04凸轮及间歇机构解析

已知:rmin、h、1、从动杆运动规律 凸轮转角 0 180 210 300 180 210 300 360 从动杆运动 等速上升 h 上停程 等速下降 下停程
注意比例一致
解:1.作位移曲线(取比例μl) 2.等份S2- 1图 3.作基圆(注意比例一致)
4.- 等份基圆得导轨 5.量取相应位移 6.作轮廓线
每一行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运 动 →a有有限值的突变→无速度突变，无刚性冲击 →柔性冲击→中低速凸轮机构 从动件位移函数关系： (V0=0, 等加速等减速 )
1 2 S 2 at 2
回程:前半行程→等加速 后半行程→等减速
推程:前半行程→等加速 后半行程→等减速
摆动从动件[a]=35～45
回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为 [a]=70～80
4.3 凸轮设计的几个问题
4.3.2 基圆半径的确定
从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸 增加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。 D点是从动件与凸轮速度瞬心 V=ω· OD 在∆ABD中
双向棘轮1
双向棘轮2
棘轮可双向运动
4.4 间歇运动机构
1 2 3
1 2
3
设计：潘存云
摩擦棘轮
超越离合器
4.4 间歇运动机构
二、棘轮机构的特点与应用
结构简单，制造容易运动可靠 棘轮的转角在很大范围内可调 工作时有较大的冲击和噪声、 运动精度不高，常用于低速场 合
棘轮机构还常用作防止机构逆 转的停止器。如起重止动器
11
0
S2
h
h
1
10 9 8 7
1
2
3
4 6 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1800 3000 3600 2100
1
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
按尖顶从动件作凸轮轮廓线β0(理论轮廓) →以β0各点为圆心作圆(滚子半径为径) →作这些圆的包络线β(实际轮廓)
正弦加速度运动 由运动图可见，其速度 和加速度曲线都是连续的， 因此没有柔性冲击，故常用 于高速凸轮机构。
4.1.2 常用的从动件运动规律
三、 从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。 对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。 对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦 加速度运动规律或其他改进型的运动规律。
几何封闭
★偏距圆与位移线图对应等分
★推杆在反转运动中依次占据的位 置都是偏距圆的切线；
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
4.2.4 凸轮轮廓的加工 凸轮轮廓的加工方法通常有两种
1.铣、锉削加工 对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸 轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工 而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到 修正。 2.数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一 种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标， 并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝 半径再加上放电间隙。
→作这些平底的包络线 →实际轮廓 A3
B3
B7
A7 B6 A6 B5
A5
实际廓线β
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
偏距圆：以凸轮轴心O为圆心，以 偏距e为半径作的圆。 设计步骤与对心直动相同。 作图步骤：
应注意的不同点：
★先作出基圆和偏距圆，根据推杆 偏置方向确定其起始位置。
OD e (ds / d ) e tana AB r02 e 2 s
即
a arctan
(ds / d ) e r e s
2 0 2
(式A)
导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分 取“＋”，凸轮顺时针转动时，符号取 法与上述相反
4.3 凸轮设计的几个问题
在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也 可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证a≤[a] 在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大 于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6~2)r。
上式即为凸轮理论廓线方程 实际廓线与理论廓线在法线上相距 滚子半径rr，则推出
x x rr cos y y rr sin
式中取“—”号时为内等距曲线，取“＋”号时为外等距曲线
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
取摆杆的轴心AO与凸轮轴心O 之连线为坐标系的y轴，BO点是摆动 杆的推程起始位置，摆动杆与ｙ轴的 夹角为初始角。根据反转法原理，得 出B点坐标
第4章 凸轮机构与间歇运动机构
§4.1 凸轮机构 §4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法 §4.3 凸轮设计中的几个问题 §4.4 间歇运动机构
4.1 凸轮机构
4.1.1 概述 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与 从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或 不连续的任意预期运动。实例
r
4.1.2 常用的从动件运动规律
二、 常用的从动件运动规律 等速运动
运动开始，V由0突变为
0
h
加速度a为
h dv 0 a dt 0
0

同理，运动结束 a=-∞ 由于存在刚性冲击，如果单独 使用这种运动规律，只适用于 低速场合
4.1.2 常用的从动件运动规律
等加速—等减速运动
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
按照从动件的型式分为以下几种：
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：
力封闭
几何封闭
4.1.1 概述
三、凸轮和滚子的材料 凸轮的主要失效形势为磨损和疲劳点蚀。 对凸轮和滚子的材料要求： 工作表面硬度高 耐磨 有足够的表面接触强度 凸轮芯部有较强的韧性 常用的凸轮材料： 40Cr、 20Cr、 40CrMnTi 常用的滚子材料： 20Cr或者滚动轴承
4.3 凸轮设计的几个问题
4.3.1 凸轮机构的压力角
从动件的运动方向和凸轮作 用于它的法向力Fn方向之间所夹 的角a称为压力角。
F1 F cosa F2 F sin a
由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力Ｆ1愈小，有害分力Ｆ2 愈大。当a角大到某一数值时，必将会出现F1<fF2的情况。这时，不论 施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此， 为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。 推荐压力角数值 移动从动件[a]=30～39
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
4.2.2 解析法设计凸轮轮廓曲线
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以转过角；
B点坐标为
x (s0 s) sin e cos y (s0 sBiblioteka Baidu cos e sin
4.3 凸轮设计的几个问题
4.3.3 滚子半径的确定
凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系 r ' = r + rr 当理论廓线内凹时 此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a) 当理论廓线外凸时(可分为三种情况)
r ' = r - rr
1) r > rr时 r ' > 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)
2) r = rr 时r ' = 0，实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。 3) r < rr 时r ' < 0， ，即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。
4.3 凸轮设计的几个问题
理论廓线上任意点的曲率半径可用下式计算
dx dy d d r 2 2 dx d y dy d x 2 d d d d 2
4.4 间歇运动机构
二、 槽轮机构的类型、特点及应用
内啮合槽轮机构
外啮合槽轮机构
空间槽轮机构
•优点：结构简单、工作可靠、机械效率高，能较平稳、间歇 地进行转位 •缺点：圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击， 不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
力封闭
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
4.1.1 概述
一、 凸轮机构的应用
示例一
内燃机配气机构
4.1.1 概述
示例二 靠模车削移动凸轮机构
4.1.1 概述
示例三 分度转位机构
4.1.1 概述
二、凸轮机构的分类 按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：
牛头刨床进给调整机构 通过调整杆长来调摆角
4.4 间歇运动机构
4.4.2 槽轮机构 一、槽轮机构的工作原理
当拨盘上的圆柱销A没有 进入槽轮的径向槽时，槽轮 的内凹锁止弧面被拨盘上的 外凸锁止弧面卡住，槽轮静 止不动。当圆柱销A进入槽轮 的径向槽时，锁止弧面被松 开，则圆柱销A驱动槽轮转动。 当拨盘上的圆柱销离开径向 槽时，下一个锁止弧面又被 卡住，槽轮又静止不动。由 此将主动件的连续转动转换 为从动槽轮的间歇运动 观看动画
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
4.2.1 反转法原理
加角速度-(与凸轮角速度大小相等、方向相反)
凸轮静止不动
从动件与导路以角速度-绕凸轮转动
从动件相对导路移动
从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线
对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就 是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距 滚子半径rT的一条等距曲线。
x a sin l sin( 0 ) y a cos l cos( 0
其中
l 2 a 2 r02 0 arccos 2la
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
4.2.3 作图法设计凸轮轮廓曲线
对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
S
V
a

4.1.2 常用的从动件运动规律
简谐运动规律
分析:
点在圆周上作匀速运动, 它在这个圆的直径上 的投影所构成的运动。 凸轮作匀速运动, S2按余弦规律变化→余弦加 速度运动→始点与终点有柔性冲击。
作图: 见书图 注意: 实际上, 从动件
在推、回程的运动规 律并非相同。
4.1.2 常用的从动件运动规律
2
2 32
dx dy d 2 y d 2 x 式中 、 、 2 、 2 d d d d
和二阶导数
分别为理论廓线坐标x,y对凸轮转角的一阶
4.4 间歇运动机构
4.4.1 棘轮机构 一、 棘轮机构的工作原理：
机构组成
它主要有摇杆、棘爪、棘轮、 制动爪和机架组成。弹簧使制 动爪和棘轮保持接触。
n
n
实际廓线β 理论廓线β0
4.2 凸轮轮廓的设计方法与加工方法
平底从动件盘形凸轮轮廓的设计
按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,....
B10
A10 B9 A9 B8 A8 B4 A4 A0 B0 A1 B1 A2 B2
1
→过各点作作各位置的平底 A0B0, A1B1,A2B2......
4.1.2 常用的从动件运动规律
一、 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数
凸轮运动常用术语：
图为对心尖 顶从动件盘形凸 轮机构，凸轮回 转时，从动件重 复升—停—降— 停的运动循环。 从动件的位 移s与凸轮转角 的关系可以用从 动件的位移线图 来表示，如右图 所示。 基圆： min 推程： 升程ｈ： 推程运动角δt： 回程；回程运动角δh: 远休止角δS: 近休止角δS′: 位移Ｓ2:
工作过程
摇杆逆时针摆动----棘爪插入 齿槽---棘轮转过角度---制动 爪划过齿背 摇杆顺时针摆动---棘爪划过 脊背---制动爪阻止棘轮作顺 时针转动----棘轮静止不动 因此当摇杆作连续的往复摆动 时，棘轮将作单向间歇转动。
观看动画演示
4.4 间歇运动机构
A B B’
设计：潘存云
双动棘轮机构