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1、第四章凸轮机构本讲稿第一页，共三十页12.1 12.1 概述概述 凸轮机构由凸轮凸轮1、从动件从动件2、机架机架3三个基本构件组成。是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。本讲稿第二页，共三十页4.1.1 4.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用4.1 4.1 概述概述适用场合适用场合：当要求从动件的位移、速度、加速度必须严格按照预定规律变化时，常用凸轮机构。优点优点:设计简单、结构紧凑、运动可靠，只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的
2、运动。缺点缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，难以保持良好的润滑，容易磨损。本讲稿第三页，共三十页4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述1.1.按凸轮形状分：盘形凸轮按凸轮形状分：盘形凸轮 、移动凸轮、圆柱凸轮、曲面凸轮。、移动凸轮、圆柱凸轮、曲面凸轮。盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮本讲稿第四页，共三十页4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述1.1.按凸轮形状分：盘形凸轮按凸轮形状分：盘形凸轮 、移动凸轮、圆柱凸轮、曲面凸轮。、移动凸轮、圆柱凸轮、曲面凸轮。圆柱凸轮圆柱凸轮曲面凸轮曲面凸轮本讲稿第五页，共三十页4.1
3、.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述2.2.按从动件类型分：尖顶从动件按从动件类型分：尖顶从动件 、滚子从动件、平底从动件。、滚子从动件、平底从动件。尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件本讲稿第六页，共三十页4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述2.2.按从动件类型分：尖顶从动件按从动件类型分：尖顶从动件 、滚子从动件、平底从动件。、滚子从动件、平底从动件。平底从动件平底从动件本讲稿第七页，共三十页4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述3.按从动件的运动形式分：移动从动件按从动件的
4、运动形式分：移动从动件、摆动从动件。、摆动从动件。移动从动件移动从动件摆动从动件摆动从动件本讲稿第八页，共三十页4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类4.1 4.1 概述概述4.按锁合方式不同分：力锁合凸轮按锁合方式不同分：力锁合凸轮、形锁合凸轮。、形锁合凸轮。形锁合凸轮形锁合凸轮力锁合凸轮力锁合凸轮本讲稿第九页，共三十页4.2.1 4.2.1 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 基圆基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。推程推程、推程运动角推程运动角：远休、远休止角远休、远
5、休止角：01回程、回程运动角回程、回程运动角：0近休、近休止角近休、近休止角：02行程行程：h推杆的运动规律推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角变化）的规律。本讲稿第十页，共三十页4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 1.1.等速运动等速运动 运运动动特特性性：当采用等速运动规律时，推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚刚性性冲冲击击。适用场合适用场合：低速、轻载。推程运动线图推程运
6、动线图：本讲稿第十一页，共三十页4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律4.2 从动件的常用运动规律2.2.等加速等加速-等减速运动等减速运动推程推程：等加速段：002 等减速段：020 回程回程：等加速段：002 等减速段：020本讲稿第十二页，共三十页4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 2 2、等加速、等加速-等减速运动等减速运动 运动特性运动特性：当采用等加速等减速运动规律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由
7、此而引起的冲击称为柔性冲击柔性冲击。适用场合适用场合：中速、轻载。推程运动线图推程运动线图：本讲稿第十三页，共三十页4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律4.2 从动件的常用运动规律 3 3、余弦加速度运动、余弦加速度运动推程：推程：回程回程：本讲稿第十四页，共三十页4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 3 3、余弦加速度运动、余弦加速度运动 运动特性运动特性：这种运动规律的加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击。适用场合适用场合：中速、中载。推程运动线图推程运动线图：本
8、讲稿第十五页，共三十页4.3.1 4.3.1 反转法原理反转法原理4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 假想给整个机构加一公共角速度-，凸轮相对静止不动，推杆一方面随导轨以-w绕凸轮轴心转动,另一方面又沿导轨作预期的往复移动，推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。本讲稿第十六页，共三十页4.3.1 4.3.1 反转法原理反转法原理4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第十七页，共三十页4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 根据反转法原理作出从动件推杆尖顶在反转
9、运动中依次占据的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲线族；并作从动件高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。非尖顶从动件的解决方案非尖顶从动件的解决方案本讲稿第十八页，共三十页1.1.尖顶对心移动从动件盘形凸轮尖顶对心移动从动件盘形凸轮设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第十九页，共三十页1.1.尖顶对心移动从动件盘形凸轮尖顶对心移动从动件盘形凸轮4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设
10、计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十页，共三十页1.1.尖顶对心移动从动件盘形凸轮尖顶对心移动从动件盘形凸轮4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十一页，共三十页2.2.滚子对心移动从动件盘形凸轮滚子对心移动从动件盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转，推杆的运动规律如图所示。4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十二页，共三十页
11、2.2.滚子对心移动从动件盘形凸轮滚子对心移动从动件盘形凸轮4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十三页，共三十页2.2.滚子对心移动从动件盘形凸轮滚子对心移动从动件盘形凸轮4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十四页，共三十页3.3.平底对心移动从动件盘形凸轮平底对心移动从动件盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转，推杆的运动规律如图所示。4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线
12、图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十五页，共三十页3.3.平底对心移动从动件盘形凸轮平底对心移动从动件盘形凸轮4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十六页，共三十页4.4.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转，推杆的运动规律如图所示，已知偏距e。4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十七页，
13、共三十页5.5.摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮转动方向，凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，从动件的运动规律如图。4.3.2 4.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 本讲稿第二十八页，共三十页4.4 4.4 凸轮机构设计的几个问题凸轮机构设计的几个问题(1)(1)压力角的定义压力角的定义 从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角，用表示。(2)(2)压力角与作用力以及机构尺寸的关系压力角与作用力以及机构尺寸的关系 将凸轮对从动件的作用力F分解为F1
14、和F2。F2为有效分力，F1为有害分力，当压力角越大，有害分力F1 越大，如果压力角增大，有害分力所引起的摩擦阻力也将增大，摩擦功耗增大，效率降低。4.4.1 4.4.1 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角本讲稿第二十九页，共三十页(3)(3)压力角与机构尺寸的关系压力角与机构尺寸的关系越大，r0越小，凸轮机构紧凑。越小，r0越大，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑(4)(4)许用压力角许用压力角 为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定一许用压力角，使 推推程程：直动推杆取300；摆动推杆300450；回回程程：通常不会引起自锁问题，但为了使推杆不至产生过大的加速度从而引起不良后果，通常取=700800。4.4 4.4 凸轮机构设计的几个问题凸轮机构设计的几个问题4.4.1 4.4.1 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角本讲稿第三十页，共三十页