮机构与工程材料

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1、机械工程基础第十章凸轮机构和其他常用机构授课学时：3学时10-110-2基本要求机械工程基础1.了解凸轮机构的基本类型和应用。2.了解凸轮机构从动件的常用运动规律。3.掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法。4.掌握凸轮机构的压力角与基圆半径的概念与应用。5.了解棘轮机构和槽轮机构的工作原理、特点和应用。6.了解不完全齿轮机构的工作原理。10.1凸轮机构的应用与分类机械工程基础10.1.1凸轮机构的组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。内燃机配气机构机械工程基础凸轮是该机构的主动件，具有曲线工作表面（即曲线轮廓和凹槽）。通常作连续等速转动（有时，作往复直线移动）。从

2、动件的运动是由凸轮给予的，在极限范围内，按要求作一定规律的运动。例如连续往复运动、间歇运动、摆动等，即可使从动件作连续的或不连续的任意预期运动。内燃机配气机构简图10.1.2凸轮机构的应用机械工程基础凸轮机构是一种结构简单且容易实现任意复杂的运动规律的常用机构。利用凸轮轮廓曲线可使从动件实现各种给定的运动规律。因此，凸轮机构在多种机械，特别是在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。6.1.3凸轮机构的分类1.按凸轮型式分①盘形凸轮是一个绕固定轴回转、工作轮廓具有不同曲率半径的盘形零件。是凸轮的最基本型式。②移动凸轮是相对于机架作往复直线运动。当凸轮1在其他机构带动下左右移动时，凸轮上

3、的沟槽通过滚子推动从动件上下运动。机械工程基础③圆柱凸轮是在圆柱面上加工出曲线工作表面的凸轮，也可视为将移动凸轮卷成圆柱体而绕一固定轴回转而构成的。移动凸轮机构圆柱凸轮机构机械工程基础2．按从动件型式分直动摆动凸轮机构盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮运动形式工作端按凸轮型式分从动件型式分尖端曲面滚子平底按从动件的运动形式和工作端形式区分，从动件可直动或摆动，其工作端可为尖端、滚子、平底和其他曲面。10.1.4凸轮机构的特点机械工程基础1．优点：从动件可实现任意的运动规律；而且结构简单、紧凑。2．缺点：由于是高副接触，产生高接触应力，易磨损；不宜传递很大的力。此外，凸轮制造较复杂，精度要求高时需

4、用数控机床加工。10.2从动件常用的运动规律10.2.1从动件的位移图线分析机凸轮构的工作原理可知，由凸轮轮廓的形状决定从动件的运动规律；而设计凸轮机构时，则是根据从动件的运动规律去确定凸轮的工作轮廓。机械工程基础从动件位移图线是指从动件的位移S和凸轮转角φ的关系曲线。它是设计凸轮轮廓曲线的依据。基本术语基圆：以凸轮轮廓的最小向径rb为半径绘制的圆。推程：当凸轮以匀速角速度逆时针转过φ0角时，从动件被凸轮推动，以一定规律由距离回转中心最近位置到达最远位置的过程。推程运动角：与推程对应的凸轮转角φ0。升程：在推程中，从动件上升的距离h。远休止角：当凸轮继续回转φs角时，从动件在最远位置停

5、留不动，φs称为远休止角。回程：从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律（沿凸轮上相应轮廓）由最远位置回到最近位置的过程。是推程的逆向运动。近休止角：当凸轮继续回转φ's角时，从动件在最近位置停留不动，φ's称为近休止角。机械工程基础凸轮轮廓形状决定了从动件的位移图线。反之，从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同形状的轮廓曲线。10.2.2从动件的常用运动规律机械工程基础从动件常用的运动规律有匀速、匀加速匀减速、简谐运动规律等几种。以简谐运动规律为主介绍从动件的运动规律。1．简谐运动（余弦加速度运动）质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。为了便于设计和制

6、造，通常把从动件的运动规律表示为凸轮转角φ的函数。机械工程基础①以从动件升程h为直径画半圆,将该半圆分成n等分(n≥6)，得1、2、3、…n点。②将凸轮推程运动角φ0也分成相应的等分。③从圆周上各分点作水平线，分别与φ0角各对应分点的垂线相交，得1＇、２＇、３＇…点。④光滑连线。把上述交点连成的光滑曲线便是从动件的位移图线。由加速度图线可知，从动件在行程的始末两点，加速度出现有限值的突变，因而产生有限的惯性力，引起所谓的“柔性冲击”。2．匀速运动机械工程基础当凸轮等速运动时，从动件上升或下降的速度为一常数,这种运动规律称为匀速运动规律。由图可知，从动件在运动开始和终止时的瞬时速度有突变

7、，所以这时的加速度及其产生的惯性力在理论上为无穷大（由于材料有弹性变形，虽然加速度和惯性力不会达到无穷大，但仍很大），从而产生强烈的冲击、噪声、高应力和磨损。这种冲击称为“刚性冲击”。因此，匀速运动规律只适用于低速轻载。3．匀加速匀减速运动（抛物线运动）机械工程基础这种运动规律在一个行程中，常取前半程作匀加速运动，后半程作匀减速运动，并取两加速度的绝对值相等。采用此运动规律可使凸轮机构的动力特性有一定的改善。由于从动件的位移s与凸轮转角的平方成