第三章 凸轮机构及其设计

第三章 凸轮机构 凸轮机构及其设计
• • • • 3-1 3-2 3-3 3-4 凸轮机构的应用及分类 从动件常用运动规律 凸轮机构的压力角 凸轮轮廓的设计
本章重点 •几种常用运动规律的特点 •压力角与机构尺寸、机构效率的关系 •盘形凸轮廓线曲线的设计
主要内容: 1.凸轮机构的类型、特点 2.常用从动件运动规律及运动线图的绘制 3.凸轮轮廓曲线的设计 本章重点: 从动件运动线图的绘制 凸轮轮廓曲线的设计 本章难点: 从动件运动线图的绘制
1
1200
600
F
S2
1200
1800
3000
3600
0 1200 600 1200 600
1
升程h——推杆的最大位移。
其对应的凸轮转角t——推程运动角
S2 h
1200 1800 3000 3600
1
0
t
1200 600 1200 600
S2 EF段从动件在远处停止， 其对应的转角s——远休止角。 h
2 h12 a cos( 1 ) 2 t2 t
作图: 图3-8
注意:横轴和半圆的等分点一定要相同（不是度数相同）
实际上, 从动件在推、回程的运动规律并非要相同。
s2
h
1
s2
h
1
s2
h
1
4. 正弦加速度运动——摆线运动
推程 • 运动方程：
1 2 s h sin t t 2 2 h v 1 cos t t
S2
h
6.作轮廓线 1 h
11
10 9 8 7 6
1
2
3
4 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1800 0 3000 3600 210

O
等速运动规律 a
o


v
1

2

a

正弦加速度运动规律
五、从动件运动规律(Law of Motion of Follower ) 设计应考虑的问题 （1）应满足机器工作的要求； （2）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好 的运动和动力性能；
（3）设计从动件运动规律时，应考虑到凸轮轮廓
§3-1凸轮机构的应用及分类
3）按从动件的运动形式分： 摆动从动件 (Oscillating Follower)
§3-1凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：力锁合 (Force Closure)
§3-1凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：形锁合(Profile Closure)。
0
/2
0
/2

a

等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法一
S
0 1
4
9 4
1
o
1
2
δ1
3
4
5
6Hale Waihona Puke t δ等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法二
S
6 5 4 3 2
1
o
1
2
δ1
3
4
5
6
t δ
三、从动件常用运动规律
4'
s
5'
6'
（二）三角函数类基本运动规律 1.余弦加速度运动规律（推程）
的工艺性要好。 从动件动量 mvmax 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 amax 从动件惯性力 ma 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 max 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。 对于重载凸轮机构，应选择 值较小的运动规律； max

行程
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
远休止：从动件在离 轴心最远的位置休 止
远休止角：凸轮相应 的转角
s
B’
h
A r0
o δ0 δ01
t δ
δ0
ω
δ01
B
C
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
回程：从动件沿凸轮 轮廓以一定运动规 律从离凸轮轴心最 远的位置回到最低 位置，这一过程称 为回程
1 凸轮机构的类型及应用
凸轮机构的分类
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮
1 凸轮机构的类型及应用
凸轮机构的分类
1 凸轮机构的类型及应用
按从动件的形状分类
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
凸轮机构的分类
1 凸轮机构的类型及应用
按从动件的运动形式分类
直动从动件 直动从动件又可分为对心和偏置
摆动从动件
凸轮机构的分类
δ 6
v=πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0
δ
a=π2hω2 cos(πδ/δ0)/2δ02 回程运动方程：
a
s＝h[1＋cos(πδ/δ0’)]/2
v=-πhωsin(πδ/δ0’)δ/2δ0’
δ
a=-π2hω2 cos(πδ/δ0’)/2δ’02
回程运动角：凸轮相 应的转角
s
B’
h
D
A r0
t
o δ0 δ01 δ’0
δ
δ0
δ’0
δ01
ω
B
C
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
近休止：从动件在离 轴心最近的位置休 止
近休止角：凸轮相应 的转角

第3章凸轮机构及其设计3.1基本要求1.了解凸轮机构的类型及其特点。

2.掌握从动件的几种常用运动规律及特点。

掌握从动件行程、从动件推程、推程运动角、从动件回程、回程运动角、从动件远（近）休程及远（近）休止角及凸轮的基圆、偏距等基本概念。

3.熟练掌握并灵活运用反转法原理，应用这一原理设计直动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构及平底直动从动件盘形凸轮机构。

4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，根据这些原则确定凸轮机构的的压力角及其许用值、基圆半径、偏距、滚子半径等基本尺寸。

5.掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计的方法。

3.2内容提要一、本章重点本章重点是从动件运动规律的选择及其特点，按预定从动件运动规律设计平面凸轮轮廓曲线和凸轮机构基本尺寸的确定。

涉及到根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、选择或设计从动件的运动规律、合理选择或确定凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。

1 凸轮机构的类型选择选择凸轮机构的类型是凸轮机构设计的第一步，称为凸轮机构的型综合。

凸轮的形状有平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮）和空间凸轮，从动件的形状有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件，而从动件的运动形式有移动和摆动之分，凸轮与从动件维持高副接触的方法又有分为力锁合、形锁合。

故凸轮机构的类型多种多样，设计凸轮机构时，可根据使用场合和工作要求的不同加以选择。

（1）各类凸轮机构的特点及适用场合尖顶从动件凸轮机构：优点是结构最简单，缺点是尖顶处极易磨损，故只适用于作用力不大和速度较低的场合。

滚子从动件凸轮机构：优点是滚子与凸轮廓线间为滚动摩擦，摩擦较小，可用来传递较大的动力，故应用广泛。

平底从动件凸轮机构：优点是平底与凸轮廓线接触处极易形成油膜、能减少磨损，且不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，受力平稳、传动效率较高，故适用于高速场合。