第4章凸轮机构讲解

第4章 凸轮机构
4.1 概述 4.2常用的从动件运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓设计 4.4 凸轮机构基本尺寸的确定
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4.1 概 述 4.1.1、 凸轮机构的应用
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通 过与从动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不 连续的任意预期运动。凸轮机构是由凸轮、从动件和 机架三个基本构件组成的高副机构。 由于凸轮机构具 有多用性和灵活性, 因此广泛应用于机械、 仪器、 操 纵控制装置和自动生产线中, 是自动化生产中主要的驱 动和控制机构。但由于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。
动的盘形零件, 如图4 - 1中的件1是凸轮的最基本形式。 (2) 移动凸轮： 它可看作是回转半径无限大的盘形
凸轮, 凸轮相对机架作直线运动。 如图4 - 2中的件3。 (3) 圆柱凸轮： 它可看作是移动凸轮卷成圆柱体所
形成的凸轮, 从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动, 如 图4 - 3中的构件1。
B′ 3B3=33′, …, 得B1, B2, B3, … 点。 这些点就是反 转后从动件的系列位置。
(4) 将B0, B1, B2, B3, …光滑地连成曲线, 即是所要 求的凸轮轮廓曲线, 如图5 - 9(a)所示。
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二、对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓绘制
/ s
0
/ 0
s
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例三： 图4 - 3所示为一自动机床的进刀机构，当具有凹
槽的圆柱凸轮1回转时，其凹槽的侧面迫使推杆2绕点 C作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。
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2
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1 图4-3自动机床上的走刀机构
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滚子半径（rT）的确定
内凹的凸轮轮廓
a min rT
不论滚子半径大小如何， 凸轮的工作廓线总是可 以平滑地作出。
外凸的凸轮轮廓
a min - rT
1）当ρmin= rT，实际轮 廓上将出现尖点
2）当ρmin＜rT时，则 为负值，这时实际的轮 廓出现交叉，从动轮将 不能按照预期的运动规 律运动，这种现象称为
从动件位移曲线
盘形凸轮机构基本概念
凸轮轮廓组成 非圆弧曲线 AB、CD 圆弧曲线 BC、DA
基圆 基圆半径r0 推程 行程h
推程运动角δ0 远休止 远休止角δs 回程 回程运动角δh 近休止 近休止角δs
从动件位移曲线
等速运动规律
从动件速度为定值的运动规律称为等速运动规律。
推程
回程（空回行程） [a ] 70 0 ~ 80 0
压力角的选择和检验
压力角与机构尺寸的关系
由速度合成定理作出 B 点的速 度三角形，可得：
tana PD OP e ds/d e
BD s0 s
r02 e2 s
于是
r0
ds/d
(

e

s) 2

e2
tg[a ]
压力角的选择和检验
检验压力角
注意：若测量结果超过许用值，通常可用加大凸轮
基圆半径的方法使max 减小。
设计凸轮机构应注意的问题
若v、s、 已知，则压力角越大，基圆半径 越小，使得机构尺寸紧凑，但易产生自锁。
压力角越小，无用分力越小，受力性能提 高，传动效率加大，避免自锁。
针对凸轮机构传力性能和尺寸紧凑的矛盾， 设计时通常应考虑许用压力角[a]。 一般只针对推程进行压力角的校核。回程 中从动件是由弹簧、自重等外力驱动，而非由 凸轮驱动，故在回程中通常不产生自锁。

图4.1 内燃机配气凸轮机构
图4.2
绕线机排线凸轮机构
图4.3所示为录音机卷带装置中的凸轮机构。工作时，凸 轮1处于图示最低位置，在弹簧5的作用下，安装于带轮轴上 的摩擦轮3紧靠卷带轮4，从而将磁带卷紧。停止放音时，凸 轮1随按键上移，其轮廓迫使从动件顺时针方向摆动，使摩 擦轮与卷带轮分离，从而停止卷带。
1. 多项式运动规律
多项式运动规律的一般形式为
s = C 0 + C 1δ + C 2 δ 2 + C 3δ 3 + L + C n δ n
式中， δ 为凸轮转角；s为从动件位 为凸轮转角；s C C C C C 移； 0 ， 1 ， 2 ， 3 ，…， n 为待定常数，可利用边 界条件来确定。 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律) 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律)；二次 (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) 多项式运动规律。
图4.10 改进等速 运动规律
图4.11 改进等加速等减速 运动规律
【例4.1】 直动从动件凸轮机构。已知：从动件行程 h=20mm，推程运动角 δ t = 150° ，远休止角 δ s = 60°，回程 运动角 δ h = 120° ，近休止角 δ 's = 30° ；从动件推程、回程分 别采用简谐运动规律和摆线运动规律。试写出从动件一 个运动循环的位移、速度和加速度方程。 解：(1) 从动件推程运动方程。 推程段采用简谐运动规律，故将推程运动角 δ t = 150° 5π /6、行程h=20mm代入简谐运动规律推程运 = 动方程式，可推出
● 4.4 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 曲线的设计—— ●4.4.1 滚子直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.2 滚子摆动从动件盘形凸轮机构理论轮廓 曲线方程 ●4.4.3 平底直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.4 滚子直动从动件圆柱凸轮机构 ● 4.5 凸轮机构基本尺寸的确定 ●4.5.1 凸轮机构的压力角和自锁 ●4.5.2 凸轮基圆半径的确定 ●4.5.3 滚子半径的选择 ●4.5.4 平底从动件的平底尺寸的确定 ● 小结

10
1
2
3
4
5
6
s
2h 2
2
v
v
4h
2
a
4h 2
2
柔性冲击 适用于低速场合
0
a
0
j
0
/2 /2
/2
19
等加速等减速运动规律
推程
回程 ？
推程
等加速s段 2h 2
2
v
4h
2
a
4h 2
2
等减速段
回程
等加速段
sh
2h '2
(
s )2
等减速段 2h s '2
(
s
' )2
§4-2 从动件的常用运动规律
•从动件 一边随着机架以角速度
-ω 绕 o 点转动，
O
一边在导路中往复移动
r0
反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓
1 2 3
4
5
6
7 29 29
8
一、直 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 轮 廓
1. 对心 尖顶 移动 从动件 盘形 凸轮 廓线的设计
已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角 速度和从动件的运动规律，设计该
O1
o
最大摆角
从动件摆角 最大摆角
BC
max
S
近休止角
D 2
S
max 推程运动角 远休止角 回程运动角
摆角 O2
14
凸轮机构的运动学设计参数
凸轮 推程角 远停角S 回程角 近停角S
从动件的位移s、速度v、 加速度a、跃度j
凸轮机构的基本尺寸
基圆半径 rb
移动从动件凸轮机构的偏距 e