第4章 凸輪機(jī)構(gòu)

1、第4章凸輪機(jī)構(gòu)(cam mechanism)4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型Question：什么是凸輪機(jī)構(gòu)？和連桿機(jī)構(gòu)有什么不同？一、應(yīng)用1內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)排線凸輪機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶凸輪機(jī)構(gòu)仿形車床自動送料機(jī)構(gòu)凸輪：曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。通過點(diǎn)或線接觸推動從動件，使其得到任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)：機(jī)架、凸輪和從動件(follower)組成高副機(jī)構(gòu)。凸輪主動件連續(xù)等速轉(zhuǎn)動從動件連續(xù)或間歇的往復(fù)移動或擺動二、分類1、凸輪形狀A(yù)、盤形凸輪plate cam：最基本型式B、移動凸輪translating cam：可看作一種盤形凸輪C、圓柱凸輪1,2cylindrical cam：可看作由移動凸輪

2、演化而來平面凸輪機(jī)構(gòu)planar cam mechanism： 盤形凸輪機(jī)構(gòu)、移動凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)spatial cam mechanism： 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可用移動凸輪的設(shè)計方法來近似設(shè)計圓柱凸輪2、按從動件的型式分A、尖頂從動件：良好接觸性 易磨損 受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)B、滾子從動件：耐磨損，承受較大載荷，最常用的型式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，不宜潤滑 低速和中速傳力較大的場合C、平底從動件：不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸 受力較好，易形成油膜 用于高速凸輪機(jī)構(gòu)3、按從動件的運(yùn)動形式分A、直動從動件translating follower：往復(fù)直線運(yùn)動 對心直動從動件radial transla

3、ting follower： 偏置直動從動件offset translating follower ： B、擺動從動件oscillating follower：往復(fù)擺動4、從動件與凸輪保持接觸的方法A、力封閉(force-closed cam mechanism)： 從動件的重力、彈簧力或其他外力B、幾何形狀封閉(form-closed cam mechanism)： 凸輪或從動件的特殊幾何結(jié)構(gòu)等寬凸輪：凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度等徑凸輪：兩滾子中心間的距離始終保持不變反凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪做從動件共軛凸輪機(jī)構(gòu)dual or conjugate cam：一個凸輪推動從動件

4、完成正行程運(yùn)動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運(yùn)動 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：從動件運(yùn)動規(guī)律任意但準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、設(shè)計方便。凸輪輪廓與從動件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，所以通常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)中。對心尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基圓base circle ：凸輪輪廓的最小向徑rmin為半徑的圓推程rise travel推程運(yùn)動角motion angle for rise travel回程return travel回程運(yùn)動角motion angle for return travel近休：近休止角nearest dwell angle遠(yuǎn)休：遠(yuǎn)休止角farthest dwell angleQu

5、estion：怎樣表示從動件行程？設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動件的運(yùn)動規(guī)律，然后按照選定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓線。4-2從動件的常用運(yùn)動規(guī)律一、等速運(yùn)動規(guī)律constant velocity motion curve運(yùn)動開始點(diǎn)和終止點(diǎn)，有速度的突變，理論上為無窮大；非常大的慣性力引起剛性沖擊rigid impact不宜單獨(dú)使用，運(yùn)動開始和終止段應(yīng)當(dāng)用其他運(yùn)動規(guī)律過渡低速輕載二、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律（拋物線運(yùn)動規(guī)律）constant acceleration and deceleration motion curveo、m、e處加速度出現(xiàn)有限值的突化，產(chǎn)生慣性力的有限值突變有限值慣性

6、力將引起柔性沖擊soft impact中速輕載三、簡諧運(yùn)動規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動規(guī)律）cosine acceleration motion curve簡諧運(yùn)動：點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動時，在其直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動行程的始點(diǎn)和終點(diǎn)有柔性沖擊保持連續(xù)運(yùn)動可避免柔性沖擊中速輕載從動件連續(xù)運(yùn)動，可用于高速其他運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律A、多項式運(yùn)動規(guī)律polynomial motion curve無剛性沖擊無柔性沖擊高速、中載多項式次數(shù)越高，運(yùn)動特性越好，對加工要求越高。B、擺線運(yùn)動規(guī)律 （外擺線1，2）（正弦加速度運(yùn)動規(guī)律）sine acceleration motion curve圓作純滾動時，圓上最初位于座

7、標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其隨時間變化的規(guī)律無剛性沖擊無柔性沖擊適于高速、中載的場合4-3 圖解法設(shè)計凸輪輪廓一、基本原理反轉(zhuǎn)法：相對運(yùn)動 加上公共角速度，各構(gòu)件間相對運(yùn)動保持不變凸輪靜止不動，從動件一邊隨著機(jī)架以一定的角速度1繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)動，一邊在導(dǎo)路中往復(fù)移動反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡就是凸輪的輪廓反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法二、作圖步驟1、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制A、對心尖頂直動從動件盤形凸輪已知：從動件位移線圖，凸輪的基圓半徑rmin，凸輪 以等角速度1順時針方向回轉(zhuǎn)。要求：繪出凸輪的輪廓。步驟：、確定尖頂?shù)钠鹗嘉恢肁0 、確定反轉(zhuǎn)后從動件導(dǎo)路的各個位置 OA1、OA2、 OA3、 OA4 、確定反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?A

8、1、 A2、A3、 A4 、將A0、 A1、 A2、 A3、 A4 連成光滑的曲線,得到凸輪輪廓。B、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪區(qū)別：導(dǎo)路的位置。 凸輪轉(zhuǎn)動，導(dǎo)路始終與凸輪軸心o保持偏距e。 因此，反轉(zhuǎn)中，從動件的導(dǎo)路也應(yīng)始終與凸輪 的偏距圓相切。偏置尖頂直動從動件盤形凸輪C、滾子直動從動件盤形凸輪把滾子中心看作尖頂從動件的尖頂。注意：、實際輪廓cam profile 理論輪廓cam pitch curve 基圓半徑和壓力角 應(yīng)在理論輪廓上度量、滾子半徑roller radius選擇滾子半徑小于凸輪外凸部分最小曲率半徑變尖現(xiàn)象pointing phenomenon運(yùn)動失真undercutting D、平底直動從動件盤形凸輪將平底上一固定點(diǎn)視為尖頂。注意：平底長度的選擇。2、擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制已知：從動件位角移線圖，凸輪的基圓半徑rmin，凸輪以等角速度1順時針方向回轉(zhuǎn)，凸輪與擺動從動件的中心距l(xiāng)OA，擺動從動件的長度lAB。要求：繪出凸輪的輪廓。4-4 凸輪機(jī)構(gòu)壓力角壓力角：從動件上驅(qū)動力與該作用點(diǎn)絕對速度之間所夾的銳角接觸點(diǎn)輪廓法線與從動件速度方向所夾的銳角設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)要求：要求從動件實現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律機(jī)構(gòu)有較好的受力情況和較小的尺寸為此需要討論壓力角對機(jī)構(gòu)的受力情況及尺寸的影響一、壓力角與作用力的關(guān)系自鎖現(xiàn)象 二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系基圓半徑越小，壓力角