第7章凸轮机构.pptx

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1、凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的分类凸轮机构的分类7.1 凸轮机构的应用和分类 第1页/共74页凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用和分类1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体 如图所示为如图所示为内燃机中的配气内燃机中的配气凸轮机构凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2 2按特定的规律往复移动，从而按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功达到控制燃烧室中进、排气的功能。能。第2页/共74页凸轮机构的应用和分类1-圆柱

2、凸轮 2-摆杆 3-滚子 如如图图所所示示为为自自动动机机床床中中的进刀凸轮机构的进刀凸轮机构。当当圆圆柱柱凸凸轮轮绕绕其其轴轴线线转转动动时时，通通过过其其沟沟槽槽与与摆摆杆杆一一端端的的滚滚子子接接触触，并并推推动动摆摆杆杆绕绕固固定定轴轴按按特特定定的的规规律律作作往往复复摆摆动动，同同时时通通过过摆摆杆杆另另一一端端的的扇扇形形齿齿轮轮驱驱动动刀刀架架实实现现进进刀刀或或退退刀刀运运动。动。第3页/共74页凸轮机构的应用和分类凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构 凸轮：具具有有特特定定曲曲线线轮轮廓廓或或沟沟槽槽的的构构件件，通通常常在在 机构运动中作主动件。机构运动中作主动件

3、。从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：支撑凸轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。第4页/共74页凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用和分类 自动送料凸轮1-圆柱凸轮 2-直动从动件 3-毛坯 1 1、实现预期的位置要求这种这种自动送料凸轮机构自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求动没有特殊的要求 第5页/共74页凸轮机构的应用和分类 绕线机凸轮1-凸轮 2-摆动从动件 3-线轴 2 2、实现预期的运动规律要求这种凸轮在运动中能推这

4、种凸轮在运动中能推动摆动从动件动摆动从动件2 2实现实现均匀均匀缠绕线绳的运动学要求。缠绕线绳的运动学要求。第6页/共74页凸轮机构的应用和分类 3 3、实现运动和动力特性要求这种凸轮机构能够实现这种凸轮机构能够实现气气阀的运动学阀的运动学要求，并且具要求，并且具有有良好的动力学特性良好的动力学特性。1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体第7页/共74页盘形凸轮盘形凸轮：结构简单，易于加工。应用最为广泛：结构简单，易于加工。应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的演化而成的圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构 盘

5、形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的应用和分类1 1、按凸轮的形状分类第8页/共74页2 2、按从动件的形状分类尖底从动件尖尖端端能能以以任任意意复复杂杂的的凸凸轮轮轮轮廓廓保保持持接接触触，从从而而使使从从动动件件实实现现任任意意的的运运动动规规律律。但但尖尖端端处处极极易磨损，只适用于低速场合。易磨损，只适用于低速场合。凸轮机构的应用和分类第9页/共74页 滚子从动件 凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小，可可用于传递较大的动力。用于传递较大的动力。凸轮机构的应用和分类第10页/共74页 平底从动件从从动动件件与

6、与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜，润润滑滑状状况况好好，受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的应用和分类第11页/共74页对心直动从动件 偏置直动从动件凸轮机构的应用和分类从动件作往复移从动件作往复移动，其运动轨迹动，其运动轨迹为一段直线为一段直线3 3、按从动件的运动形式分类直动从动件第12页/共74页从动件作往复摆动，从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段其运动轨迹为一段圆弧。圆弧。凸轮机构的应用和分类摆动从动件第13页/共74页凸轮机构的应用和分类4 4、按凸轮与从动件维持接触

7、的方式分类(1)力锁合：利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触凸轮廓线始终保持接触第14页/共74页(2)型锁合：利用构成高副元素本身的几何形状，利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件与凸轮始终接触使从动件与凸轮始终接触。盘形槽凸轮机构盘形槽凸轮机构通过其沟槽两侧通过其沟槽两侧的廓线始终保持的廓线始终保持与从动件接触。与从动件接触。第15页/共74页凸轮机构的应用和分类凸轮廓线上任意两条凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都平行切线间的距离都相等，且等于从动件相等，且等于从动件矩形框架矩形框架2 2内侧两个内

8、侧两个平底之间的距离平底之间的距离H H。等宽凸轮机构等宽凸轮机构第16页/共74页凸轮机构的应用和分类等径凸轮机构等径凸轮机构 过凸轮轴心过凸轮轴心O O所作任一所作任一径向线上与凸轮相接触的径向线上与凸轮相接触的两滚子中心间的距离处处两滚子中心间的距离处处相等。相等。等宽与等径凸轮，其等宽与等径凸轮，其从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择或设计会受到一定的限或设计会受到一定的限制。制。第17页/共74页凸轮机构的应用和分类共轭凸轮机构共轭凸轮机构 主主凸凸轮轮1 1推推动动从从动动件件完完成成沿沿逆逆时时针针方方向向正正行行程程的的摆摆动动，另另一一个个凸凸轮轮1 1/推推动动完完成成

9、沿沿顺顺时时针针方方向向的的反反行行程程的的摆摆动动。这这种种凸凸轮轮机机构构又又称称为为主主回回凸凸轮轮机机构构第18页/共74页凸轮机构的应用和分类反凸轮机构反凸轮机构摆杆为主动件，凸摆杆为主动件，凸轮为从动件轮为从动件第19页/共74页基本概念基本概念从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律运动规律特性分析运动规律特性分析选择或设计运动规律时需注意的问题选择或设计运动规律时需注意的问题组合型运动规律简介组合型运动规律简介7.2 从动件的运动规律 第20页/共74页基本概念基本概念从动件的运动规律 从动件的运动规律从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下，从动件的在凸轮廓线的推动下，从动件的位

10、移、速度、位移、速度、加速度、跃度加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变化（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时间成正比，因此间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构从动件的运动规律通常又通常又可以表示为可以表示为凸轮转角的函数。凸轮转角的函数。第21页/共74页尖底直动从动件的位移曲线尖底直动从动件的位移曲线从动件的运动规律第22页/共74页从动件的运动规律基圆基圆：凸轮上具有最小半径凸轮上具有最小半径r ro o的圆的圆

11、推程与推程角推程与推程角：当凸轮廓线当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，上的曲线段与从动件接触时，推动从动件沿导路由起始位置推动从动件沿导路由起始位置运动到离凸轮轴心最远的位置。运动到离凸轮轴心最远的位置。从动件的这一运动行程称为推从动件的这一运动行程称为推程。此过程对应凸轮所转过的程。此过程对应凸轮所转过的角度称为角度称为推程角推程角，从动件沿从动件沿导路移动的最大位移称为导路移动的最大位移称为升距升距h h。第23页/共74页 远休止与远休止角：远休止与远休止角：当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为触时，

12、从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为远休止远休止，此过，此过程对应凸轮所转过的角度称为程对应凸轮所转过的角度称为远休止角远休止角s。从动件的运动规律第24页/共74页 近休止与近休止角近休止与近休止角:当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为近休止近休止。此过程对应凸轮所转过的角度称为此过程对应凸轮所转过的角度称为近休止角近休止角/s。从动件的运动规律 回程与回程角回程与回程角:当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，引当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触

13、时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称回回程程，此过程对应凸轮所转过的角度称为，此过程对应凸轮所转过的角度称为回程角回程角/。第25页/共74页从动件的运动规律从动件常用运动规律从动件常用运动规律一、多项式运动规律一、多项式运动规律设从动件的位移为设从动件的位移为s s，凸轮转角为，凸轮转角为 ，则多项式，则多项式运动规律的一般表达式为运动规律的一般表达式为根据对从动件运动规律的具体要求，确定相应的根据对从动件运动规律的具体要求，确定相应的边界条件代入上式，求出待定系数，即可推导出边界条件代入上式，求出

14、待定系数，即可推导出各种多项式运动规律。各种多项式运动规律。下面分别推导工程中经常采用的几种下面分别推导工程中经常采用的几种多项式运动多项式运动规律方程规律方程。第26页/共74页1.1.一次多项式一次多项式一一次多项式运动规律的一般表达式为次多项式运动规律的一般表达式为由于一次多项式函数的一阶导数由于一次多项式函数的一阶导数为常数，故通常又称为为常数，故通常又称为等速运动规律等速运动规律。其运动。其运动方程和运动线图如下所示方程和运动线图如下所示 从动件的运动规律第27页/共74页等速运动规律运动线图推程运动方程推程运动方程从动件的运动规律第28页/共74页 由于加速度无穷大而产生的冲击称为

15、由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击刚性冲击。当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，或是对从动件有实现等速运动要求的场合或是对从动件有实现等速运动要求的场合从动件的运动规律第29页/共74页2.2.二次多项式二次多项式 工程中通常采用的二次多项式运动规律，工程中通常采用的二次多项式运动规律，是指在从动件的一个运动行程中（推程或回程），是指在从动件的一个运动行程中（推程或回程），前半段

16、采用等加速，后半段采用等减速，前半段采用等加速，后半段采用等减速，其位其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时又称为又称为抛物线运动规律抛物线运动规律。其运动方程和运动线。其运动方程和运动线图如下所示图如下所示 从动件的运动规律第30页/共74页速度曲线连续，而加速度曲速度曲线连续，而加速度曲线在运动的起始、中间点和线在运动的起始、中间点和终点处不连续。将这种由于终点处不连续。将这种由于有限值的加速度突变而产生有限值的加速度突变而产生的冲击称为的冲击称为柔性冲击柔性冲击。适用。适用于中、低速轻载。于中、低速轻载。推程运动方程推程运动方程等加速等减速运

17、动规律运动线图 从动件的运动规律第31页/共74页3.3.五次多项式五次多项式 五次多项式运动规律的位移、速度和加速五次多项式运动规律的位移、速度和加速度方程的一般表达式为度方程的一般表达式为从动件的运动规律第32页/共74页将将边边界界条条件件分分别别代代入入，可可解解得得6 6个个待待定定系系数数，得得到到从动件在从动件在推程推程中五次多项式运动规律的方程为中五次多项式运动规律的方程为位移方程中仅含有位移方程中仅含有3 3、4 4、5 5次幂，故又称为次幂，故又称为3-4-53-4-5次多项式次多项式 从动件的运动规律第33页/共74页该种运动规律的速度与加速该种运动规律的速度与加速度曲线

18、均连续，因而度曲线均连续，因而不产生不产生刚性与柔性冲击刚性与柔性冲击，可适用于，可适用于高速中载工况高速中载工况五次多项式运动规律 从动件的运动规律第34页/共74页从动件的运动规律二、三角函数运动规律二、三角函数运动规律1 1、简谐运动规律、简谐运动规律图图a所示为所示为描述简谐运动轨迹的描述简谐运动轨迹的示意图示意图。图中横坐标为凸轮转。图中横坐标为凸轮转角角 ，纵坐标为从动件位移，纵坐标为从动件位移s 。设当质点沿圆周转过任一角。设当质点沿圆周转过任一角度时度时 ，对应凸轮的转角为，对应凸轮的转角为 ，则质点沿圆周等速运动时向，则质点沿圆周等速运动时向纵坐标方向的投影，即为纵坐标方向的

19、投影，即为简谐简谐运动规律的位移曲线。运动规律的位移曲线。简谐运动规律运动线图第35页/共74页推程运动方程推程运动方程由于该种运动规律的加速度由于该种运动规律的加速度曲线按余弦规律变化，故又曲线按余弦规律变化，故又称为称为余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律。可知该运动规律的起可知该运动规律的起始与终点处加速度突始与终点处加速度突变为有限值，因而变为有限值，因而会会产生柔性冲击产生柔性冲击。如果。如果从动件的运动仅具有从动件的运动仅具有推程和回程阶段，则推程和回程阶段，则其加速度曲线也连续，其加速度曲线也连续，不产生柔性冲击，因不产生柔性冲击，因而可应用于高速工况而可应用于高速工况场合。场合

20、。从动件的运动规律第36页/共74页从动件的运动规律2 2、摆线运动规律、摆线运动规律图图a所示为所示为描述摆线运动轨迹的描述摆线运动轨迹的示意图示意图。由解析几何可知，当一。由解析几何可知，当一个半径为个半径为R的滚圆，沿纵坐标从的滚圆，沿纵坐标从起始点起始点A0 匀速纯滚动时，圆周上匀速纯滚动时，圆周上点点A的运动轨迹即为摆线，而点的运动轨迹即为摆线，而点A的运动轨迹向纵坐标方向的投影的运动轨迹向纵坐标方向的投影即构成摆线运动规律。即构成摆线运动规律。摆线运动规律运动线图第37页/共74页推程运动方程推程运动方程由于加速度曲线按正弦由于加速度曲线按正弦规律变化，故又称为规律变化，故又称为正

21、正弦加速度运动规律弦加速度运动规律。该。该种运动规律的种运动规律的速度与加速度与加速度曲线均连续，不产速度曲线均连续，不产生刚性与柔性冲击生刚性与柔性冲击，适，适用于高速场合用于高速场合 从动件的运动规律第38页/共74页运动规律特性分析运动规律特性分析一、衡量运动特性的主要指标一、衡量运动特性的主要指标1 1、最大速度、最大速度 最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况，由于若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况，由于从动件系统动量过大，会出现操控失灵，造成机从动件系统动量过大，会出现操控失灵，造成机构损坏等安全事故。

22、因此希望构损坏等安全事故。因此希望从动件运动速度的从动件运动速度的最大值越小越好最大值越小越好。从动件的运动规律第39页/共74页2 2、最大加速度、最大加速度 最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统的惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的强度等。因此希望的强度等。因此希望从动件在运动过程中的加速度从动件在运动过程中的加速度最大值越小越好。最大值越小越好。从动件的运动规律 3 3、运动规律的高阶导数、运动规律的高阶导数。运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规律特

23、性的主要指标。律特性的主要指标。研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性，研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性，减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律进行凸轮廓线设计进行凸轮廓线设计。第40页/共74页二、特性指标的无量纲化二、特性指标的无量纲化 为在为在相同的条件相同的条件下对各种运动规律的下对各种运动规律的特性参特性参数进行分析比较数进行分析比较，通常需对运动规律的特性指标，通常需对运动规律的特性指标进行无量纲化。几种常用运动规律的无量纲化指进行无量纲化。几种常用运动规律的无量纲化指标和适用场合如下表所示标和适用场合如下表所示从动件的运

24、动规律第41页/共74页从动件的运动规律从动件常用运动规律特性比较及适用场合 第42页/共74页三、特性指标的分析与比较三、特性指标的分析与比较n 高阶导数连续性较好的运动规律，如摆线、五高阶导数连续性较好的运动规律，如摆线、五次多项式等，其最大速度和最大加速度值一般也次多项式等，其最大速度和最大加速度值一般也较大。较大。n 具有较小的最大速度和最大加速度值的运动规具有较小的最大速度和最大加速度值的运动规律，其高阶导数往往是不连续的。律，其高阶导数往往是不连续的。n 在选择或设计从动件运动规律时，根据凸轮机在选择或设计从动件运动规律时，根据凸轮机构的实际应用场合，在综合权衡各项特性指标的构的实

25、际应用场合，在综合权衡各项特性指标的基础上作具体的分析。基础上作具体的分析。从动件的运动规律第43页/共74页选择和设计运动规律时需注意的问题选择和设计运动规律时需注意的问题1.1.根据工作要求选择或设计运动规律根据工作要求选择或设计运动规律 当工作场合对从动件运动规律有特殊要求，且当工作场合对从动件运动规律有特殊要求，且凸轮转速不太高时，从动件运动规律的选择或设计，凸轮转速不太高时，从动件运动规律的选择或设计，应在满足工作要求的基础上，考虑动力特性等其他应在满足工作要求的基础上，考虑动力特性等其他因素。因素。从动件的运动规律2.2.兼顾运动学和动力特性两方面要求兼顾运动学和动力特性两方面要求

26、 当工作场合对从动件的运动规律有特殊要求，当工作场合对从动件的运动规律有特殊要求，且凸轮转速又较高时，应兼顾运动学和动力特性且凸轮转速又较高时，应兼顾运动学和动力特性两方面要求，选择或设计从动件的运动规律。两方面要求，选择或设计从动件的运动规律。第44页/共74页3.3.综合考虑运动规律的各项特性指标综合考虑运动规律的各项特性指标 在满足从动件工作要求的前提下，还应在仔在满足从动件工作要求的前提下，还应在仔细权衡运动规律各项特性指标优劣的基础上，选择细权衡运动规律各项特性指标优劣的基础上，选择或设计从动件运动规律。或设计从动件运动规律。从动件的运动规律 在工程实际中需针对具体的设计问题，在综在

27、工程实际中需针对具体的设计问题，在综合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选择或设计从动件的运动规律。选择或设计从动件的运动规律。第45页/共74页组合型运动规律简介组合型运动规律简介从动件的运动规律 为满足工程实际的需要，综合几种不同运为满足工程实际的需要，综合几种不同运动规律的优点，设计出一种具有良好综合特性动规律的优点，设计出一种具有良好综合特性的运动规律。这种的运动规律。这种通过几种不同函数组合在一通过几种不同函数组合在一起而设计出的从动件运动规律，起而设计出的从动件运动规律，称为组合型运称为组合型运动规律。动规律。第46页/共74页1 1

28、、修正正弦运动规律、修正正弦运动规律该曲线在运动起始的段和终该曲线在运动起始的段和终止的段，采用周期相同的正止的段，采用周期相同的正弦函数；在两段中间的段则弦函数；在两段中间的段则采用一段周期较长的简谐函采用一段周期较长的简谐函数。数。从动件的运动规律2 2、修正梯形运动规律、修正梯形运动规律用几段简谐函数使加速度成用几段简谐函数使加速度成为连续曲线。加速段和减速为连续曲线。加速段和减速段的加速度曲线是对称的。段的加速度曲线是对称的。组合型运动规律运动线图 第47页/共74页凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理反转法反转法用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线用解

29、析法设计凸轮廓线7.3 平面凸轮廓线设计第48页/共74页凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理反转法反转法平面凸轮廓线设计为了便于绘出凸轮轮廓为了便于绘出凸轮轮廓曲线曲线,应使工作中转动着的应使工作中转动着的凸轮与不动的图纸间保持相凸轮与不动的图纸间保持相对静止。对静止。如果如果给整个凸轮机构加给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角度上一个与凸轮转动角度数数值相等、值相等、方向相反的方向相反的“-”角速度角速度,则凸轮处于相则凸轮处于相对静止状态。对静止状态。从动件尖底的运从动件尖底的运动轨迹就是凸轮动轨迹就是凸轮的廓线的廓线 第49页/共74页、尖底从动件盘形凸轮、尖底从动件盘形凸轮已已

30、知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度 顺顺时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，导导路路与与凸凸轮轮回回转转中中心心间间的的相相对对位位置置及偏距及偏距e e,从动件的运动规律。从动件的运动规律。用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线一、直动从动件盘形凸轮廓线设计一、直动从动件盘形凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计设计步骤设计步骤、作从动件的位移线图作从动件的位移线图、确定从动件尖底的初始位置、确定从动件尖底的初始位置 、确定导路在反转过程中的一系列位置、确定导路在反转过程中的一系列位置 、确定尖底在反转过程中的一系列位置、确定尖底在反转过程中的一系列位置 、绘制凸轮廓线、

31、绘制凸轮廓线 第50页/共74页、滚子从动件盘形凸轮、滚子从动件盘形凸轮已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度 顺顺时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，导导路路与与凸凸轮轮回回转转中中心心间间的的相相对对位位置置及偏距及偏距e e，滚子半径为，滚子半径为r,r,从动件的运动规律。从动件的运动规律。平面凸轮廓线设计凸凸轮轮的的理理论论廓廓线线：根根据据滚滚子子中中心心的的运运动动轨轨迹设计出的廓线迹设计出的廓线凸轮的实际廓线：凸轮的实际廓线：与滚子直接接触的廓线与滚子直接接触的廓线过程中的一系列位置过程中的一系列位置 注意：注意：n基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所基

32、圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所作的圆作的圆n从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接触点会随凸轮的转动而不断变化。触点会随凸轮的转动而不断变化。第51页/共74页、平底从动件盘形凸轮、平底从动件盘形凸轮与滚子从动件盘形凸轮廓线的设计方法相类似。与滚子从动件盘形凸轮廓线的设计方法相类似。平面凸轮廓线设计n将将平底与导路中心线的交点平底与导路中心线的交点作为假想的尖底作为假想的尖底从动件的尖端；从动件的尖端；n应用反转法，根据平底从动件的运动规律，应用反转法，根据平底从动件的运动规律，依次依次确定出假想的尖端在反转过程中所处的位置确定出假想的尖端在反转过程中所处的位置

33、，并在这些位置点分别作出各平底的图形；并在这些位置点分别作出各平底的图形；n作平底的作平底的内包络线内包络线，即为所要设计的凸轮廓线，即为所要设计的凸轮廓线第52页/共74页平面凸轮廓线设计二、摆动从动件盘形凸轮廓线设计二、摆动从动件盘形凸轮廓线设计已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度逆逆时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮轴轴与与摆摆杆杆回回转转中中心心的的距距离离为为 ，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，摆摆杆杆长长度度l l，摆摆杆杆的的运运动动规规律律已已知知，推程时凸轮与摆杆的转向相反。推程时凸轮与摆杆的转向相反。设计步骤设计步骤、作从动件的位移线图作从动件的位移线图、确定摆杆的

34、初始位置、确定摆杆的初始位置 、确确定定摆摆杆杆轴轴心心在在反反转转过过程程中中的的一一系列位置系列位置 、确定摆杆尖底的一系列位置、确定摆杆尖底的一系列位置 、绘制凸轮廓线、绘制凸轮廓线 第53页/共74页用解析法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线平面凸轮廓线设计作图法的特点作图法的特点概念清晰，简便易行；概念清晰，简便易行；误差大、效率低。误差大、效率低。解析法的特点解析法的特点计算精度高、速度快，适合凸轮在数控机床计算精度高、速度快，适合凸轮在数控机床上加工。上加工。解析法设计的关键问题解析法设计的关键问题将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为建立数学

35、模型。建立数学模型。第54页/共74页 平面凸轮廓线设计一、直动滚子从动件盘形凸轮一、直动滚子从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基园半径轮基园半径r ro o、滚子半径、滚子半径r rr r，导路和凸轮轴心，导路和凸轮轴心间的相对位置及偏距间的相对位置及偏距e e，从动件的运动规律，从动件的运动规律 。1.1.理论廓线方程理论廓线方程=第55页/共74页2.2.实际廓线方程实际廓线方程平面凸轮廓线设计第56页/共74页3.3.刀具的中心轨迹方程刀具的中心轨迹方程应用数控铣床或凸轮磨床可加工凸轮的实际廓线。在加工凸轮前需计算刀应用数控铣床

36、或凸轮磨床可加工凸轮的实际廓线。在加工凸轮前需计算刀具的中心轨迹方程。具的中心轨迹方程。平面凸轮廓线设计第57页/共74页 平面凸轮廓线设计二、平底直动从动件盘形凸轮机构二、平底直动从动件盘形凸轮机构n建立直角坐标系，使轴与从动件导路重合，推程开始时平底与凸轮基建立直角坐标系，使轴与从动件导路重合，推程开始时平底与凸轮基圆在点相切圆在点相切n由速度瞬心法可知，图中由速度瞬心法可知，图中P P点为凸轮与平底从动件的相对速度瞬心点为凸轮与平底从动件的相对速度瞬心第58页/共74页 平面凸轮廓线设计三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构n建立坐标系，使摆杆回转轴心建立坐标系，使

37、摆杆回转轴心A A0 0与凸轮回转轴与凸轮回转轴心心O O的连线与的连线与y y轴重合轴重合已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，推已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，推程时摆杆顺时针方向转动，凸轮回转中心程时摆杆顺时针方向转动，凸轮回转中心O O与与摆杆回转轴心摆杆回转轴心A A0 0的距离为的距离为 ,摆杆的长度为摆杆的长度为l l,滚滚子半径子半径r r，摆杆的运动规律，摆杆的运动规律 。n凸轮的凸轮的理论廓线理论廓线B B点的坐标点的坐标 第59页/共74页7.平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角凸轮基园半径的确定凸轮基园半径的确定滚子半径的选择滚子半径的选择平底直

38、动从动件平底尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定从动件偏置方向的确定从动件偏置方向的确定第60页/共74页凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定压力角：压力角：从动件与凸轮在接触点处的受力方从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角说明：说明：凸轮逆时针方向转动，当从动件导路中心偏在凸轮轴心右侧时，推程凸轮逆时针方向转动，当从动件导路中心偏在凸轮轴心右侧时，推程取减号，回程取加号；偏在左侧时，推程取加号，回程取减号。取减号，回程取加号；偏在左侧时，推程取加号，回程取减号。若凸轮顺针方向转动，则加减号的取法与上

39、述相反。若凸轮顺针方向转动，则加减号的取法与上述相反。一、压力角一、压力角第61页/共74页几种常见的盘形凸轮机构的压力角几种常见的盘形凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定在图在图b b和和d d中，由于从动件中，由于从动件的平底在运动中的任一位的平底在运动中的任一位置都与凸轮廓线相切，因置都与凸轮廓线相切，因此这类此这类凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角在凸轮机构整个运动周期在凸轮机构整个运动周期中为常值中为常值。第62页/共74页二、压力角对凸轮机构受力的影响二、压力角对凸轮机构受力的影响平面凸轮机构基本尺寸的确定其他条件相同时，压力角其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的越大，

40、推动从动件所需的作用力越大；作用力越大；当压力角非常大时，理论当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能上作用力为无穷大时才能推动从动件，此时凸轮机推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。我们将此构将发生自锁。我们将此时凸轮机构的压力角称为时凸轮机构的压力角称为临界压力角临界压力角 第63页/共74页三、许用压力角三、许用压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定 许用压力角：许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。允许采用的最大压力角。推程推程（工作行程）推荐的许用压力角为：（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件直

41、动从动件摆动从动件摆动从动件回程回程（空回行程）（空回行程）第64页/共74页凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定一、基圆半径对压力角的影响一、基圆半径对压力角的影响n增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；n增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大 n在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较小的基圆半径。在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较小的基圆半径。第65页/共74页二、基圆半径的确定方法二、基圆半径的确定方法平面凸轮机构基本尺寸的确定、直动滚子从动件、直动滚子从动件为保证凸

42、轮机构在整个运动周期中均能满足为保证凸轮机构在整个运动周期中均能满足，应选取计算结果中的最大值作为凸轮的基圆，应选取计算结果中的最大值作为凸轮的基圆半径。半径。第66页/共74页、平底直动从动件、平底直动从动件平面凸轮机构基本尺寸的确定基圆半径的确定应使从动件运基圆半径的确定应使从动件运动不失真，即应保证凸轮廓线全动不失真，即应保证凸轮廓线全部外凸，或各点处的曲率半径部外凸，或各点处的曲率半径 第67页/共74页平面凸轮机构基本尺寸的确定滚子半径的选择滚子半径的选择一、滚子半径对实际廓线的影响一、滚子半径对实际廓线的影响、凸轮理论廓线外凸的情况、凸轮理论廓线外凸的情况第68页/共74页可画出正

43、常的实际廓线可画出正常的实际廓线实际廓线变尖实际廓线变尖实际廓线干涉，导致实际廓线干涉，导致运动失真。运动失真。平面凸轮机构基本尺寸的确定第69页/共74页、凸轮理论廓线内凹的情况、凸轮理论廓线内凹的情况平面凸轮机构基本尺寸的确定无论滚子半径如何选取，总可以平滑地做出无论滚子半径如何选取，总可以平滑地做出凸轮的实际廓线。凸轮的实际廓线。第70页/共74页平面凸轮机构基本尺寸的确定一、滚子半径的确定方法一、滚子半径的确定方法、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑结构、强度与运动规律等因素、考虑结构、强度与运动规律等因素第71页/共74页平面凸轮机构基本尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定第72页/共74页平面凸轮机构基本尺寸的确定从动件偏置方向的确定从动件偏置方向的确定为了减小凸轮机构推程的压力角为了减小凸轮机构推程的压力角，应使从动件导路的偏置方向与，应使从动件导路的偏置方向与推程时的相对速度瞬心位于凸轮轴心的同一侧。推程时的相对速度瞬心位于凸轮轴心的同一侧。凸轮逆时针回转，从动件右偏凸轮逆时针回转，从动件右偏置置凸轮顺时针回转，从动件左偏凸轮顺时针回转，从动件左偏置置第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页