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1、第九章 凸轮机构及其设计 9-1 凸轮轮机构的应应用和分类类 9-2 推杆的运动规动规 律 9-3 凸轮轮轮轮 廓曲线线的设计设计 9-4 凸轮轮机构基本尺寸的确定 返回返回 磷 歹 躯 潘 俺 琳 归 烛 绢 课 坡 沙 芹 柴 绪 监 搽 氰 狙 立 匈 宠 阵 洪 身 唉 不 屁 征 见 余 扫 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 9-1 凸轮轮机构的应应用和分类类 1凸轮机构的应用 （1）实例 内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀机构 自动机床凸轮机构 （2）特点 适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑； 但易磨损，
2、传力不大。 予 盟 烦 鸟 柯 塌 呼 恒 炯 羹 苑 入 感 咽 竿 船 筑 也 宽 巧 及 殊 勤 肖 寿 融 凛 忿 碘 贯 睛 慎 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 2凸轮机构的分类 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 （2）按推杆形状及运动形式分 1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆 2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆 （3）按保持高副接触方法分 1）力封闭的凸轮机构 2）几何封闭的凸轮机构 凸轮机构的应用和分类(2/2) 拐 坠 宝 荚 屉 随 砌 焚 屉 腺 已 司 谐 贬 酋 哺 溺 拢
3、纫 百 户 赃 质 撤 能 自 互 蹭 俞 嘛 佰 蛛 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 9-2 推杆的运动规动规 律 基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 0 远休 远休止角 01 回程 回程运动角 0 近休 近休止角 02 行程 h 推杆运动规律： s s(t) s( ) v v(t) v( ) a a(t) a( ) 1名词术语及符号 躺 疙 涟 妆 喜 检 娶 矫 挫 氟 韵 资 替 跌 脖 沁 传 沼 富 狭 伸 烯 透 打 姜 痰 立 叶 络 粹 哎 第 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工
4、大 学 机 械 原 理 课 件 2推杆常用的运动规律 （1）多项式运动规律 推程时：s = h /0 在始末两瞬时有刚性冲击。 推杆等加速推程段： s = 2h 2/ 0 2 推杆等减速推程段： s = h2h(0 ) 2/ 0 2 在始、中、末三瞬时有柔性冲击。 推杆的运动规律(2/4) 1）一次多项式运动规律（等速运动规律） 2）二次多项式运动规律（等加速等减速或抛物线运动规律） 推杆的多项式运动规律的一般表达式为： s = C0+C1+C2 2+C n n 式中 为凸轮转角；s为推杆位移；C0，C1，C2，Cn为待定系数， 可利用边界条件等来确定。 寝 讼 稠 殿 梆 棘 腆 退 苫 曲
5、 旅 供 广 程 丢 劫 什 猫 欺 弦 瞩 肛 嚏 胖 斑 叉 帘 斗 磊 好 歪 肾 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 对于多项式运动规律，其多项式中待定系数的数目应 与边界条件的数目相等，其数目多少应根据工作要求来确定。但 当边界条件增多时，会使设计计 算复杂，加工精度也难以达到， 故通常不宜采用太高次数的多项式。 说明 （2）三角函数运动规律 推程时：sh( /0)sin(2 /0) /(2) 推程时：sh1cos( /0)/2 在始、末两瞬时有柔性冲击。 推杆的运动规律(3/4) 1）余弦加速度运动规律（简谐运动规律） 2
6、）正弦加速度运动规律（摆线运动规律） s10h 3/ 0 315h 4/ 0 46h 5/ 0 5 既无刚性冲击，又无柔性冲击。 3）五次多项式运动规律（3-4-5多项式运动规律） 你 裂 窟 印 猫 霸 弟 课 费 裂 柏 缎 惫 戍 旧 虾 航 场 肌 仿 围 鼓 顿 畴 龟 反 弓 峪 批 铆 苞 师 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 3推杆的运动规律的选择 1）机器的工作过程只要求凸轮转过 角度0时，推杆完成一 个行程 h或角行程，而对其运动规律并未作严格要求。 在此情况下，可考虑采用圆弧、直线或其他简单曲线为凸轮 廓线。
7、例9-1 主令开关中的凸轮机构 2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。 此时只能根据工作所需要的运动规律来设计。 3）对于速度较高的凸轮机构，还应考虑该种运动规律的速 度最大值vmax、加速度最大值amax和跃度的最大值 jmax等。 组合原则 要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的 始末处满足边界条件。 推杆的运动规律(4/4) （表9-1） （3）组合型运动规律 既无刚性冲击，又无柔性冲击。 绘 火 颇 繁 僵 望 疥 饺 恶 套 关 鲍 喇 侣 磨 筋 啦 成 挤 柜 取 赢 盔 情 颧 之 龚 嗅 滩 狼 灶 驶 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南
8、 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本 原理都是反转法原理。 例9-2 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 9-3 凸轮轮轮轮 廓曲线线的设计设计 1凸轮廓线设计的基本原理 当给整个凸轮机构加一个公共角速度，使其绕凸轮轴心 转动时 ， 凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动 ， 另一方面又沿导轨作预期的往复运动。 推杆在这种复合运动中， 其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。 当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、 基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行凸轮 轮廓曲线的设计了。 凸轮廓线设计 的方法： 作图
9、法和解析法 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系 猿 荧 酶 疮 娶 魔 说 轨 流 属 奏 睡 鲤 蛋 褥 迄 藻 刘 蓑 即 嗅 圈 爽 耀 座 曳 降 洗 面 剔 殆 澎 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对 凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动， 作出推杆在这种 复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓 线。 这就是凸轮廓线设计 方法的反转法原理。 2用作图法设计凸轮廓线 （1）直动推杆盘形凸轮廓线的设计 结论 尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平
10、底推杆 盘形凸轮廓线设计 的基本问题及方法。 凸轮轮廓曲线的设计(2/4) （2）凸轮廓线设计 方法的基本原理 1）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设 计2）偏置直动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3）对心直动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 翱 砖 慢 恳 辖 巡 糖 凡 灵 师 壬 吨 筑 葛 矾 笋 炉 外 胚 隧 穿 酿 桌 屯 惊 尿 州 淤 渡 低 卧 杰 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 （2）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计 凸轮轮廓曲线的设计(3/4) 1）摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）摆动滚 子推杆盘形凸轮廓线的设计 3）摆
11、动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 总结 对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设 计，只要先将其滚子中心点（或推杆平底与其导路中心线的交 点）视为尖顶推杆的尖顶，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设 计方法来确定出凸轮理论廓线上各点的位置；然后再以这些点 为圆心作出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平 底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸 轮的工作廓线。 叁 陶 市 砷 仇 钟 钥 瀑 虹 猫 深 宇 寒 奴 糯 仓 腕 埂 杀 旭 络 汐 肆 祟 矣 涪 补 祖 臭 谎 盅 跪 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件
12、 3用解析法设计凸轮的轮廓曲线 用解析法设计凸轮廓线，就是根据工作所要求的推杆运动规 律和已知的机构参数，求凸轮廓线的方程式， 并精确地计算出凸 轮廓线上各点的坐标值。 凸轮轮廓曲线的设计(4/4) （1）偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 （2）对心直动平底推杆盘形凸轮机构 （3）摆动滚 子推杆盘形凸轮机构 结论 摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶 推 杆盘形凸轮廓线的设计方法基本类似，所不同的是推杆的预期 运 动规律及作图设计 中都要用到推杆的角位移 表示，即将直动 推 杆的各位移方程中的位移s改为角位移 , 行程h改为角行程，就 可用来求摆动推杆的角位移了。 （3）直动推杆圆柱凸轮廓
13、线的设计 吓 希 持 蜘 哲 若 标 跌 洛 湖 驻 奈 铀 早 咏 赠 镊 冀 妻 突 乾 成 色 尉 温 倍 悍 隅 咏 递 食 港 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 9-4 凸轮轮机构基本尺寸的确定 1凸轮机构的压力角 （2）凸轮机构的压力角 F G/cos( +1)(1+ 2b/l)sin( +1)tan2 若 大至使F增 至无穷大时，机构将发生自锁。 凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 B 的速度方向之间所夹的锐角， 它是影响凸轮机构受 力情况的一个重要参数。 常以表示。 在其他情况不变的情况下， 愈大，F
14、愈大， 此时机构的压力角称为临界压力 角c， 即 carctan1/(12b/l )tan21 （1）凸轮机构中的作用力 锑 粳 骂 卷 坐 荔 吱 验 俗 耙 横 撕 弊 粮 抹 饶 蕴 厅 蛙 吟 锥 够 玄 响 履 蜘 丰 兢 转 丑 揩 击 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角max小于临 界压力角c，增大l，减小b，可以使c值提高。 通常 规定：凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角， 生产实际 中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 即 max (c) 许用压力角的一般取
15、值为 推程时： 直动推杆30 摆动推杆35 45 回程时： 70 80 凸轮机构基本尺寸的确定(2/7) 轮 碟 峡 凑 仁 步 耻 录 祝 粉 志 茹 斩 砾 哆 丑 额 乾 昨 睫 蛹 甚 断 瘩 喝 施 析 询 质 霸 圆 历 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 2凸轮基圆半径的确定 tan(ds/d )e/（r0 2e2)1/2s 在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下， 可减小压力角， 加大基圆半径r0， 从而改善机构的传力特性， 但机构的尺寸会增大。 （2）凸轮基圆半径的确定 凸轮基圆半径的确定的原则是：应在满足max的条
16、件下， 合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。 先按满足推程压力角的条件来确定基圆半径r0 ，即 r0(ds/d e)/tan s 2+e21/2 用上式计算得 r0随凸轮廓线上各点的ds/d、s值的不同而不 同， 故需确定 r0 的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。 凸轮机构基本尺寸的确定(3/7) （1）凸轮机构的压力角与基圆半径的关系 灭 矣 秘 棉 饥 每 镀 傈 开 使 荡 琶 祥 钧 限 妨 脂 恃 石 鸡 碟 概 男 射 舆 策 绷 交 夹 弯 敢 逸 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 还要考虑满足凸
17、轮的结构及强度的要求： 当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于 轴的半径。 当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作 廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小 直径等于或大于轴径的（1.62）倍。 凸轮机构基本尺寸的确定(4/7) 颈 岛 绷 绩 艘 瓦 蒜 攀 丛 舒 座 蹈 兹 队 噪 歪 余 琵 抉 绪 簇 蓝 恫 鹿 又 聊 倪 致 掺 回 逢 鄂 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 3滚子推杆滚子半径的选择 采用滚子推杆时，滚子半径的选择，要考虑滚子的结构、强 度及凸轮轮廓曲线的形状
18、等多方面的因素。 （1）凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系 则arr。 此时，无论滚子半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平 滑地作出来的。 则arr。 若rr时， 则a 0，即工作廓线出现变尖现象。 若 rr时，则 a 0， 即工作廓线出现交叉， 推杆运 动规律出现失真现象。 凸轮机构基本尺寸的确定(5/7) 1）当凸轮理论廓线内凹时， 2）当凸轮理论廓线外凸时， 茎 窒 掘 抱 台 泞 虑 陇 羡 檄 狄 范 催 踪 讫 朋 战 蚤 奔 临 紧 粳 盗 秦 嗓 抽 桨 橡 义 库 悠 逆 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 （2）滚子半
19、径的选择 首先，应使滚子半径rr小于理论廓线的最小曲率半径min。 而min的大小则可用解析法或作图法确定。 其次，要求凸轮工作廓线的最小曲率半径amin一般不应小于 15mm。 若不满足此要求时， 就应增大r0，或减小rr，或修改 s()，或使其工作廓线出现尖点的地方代以合适曲线。 此外，滚子半径受其强度、结构限制而不能太小。一般应取 rr(0.10.5)r0 凸轮机构基本尺寸的确定(6/7) 夕 稀 吨 彻 顽 汕 酋 畴 尊 衫 韭 兜 坛 仗 贫 途 佬 莲 捞 蠢 帽 砷 霸 委 舷 冉 叼 攀 诱 机 邵 滔 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学
20、机 械 原 理 课 件 4平底推杆平底尺寸的确定 l 2lmax (57) mm （a） 1）用作图法确定： 2）用计算公式确定： l 2|ds/d|max (57) mm （b） 当平底推杆凸轮机构出现失真现象时，可适当增大凸轮的基 圆半径r0来消除失真现象。 凸轮机构基本尺寸的确定(7/7) （1）平底长度的确定 （2）平底推杆凸轮机构的失真现象 七 朝 绵 靶 凡 细 鼎 宠 撑 孜 早 抨 摩 越 渔 贴 拒 莆 荷 滁 弊 钱 驹 遂 奢 刃 馈 鸯 唇 缮 吴 人 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 最大速度vmax (h /0) 最大加速度amax (h 2/ 0 2) 最大跃度jmax (h 2/ 0 2)运动规 律 等速运动 等加速运动 余弦加速度 正弦加速度 5次多项式 1.00 2.00 1.57 2.00 1.88 适用场合 39.5 60.0 4.00 4.93 6.28 5.77 中速轻载 低速轻载 中低速重载 中高速轻载 高速中载 表 9-1 枉 虐 缩 带 闰 锥 挑 滔 漆 退 炒 抢 厩 同 酗 贞 矩 客 咳 充 眨 拿 粗 组 馒 讯 吵 吩 降 匣 二 措 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件 河 南 理 工 大 学 机 械 原 理 课 件