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机械原理,凸轮机构,第,3,章 凸轮机构,凸轮机构的组成与类型,从动件运动规律设计,凸轮轮廓的设计,凸轮机构基本尺寸的确定,凸轮机构的计算机辅助设计,3.1,凸轮机构的组成与类型,3.1.1,凸轮机构的组成,1,凸轮,2,从动件,3,机架,高副机构,3.1.2,凸轮机构的类型,1.,按凸轮的形状分类,盘形凸轮,：,最基本的形式，结构简单，应用最为广泛,移动凸轮,：凸轮相对机架做直线运动,圆柱凸轮,：空间凸轮机构,盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮,2.,按从动件的形状分类,尖端从动件,曲面从动件,尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。,磨损比尖端从动件小。,滚子从动件,平底从动件,凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。,从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。,3.,按从动件的运动形式分类,移动从动件 摆动从动件,移动从动件,：,从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；,摆动从动件,：,从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。,4.,按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类,(1),力锁合,弹簧力、从动件重力或其它外力,(2),型锁合,利用高副元素本身的几何形状,槽凸轮机构,槽两侧面的距离,等于滚子直径。,优点,：锁和方式结构简单,缺点,：加大了凸轮的尺寸和重量,等宽凸轮机构,凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。,缺点,：,从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当,180,范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余,180,内的凸轮廓线必须符合等宽原则,等径凸轮机构,两滚子中心间的距离始终保持不变。,缺点：,从动件运动规律的选择受到一定的限制,主回凸轮机构,(,共轭凸轮机构,),优点,：,克服了等宽、等径凸轮的缺点,缺点,：,结构复杂，制造精度要求高,一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动,5.,反凸轮机构,摆杆为主动件，凸轮为从动件,3.1.3,凸轮机构的应用,例,1,：实现变速操纵,例,2,：实现自动进刀、退刀,例,3,：控制阀门的启闭,例,4,：印刷机的吸纸吸头,3.2,从动件运动规律设计,3.2.1,凸轮机构的工作情况,回程运动角,近休止角,从动件运动规律（从动件位移线图）,基圆,以凸轮轮廓的最小向径,r,b,所作的圆,升程,从动件上升的最大距离,h,推程运动角,0,远休止角,s,3.2.2,从动件常用运动规律,1.,等速运动,特点：,速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击,刚性冲击,适应场合：,低速轻载,2.,等加速等减速,(,抛物线,),运动,特点：,加速度曲线有突变，加速度的变化率,(,即跃度,j),在这些位置为无穷大,柔性冲击,适应场合：,中速轻载,3.,简谐运动,(,余弦加速度运动,),当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规律,简谐运动,特点：,有柔性冲击,适用场合：,中速轻载,(,当从动件作连续运动时，可用于高速,),4.,摆线运动,(,简介,),半径,R=h/2,的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律,摆线运动,特点：,无刚性、柔性冲击,适用场合：,适于高速,5.3-4-5,多项式运动,(,简介,),特点：,无刚性冲击、柔性冲击,适用场合：,高速、中载,3.2.3,从动件运动规律的选择,1.,常用运动规律性能比较,2.,从动件运动规律的选择原则,考虑因素：,对运动规律的要求,凸轮的转速（动力特性和便于加工）,3.2.4,从动件运动规律的组合,1.,满足工作对运动规律的特殊要求；,2.,为避免刚性冲击，位移曲线和速度曲线必须连续；而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。,3.,尽量减小速度和加速度的最大值。,3.3,凸轮轮廓的设计,3.3.1,基本原理（反转法）,反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。,3.3.2,图解法设计凸轮轮廓,1.,移动从动件盘形凸轮,(1),尖底从动件,（,2,）滚子从动件,滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线,理论廓线,。,R,b,指的是理论廓线的基圆。,作内包络线，得到凸轮的实际廓线；,若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。,（,3,）平底从动件,取平底从动件表面上的点,B,0,作为假想的尖端从动件的尖端。,为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。,2.,摆动从动件盘形凸轮,3.3.3,解析法,(,略,)3.4,凸轮机构基本尺寸的确定,3.4.1,移动滚子从动件盘形凸轮,(,1,),压力角与许用值,(2),凸,轮基圆半径的确定,基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大,(3),从,动件偏置方向的选择,凸轮逆时针回转，从动件右偏置,凸轮顺时针回转，从动件左偏置,(,4,),凸轮轮廓形状与滚子半径的关系,外凸凸轮廓线,实际廓线出现尖点,实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律,运动失真,内凹凸轮廓线,无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出实际轮廓。,运动失真,原因：,避免方法：,滚子半径的选择,考虑结构、强度与运动规律等因素,3.4.2,移动平底从动件盘形凸轮,凸轮出现过度切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。,原因？,减小升程,h,增大基圆,r,b,增大偏心,e,运动失真,基圆半径的确定,避免运动失真,基圆半径过小,从动件升程过大,从动件偏置方向的选择,从动件偏置并不影响凸轮廓线的形状，选择偏置的主要目的是为了减小从动件在推程阶段所受的弯曲应力。,平地宽度的确定,3.5,凸轮机构的计算机辅助设计,(,略,),