《機械設計基礎》課件-第10章

第10章凸輪機構(gòu)10.1凸輪機構(gòu)的應用與分類10.2從動件常用的運動規(guī)律10.3移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的圖解設計

10.1凸輪機構(gòu)的應用與分類

10.1.1凸輪機構(gòu)的組成、應用和特點

圖10-1所示為一內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)。當凸輪1回轉(zhuǎn)時，其輪廓迫使從動件2(即氣閥)上下移動，從而使閥門開啟和關閉。閥門的啟閉運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。圖10-1內(nèi)燃機配氣機構(gòu)圖10-2所示為一自動機床的進刀機構(gòu)。當圓柱凸輪1回轉(zhuǎn)時，其凹槽的側(cè)面迫使從動件2繞Ｏ點作往復擺動，通過從動件2上的扇形齒輪與固定在刀架3上的齒條的嚙合，控制刀架作進刀和退刀運動。刀架進退刀的運動規(guī)律取決于圓柱凸輪凹槽曲線的形狀。圖10-2自動機床進刀機構(gòu)10.1.2凸輪機構(gòu)的分類

1.按凸輪的形狀分類

(1)盤形凸輪。

(2)移動凸輪。

(3)圓柱凸輪。圖10-3移動凸輪機構(gòu)

2.按從動件的形狀分類

(1)尖頂從動件。

(2)滾子從動件。

(3)平底從動件。圖10-4從動件的結(jié)構(gòu)形式

3.按從動件的運動形式分類

(1)移動從動件。

(2)擺動從動件。

4.按凸輪與從動件保持接觸的方法分類

(1)力封閉凸輪機構(gòu)。

(2)形封閉凸輪機構(gòu)。

10.2從動件常用的運動規(guī)律

10.2.1凸輪輪廓曲線與從動件運動規(guī)律的關系

圖10-5(a)所示為一尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)。

所謂從動件的運動規(guī)律，是指從動件在運動時，其位移s、速度v、加速度a隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ的變化規(guī)律。從動件的運動規(guī)律可以用運動方程或運動線圖表示，例如圖

10-5(b)所示即為從動件的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的運動線圖。圖10-5尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)10.2.2從動件常用的運動規(guī)律

1.等速運動規(guī)律

當凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中作等速運動，稱之為等速運動規(guī)律。圖10-6所示為從動件在推程中作等速移動時，其位移、速度和加速度隨時間變化的曲線。圖10-6等速運動

2.等加速等減速運動規(guī)律

當凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程的前半行程中作等加速運動，在后半行程中作等減速運動，稱之為等加速等減速運動規(guī)律。通常兩加速度的絕對值相等。

圖10-7所示為從動件在推程中作等加速等減速移動時，其位移、速度和加速度隨時間變化的曲線。圖10-7等加速等減速運動

3.簡諧運動規(guī)律

圖10-8所示為從動件在推程中作簡諧運動時，其位移、速度和加速度隨時間變化的曲線。圖10-8簡諧運動

10.3移動從動件盤形凸輪

輪廓曲線的圖解設計

10.3.1尖頂對心移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計

圖10-9為一尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知凸輪的基圓半徑rb=15mm，當凸輪逆時針等速轉(zhuǎn)動時，從動件的運動規(guī)律如下表所示，試設計該凸輪的輪廓曲線。圖10-9尖頂對心移動從動件盤形凸輪輪廓線設計10.3.2滾子對心移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計

若將圖10-9中的尖頂改為滾子，滾子半徑rt=4mm，其他條件保持不變，如圖10-10所示。圖10-10滾子對心移動從動件盤形凸輪輪廓線設計10.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題

1.滾子半徑的選擇

采用滾子從動件時，滾子半徑的選擇要考慮凸輪實際廓線的形狀、滾子的結(jié)構(gòu)和強度等因素。凸輪理論廓線形狀一定時，滾子半徑對實際廓線形狀的影響，通常用實際廓線的最小曲率半徑來反映。圖10-11滾子半徑對實際廓線形狀的影響

2.凸輪機構(gòu)的壓力角

在圖10-12所示的尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)中，凸輪與從動件在圖示A點接觸。當凸輪逆時針等速轉(zhuǎn)動時，凸輪對從動件的法向作用力Fn與從動件上A點的速度

vB方向之間所夾的銳角α稱為凸輪機構(gòu)在圖示位置的壓力角。圖10-12凸輪機構(gòu)的壓力角

3.凸輪的基圓半徑

選擇較小的基圓半徑，可以減小凸輪機構(gòu)的尺寸；選擇較大的基圓半徑，可以增大凸輪輪廓線的曲率半徑，避免其變尖、交叉而引起運動失真，并減小磨損。選擇較大的基圓半徑，還可以減小凸輪機構(gòu)的壓力角，改善傳力性能。在圖10-12所示的凸輪機構(gòu)中，機構(gòu)的壓力角α與基圓半徑rb的關系為

4.凸輪機構(gòu)的材料

凸輪機構(gòu)是一種高副機構(gòu)，其主要失效形式是凸輪與從動件接觸表面的疲勞點蝕和磨損，前者是由變化的接觸應力引起的，后者是由摩擦引起的。因此，凸輪副材料應具有足夠的接觸強度和良好的耐磨性，特別是其接觸表面應具有較高的硬度。凸輪及滾子的常用材料如表10-1所示。

5.凸輪與滾子的結(jié)構(gòu)

1)凸輪結(jié)構(gòu)

基圓小的凸輪常與軸做成一體，稱為凸輪軸，如圖

10-13(a)所示?；鶊A較大的凸輪，為了制造方便，則與軸分開制造。凸輪與軸的固定方式有鍵聯(lián)接(圖10-13(b))、銷聯(lián)接(圖10-13(c))和彈性開口錐套螺母聯(lián)接(圖10-13(d))等。在圖10-13(d)中，裝配時擰緊螺母，則開口錐套向右移動，錐套收縮抱緊軸，同時楔緊凸輪軸孔，靠結(jié)合面的摩擦力實現(xiàn)固定；松開螺母，轉(zhuǎn)動凸輪，可以任意調(diào)整凸輪的起始位置。圖10-13凸輪結(jié)構(gòu)

2)滾子結(jié)構(gòu)

滾子從動件的滾子可以是專用零