第5章凸輪機構

1、 第五章第五章 凸凸 輪輪 機機 構構 1 1 應用與分類應用與分類2 2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律 3 3 圖解法設計凸輪輪廓圖解法設計凸輪輪廓 4 4 凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機構基本尺寸的確定基本要求基本要求: :了解凸輪機構的類型及特點了解凸輪機構的類型及特點掌握從動件常用運動規(guī)律的特點掌握從動件常用運動規(guī)律的特點掌握凸輪機構基本尺寸確定的原則掌握凸輪機構基本尺寸確定的原則熟練掌握反轉法原理并進行凸輪機構設計熟練掌握反轉法原理并進行凸輪機構設計凸輪機構的組成凸輪機構的組成1-1-凸輪凸輪 2-2-氣閥氣閥 3-3-內燃機殼體內燃機殼體1-1-圓柱凸輪圓柱凸輪 2-2-直動

2、從動件直動從動件 3-3-毛坯毛坯1-1-凸輪凸輪 2-2-擺動從動件擺動從動件 3-3-線軸線軸內燃機中的配氣凸輪機構內燃機中的配氣凸輪機構自動送料凸輪機構自動送料凸輪機構繞線機凸輪機構繞線機凸輪機構一、組成一、組成由三個構件組成的一種高副機構由三個構件組成的一種高副機構 凸輪：凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構件具有曲線輪廓或凹槽的構件 從動件從動件: : 機架機架從動件從動件 凸輪凸輪 二、特點二、特點 實現各種復雜的運動要求實現各種復雜的運動要求優(yōu)點優(yōu)點: : 結構簡單、緊湊結構簡單、緊湊 設計方便設計方便缺點缺點: : 點、線接觸，易磨損，點、線接觸，易磨損， 不適合高速、重載不適合高速、

3、重載 1 1 按凸輪的形狀分按凸輪的形狀分從動件從動件 凸輪凸輪 凸輪凸輪 從動件從動件 從動件從動件 凸輪凸輪 三、分類三、分類盤形凸輪盤形凸輪移動凸輪移動凸輪平面凸輪平面凸輪空間凸輪空間凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪2 2 按從動件的形狀分按從動件的形狀分尖頂從動件尖頂從動件 尖頂始終能夠與凸輪輪廓尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實現復雜的保持接觸，可實現復雜的運動規(guī)律運動規(guī)律 易磨損，只宜用于輕載、易磨損，只宜用于輕載、低速低速滾子滾子從動件從動件 耐磨、承載大，較常用耐磨、承載大，較常用平底從動件平底從動件 接觸面易形成油膜，利于接觸面易形成油膜，利于 潤滑，常用于高速運動潤滑，常用于高速運動

4、 配合的凸輪輪廓必須全部配合的凸輪輪廓必須全部 外凸外凸尖頂從動件尖頂從動件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件平底從動件平底從動件3 3 按從動件的運動形式分按從動件的運動形式分 直動從動件直動從動件 往復移動往復移動 軌跡為直線軌跡為直線 擺動擺動從動件從動件 往復擺動往復擺動 軌跡為圓弧軌跡為圓弧尖頂尖頂從動件從動件 滾子滾子從動從動件件 平底平底從動件從動件 擺動擺動從動件從動件直動直動從動件從動件 4 4 按從動件的布置形式分按從動件的布置形式分 對心直動從動件對心直動從動件 偏置偏置直動直動從動件從動件尖頂尖頂從動件從動件 滾子滾子從動件從動件 配氣機構配氣機構繞線機構繞線機構

5、四、應用四、應用靠模機構靠模機構進刀機構進刀機構一、基本概念一、基本概念1.基圓、基圓半徑基圓、基圓半徑 rb 2.向徑向徑 r 3. 推程、推程運動角推程、推程運動角 4. 遠休止角遠休止角 s 5. 回程、回程運動角回程、回程運動角 6. 近休止角近休止角 s 7. 7.轉角轉角 、位移位移 S S 8. 行程行程 (升程升程) hrrbSh sswCABDB2 2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律 在凸輪廓線的推動下，從動件的在凸輪廓線的推動下，從動件的位移、速度、位移、速度、加速度加速度隨時間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱隨時間變化的規(guī)律，常以圖線

6、表示，又稱為從動件運動曲線。為從動件運動曲線。 一般假定凸輪軸作等速運轉，故凸輪轉角與時一般假定凸輪軸作等速運轉，故凸輪轉角與時間成正比，因此間成正比，因此凸輪機構從動件的運動規(guī)律凸輪機構從動件的運動規(guī)律通常通常又可以表示為又可以表示為凸輪轉角的函數。凸輪轉角的函數。尖底直動從動件的位移曲線尖底直動從動件的位移曲線 基圓基圓：凸輪上具有最小半徑凸輪上具有最小半徑r ro o的圓的圓 推程與推程角推程與推程角：當凸輪廓線當凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時，上的曲線段與從動件接觸時，推動從動件沿導路由起始位置推動從動件沿導路由起始位置運動到離凸輪軸心最遠的位置。運動到離凸輪軸心最遠的位置。從動件的

7、這一運動行程稱為推從動件的這一運動行程稱為推程。此過程對應凸輪所轉過的程。此過程對應凸輪所轉過的角度稱為角度稱為推程角推程角，從動件沿導從動件沿導路移動的最大位移稱為路移動的最大位移稱為升距升距h h。 遠休止與遠休止角：遠休止與遠休止角： 當凸輪廓線上對應的圓弧段與當凸輪廓線上對應的圓弧段與從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠處靜止不動。從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠處靜止不動。這一過程稱為這一過程稱為遠休止遠休止，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為遠休止角遠休止角s 。 近休止與近休止角近休止與近休止角: : 當凸輪廓線上對應的圓弧段當凸輪廓線上對應的

8、圓弧段與從動件接觸時，從動件處于位移的起始位置，靜止與從動件接觸時，從動件處于位移的起始位置，靜止不動，這一過程稱為不動，這一過程稱為近休止近休止。此過程對應凸輪所轉過。此過程對應凸輪所轉過的角度稱為的角度稱為近休止角近休止角/s 。 回程與回程角回程與回程角: : 當凸輪廓線上的曲線段與從動件當凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時，引導從動件由最遠位置返回到位移的起始位置。接觸時，引導從動件由最遠位置返回到位移的起始位置。從動件的這一運動行程稱從動件的這一運動行程稱回程回程，此過程對應凸輪所轉過，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為的角度稱為回程角回程角/。等速運動規(guī)律運動線圖推程運動方程推程運動方程

9、0avhsw二、等速運動規(guī)律二、等速運動規(guī)律二、等速運動規(guī)律二、等速運動規(guī)律ShVahw-特點：特點：設計簡單、勻速進給設計簡單、勻速進給, ,始、末兩點有始、末兩點有剛性沖擊剛性沖擊. . 適于適于低速、輕載、低速、輕載、從動桿質量不大，以及要求從動桿質量不大，以及要求 勻速的情況勻速的情況. .凸輪作等速運動凸輪作等速運動從動件也作等速運動從動件也作等速運動V=CV=C啟動瞬間啟動瞬間: :終止瞬間終止瞬間: :速度由速度由0V,0V,速度由速度由V0 ,V0 , 剛性沖擊剛性沖擊（F=ma） 00vtva00va10mmS12012040401201208080作運動線圖作運動線圖: :

10、h例：例：已知從動件作等速運動已知從動件作等速運動, ,20mm20mm， 120120, , S S4040, , 120120, , ss8080, ,作位移線圖。作位移線圖。取作圖比例取作圖比例l l在啟動與終止段用其它運動規(guī)律過渡在啟動與終止段用其它運動規(guī)律過渡 適于低速、輕載、從動桿質量不大，有勻速要求。適于低速、輕載、從動桿質量不大，有勻速要求。三、等加速等減速運動規(guī)律三、等加速等減速運動規(guī)律ShVa2hw4hw2特點特點: : a a為有限值的突變?yōu)橛邢拗档耐蛔?慣性力小，運動的慣性力小，運動的 始、中、末點始、中、末點有有柔性沖擊柔性沖擊，適于，適于中低速、輕載中低速、輕載。

11、ABCABC行程（推程或回程）的前半行程作等加速運動，行程（推程或回程）的前半行程作等加速運動，后半行程作等減速運動后半行程作等減速運動149S0h/2h當時間為當時間為 1 : 2 : 3 : 41 : 2 : 3 : 4位移為位移為 1 : 4 : 9 :161 : 4 : 9 :162221atS等加速等減速等加速等減速 V0=0, 作圖作圖: : ( (推程推程) ) 前半行程前半行程(h/2)(h/2)等加速等加速 后半行程后半行程(h/2)(h/2)等減速等減速 推程前半行程取推程前半行程取 =3 =3 位移位移1 : 4 : 91 : 4 : 9推程后半段等減速推程后半段等減速(

12、 (取取 =3) =3) 對應的對應的2 2為為9 : 4 : 19 : 4 : 1三、余弦加速度運動規(guī)律三、余弦加速度運動規(guī)律 ( (簡諧運動位移運動規(guī)律簡諧運動位移運動規(guī)律) )特點特點: : 加速度變化連續(xù)平緩加速度變化連續(xù)平緩. . 始、末點有始、末點有柔性沖擊柔性沖擊. . 適于適于中低速、中輕載中低速、中輕載. .點在圓周上作勻速運動點在圓周上作勻速運動, , 它在這個圓的直徑上的它在這個圓的直徑上的投影所構成的運動。投影所構成的運動。凸輪作勻速運動凸輪作勻速運動, ,S S2 2按余弦規(guī)律變化按余弦規(guī)律變化 , ,余弦加速度運動余弦加速度運動, ,始點與終點有柔性沖擊。始點與終點

13、有柔性沖擊。簡諧運動規(guī)律運動線圖相對運動原理相對運動原理 （解析法、作圖法）（解析法、作圖法）反轉法：反轉法：給整個機構加給整個機構加 -運動運動凸輪不動，凸輪不動，機架反轉，機架反轉，推桿作復合運動推桿作復合運動3 3 按給定從動件運動規(guī)律設計凸輪輪廓按給定從動件運動規(guī)律設計凸輪輪廓一、設計原理一、設計原理 已知已知:r:rb b、h h、的方向、從動桿運動規(guī)律和凸輪相應轉角的方向、從動桿運動規(guī)律和凸輪相應轉角. . 凸輪轉角凸輪轉角從動桿運動規(guī)律從動桿運動規(guī)律 0180 等速上升等速上升 h180 210 上停程上停程210 300 等速下降等速下降 h300 360 下停程下停程解解:

14、1.: 1.以已知規(guī)律以已知規(guī)律 作位移曲線作位移曲線. . S03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 102. 2. 作凸輪廓線作凸輪廓線 w012345678910-二、對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構二、對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構例例: :尖底從動件盤形凸輪尖底從動件盤形凸輪已知：凸輪以等角速度已知：凸輪以等角速度 順時針方向轉動，凸輪順時針方向轉動，凸輪基圓半徑基圓半徑r ro o，導路與凸輪回轉中心間的相對位置，導路與凸輪回轉中心間的相對位置及偏距及偏距e e, ,從動件的運動規(guī)律。從動件的運動規(guī)律。 直動從動件盤形凸輪廓線設計直動從動件盤形凸輪廓線

15、設計設計步驟設計步驟、 作從動件的位移線圖作從動件的位移線圖、確定從動件尖底的初始位置、確定從動件尖底的初始位置 、確定導路在反轉過程中的一系列位置、確定導路在反轉過程中的一系列位置 、確定尖底在反轉過程中的一系列位置、確定尖底在反轉過程中的一系列位置 、繪制凸輪廓線、繪制凸輪廓線 w理論廓線理論廓線工作廓線工作廓線三、對心滾子直動從動件三、對心滾子直動從動件 已知已知: r: rb b、h h 、r rr r 、 、 從動桿運動規(guī)律從動桿運動規(guī)律. .滾子從動件盤形凸輪滾子從動件盤形凸輪已知：凸輪以等角速度已知：凸輪以等角速度 順時針方向轉動，凸輪順時針方向轉動，凸輪基圓半徑基圓半徑r ro

16、 o，導路與凸輪回轉中心間的相對位置，導路與凸輪回轉中心間的相對位置及偏距及偏距e e，滾子半徑為，滾子半徑為r,r,從動件的運動規(guī)律。從動件的運動規(guī)律。 w凸輪的理論廓線凸輪的理論廓線：根據滾子中心的運動軌：根據滾子中心的運動軌跡設計出的廓線跡設計出的廓線凸輪的實際廓線：凸輪的實際廓線：與滾子直接接觸的廓線與滾子直接接觸的廓線過程中的一系列位置過程中的一系列位置 注意：注意：n基圓是指凸輪理論廓線上由最小半徑所基圓是指凸輪理論廓線上由最小半徑所作的圓作的圓n從動件端部的滾子與凸輪實際廓線的接從動件端部的滾子與凸輪實際廓線的接觸點會隨凸輪的轉動而不斷變化。觸點會隨凸輪的轉動而不斷變化。按尖頂從

17、動件作理論輪廓線一系列點按尖頂從動件作理論輪廓線一系列點A A0 0,A,A1 1,A,A2 2,.,. 過各點作作各位置的平底過各點作作各位置的平底A A0 0B B0 0,A,A1 1B B1 1,A,A2 2B B2 2.作這些平底的包絡線作這些平底的包絡線實際輪廓實際輪廓實際廓線實際廓線 A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10w1四、平底（對心直動）從動件盤形凸輪機構四、平底（對心直動）從動件盤形凸輪機構平底從動件盤形凸輪平底從動件盤形凸輪與滾子從動件盤形凸輪廓線的設計方法與滾子從動件盤形凸輪廓線的設計方法相類似。相類似。n將將平底

18、與導路中心線的交點平底與導路中心線的交點作為作為假想的尖底從動件的尖端；假想的尖底從動件的尖端；n應用反轉法，根據平底從動件的應用反轉法，根據平底從動件的運動規(guī)律，依次運動規(guī)律，依次確定出假想的尖端確定出假想的尖端在反轉過程中所處的位置在反轉過程中所處的位置，并在這，并在這些位置點分別作出各平底的圖形；些位置點分別作出各平底的圖形；n作平底的作平底的內包絡線內包絡線，即為所要設計，即為所要設計的凸輪廓線的凸輪廓線 平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機構的壓力角凸輪機構的壓力角凸輪基園半徑的確定凸輪基園半徑的確定滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇4 4 凸輪機構基本尺寸凸輪機構基

19、本尺寸F w wttnn F F 當 大于一定值 自鎖.1壓力角壓力角的確定的確定 驅動力驅動力F F與壓力角與壓力角 原則原則 max max FF壓力角：壓力角：從動件與凸輪在接觸點從動件與凸輪在接觸點處的受力方向與其在該點絕對速處的受力方向與其在該點絕對速度方向之間所夾的銳角度方向之間所夾的銳角 許用壓力角：許用壓力角：為改善凸輪機構的受力情況、提高機為改善凸輪機構的受力情況、提高機械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。推程推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：（工作行程）推薦的許用壓力角為：直動從動件直動從動件擺動從動件擺動從動件回程回程（空回行程）（空回行程）max0080700045350040302.2.基圓半徑基圓半徑基圓基圓r rb b 越小越小 結構緊湊結構緊湊 壓力角壓力角 效率效率 自鎖自鎖 一般一般： r rb b(0.8(0.81)1)d dz