機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第3版-教學(xué)課件-作者-王大康-第四章-凸輪機(jī)構(gòu)

第四章凸輪機(jī)構(gòu)推桿凸輪第四章推桿凸輪第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

凸輪機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)或間歇運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)機(jī)械、半自動(dòng)機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)

組成：凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架三部分組成。第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪

盤形凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并有變化輪廓向徑的盤形零件，從動(dòng)件在垂直于凸輪軸線的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。它是凸輪的基本形式。

內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)圖自動(dòng)鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪（2）移動(dòng)凸輪

凸輪相對(duì)機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)凸輪可看成是由盤形凸輪的半徑趨于無窮大時(shí)演化而成的?？p紉機(jī)切斷織物的移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（2）移動(dòng)凸輪凸輪相對(duì)機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。移（3）圓柱凸輪

圓柱凸輪是利用圓柱體的頂面或圓周上的凹槽推動(dòng)從動(dòng)桿按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

圓柱凸輪可看成是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體形成的。

盤形凸輪和移動(dòng)凸輪屬平面凸輪，圓柱凸輪屬空間凸輪。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)（3）圓柱凸輪圓柱凸輪是利用圓柱體的頂面或圓2．按從動(dòng)件的型式分（1）尖頂從動(dòng)桿

由于從動(dòng)桿的尖頂能與凸輪輪廓的各點(diǎn)接觸，故可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖頂易磨損，只適用于低速、輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。（2）滾子從動(dòng)桿

由于從動(dòng)桿上安裝了滾輪，故較尖頂耐磨損，可承受較大載荷，是常用的從動(dòng)件形式。但可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有局限性，且滾子處有間隙，不宜用于高速。2．按從動(dòng)件的型式分（1）尖頂從動(dòng)桿由于從（3）平底從動(dòng)桿

從動(dòng)件與凸輪接觸的一端是平面。傳力性能好，當(dāng)不計(jì)摩擦力時(shí)，壓力角α=0°。有利于在接觸面間形成潤滑油膜，常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。

平底從動(dòng)桿只能與全部外凸輪廓凸輪作用，運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到一定限制。（3）平底從動(dòng)桿從動(dòng)件與凸輪接觸的一端是平面三、凸輪機(jī)構(gòu)的封閉裝置

封閉裝置是確保從動(dòng)桿始終與凸輪保持接觸，常用的封閉方法為：1.重力；2.彈簧；3.凸輪的凹槽。四、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1．只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞涂墒箯膭?dòng)件得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于設(shè)計(jì)，因此，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀器和控制裝置中。2．凸輪機(jī)構(gòu)是高副接觸，較易磨損。凸輪輪廓加工比較復(fù)雜。三、凸輪機(jī)構(gòu)的封閉裝置封閉裝置是確保從動(dòng)桿始第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

凸輪的輪廓形狀取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，設(shè)計(jì)凸輪時(shí)應(yīng)先根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再繪制凸輪的輪廓曲線。一、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分析1．凸輪的基圓

凸輪的最小向徑rb

稱為基圓半徑，以rb為半徑所作的圓稱為基圓。

圖中基圓上的A點(diǎn)是從動(dòng)件上升的起點(diǎn)。從動(dòng)件的位移線圖第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪的輪廓形2．推程

在凸輪的作用下，從動(dòng)件遠(yuǎn)離凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。3．推程運(yùn)動(dòng)角

在推程過程中，凸輪對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度。4．升程h

從動(dòng)件在推程過程中所走過的距離。6．遠(yuǎn)休止角

從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。5．停歇凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)而從動(dòng)桿靜止不動(dòng)的過程。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖2．推程在凸輪的作用下，從動(dòng)件遠(yuǎn)離凸輪回轉(zhuǎn)中7．回程

凸輪在外力（重力、彈簧力）作用下，趨近凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。8．回程角

在回程過程中，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度。9．近休止角從動(dòng)件在最近位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖7．回程凸輪在外力（重力、彈簧力）作用下，趨近二、從動(dòng)件的位移線圖

表明凸輪轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件位移對(duì)應(yīng)關(guān)系的線圖。

如圖b）橫作標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角，縱作標(biāo)代表從動(dòng)件的位移。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖

在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)按其在機(jī)械中所要完成的工作任務(wù)，選用從動(dòng)件合適的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出位移線圖，并以此作為設(shè)計(jì)凸輪輪廓的依據(jù)。二、從動(dòng)件的位移線圖表明凸輪轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件位移三、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件在推程（或回程）的速度v0為常數(shù)，稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（1）速度線圖

速度線圖為與橫軸平行的直線。a2a)等速運(yùn)動(dòng)C)s2（2）位移線圖

位移方程為一次方程，故位移線圖為一斜直線。（3）加速度線圖三、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪

在A、B兩點(diǎn)處，加速度的理論值為無窮大，因而產(chǎn)生極大的慣性力，對(duì)機(jī)構(gòu)造成沖擊。此種沖擊稱為剛性沖擊。但實(shí)際上由于材料的彈性變形，加速度不可能達(dá)到無窮大。

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速輕載的場合，且不宜單獨(dú)使用，在運(yùn)動(dòng)開始和終止段應(yīng)當(dāng)用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡，以減輕剛性沖擊。圖4-7等速運(yùn)動(dòng)

從動(dòng)件在推程的起始位置A和終止位置B時(shí)，速度分別突然由0上升到v0和由v0下降到0。在A、B兩點(diǎn)處，加速度的理論值為無窮大，因而產(chǎn)2．等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）加速度線圖

由于a為常數(shù)，所以加速度線圖為平行于橫軸的直線。等加速部分位于橫軸的上方，等減速部分位于橫軸的下方。

在o、B、C三點(diǎn)處加速度有突然的有限值的變化，會(huì)產(chǎn)生有限的慣性力，引起柔性沖擊。

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件在推程（或回程）的前半程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半程作等減速運(yùn)動(dòng)，通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等。等加速等減速運(yùn)動(dòng)2．等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）加速度線圖（2）速度線圖

速度線圖是由兩條直線組成的折線，前半行程作等加速運(yùn)動(dòng)，在行程中點(diǎn)速度達(dá)到最大值；后半行程作等減速運(yùn)動(dòng)，行程終點(diǎn)速度減小至零。從而避免了剛性沖擊。（3）位移線圖

位移曲線由兩條反向的拋物線組成。

工程上常采用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律還有簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。

等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中、低速凸輪機(jī)構(gòu)。等加速等減速運(yùn)動(dòng)（2）速度線圖速度線圖是由兩條直線組成的折線第三節(jié)按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精確度低。不過，只要細(xì)心作圖，其圖解的準(zhǔn)確度是能夠滿足一般工程要求的。解析法精確度高，但設(shè)計(jì)工作量大，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

用圖解法繪制凸輪輪廓時(shí)，首先需要根據(jù)工作要求合理地選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，畫出其位移線圖，初步確定凸輪的基圓半徑rb，然后繪制凸輪的輪廓。

由于當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在繪制凸輪輪廓時(shí)，需要使凸輪與圖紙相對(duì)靜止。因此，凸輪輪廓設(shè)計(jì)采用了“反轉(zhuǎn)法”原理。第三節(jié)按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓凸輪輪廓曲線的一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)法原理

設(shè)凸輪的角速度為ω1，使整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)以-ω1繞凸輪的回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，凸輪機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，凸輪相對(duì)靜止。從動(dòng)件在隨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還相對(duì)導(dǎo)路作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。由于從動(dòng)件的頂部始終與凸輪輪廓保持接觸，所以，反轉(zhuǎn)一周所得到的從動(dòng)件的尖頂軌跡就是凸輪的輪廓曲線。圖4-9反轉(zhuǎn)法原理圖一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)法原理設(shè)凸輪的角速度為二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制

1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)a)凸輪機(jī)構(gòu)b)從動(dòng)件位移線圖二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤

設(shè)計(jì)步驟：1）選定比例尺；2）繪制從動(dòng)件的位移線圖；3）確定凸輪基圓半徑，畫出基圓；4）畫出從動(dòng)件的初始位置；

5）按-ω1的方向，將基圓圓周按位移線圖橫坐標(biāo)等分;6）過基圓上的各等分點(diǎn)作出導(dǎo)路中心線的各反轉(zhuǎn)位置；7）自基圓開始量取從動(dòng)桿的各相應(yīng)位移，得A1、A2、A3…；8）將A1、A2、A3…連成光滑曲線，即所求凸輪輪廓。對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)a)凸輪機(jī)構(gòu)b)從動(dòng)件位移線圖設(shè)計(jì)步驟：1）選定比例尺；2）2．對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將滾子中心視為尖頂從動(dòng)件的頂點(diǎn)（2）按尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制方法繪出凸輪的理論輪廓β0。（3）確定滾子半徑，以凸輪理論輪廓的各點(diǎn)為圓心，畫一系列滾子圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線β

便是滾子從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際輪廓。對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪2．對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1（4）滾子從動(dòng)件盤形凸輪的基圓半徑rb在理論輪廓上度量。（5）同一理論輪廓的凸輪，當(dāng)滾子半徑不同時(shí)實(shí)際輪廓就不同。凸輪制成后，不得隨意改變滾子半徑，否則從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)改變。（6）實(shí)際輪廓與理論輪廓為等距曲線。對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪（4）滾子從動(dòng)件盤形凸輪的基圓半徑rb在理3．對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將從動(dòng)件的平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)視為尖頂從動(dòng)件的尖頂。（2）按尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的繪制方法，求出凸輪輪廓上的一系列點(diǎn)A1,A2,A3…

。（3）過上述各點(diǎn)作相應(yīng)位置處從動(dòng)件的平底A1B1，A2B2，A3B3…

，即從動(dòng)件平底的各反轉(zhuǎn)位置。組成多邊形。

對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪3．對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將（4）作多邊形的內(nèi)包絡(luò)線，便得到平底從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際輪廓。（5）圖中位置3、7是平底分別與凸輪輪廓切于平底最左和最右的位置。為了保證平底始終與凸輪輪廓接觸，平底左側(cè)的長度應(yīng)大于a，右側(cè)的長度應(yīng)大于b。（6）平底從動(dòng)桿盤形凸輪的實(shí)際輪廓應(yīng)全部為外凸輪廓。（4）作多邊形的內(nèi)包絡(luò)線，便得到平底從動(dòng)件盤形4．偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）偏置直動(dòng)從動(dòng)件的導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心之間的偏距為e。（2）以o點(diǎn)為圓心，畫出偏距圓和基圓。（3）確定導(dǎo)路的初始位置，導(dǎo)路中心線與偏距圓相切。（4）沿-ω1方向?qū)⑵鄨A分成與位移線圖相應(yīng)的等分，并過這些點(diǎn)作偏距圓的切線。即反轉(zhuǎn)后導(dǎo)路的一系列位置。

偏置尖頂直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪4．偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1（5）自基圓開始，在各導(dǎo)路中心線上截取從動(dòng)件相應(yīng)的行程。得A0，A1，A2，¨¨¨

各點(diǎn)。（6）將上述各點(diǎn)連成光滑曲線，即偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪的輪廓曲線。（5）自基圓開始，在各導(dǎo)路中心線上截取從動(dòng)件相應(yīng)第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題一、滾子半徑的選擇

滾子與凸輪輪廓之間是滾動(dòng)摩擦，可減小磨損。從減小摩擦阻力和凸輪與滾子間的接觸應(yīng)力方面考慮，滾子半徑不宜過小。但滾子半徑影響凸輪的實(shí)際輪廓，故滾子半徑也不宜過大。設(shè)：rT—滾子半徑；—凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑；—凸輪實(shí)際輪廓外凸部分的最小曲率半徑。第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題一、滾子半徑的選擇a）當(dāng)實(shí)際輪廓為一平滑曲線。b）當(dāng)實(shí)際輪廓產(chǎn)生尖點(diǎn)，尖點(diǎn)的接觸應(yīng)力大，易磨損，磨損后使運(yùn)動(dòng)規(guī)律改變，應(yīng)避免。c）當(dāng)實(shí)際輪廓發(fā)生交叉，交叉點(diǎn)以上部分加工時(shí)將被切去，使部分運(yùn)動(dòng)規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)，這是不允許的。圖4-14滾子半徑的選擇a)當(dāng)min>rT時(shí)b)當(dāng)min=rT時(shí)c)當(dāng)min<rT時(shí)a）當(dāng)

為使凸輪輪廓既不出現(xiàn)尖點(diǎn)也不發(fā)生交叉，滾子半徑rT必須小于凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑ρmin。常?。簩?duì)于凸輪的內(nèi)凹輪廓

故對(duì)滾子半徑的選擇沒有嚴(yán)格限制。為使凸輪輪廓既不出現(xiàn)尖點(diǎn)也不發(fā)生交叉，滾子半徑二、壓力角1）壓力角與自鎖

α—從動(dòng)件與凸輪在任意接觸點(diǎn)A處的壓力角?！貜膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)方向的有效分力?！箯膭?dòng)件壓緊導(dǎo)路的有害分力。凸輪機(jī)構(gòu)受力分析二、壓力角1）壓力角與自鎖α—從動(dòng)件與凸輪在任意接觸點(diǎn)A

壓力角α越大，則有害分力就越大。當(dāng)

引起的摩擦力超過有效分力

時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。2）壓力角的許用值

直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)回程：凸輪機(jī)構(gòu)受力分析推程：推程：壓力角α越大，則有害分力就越大。3）最大壓力角的確定

凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)，其值隨從動(dòng)件與凸輪接觸點(diǎn)的位置變化。

最大壓力角位于凸輪輪廓曲線坡度最陡處，較簡便的檢查方法是用圖解法。即測(cè)量從動(dòng)件與凸輪接觸點(diǎn)的法線與從動(dòng)件在該點(diǎn)速度方向所夾的銳角。也可用量角器檢查。

當(dāng)αmax

超限時(shí)，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。通過加大基圓半徑rb，可減小αmax

。3）最大壓力角的確定凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是凸輪轉(zhuǎn)三、基圓半徑r凸輪在接觸點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑rb增大，r也增大，凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸增大。為使機(jī)構(gòu)緊湊，應(yīng)盡可能取較小的基圓半徑。運(yùn)動(dòng)分析：由圖b）凸輪機(jī)構(gòu)受力分析三、基圓半徑r凸輪在接觸點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑rb增

當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定后，則ω1，v2

及s2

均已知，基圓半徑rb是壓力角α的函數(shù)。

當(dāng)基圓半徑過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力角α超限或機(jī)構(gòu)自鎖。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證最大壓力角不超過許用值的條件下，盡量減小凸輪機(jī)構(gòu)尺寸?；鶊A半徑薦用值：

d—凸輪軸直徑。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定后，則ω1，v2及

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凸輪機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)或間歇運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)機(jī)械、半自動(dòng)機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)

組成：凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架三部分組成。第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪

盤形凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并有變化輪廓向徑的盤形零件，從動(dòng)件在垂直于凸輪軸線的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。它是凸輪的基本形式。

內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)圖自動(dòng)鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪（2）移動(dòng)凸輪

凸輪相對(duì)機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)凸輪可看成是由盤形凸輪的半徑趨于無窮大時(shí)演化而成的。縫紉機(jī)切斷織物的移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（2）移動(dòng)凸輪凸輪相對(duì)機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。移（3）圓柱凸輪

圓柱凸輪是利用圓柱體的頂面或圓周上的凹槽推動(dòng)從動(dòng)桿按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

圓柱凸輪可看成是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體形成的。

盤形凸輪和移動(dòng)凸輪屬平面凸輪，圓柱凸輪屬空間凸輪。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)（3）圓柱凸輪圓柱凸輪是利用圓柱體的頂面或圓2．按從動(dòng)件的型式分（1）尖頂從動(dòng)桿

由于從動(dòng)桿的尖頂能與凸輪輪廓的各點(diǎn)接觸，故可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖頂易磨損，只適用于低速、輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。（2）滾子從動(dòng)桿

由于從動(dòng)桿上安裝了滾輪，故較尖頂耐磨損，可承受較大載荷，是常用的從動(dòng)件形式。但可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有局限性，且滾子處有間隙，不宜用于高速。2．按從動(dòng)件的型式分（1）尖頂從動(dòng)桿由于從（3）平底從動(dòng)桿

從動(dòng)件與凸輪接觸的一端是平面。傳力性能好，當(dāng)不計(jì)摩擦力時(shí)，壓力角α=0°。有利于在接觸面間形成潤滑油膜，常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。

平底從動(dòng)桿只能與全部外凸輪廓凸輪作用，運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到一定限制。（3）平底從動(dòng)桿從動(dòng)件與凸輪接觸的一端是平面三、凸輪機(jī)構(gòu)的封閉裝置

封閉裝置是確保從動(dòng)桿始終與凸輪保持接觸，常用的封閉方法為：1.重力；2.彈簧；3.凸輪的凹槽。四、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1．只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞涂墒箯膭?dòng)件得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于設(shè)計(jì)，因此，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀器和控制裝置中。2．凸輪機(jī)構(gòu)是高副接觸，較易磨損。凸輪輪廓加工比較復(fù)雜。三、凸輪機(jī)構(gòu)的封閉裝置封閉裝置是確保從動(dòng)桿始第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

凸輪的輪廓形狀取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，設(shè)計(jì)凸輪時(shí)應(yīng)先根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再繪制凸輪的輪廓曲線。一、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分析1．凸輪的基圓

凸輪的最小向徑rb

稱為基圓半徑，以rb為半徑所作的圓稱為基圓。

圖中基圓上的A點(diǎn)是從動(dòng)件上升的起點(diǎn)。從動(dòng)件的位移線圖第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪的輪廓形2．推程

在凸輪的作用下，從動(dòng)件遠(yuǎn)離凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。3．推程運(yùn)動(dòng)角

在推程過程中，凸輪對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度。4．升程h

從動(dòng)件在推程過程中所走過的距離。6．遠(yuǎn)休止角

從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。5．停歇凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)而從動(dòng)桿靜止不動(dòng)的過程。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖2．推程在凸輪的作用下，從動(dòng)件遠(yuǎn)離凸輪回轉(zhuǎn)中7．回程

凸輪在外力（重力、彈簧力）作用下，趨近凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。8．回程角

在回程過程中，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度。9．近休止角從動(dòng)件在最近位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖7．回程凸輪在外力（重力、彈簧力）作用下，趨近二、從動(dòng)件的位移線圖

表明凸輪轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件位移對(duì)應(yīng)關(guān)系的線圖。

如圖b）橫作標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角，縱作標(biāo)代表從動(dòng)件的位移。圖4-6從動(dòng)件的位移線圖

在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)按其在機(jī)械中所要完成的工作任務(wù)，選用從動(dòng)件合適的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制出位移線圖，并以此作為設(shè)計(jì)凸輪輪廓的依據(jù)。二、從動(dòng)件的位移線圖表明凸輪轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件位移三、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件在推程（或回程）的速度v0為常數(shù)，稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（1）速度線圖

速度線圖為與橫軸平行的直線。a2a)等速運(yùn)動(dòng)C)s2（2）位移線圖

位移方程為一次方程，故位移線圖為一斜直線。（3）加速度線圖三、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪

在A、B兩點(diǎn)處，加速度的理論值為無窮大，因而產(chǎn)生極大的慣性力，對(duì)機(jī)構(gòu)造成沖擊。此種沖擊稱為剛性沖擊。但實(shí)際上由于材料的彈性變形，加速度不可能達(dá)到無窮大。

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速輕載的場合，且不宜單獨(dú)使用，在運(yùn)動(dòng)開始和終止段應(yīng)當(dāng)用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡，以減輕剛性沖擊。圖4-7等速運(yùn)動(dòng)

從動(dòng)件在推程的起始位置A和終止位置B時(shí)，速度分別突然由0上升到v0和由v0下降到0。在A、B兩點(diǎn)處，加速度的理論值為無窮大，因而產(chǎn)2．等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）加速度線圖

由于a為常數(shù)，所以加速度線圖為平行于橫軸的直線。等加速部分位于橫軸的上方，等減速部分位于橫軸的下方。

在o、B、C三點(diǎn)處加速度有突然的有限值的變化，會(huì)產(chǎn)生有限的慣性力，引起柔性沖擊。

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件在推程（或回程）的前半程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半程作等減速運(yùn)動(dòng)，通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等。等加速等減速運(yùn)動(dòng)2．等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）加速度線圖（2）速度線圖

速度線圖是由兩條直線組成的折線，前半行程作等加速運(yùn)動(dòng)，在行程中點(diǎn)速度達(dá)到最大值；后半行程作等減速運(yùn)動(dòng)，行程終點(diǎn)速度減小至零。從而避免了剛性沖擊。（3）位移線圖

位移曲線由兩條反向的拋物線組成。

工程上常采用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律還有簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。

等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中、低速凸輪機(jī)構(gòu)。等加速等減速運(yùn)動(dòng)（2）速度線圖速度線圖是由兩條直線組成的折線第三節(jié)按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精確度低。不過，只要細(xì)心作圖，其圖解的準(zhǔn)確度是能夠滿足一般工程要求的。解析法精確度高，但設(shè)計(jì)工作量大，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

用圖解法繪制凸輪輪廓時(shí)，首先需要根據(jù)工作要求合理地選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，畫出其位移線圖，初步確定凸輪的基圓半徑rb，然后繪制凸輪的輪廓。

由于當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在繪制凸輪輪廓時(shí)，需要使凸輪與圖紙相對(duì)靜止。因此，凸輪輪廓設(shè)計(jì)采用了“反轉(zhuǎn)法”原理。第三節(jié)按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓凸輪輪廓曲線的一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)法原理

設(shè)凸輪的角速度為ω1，使整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)以-ω1繞凸輪的回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，凸輪機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，凸輪相對(duì)靜止。從動(dòng)件在隨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還相對(duì)導(dǎo)路作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。由于從動(dòng)件的頂部始終與凸輪輪廓保持接觸，所以，反轉(zhuǎn)一周所得到的從動(dòng)件的尖頂軌跡就是凸輪的輪廓曲線。圖4-9反轉(zhuǎn)法原理圖一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)法原理設(shè)凸輪的角速度為二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制

1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)a)凸輪機(jī)構(gòu)b)從動(dòng)件位移線圖二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤

設(shè)計(jì)步驟：1）選定比例尺；2）繪制從動(dòng)件的位移線圖；3）確定凸輪基圓半徑，畫出基圓；4）畫出從動(dòng)件的初始位置；

5）按-ω1的方向，將基圓圓周按位移線圖橫坐標(biāo)等分;6）過基圓上的各等分點(diǎn)作出導(dǎo)路中心線的各反轉(zhuǎn)位置；7）自基圓開始量取從動(dòng)桿的各相應(yīng)位移，得A1、A2、A3…；8）將A1、A2、A3…連成光滑曲線，即所求凸輪輪廓。對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)a)凸輪機(jī)構(gòu)b)從動(dòng)件位移線圖設(shè)計(jì)步驟：1）選定比例尺；2）2．對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將滾子中心視為尖頂從動(dòng)件的頂點(diǎn)（2）按尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制方法繪出凸輪的理論輪廓β0。（3）確定滾子半徑，以凸輪理論輪廓的各點(diǎn)為圓心，畫一系列滾子圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線β

便是滾子從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際輪廓。對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪2．對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1（4）滾子從動(dòng)件盤形凸輪的基圓半徑rb在理論輪廓上度量。（5）同一理論輪廓的凸輪，當(dāng)滾子半徑不同時(shí)實(shí)際輪廓就不同。凸輪制成后，不得隨意改變滾子半徑，否則從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)改變。（6）實(shí)際輪廓與理論輪廓為等距曲線。對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪（4）滾子從動(dòng)件盤形凸輪的基圓半徑rb在理3．對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將從動(dòng)件的平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)視為尖頂從動(dòng)件的尖頂。（2）按尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的繪制方法，求出凸輪輪廓上的一系列點(diǎn)A1,A2,A3…

。（3）過上述各點(diǎn)作相應(yīng)位置處從動(dòng)件的平底A1B1，A2B2，A3B3…

，即從動(dòng)件平底的各反轉(zhuǎn)位置。組成多邊形。

對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪3．對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）將（4）作多邊形的內(nèi)包絡(luò)線，便得到平底從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際輪廓。（5）圖中位置3、7是平底分別與凸輪輪廓切于平底最左和最右的位置。為了保證平底始終與凸輪輪廓接觸，平底左側(cè)的長度應(yīng)大于a，右側(cè)的長度應(yīng)大于b。（6）平底從動(dòng)桿盤形凸輪的實(shí)際輪廓應(yīng)全部為外凸輪廓。（4）作多邊形的內(nèi)包絡(luò)線，便得到平底從動(dòng)件盤形4．偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1）偏置直動(dòng)從動(dòng)件的導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心之間的偏距為e。（2）以o點(diǎn)為圓心，畫出偏距圓和基圓。（3）確定導(dǎo)路的初始位置，導(dǎo)路中心線與偏距圓相切。（4）沿-ω1方向?qū)⑵鄨A分成與位移線圖相應(yīng)的等分，并過這些點(diǎn)作偏距圓的切線。即反轉(zhuǎn)后導(dǎo)路的一系列位置。

偏置尖頂直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪4．偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（1（5）自基圓開始，在各導(dǎo)路中心線上截取從動(dòng)件相應(yīng)的行程。得A0，A1，A2，¨¨¨

各點(diǎn)。（6）將上述各點(diǎn)連成光滑曲線，即偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪的輪廓曲線。（5）自基圓開始，在各導(dǎo)路中心線上截取從動(dòng)件相應(yīng)第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題一、滾子半徑的選擇

滾子與凸輪輪廓之間是滾動(dòng)摩擦，可減小磨損。從減小摩擦阻力和凸輪與滾子間的接觸應(yīng)力方面考慮，滾子半徑不宜過小。但滾子半徑影響凸輪的實(shí)際輪廓，故滾子半徑也不宜過大。設(shè)：rT—滾子半徑；—凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑；—凸輪實(shí)際輪廓外凸部分的最小曲率半徑。第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題一、