凸轮机构及其设计

第九章凸轮机构及其设计第一节凸轮机构的应用、特点及分类1.凸轮机构的应用在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。

例1内燃机的配气机构当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。

至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。

例2自动机床的进刀机构当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。

至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。

2.凸轮机构及其特点(1)凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。

凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。

推杆是被凸轮直接推动的构件。

因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。

凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。

(2)凸轮机构的特点1）优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。

2）缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

3.凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。

（1）按凸轮的形状分1）盘形凸轮（移动凸轮）2）圆柱凸轮盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。

移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。

圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。

盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种空间凸轮机构。

盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。

（2）按推杆的形状分1）尖顶推杆。

这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。

⎩⎨⎧形封闭：（虚约束）等、力封闭：G spring2.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：⎩⎨⎧称为基圆半径基圆半径：为半径所做的圆半径为圆心，以凸轮的最小转轴心凸轮基圆：以凸轮的回00r r O 一个运动循环⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧）（近休止角近休（程））（回程运动角回程）（远休止角远休（程）（行程））升距（推程运动角推程''/'// /00s s f s s r h φδφδφδφδ A D D C C B BA →→→→ 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））一般πφφφφφφωω2(''00=+++=s s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⎪⎩⎪⎨⎧===)()()(t a a t v v t s δ凸轮一般以等角速度ω运动（转角）常用正比δδ∴∴t⎪⎩⎪⎨⎧===)()()(δδδa a v v s s 其中，位移线图最重要 图a)的运动规律用图b)表示图9-1图9-2s v a 线图如下：运动开始和终止时，速度有突变低速场合（刚性）冲击惯性力（理论，无限值）为→→→∞→a （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⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧r r r δδδ~22~0 等减速段：：等加速段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t r /2 （3）位移量相等，均为h/2方程⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧===222220244δδδδωωδr r r h s h v h a 二次凸轮转角常数→∝→∝2δδs v图9-4A 、B 、C 三点速度有突变中低速场合（柔性）冲击惯性力为有限值→→→→a（3）简谐运动规律：指从动杆的加速度按余弦规律变化⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧====-=得求得求dtdv a h a dt dsv h v h s r r rr r )cos(2)sin(2)]cos(1[22δδπδωπδδπδωπδδπ→a首末两点→有突变惯性力（柔性）冲击然后以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。

第六讲凸轮机构及其设计（一）凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1．组成：凸轮，推杆，机架。

2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。

缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

二、凸轮机构的分类1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮2．按推杆的形状分尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。

易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。

不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。

平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。

不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。

3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。

（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。

4．根据凸轮与推杆接触方法不同分：（1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。

①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮（二）推杆的运动规律一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r称为基圆半径。

推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。

推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。

回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。

休止：推杆处于静止不动的阶段。

推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。