機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第5章)

1、第5章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)重點(diǎn)：重點(diǎn)： 1）從）從 動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性。動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性。 2）尖頂滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。）尖頂滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中常用的一種機(jī)構(gòu)，它是由凸輪、從動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中常用的一種機(jī)構(gòu)，它是由凸輪、從動(dòng)件及機(jī)架三部分組成的高副機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制裝置中得到廣件及機(jī)架三部分組成的高副機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制裝置中得到廣泛應(yīng)用泛應(yīng)用。 難點(diǎn)：凸輪輪廓的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：凸輪輪廓的設(shè)計(jì)。 5.1 概述 凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。力不大的場(chǎng)合。凸輪機(jī)構(gòu)的組成5.1

2、概述示例一5.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)示例二5.1 概述靠模車削機(jī)構(gòu)5.1 概述示例三分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5.1 概述5.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類按照凸輪的形狀不同可把凸輪分為以下幾種：盤形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪曲面凸輪按照凸輪的鎖合方式可把凸輪分為以下幾種：力鎖合形鎖合5.1 概述5.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類按照從動(dòng)件型式可把凸輪分為以下幾種：尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件5.1 概述5.1.3 凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。對(duì)凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強(qiáng)度凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性常用的凸輪材料： 40Cr、 20CrMnTi常用的滾子材料： 2

3、0Cr、者滾動(dòng)軸承5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2.1 平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù) 圖為對(duì)心尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件重復(fù)升停降停的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。 從動(dòng)件的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角a的關(guān)系可以用從動(dòng)件的位移線圖來(lái)表示，如右圖所示。5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)開始，v由0突變?yōu)榧铀俣萢為同理，運(yùn)動(dòng)結(jié)束由于存在剛性沖擊，如果單獨(dú)使用這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只適用于低速場(chǎng)合a= -0h000hdtdva等加速等減速運(yùn)動(dòng)5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 通常在推程的前半行程從動(dòng)件以等加速度a0推升h/2 ，速度由零加速到最大值；推程的后半行程從動(dòng)件以等加速度-

4、a0推升h/2 ，速度由最大值減速到零。5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng) 由圖可見，從動(dòng)件在行程開始、結(jié)束時(shí)加速度產(chǎn)生有限值的突變，從而形成柔性沖擊。因此，余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律也適用于中速的場(chǎng)合。 5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng) 由運(yùn)動(dòng)圖可見，其速度和加速度曲線都是連續(xù)的，因此沒有柔性沖擊，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。5.2.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇5.2 常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求來(lái)確定。對(duì)無(wú)一定運(yùn)動(dòng)要求，只需要從動(dòng)件有一定位移量的凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)于高速機(jī)構(gòu)，應(yīng)減小慣性力、改善動(dòng)力性能，可選用正

5、弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律或其他改進(jìn)型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.1 反轉(zhuǎn)法原理加角速度-(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動(dòng)件與導(dǎo)路繞角速度-以凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪靜止不動(dòng)從動(dòng)件尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓曲線從動(dòng)件相對(duì)導(dǎo)路移動(dòng)對(duì)于滾子從動(dòng)件，則滾子中心可看作是從動(dòng)件的尖頂，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.2 作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3 盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法

6、與加工方法5.3.4 凸輪輪廓的加工凸輪輪廓的加工方法通常有兩種1.銑、銼削加工 對(duì)用于低速、輕載場(chǎng)合的凸輪，可以應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時(shí)可進(jìn)行淬火處理，但用這種方法則凸輪的變形難以得到修正。2.數(shù)控加工 采用數(shù)控線切割機(jī)床對(duì)淬火凸輪進(jìn)行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時(shí)應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線的x,y坐標(biāo)，并將xoy坐標(biāo)系的原點(diǎn)換算成切割時(shí)的起點(diǎn)，而滾子半徑相當(dāng)于鉬絲半徑再加上放電間隙。5.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角a稱為壓力角。 由上述關(guān)系式知，壓力角a愈大，有效分力y愈小，有害分力x愈大。當(dāng)a角大到某一數(shù)值時(shí)，必將會(huì)出現(xiàn)Fy rr時(shí) r 0這時(shí)所得的凸輪實(shí)際輪廓為光滑的曲線(如圖