課程設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)

1、概述 常用從動件的運動規(guī)律 盤形凸輪輪廓的設(shè)計與加工方法 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,項目三 凸輪機(jī)構(gòu),（一）教學(xué)要求 1、了解凸輪機(jī)構(gòu)的特點、類型及應(yīng)用。 2、掌握凸輪機(jī)構(gòu)的從動件的常用運動規(guī)律 3、掌握凸輪輪廓曲線的設(shè)計。 4、熟悉凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。 （二）教學(xué)的重點與難點 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件的常用運動規(guī)律及凸輪輪廓曲線的設(shè)計。,（一）凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪1、從動件2、機(jī)架3三個基本構(gòu)件組成，是一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動，從動件則在凸輪輪廓的控制下按預(yù)定的運動規(guī)律作往復(fù)移動或擺動。,一、概述,1. 組成,2. 特點：,優(yōu)點:只要正確地

2、設(shè)計和制造出凸輪的輪廓曲線，就能實現(xiàn)從動件所預(yù)期的復(fù)雜運動規(guī)律的運動；凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運動可靠。,缺點:凸輪與從動件之間為點或線接觸，故難以保持良好的潤滑，容易磨損。,凸輪機(jī)構(gòu)通常適用于傳遞動力不大的機(jī)械中。尤其廣泛應(yīng)用于自動機(jī)械、儀表和自動控制系統(tǒng)中。,3. 應(yīng)用：,內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu),靠模車削機(jī)構(gòu),2,3,4,自動機(jī)床上的走刀機(jī)構(gòu),1,2,（二）凸輪機(jī)構(gòu)的分類,（1）盤形凸輪 盤形凸輪機(jī)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，但限于凸輪徑向尺寸不能變化太大，故從動件的行程較短。 （2）移動凸輪 其凸輪是具有曲線輪廓、作往復(fù)直線移動的構(gòu)件，可看成是轉(zhuǎn)動軸線位于無窮遠(yuǎn)處的盤形凸輪。 （3）圓柱凸輪 其凸輪是

3、圓柱面上開有凹槽的圓柱體，可看成是繞卷在圓柱體上的移動凸輪，利用它可使從動件得到較大的行程。,1.按凸輪的形狀分,（1）尖頂從動件凸輪機(jī)構(gòu) 實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。但從動件尖頂易磨損，故只能用于輕載低速場合。 （2）滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu) 其磨損顯著減少，能承受較大載荷，應(yīng)用較廣。但端部重量較大，又不易潤滑，故仍不宜用于高速，只能用于中低速。 （3）平底從動件凸輪機(jī)構(gòu) 若不計摩擦，凸輪對從動件的作用力始終垂直于平底，傳力性能良好，且凸輪與平底接觸面間易形成潤滑油膜，摩擦磨損小、效率高，故可用于高速，缺點是不能用于凸輪輪廓有內(nèi)凹的情況。,2.按從動件末端形狀分,（1）力鎖合凸輪機(jī)構(gòu) 依靠重力、彈簧力或其

4、他外力來保證鎖合，如內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)。,（1）移動從動件凸輪機(jī)構(gòu) 按其從動件導(dǎo)路是否通過凸輪回轉(zhuǎn)中心分為對心移動從動件和偏置移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)。,3.按鎖合方式分,4.按從動件相對機(jī)架的運動方式分,（2）擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu),（2）形鎖合凸輪機(jī)構(gòu) 依靠凸輪和從動件幾何形狀來鎖合。,移動從動件,擺動從動件,一對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪上有一最小向徑，以最小向徑r。為半徑所作的圓稱凸輪基圓，r。稱基圓半徑，凸輪以等角速度1逆時針轉(zhuǎn)動。凸輪機(jī)構(gòu)運動過程如下：,二、常用的從動件運動規(guī)律,（一）平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸及運動參數(shù),凸輪機(jī)構(gòu)的運動過程,升停降停,從動件的運動規(guī)律：是指其位移s、速度

5、v和加速度a等隨凸輪轉(zhuǎn)角 而變化的規(guī)律。常用的從動件運動規(guī)律有等速運動規(guī)律、等加速-等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)律、正弦加速度運動規(guī)律等。,凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的輪廓形狀決定了從動件的運動規(guī)律，反之，從動件的不同運動規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓。因此，設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，應(yīng)首先根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，再據(jù)此來設(shè)計凸輪的輪廓曲線。,（二）常用的從動件運動規(guī)律,從動件在推程始末兩處，速度有突變，瞬時加速度理論上為無窮大，因而產(chǎn)生理論上無窮大的慣性力，對機(jī)構(gòu)造成強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為“剛性沖擊”。因此，等速運動規(guī)律只能用于低速輕載的場合。,從動件在推程或回程過程中的運動速度為常數(shù)的運動規(guī)律

6、。,1.等速運動規(guī)律：,在推程的始末點和前、后半程的交接處，產(chǎn)生“柔性沖擊”或“軟沖”。因此這種運動規(guī)律只適用于中速、中載的場合。,從動件在一個行程中，前半行程作等加速運動，后半行程作等減速運動的運動規(guī)律。,2.等加速等減速運動規(guī)律,在推程始末點處仍存在“軟沖”，因此只適用于中、低速。 但若從動件作無停歇的升降升型連續(xù)運動，則加速度曲線為光滑連續(xù)的余弦曲線，消除了“軟沖”，故可用于高速。,從動件加速度按余弦規(guī)律變化的運動規(guī)律。,3.余弦加速度運動規(guī)律,4、正弦加速度運動規(guī)律,運動特征：沒有沖擊，故可用于高速。,從動件加速度按正弦規(guī)律變化的運動規(guī)律。,凸輪機(jī)構(gòu)的主要失效形式是磨損和疲勞點蝕，因此

7、要求凸輪和滾子的工作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韌性。,（三）凸輪和滾子的材料,低速、輕載時，可以選用鑄鐵。中速、中載時可以選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲碳淬火，達(dá)到一定硬度。高速、重載時可用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲氮處理。,滾子材料用合金鋼材料，經(jīng)滲碳淬火，達(dá)到較大表面硬度。,1.凸輪的材料,2.滾子的材料,三、盤形凸輪輪廓的設(shè)計與加工方法,設(shè)計一般精度凸輪時常被采用圖解法。而設(shè)計高精度凸輪，則必須用解析法，但計算復(fù)雜。本節(jié)主要討論圖解法。,設(shè)計方法：,1.圖解法 2.解析法,基本原理：,反轉(zhuǎn)法原理,給整個凸輪機(jī)構(gòu)加上一個與凸輪轉(zhuǎn)動角度數(shù)值相等、方向相反的“-

8、”角速度。各構(gòu)件間的相對運動并不改變，但凸輪視為靜止，從動件隨導(dǎo)路以角速度繞點轉(zhuǎn)動，同時沿導(dǎo)路按預(yù)定運動規(guī)律作往復(fù)移動。從動件尖頂?shù)倪\動軌跡即為凸輪的輪廓。,（一）反轉(zhuǎn)法原理,（二）作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線,已知基圓半徑、凸輪轉(zhuǎn)向、從動件位移曲線,1.對心尖頂移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計,設(shè)計凸輪的輪廓曲線,4.光滑連接各點即為所求的凸輪輪廓。,作圖步驟如下,1.選與位移線圖一致的比例作凸輪的基圓 ；,2.將基圓分成與位移線圖中相對應(yīng)的等份；,3.自基圓圓周向外量取位移線圖中相應(yīng)位移量 ；,實際輪廓曲線,理論輪廓曲線,2.滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計,3.偏置尖頂移動從動件盤形凸輪輪廓曲

9、線設(shè)計,已知偏距e、基圓半徑、凸輪轉(zhuǎn)向、從動件位移曲線,四、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律，還須使設(shè)計的機(jī)構(gòu)傳力性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足強(qiáng)度和安裝等要求。為此，設(shè)計時應(yīng)注意處理好下述問題。,1.滾子半徑的選擇,2.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,3.凸輪基圓半徑的確定,（一）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,壓力角：不計摩擦?xí)r，凸輪對從動件的作用力（法向力）與從動件上受力點速度方向所夾的銳角。,將從動件所受力F分解為兩個力 ：,F1是推動從動件移動的有效分力，隨著的增大而減??；F2是引起導(dǎo)路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當(dāng) 增大到一定值時，有引起的摩擦阻力超過有效分力，

10、此時凸輪無法推動從動件運動，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖?？梢?，從傳力合理、提高傳動效率來看，壓力角越小越好。在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時, 應(yīng)使最大壓力角max。凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角可取如下數(shù)值: 推程時，移動從動件 =3040, 擺動從動件 =4550； 回程時，通常取 =7080。,（二）凸輪基圓半徑的確定,基圓半徑愈小，壓力角愈大；反之，壓力角則愈小。因此，在選取基圓半徑時應(yīng)注意：,2.在結(jié)構(gòu)空間允許條件下，可適當(dāng)將基圓半徑取大些，以利于改善機(jī)構(gòu)的傳力性能，減少磨損和減少凸輪廓線的制造誤差。,1.滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)，在保證從動件運動不失真的前提下，可將基圓半徑取小些。,（三）滾子半徑的選擇,1.對于外凸的凸輪廓線

11、,實際輪廓為光滑曲線,實際廓線出現(xiàn)尖點,實際輪廓相交而造成從動件運動失真,2.對于內(nèi)凹的凸輪廓線,實際輪廓為光滑曲線,1、凸輪機(jī)構(gòu)的特點和類型及應(yīng)用。 2、凸輪機(jī)構(gòu)的從動件的常用運動規(guī)律。 3、凸輪輪廓曲線的設(shè)計。 4、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。,總 結(jié),1.從動件運動規(guī)律相同，基圓半徑越大，壓力角（ ）。 2、凸輪機(jī)構(gòu)在從動件運動規(guī)律不變的情況下，如果（ ）基圓半徑，最大壓力角減小。 3、為改善凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能，應(yīng)減小凸輪輪廓的壓力角，為此設(shè)計凸輪時應(yīng)（ ）基圓半徑。 4、滾子從動件盤形凸輪的理論廓線最小曲率半徑（ ）滾子半徑時，會發(fā)生運動失真現(xiàn)象。,復(fù)習(xí)思考題,5、凸輪機(jī)構(gòu)的從動件運動規(guī)律與凸輪的（ ）有關(guān)。 （a）實際廓線 （b）理論廓線 （c） 表面硬度 6、當(dāng)從動件的運動規(guī)律已定時，凸輪的基圓半徑r0與壓力角的關(guān)系為：( ) （a）r0越大越大 （b）r0越大越小 （c）r0與無關(guān) 7、設(shè)計滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)時，如實際輪廓上出現(xiàn)尖點，將可能出現(xiàn)什么后果？面對這一實際結(jié)果，設(shè)計上應(yīng)如何加