工程流體力學：第3章 凸輪機構(gòu)設(shè)計

第3章

凸輪機構(gòu)設(shè)計凸輪機構(gòu)的應用和分類從動件的常用運動規(guī)律盤狀凸輪輪廓的設(shè)計凸輪設(shè)計中應注意的問題

§3-1凸輪機構(gòu)的應用和分類平面凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu)§3-1凸輪機構(gòu)的應用和分類盤狀凸輪移動凸輪圓柱凸輪生產(chǎn)線搬運機構(gòu)§3-1凸輪機構(gòu)的應用和分類尖頂從動件滾子從動件平底從動件移動擺動對心偏心（偏置）1)尖頂從動件2)滾子從動件3)平底從動件按從動件與凸輪的接觸形式分§3-1凸輪機構(gòu)的應用和分類

根據(jù)保持從動件與凸輪接觸的方式不同，凸輪機構(gòu)可分為利用外力(如重力、彈簧力)保持接觸的力約束凸輪（如內(nèi)燃機配氣凸輪，沖頭機構(gòu)的凸輪），以及利用幾何形狀的限制來保持接觸的幾何約束凸輪（除先前見到的自動送料機凸輪外，平面凸輪機構(gòu)中的等寬凸輪、等徑凸輪*等也是幾何約束凸輪)。二、凸輪機構(gòu)的特點與應用

優(yōu)點：只需設(shè)計適當?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹玫叫枰倪\動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊、設(shè)計方便。

缺點：凸輪輪廓與從動件之間是點、線接觸，接觸應力很大，容易磨損。

應用范圍：廣泛應用于傳力不大的控制機構(gòu)中?！?-2從動件常用運動規(guī)律一、基本概念偏距圓：

以凸輪轉(zhuǎn)動中心Ｏ為圓心，以O(shè)q為半徑的圓稱為偏距圓，從動件在運動的過程中，其速度方向?qū)⑹冀K保持和偏距圓相切?；鶊A：以凸輪廓線的最小向徑r0為半徑所繪制的圓。推程：當凸輪以等角速度沿逆時針方向轉(zhuǎn)過角度δt

時，從動件以一定的運動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近的位置到達最遠位置，這個過程稱為推程。而與推程對應的凸輪轉(zhuǎn)角δt稱為推程運動角。遠休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)角度δs

時，從動件在最遠位置保持不動，δs稱為遠休止角。回程：凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)角度δh時，從動件在重力、彈簧力或其它力的作用下，以一定的運動規(guī)律回到起始位置，這個過程稱為回程，δh稱為回程運動角。近休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)角度δs’

時，從動件在最近位置停留不動，δs’稱為近休止角。升程h：從動件上升的最大位移。

從動件的位移線圖從動件位移與凸輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線?？v坐標代表從動件移動的位移，橫坐標代表凸輪的轉(zhuǎn)角(因凸輪通常是勻速轉(zhuǎn)動的，因此橫坐標實際上也代表時間)。從動件位移線圖

從動件的位移線圖取決于凸輪輪廓曲線的形狀。即：從動件的不同運動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。二、常用的從動件運動規(guī)律

1、等速運動規(guī)律

開始、停止時加速度無窮大，慣性力也無窮大，我們把加速度無窮大引起的沖擊稱剛性沖擊。適用于低速輕載和從動件質(zhì)量較小的凸輪機構(gòu)。2、等加速等減速運動規(guī)律

從動件在前半推程（回程）作等加速運動，在后半推程（回程）作等減速運動，通常加速度和減速度絕對值相等。

加速度在o,m,e產(chǎn)生有限值的變化，發(fā)生柔性沖擊，適宜于中、低速，輕載場合。等加速等減速位移線圖繪制3、余弦加速度運動規(guī)律

因這種運動規(guī)律的加速度為余弦函數(shù)，故稱為余弦加速度運動規(guī)律。行程始末會引起柔性沖擊，只適于中速場合。此外，還有其它的加速度運動規(guī)律。為了獲得更好的運動特性，可以把各種運動規(guī)律組合起來應用，組合時應保證加速度線圖始終保持連續(xù)。余弦加速度位移線圖繪制O顯然：反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)倪\動軌跡即是凸輪的理論廓線。凸輪-----靜止機架-----以“-

”繞o點轉(zhuǎn)動從動件隨機架以“-

”反轉(zhuǎn)相對機架按s=f(

)運動凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理——反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法---對整個機構(gòu)加繞凸輪軸心O點的“-ω”公共角速度反轉(zhuǎn)§3-3盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點占據(jù)的位置。r0Os

13578

60o120o90o90o60o120o

1

2

90oA90o91113151

3

5

7

8

9

11

13

12

14

10

已知：凸輪的基圓半徑r0，凸輪角速度

和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺

l，作位移曲線和基圓r0。②等分位移曲線、反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應于各等分點的從動件的位置。3

4

5

6

7

8

1876543210

11

9

12

13

14

1413121110915設(shè)計步驟④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。rbOA已知：凸輪的基圓半徑rb，滾子半徑rr、凸輪角速度

和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺

l，作位移曲線和基圓r0。②等分位移曲線、反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應于各等分點的從動件的位置。理論輪廓曲線實際輪廓曲線s

13578

60o120o90o90o91113151

3

5

7

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9

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14

10

60o120o

1

2

90o90o3

4

5

6

7

8

1876543210

11

9

12

13

14

1413121110915③確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心在各等分點占據(jù)的位置。④將各點連接成一條光滑曲線。⑤作一系列滾子圓及滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。設(shè)計步驟二.

對心移動滾子從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計r0OA

三.

對心移動平底從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑rb，角速度

和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺

l，作位移曲線和基圓r0。1)設(shè)計步驟②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應于各等分點的從動件的位置。s

13578

60o120o90o90o91113151

3

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60o120o

1

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90o90o3

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1876543210

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12

13

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1413121110915③確定反轉(zhuǎn)后平底與導路中心線的交點A在各等分點占據(jù)的位置。④作平底直線族及平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。四、偏置移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計四、偏置移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計已知條件：

從動件運動規(guī)律，偏距e，凸輪轉(zhuǎn)動方向，基圓半徑。五、偏置移動滾子從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計首先得到尖頂從動件凸輪的輪廓，對滾子從動件凸輪來講，該輪廓線稱為理論輪廓；再繪制實際輪廓。六、擺動從動件盤形凸輪闊線設(shè)計r0O12345678

60o120o90o90o

已知凸輪的基圓半徑r0，角速度

，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心A與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離L和擺桿角位移曲線，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。1

2

3

4

5

6

7

120o60o90o

L

A1A2A3A4A5A6A7A8

ABl

①選比例尺

，作位移曲線，作基圓r0和轉(zhuǎn)軸圓OA。

設(shè)計步驟r0O12345678

60o120o90o90o

已知凸輪的基圓半徑r0，角速度

，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心A與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離L和擺桿角位移曲線，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。1

2

3

4

5

6

7

120oB

1

160o90o

LB

2

2B

3

3B

4

4B

5

5B

6

6B

7

7A1A2A3A4A5A6A7A8

ABl

③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點占據(jù)的位置。

設(shè)計步驟

④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。B5B6B7B8B1B2B3B4作業(yè)P523－6題：b）注意：用鉛筆作圖§3-4凸輪設(shè)計中應注意的問題

一、凸輪機構(gòu)的壓力角和自鎖

不考慮摩擦的情況下，工作時凸輪給從動件的作用力Ｒ沿接觸點處的公法線方向，根據(jù)力的分解原理，有：

R'=Rcosα、R"＝Rsinαα是壓力角。

當α增大到一定程度，由R"引起的導路對從動件的摩擦阻力就會大于有效分力R'

，這時，無論凸輪加給從動件的作用力有多大，從動件都不會運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。為保證凸輪機構(gòu)正常工作并具有一定的效率，必須對壓力角加以限制。設(shè)計時應使最大壓力角不超過許用值：

直動從動件凸輪：[α]＝30°～38°

擺動從動件凸輪：[α]＝40°～50°

常見的依靠外力維持接觸的凸輪機構(gòu)，其從動件在彈簧力或重力作用下返回，回程不會出現(xiàn)自鎖，對于這類凸輪機構(gòu)，通常只需校核推程壓力角。二、壓力角與基圓半徑的關(guān)系其中：VB2=V2，VB1=ω1(r0+s2)V2=ω1(r0+s2)tg

∴α↓→r0↑→結(jié)構(gòu)不緊湊；r0↓→α↑→η↓，甚至自鎖基圓半徑經(jīng)驗公式：r0=（1.6～2）r式中：r——凸輪軸孔半徑r0ω1αVB2VB1tts2三、滾子半徑的選擇

rT↑接觸應力↓，但rT過大，凸輪的實際輪廓曲線會產(chǎn)生失真。當，發(fā)生失真故：對外凸的凸輪輪廓曲線，應使?jié)L子半徑rT小于理論輪廓曲線的最小曲率半徑。

常取rT≤0.8ρmin。小結(jié)

1、了解凸輪的分類。掌握常見的從動件運動規(guī)律及所具有的沖擊特性。

2、掌握反轉(zhuǎn)法的原理。3、對于滾子從動件盤形凸輪，基圓半徑r0是指理論輪廓的最小向徑。滾子半徑rr

必須小于凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑。

4、弄清基圓半徑和壓力角

之間的關(guān)系。一

單項選擇題

（選一正確答案，并將其符號填入題中空白處）3-1凸輪機構(gòu)的壓力角大小與________有關(guān)。A.從動件的受力B.凸輪的基圓半徑C.凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)3-2對于外凸凸輪,為了保證有正常的實際輪廓曲線,其滾子半徑應_______理論輪廓的最小曲率半徑。A.小于B.大于C.等于3-3在從動件運動規(guī)律不變的情況下,若縮小基圓半徑,則凸輪機構(gòu)的壓力角________。A.保持不變B.減小C.增大3-4設(shè)計一滾子從動件盤形凸輪,當發(fā)現(xiàn)實際輪廓曲線出現(xiàn)尖點時,應該_________。A.加大滾子半徑B.加大基圓半徑C.減小基圓半徑3-5從受力好的觀點看,盤形凸輪應采用_________從動件。A.平底B.尖底C.滾子BACBA二

填空題3-6凸輪的理論輪廓的最小曲率半徑應當___________從動件的滾子半徑。3-7滾子從動件的滾子中心軌跡,在