第四章凸輪機構48

目錄概述從動件常用運動規(guī)律圖解法設計平面凸輪輪廓解析法設計平面凸輪輪廓凸輪機構基本尺寸的確定一、凸輪機構的組成§4—1概述凸輪、從動件、機架機架從動件滾子凸輪

凸輪：具有特定曲線輪廓或溝槽的構件，通常在機構運動中作主動件。從動件：與凸輪接觸并被直接推動的構件。機架：支撐凸輪和從動件的構件。二、凸輪機構的特點優(yōu)點：1.從動件可以實現(xiàn)任意的運動規(guī)律；

2.結構簡單、緊湊、工作可靠。缺點：1.凸輪輪廓曲線加工困難；

2.從動件壓強大、易磨損。應用于傳力不大的控制機構中三、凸輪機構的應用凸輪作連續(xù)轉動從動件按預定運動規(guī)律間歇（連續(xù)）直線往復或擺動四、凸輪機構的分類凸輪機構分類1.按兩活動構件之間相對運動特性分類2.按從動件的形狀分類4.按凸輪高副的鎖合方式分類平面凸輪機構空間凸輪機構盤形凸輪移動凸輪

尖頂從動件滾子從動件平底從動件力鎖合形鎖合3.按從動件的運動形式分類直動從動件凸輪機構擺動從動件凸輪機構1.按兩活動構件之間的相對運動特性分類（1）平面凸輪機構

1）盤形凸輪

2）移動凸輪

（2）空間凸輪機構2.按從動件運動副元素形狀分類（1）尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件（2）滾子從動件（3）平底從動件擺動尖頂從動件3.按從動件運動形式分類（1）直動從動件（2）擺動從動件擺動平底從動件擺動滾子從動件4.按凸輪高副的鎖合方式分類力鎖合：利用從動件自身重力、回復彈簧力或其它外力，使從動件與凸輪廓線始終保持接觸(2)型鎖合：利用構成高副元素本身的幾何形狀，使從動件與凸輪始終接觸。

從動件的運動規(guī)律

在凸輪廓線的推動下，從動件的位移、速度、加速度、躍度（加速度對時間的導數(shù)）隨時間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動件運動曲線。一、凸輪機構的基本名詞術語§4—2從動件常用運動規(guī)律

一般假定凸輪軸作等速運轉，故凸輪轉角與時間成正比，因此凸輪機構從動件的運動規(guī)律通常又可以表示為凸輪轉角的函數(shù)?；鶊A：凸輪上具有最小半徑rb的圓推程與推程角：當凸輪廓線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運動到離凸輪軸心最遠的位置。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角度稱為推程角Φ，從動件沿導路移動的最大位移稱為升距h。

ΦSΦ′Φ′SΦrbhω對心式尖頂從動件盤形凸輪機構基圓基圓

近休止與近休止角:

當凸輪廓線上對應的圓弧段與從動件接觸時，從動件處于位移的起始位置，靜止不動，這一過程稱為近休止。此過程對應凸輪所轉過的角度稱為近休止角Φ/s

。

回程與回程角: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。從動件的這一運動行程稱回程，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為回程角Φ/。

遠休止與遠休止角：

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。這一過程稱為遠休止，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為遠休止角Φs

。從動件運動線圖：從動件位移h、速度v、加速度a與凸輪轉角Φ（或時間t）之間的對應關系曲線。

hΦ，tΦ，tΦ，tΦSΦ′Φ′SΦΦSΦ′Φ′SΦrbhω二、從動件運動規(guī)律1.等速運動規(guī)律-∞∞v0vΦ，taΦ，thsΦ，tΦ特點：存在剛性沖擊位置：發(fā)生在運動的起始點和終止點推程運動方程a0ABCvΦ，thΦ，tΦs-a0aΦ，t2.等加等減速運動規(guī)律特點：存在柔性沖擊位置：發(fā)生在運動的起始點、中間點和終止點上升前h/2：上升后h/2：3.余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律特點：有柔性沖擊1'2'3'4'5'6'hvmaxa123456amax-amaxv123456s0s1234564.正弦加速度（擺線）運動規(guī)律特點：既無柔性沖擊又無剛性沖擊三、從動件運動規(guī)律的選擇

在選擇從動件的運動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應該考慮各種運動規(guī)律的速度幅值vmax

、加速度幅值amax及其影響加以分析和比較。從動件動量mvmax從動件慣性力mamax對于重載凸輪機構，應選擇vmax值較小的運動規(guī)律；對于高速凸輪機構，宜選擇amax值較小的運動規(guī)律。vmaxamax一、直動凸輪機構凸輪廓線的設計1.尖頂從動件1)凸輪機構相對運動分析凸輪上的觀察的結果機架上的觀察結果2)反轉法設計原理§4—3圖解法設計平面凸輪輪廓rbωrbωA1A2A3A4S2rbωA2A3A1A4S3S4rbωA2A3A1A4rbωA1A2A3A4rbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A4-ω-ω-ωA1A2A3A43)設計步驟rbω12345678910-ω1′2′10′3′4′5′6′7′8′9′475813269101′2′3′δ0δS4′7′8′9′6′5′10′δS0δSδ0′δS′δ0h已知條件：從動件運動規(guī)律、凸輪轉向、基圓半徑設計步驟：a.標出－ω方向，并按此方向分割出、、δ0′δS′δ0δS

和；c.過位移線圖中等分點作y軸平行線交位移線圖于i點，過基圓上等分點作射線；′反轉中導路線d.在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；′f.光滑連接i得凸輪廓線?！鋌.在基圓與位移線圖共同將和進行n等分，并標注等分點；δoδo′ωωω2.滾子從動件1)分析rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′實際廓線理論廓線2)設計注意：1.基圓半徑為理論廓線最小向徑；

2.先求理論廓線，后作包絡線，得實際廓線。包絡線3.平底從動件1)分析ωω尖頂軌跡線1′2′3′4′7′8′9′5′10′6′2)設計理論廓線79458132610rb-ωωδ0δ0′δ0a.將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪理論廓線；′′b.過等分點作射線；在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計步驟：d.作平底線的其包絡線——實際廓線?！?123′3′2ωrb-ω結論：a.偏置式凸輪機構中從動件導路線始終切于偏置圓；b.導路線與基圓交點為推桿尖頂最低點——起始點。e4.偏置式凸輪廓線的設計1.尖頂從動件1)相對運動分析偏置圓′22)設計已知條件：凸輪轉向、基圓半徑偏置圓半徑。ωrbe-ω1o23導路線′3δ0′δ0a.連接回轉中心與推桿其始點，將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪廓線?！洹鋌.過等分點作偏置圓切線；并在其上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計步驟：1'2'3'二擺動尖頂從動件盤形凸輪輪廓線設計180o120o60oo12345678910B1LB0OA0arb

0

AB

max

已知：凸輪逆時針轉動，基圓半徑從動件的運動規(guī)律如圖所示，，從動件順時針擺動，凸輪軸心與從動件轉軸之間的中心距，。180o120o60oo12345678910（1）按給定的運動規(guī)律作出角位移線圖；（2）作出凸輪機構的初始位置，作圓R；A1A2A3A6A7A8A9A10A4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0rb

B0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10

1C1

2C2

3C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-（3）按-

方向劃分圓R得A0、

A1、A2

等點；即得機架反轉的一系列位置；（4）從從動件各反轉位置線上量取與角位移圖相應的角位移，得C1、C2、

等點，將C1

、C2…

等各點連成光滑曲線即得到凸輪輪廓曲線。A5作圖法的特點概念清晰，簡便易行；誤差大、效率低。解析法的特點計算精度高、速度快，適合凸輪在數(shù)控機床上加工。解析法設計的關鍵問題

將凸輪廓線表示為數(shù)學方程，這一過程稱為建立數(shù)學模型?！?—4解析法設計平面凸輪輪廓一、尖底直動從動件盤形凸輪輪廓極坐標表示已知：凸輪以等角速度逆時針方向轉動，凸輪基園半徑，導路和凸輪軸心間的相對位置及偏距

，從動件的運動規(guī)律。A0

ACC0sOE若為對心：二、擺動從動件盤形凸輪輪廓建立極坐標系已知：凸輪以等角速度逆時針方向轉動，凸輪基園半徑，中心矩、擺桿長度，從動件的運動規(guī)律?；境叽纾和馆啓C構的壓力角、凸輪基園半徑的確定、滾子半徑的選擇§4—5凸輪機構基本尺寸的確定1.壓力角：從動件與凸輪在接觸點處的正壓力方向與其在該點絕對速度方向之間所夾的銳角

一、凸輪機構壓力角的確定lblaFQωttBnnjF

FNAFNBfFNAfFNB改善受力：1.2.結構允許下，2、壓力角對凸輪機構受力的影響

其他條件相同時，壓力角越大，推動從動件所需的作用力越大；當壓力角非常大時，理論上作用力為無窮大時才能推動從動件，此時凸輪機構將發(fā)生自鎖。我們將此時凸輪機構的壓力角稱為臨界壓力角

3、許用壓力角

許用壓力角：為改善凸輪機構的受力情況、提高機械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。

推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：直動從動件擺動從動件

回程（空回行程）二、凸輪基圓半徑的確定1、基圓半徑對壓力角的影響增大基圓半徑，可使凸輪機構的壓力角減??；增大基圓半徑會使凸輪機構的整體尺寸增大

2、基圓半徑的確定方法經(jīng)驗值：凸輪安裝處的軸頸直徑

必要時對實際壓力角進行檢查，若發(fā)現(xiàn)壓力角的最大值超過需用壓力角，則適當增大基圓半徑。三、滾子半徑的選擇1、滾子半徑對實際廓線的影響（１）凸輪理論廓線外凸的情況

實際輪廓曲線的曲率半徑=