第九章凸轮机构及其设计.doc

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第九章 凸轮机构及其设计
§9—1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用:常用的高副机构
自动机械和半自动机械装置中,实现运动比连杆（最多9个点）容易，使用广泛。
1。应用实例 :
（1）内燃机配气机构:
2.凸轮机构及组成：是高副机构

3。优点：
易满足任意复杂运动的要求;简单紧凑，工作可靠;易设计。
4。缺点：
易磨损（点线接触—高副）.用于受力不大的场合;加工困难,成本高。
二、凸轮机构的分类：
1.分类：
（1）凸轮机构（两活动构件作平面、空间运动)

（2)凸轮机构(按推杆运动副形状分）

（3）凸轮机构(推杆运动形式）

（4）凸轮机构(力方式）
图9-Error! Bookmark not defined.

2.命名：
以上分类方法组合：
摆动滚子推杆圆柱凸轮机构
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构

§9-2 从动件的运动规律及其选择
一、凸轮与从动件的运动关系：

图9—Error! Bookmark not defined.
一个运动循环
从动件行程：从动件的最大位移：h
整程角(一个运动循环对应凸轮总转角）
二、从动件的运动规律（推杆的运动规律）:
指从动件的位移s、速度v、加速度a随时间而变化的规律
凸轮一般以等角速度运动
其中，位移线图最重要
图a）的运动规律用图b）表示
初始条件
了解
从动件的运动规律
三、从动件运动规律的选择:
考虑：刚性冲击、柔性冲击、vmax（速度幅值）、amax

参考表4—2 讲

1 .从动件基本运动规律

基本运动规律(102页表4-1）
图9-1
(1）等速运动规律:指凸轮等速回转时,从动件在推程或回程中的速度为常数，而在始末两点处速度产生突变
即

s v a 线图如下：
运动开始和终止时,速度有突变
(2）等加速等减速运动规律：指从动件在推程（或回程）中，先作等加速运动，再作等减速运动，加速度为常数
推程
前半行程合后半行程 （1)加速度大小相等，方向相反
（2）所用时间相等，均为tr/2
（3）位移量相等，均为h/2
方程

图9—Error! Bookmark not defined.
A、B、C三点速度有突变
（3）简谐运动规律:指从动杆的加速度按余弦规律变化

2 。组合运动规律：几种运动规律组合，连接点处s、v、a应相等

§9-3凸轮轮廓曲线的设计

一、凸轮轮廓设计的基本原理
1 。对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构：
反转法:在设计凸轮廓线时,可假设凸轮静止不动，而使推杆相对于凸轮作反转运动,同时又在其导轨内作预期运动，做出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。(图轮廓线的设计的基本原理）
例:试用反转法绘制一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线，已知凸轮的基圆半径为r0=15mm，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如图。（用反转法）
步骤：
（1）绘制并等分位移线图
（2）画基圆
等分基圆得推杆在反转运动中导轨占据的各个位置
求推杆在复合运动中占据的位置
连线
2 .对心直动滚子推杆盘形凸轮机构
先按上述绘出滚子中心A在推杆复合运动中依次占据的位置1ˊ、2ˊ……
然后以1ˊ、2ˊ……为圆心，以滚子半径rr为半径，作一系列圆，再作此圆簇的包络线，即为凸轮的轮廓曲线。

3 。对心直动平底推杆盘形凸轮机构:
将推杆导路的中心线与推杆平底的交点A视为尖顶推杆的尖点，按前述的作图步骤确定出点A在推杆作复合运动时依次占据的位置1ˊ、2ˊ…….然后再通过点1ˊ、2ˊ……作一系列代表推杆平底的直线，而此直线簇的包络线即为凸轮的工作廓线。
平底左右两侧的宽度W应分别大于左右两侧的运动点距离Lmax
W=Lmax+5mm
5 。摆动尖顶推杆盘形凸轮机构
给出推杆角位移方程
相对直动：
已知：lOA、r0、lAB、逆时针，
求：图轮廓线
绘制：（1)定出O、A基圆、B（以A为圆心，lAB为半径的基圆 )
(2)等分
（3)以O为圆心,lOA为半径,转圆，对应上述等分的A1、A2……
以A1圆心,lAB为半径,与基圆交于B1使lAB交射线于（即为凸轮上一点）或连OA1使的射线，以lAB交射线于点（即为凸轮上一点)，同理得……
（4）连线
6 。摆动滚子推杆从动件盘形凸轮机构
在以上基础上画滚子包络线即可得
7 .直动推杆圆柱凸轮机构
例:3—1 设计一对心直动滚子从动件凸轮机构.已知:滚子半径rr=10mm,凸轮顺时针转,从动件在推程中的运动规律为简谐运动，升距h=30mm,回程以对称型等加速等减速运动规律返回原处,对应于从动件各运动阶段,凸轮的转角分别为（凸轮的轴的半径rs=20mm）基圆半径45mm。试绘制该机构的凸轮轮廓。

解：（1）画从动件位移线图,如上图,先取适当的比例尺绘制、等分
r0=1。75rs+10=1。75×20+10=45mm
（2） 画基圆：mm
（3)画等分线:线，并用对应等分线C1、C2……
（4）截取：……
（5）连线: B1B2……
（6）包络线
（7）验算压力角
(8）验算

二、解析法设计（尖顶、滚子从动件盘形凸轮机构)
1 .直动从动件盘形凸轮：
2。摆动从动件盘形凸轮：

三、平底直动从动件盘形凸轮（解析法）
§9—4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定
面解析法设计凸轮时，下列参数假设为已知，事实要确定：
r0—-基圆半径
e-—直动从动件的偏距
l——摆动从动件长度
a——摆动从动件与凸轮的中心距
rr-—滚子半径
确定依据:传力性能优势、结构是否紧凑、运动是否失真等。
一、凸轮结构的压力角及其许用值
1.压力角:从动件在凸轮轮廓接触点处所受的正压力的方向（即凸轮轮廓在该点法线方向)与从动件上的速度方向之间所夹的锐角。
它是反映凸轮受力情况的一个重要参数。
偏置直动从动件盘型凸轮机构
（图4—15）
2. 的取值：
凸轮机构的瞬时效率为：
F0 :理想驱动力; F:实际驱动力F12
其中

由以上两式知：

当增大到使F12时，此时机构发生自锁。
此时的压力角为临界压力角.
要使：

（4—8）
为使凸轮正常运转：

工程上考虑到F12,:
推荐的：

二、按许用压力角［］确定凸轮机构的基本尺寸：
如图4-15 P12为1、2构件相对速度瞬心

(4—9）
其中: s0=
即：
所以
为了改善传力特性或减小凸轮尺寸，常用P115页图4—17偏置凸轮机构：
应使偏置于推时的相对瞬心P12位于凸轮轴心的同一侧，
否则,使推程代入（4—9）计算时e用“－”代入
三、按凸轮轮廓全部外凸条件确定凸轮基圆半径r0
平底凸轮机构运动不失真
由式P111(4—5）及高数中的曲率半径计算公式，平底直动从动件盘型凸轮轮廓曲率半径应大于或等于最小曲率半径。
（0≤≤） （4—5）置动平底从动件轮廓方程

得： （0≤≤2）
（0≤≤2） （4—10）
四、滚子半径rr的选择：
——工作轮廓曲率半径
-—理论轮廓曲率半径
rr-—滚子半径
1。凸轮理论轮廓内凹的部分:P116（a)
这时即此时当理论轮廓做出后，不论选择多大的滚子，都能做出工作轮廓.
2。凸轮理论轮廓的外凸部分：
如图b
1）当时，：这时可做出凸轮的工作轮廓
2）当时,：这时可做出凸轮的工作轮廓，但出现失点,易磨损
3)当时，：包络线相交，无法加工成预期的效果，失真
综上所述：
rr不宜太大，但要装在销轴上，故也不宜太小。
一般: rr〈
其中：——理论轮廓外凸部分的最小曲率半径
——3~5mm
重载凸轮：rr=

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