凸轮机构及其 设计

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1、第三章凸轮机构及其设计§3-1概述1凸轮机构的基本组成及应用特点组成：凸轮、从动件、机架运动特征：主动件（凸轮）作匀角速回转，或作匀速直线运动，从动件能实现各种复杂的预期运动规律。尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构端面圆柱凸轮机构、内燃机配气凸轮机构优点：（1）从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。（2）结构简单、紧凑。（3）便于设计。缺点：（1）高副机构，点或线接触，压强

2、大、易磨损，传力小。（2）加工制造比低副机构困难。应用：主要用于自动机械、自动控制中（如轻纺、印刷机械）。2凸轮机构的分类1．按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱2．按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面（P197）3．按从动件运动形式分：直动、摆动4．按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭3凸轮机构的工作循环与运动学设计参数§3-2凸轮机构基本运动参数设计一．有关名词行程－从动件最大位移h。推程－S↑的过程。回程－S↓的过程。推程运动角－从动件上升h，对应凸轮转过的角度。远休止角－从动件停

3、留在最远位置，对应凸轮转过的角度。回程运动角－从动件下降h，对应凸轮转过的角度。近休止角－从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。一个运动循环凸轮：转过2π，从动件：升→停→降→停基圆－以理论廓线最小向径r0作的圆。尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其内包络线为实际廓线。从动件位移线图——从动件位移S与凸轮转角（或时间t）之间的对应关系曲线。从动件速度线图——位移对时间的一次导数加速度线图——位移对时间的二次导数统称从动件运动线图度量基准（在理

4、论廓线上）1）从动件位移S：推程、回程均从最低位置度量。2）凸轮转角δ：从行程开始对应的向径度量（以O为圆心，O至行程起始点为半径作弧与导路中心线相交得P点，∠POX=δ）。举例：1．对心尖底直动从动件盘形凸轮机构：推程、回程2．偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构：推程、回程二、从动件运动规律设计1．工作循环图与凸轮工作转角的确定(发动机配气凸轮机构)2．2．从动件运动规律1）等速运动位移：速度加速度理论上，行程开始和行程结束处，速度有突变，加速度∞,惯性力∞,称刚性冲击。由于材料有弹性变形，不可能达到

5、，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载。2）等加速度、等减速度运动等加速度等减速度加速度有突变，惯性力有突变,产生柔性冲击，适用于中速轻载。3）余弦加速度运动规律加速度有突变，存在柔性冲击,适用于中速。4）摆线运动规律（正弦加速度）加速度无突变，既无刚性冲击，又无柔性冲击，适用于高速。5）多项式运动规律3-4-5次多项式P142组合运动规律：8段曲线组合的发动机高速凸轮运动规律§3-3凸轮机构基本运动参数设计一、凸轮机构的压力角和自锁Q－工作阻力，R1、R2－总反力F－驱动力取从动件（构件2）为脱离

6、体：大小：√？　？　？方向：√√√√不能作出力多边形，将、合成为一个力，有：大小：√？？方向：√√√作出力多边形如左图，知Q不变，R方向亦不变，当，F↑，增大至使F与R平行，F→∞，说明：在外载荷Q作用下，为维持平衡，F需无穷大，这显然不可能，因而机构不能运动，称自锁。进一步说明：1.结构参数l↑，b↓，R1、R2交点q远，合力R趋向水平，而F方向不变，为克服相同的工作阻力Q，可使F↓。2.即使不出现F∞，但F很大，高副压强大，易磨损，且机械效率η↓，机构传动不利，故压力角不能太大。这种现象必须避免

7、。为此，必须规定一个许用压力角。推程:摆动从动件：[α]=40°－50°直动从动件：[α]=30°－38°回程:[]=70－80°凸轮机构的设计过程1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;凸轮：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等从动件：直动、摆动2)选择从动件运动规律;运动规律函数、行程h、推程运动角δ1、远休止角δ2、回程运动角δ3、近休止角δ4。3)合理确定机构结构尺寸;基圆半径、滚子半径直动从动件：偏距e及方向。摆直动从动件：从动件长度、机架长度。验算：压力角≤[]4)设计凸轮轮廓曲线5)凸轮机构的结

8、构设计二．移动从动件盘形凸轮机构基本尺寸的设计设计中除了要有良好的受力特性，还希望机构尽量紧凑。而凸轮大小取决于基圆半径ro，而ro的大小又与直接有关系，作理论廓线的法线n-n，与过O点与导路相垂直的直线交于P点，由三心定理P点即为相对瞬心。OP=V/ω=(ds/dt)/(dΦ/dt)=ds/dΦ则由△CDP可得其中：ds/dΦ为位移曲线的斜率，推程为正，回程为负。在其它条件不变时，尺寸小。设计时，取为保证有较小的，偏距e应取在瞬心同一侧。三．摆动从动件盘形凸轮机构基