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1、3-13-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一一凸轮机构的应用及特点凸轮机构的应用及特点 1 .组成：组成： 高副机构高副机构 凸轮凸轮(Cam)具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆推杆(Follower)被凸轮直接推动的构件被凸轮直接推动的构件机架机架(Frame)相对参照系相对参照系1) 锁合装置锁合装置保证高副始终可靠接触的装置保证高副始终可靠接触的装置内内燃燃机机配配气气机机构构 凸轮凸轮1、从动件、从动件2、机架、锁合装置、机架、锁合装置4从动件从动件凸轮凸轮滚子滚子机架机架2 .应用：应用：凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点，因而凸轮机构
2、具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。在工业生产中得到广泛的应用。 凸轮机构在机床中的应用凸轮机构在机床中的应用凸轮机构印刷机中的应用凸轮机构印刷机中的应用等径凸轮的应用等径凸轮的应用分度凸轮的应用分度凸轮的应用3 .特点：特点：优点：优点：1）可使从动件得到各种预期的运动规律。）可使从动件得到各种预期的运动规律。3）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。2）加工比较困难。）加工比较困难。缺点：缺点：1）高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。）高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。 3）实
3、现停歇运动）实现停歇运动2）结构紧凑。）结构紧凑。升升停停降降停停自动机走刀机构自动机走刀机构自动送料机构自动送料机构1 按凸轮的形状分按凸轮的形状分 盘形凸轮盘形凸轮, 实例实例 凸轮呈向径变化的盘形凸轮呈向径变化的盘形 结构简单结构简单, 应用最广泛应用最广泛 移动凸轮移动凸轮, 实例实例 凸轮呈板型凸轮呈板型, 直线移动直线移动 圆柱凸轮圆柱凸轮, 实例实例 空间凸轮机构空间凸轮机构 凸轮轮廓做在圆柱体上凸轮轮廓做在圆柱体上 空间运动空间运动从动件凸轮凸轮从动件从动件凸轮二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类2 按从动件的形状分按从动件的形状分尖顶从动件尖顶从动件 尖顶始终能够与凸轮尖顶始
4、终能够与凸轮轮廓保持接触，可实轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律现复杂的运动规律 易磨损，只宜用于轻易磨损，只宜用于轻载、低速载、低速滚子从动件滚子从动件 耐磨、承载大，较常耐磨、承载大，较常用用平底从动件平底从动件 接触面易形成油膜，利接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运于润滑，常用于高速运动动 配合的凸轮轮廓必须全配合的凸轮轮廓必须全部外凸部外凸尖顶从动尖顶从动件件滚子从动滚子从动件件平底从动平底从动件件平底从动平底从动件件3 按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分 直动从动件直动从动件 往复移动往复移动 轨迹为直线轨迹为直线 摆动从动件摆动从动件 往复摆动往复摆动 轨迹为圆弧轨迹为
5、圆弧尖顶从动尖顶从动件件滚子从动滚子从动件件平底从动件平底从动件摆动从动件摆动从动件直动从动件直动从动件4 按从动件的布置形式分按从动件的布置形式分 对心直动从动对心直动从动件件 偏置偏置直动从动件直动从动件尖顶从动尖顶从动件件滚子从动件滚子从动件1） 力锁合的凸轮机力锁合的凸轮机构构2）形锁合的凸轮机构）形锁合的凸轮机构 a 沟槽凸轮机构沟槽凸轮机构 b 等宽凸轮机构等宽凸轮机构5 按凸轮与从动件的锁合方式分按凸轮与从动件的锁合方式分6 小结小结 一般凸轮机构的命名原则一般凸轮机构的命名原则: 布置形式布置形式+运动形式运动形式+从动件形状从动件形状+凸轮形状凸轮形状对心对心直动直动尖尖顶从
6、动件顶从动件盘盘形凸轮形凸轮机构机构偏置偏置直动直动滚滚子从动件子从动件盘盘形凸轮形凸轮机构机构摆摆动动平底从动件平底从动件盘盘形凸轮形凸轮机构机构一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系二、从动件常用运动规律二、从动件常用运动规律三、选择运动规律应注意的问题三、选择运动规律应注意的问题A一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系 从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间等随时间t t或凸轮转角或凸轮转角 变化的规律变化的规律 基圆基圆( (以凸轮轮廓最小向径所组成的圆
7、以凸轮轮廓最小向径所组成的圆) )，基圆半径，基圆半径r r0 0 推程推程，推程运动角，推程运动角 1 1 远休止远休止，远休止角，远休止角 2 2 回程回程，回程运动角，回程运动角 3 3 近休止近休止，近休止角，近休止角 4 4 行程（升程）行程（升程），h h运动线图运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等从动件的位移、速度、加速度等随时间随时间t t或凸轮转角或凸轮转角 变化关系图变化关系图1 23 4r0 1推程推程 2远休止远休止 3回程回程 4近休止近休止t s0BCDhA二、从动件二、从动件常用常用运动规律运动规律1 等速运动2 等加速等减速运动3 简谐运动 注意：注意： 为
8、便于理解各种运动规律特性为便于理解各种运动规律特性, 本章将运动规律单本章将运动规律单独应用于推程或回程独应用于推程或回程1 等速运动等速运动一次多项式运动规律一次多项式运动规律推程推程(01) 运动方程：运动方程： 位移方程：位移方程： 速度方程：速度方程： 加速度方程：加速度方程： 运动线图运动线图 冲击特性：冲击特性：始点、末点刚性冲始点、末点刚性冲击击 适用场合：适用场合：低速轻载低速轻载hs 0 1v 0a 0- Displacement VelocityAcceleration 1/sh 1/vh 0a+ 等速运动等速运动（续）（续）回程回程(03) 运动方程：运动方程： 位移方程
9、：位移方程： 速度方程：速度方程： 加速度方程：加速度方程： 运动线图运动线图 冲击特性：冲击特性：始点、末始点、末点点 刚性冲击刚性冲击 适用场合：适用场合：低速轻载低速轻载31/sh 3/vh 0as 0v 0a 03- + - 1hDisplacement VelocityAcceleration 2 等加速等减速运动等加速等减速运动二次多项式运动规律二次多项式运动规律 推程推程 运动方程运动方程:运动线图运动线图冲击特性：冲击特性：起、中、末点柔性冲起、中、末点柔性冲击击适用场合：适用场合：低速轻载低速轻载2212hs21212 ()hshs 01v 0a 0h/2h/21/21/2h
10、214hv2214ha1214()hv 2214ha(01/2)(1/21)加速段加速段减速段减速段位移方位移方程程速度方程速度方程加速度方程加速度方程a1H0 1 2 3 4 5 6 7 812345678SV0 1 2 3 4 5 6 7 81pH21012345678p2H221201234560 1 2 3 4 5 6 7 8178推程推程 运动方程：运动方程： 运动线图运动线图 冲击特性：冲击特性：始、末点始、末点 有柔性冲击有柔性冲击 适用场合：适用场合：中低速、中轻载中低速、中轻载11 cos2hsp11sin2hvp22211cos2happ3 简谐运动简谐运动余弦加速度运动余
11、弦加速度运动三、选择运动规律应注意的问题三、选择运动规律应注意的问题 实际使用时实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律推程或回程的运动规律可采用单一运动规律,也也可以将几种运动规律复合使用可以将几种运动规律复合使用1. 当机械的工作过程只要求从动件实现一定的工作行程，而对当机械的工作过程只要求从动件实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工运动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先；低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。速度较高时，动力特性优先。2. 当机械的工作过程对从动件运动规律有特殊要求时：当机械
12、的工作过程对从动件运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动一凸轮廓线设计的方法及基本原理一凸轮廓线设计的方法及基本原理设计方法设计方法 图解法图解法解析法解析法基本原理基本原理反转法反转法假想给整个机构加一公共角速度假想给整个机构加一公共角速度- ，各构件的相对运动关系并不改变各构件的相对运动关系并不改变原机构原机构转化机构转化机构 - =0V V凸轮凸轮从动件从动件机架机架00 - = - 凸轮：凸轮：转
13、动转动相对静止不动相对静止不动从动件：从动件：沿导轨作预期运动沿导轨作预期运动规 律 的 往 复 移 动规 律 的 往 复 移 动沿导轨作预期运动沿导轨作预期运动规 律 的 往 复 移 动规 律 的 往 复 移 动随导轨以随导轨以- 绕绕凸轮轴心转动凸轮轴心转动 s1s2s2s1假想给整个机构加一公共角速度假想给整个机构加一公共角速度- ，则凸轮相对静止不动，而从动件一方，则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以面随导轨以- 绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。移动
14、。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。二图解法设计凸轮轮廓曲线二图解法设计凸轮轮廓曲线1. 对心直动尖端从动件盘形凸轮机构对心直动尖端从动件盘形凸轮机构已知：推杆的运动规律、升程已知：推杆的运动规律、升程 h；凸；凸轮的轮的 及其方向、基圆半径及其方向、基圆半径r0设计：凸轮轮廓曲线设计：凸轮轮廓曲线hs Op pp p /2h/22p p5p p /47p p /4 n 从动件位移从动件位移凸轮在从动件导路方向上，基圆以外的尺寸凸轮在从动件导路方向上，基圆以外的尺寸9101113121234567p p取长度比例尺取长度比例尺 l绘图绘图hs Op pp p /2h/22p
15、 p5p p /47p p /4 1234567814910 11131214 将位移曲线若干等分；将位移曲线若干等分； 沿沿- 方向将方向将基圆基圆作相应等分；作相应等分； 沿导路方向解曲相应的位移，沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；得到一系列点； 光滑联接。光滑联接。取长度比例尺取长度比例尺 l绘图绘图hs Op pp p /2h/22p p5p p /47p p /41234567814910 1113129101113121234567p p 142. 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构对心直动滚子从动件盘形凸轮机构理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线取长度比例尺取长度比例尺 l绘图绘图
16、hs Op pp p /2h/22p p5p p /47p p /41234567814910 1113129101113121234567p p 143. 对心直动平底从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线取长度比例尺取长度比例尺 l绘图绘图hs Op pp p /2h/22p p5p p /47p p /41234567814910 11131214 将位移曲线若干等分；将位移曲线若干等分； 沿沿- 方向将方向将偏置圆偏置圆作相应等分；作相应等分； 沿导路方向解曲相应的位移，沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；得到一系列点； 光滑联接。光滑联接
17、。234758 161011131294. 偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构一、一、凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 在设计中一般规定适当的许用在设计中一般规定适当的许用压力角数值压力角数值: 移动从动件：移动从动件：推程许用压力角推程许用压力角取取3040。 摆动从动件摆动从动件：推程许用压力角：推程许用压力角取取4050。 回程运动回程运动时从动件一般是在时从动件一般是在弹弹簧力等外力作用簧力等外力作用下，而不是在凸下，而不是在凸轮作用下运动，所以一般不会发轮作用下运动，所以一般不会发生自锁，生自锁，值可取值可取7080。sincosxnynFFFFv1Bv2v
18、压力角压力角 ttOnnBr123nFxFyF2v0rS3-43-4凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定为使凸轮机构结构紧凑，基圆半径应尽可能取小些为使凸轮机构结构紧凑，基圆半径应尽可能取小些0srr 3.设计原则：设计原则：1.加大基圆半径，可减小压力角，有利于传加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力力221Bvvv tgrtgrtg 20vrrsstg 2. max在满足在满足 的前提下，选择的前提下，选择小的基圆半径小的基圆半径v1Bv2v a= +rr 理论廓线最小理论廓线最小 结论：结论：无论滚子半径多大，总能无论滚子半径多大，总能由理论
19、廓线得到由理论廓线得到实际廓线实际廓线三、滚子半径的选择三、滚子半径的选择2 外凸凸轮廓线外凸凸轮廓线 a= -rr0arr理论实际a a= +rrrr rrrr a= -rr0 rr， a0，实际廓线平滑，实际廓线平滑 rr， arr实际设计时，应保证实际设计时，应保证 amin = min -rr a =35 mm三、材料和热处理三、材料和热处理 凸轮通常用凸轮通常用4545钢钢或或40Cr40Cr来制造，一般要淬来制造，一般要淬硬到硬到525258HRC58HRC。 用用1515钢钢或或20Cr20Cr渗碳并淬硬至渗碳并淬硬至565662HRC62HRC，或，或用渗氮处理的钢材，以增加轮廓的耐磨性。用渗氮处理的钢材，以增加轮廓的耐磨性。 轻载的凸轮可用轻载的凸轮可用铸铁、铸铁、4545钢钢调质或塑料制调质或塑料制造。要求抗腐蚀时可选用有色金属合金。造。要求抗腐蚀时可选用有色金属合金。 四、凸轮工作图四、凸轮工作图凸轮的结构形式及与轴的固定方式有凸轮的结构形式及与轴的固定方式有整体式、键整体式、键联接式、销联接式、弹性开口锥套螺母联接式联接式、销联接式、弹性开口锥套螺母联接式整体式凸轮 用平键联接 销联接 用弹性锥套和螺母联接