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1、第三章 凸轮机构,第一节 凸轮机构的应用和类型,一、凸轮机构的应用 低副机构一般只能近似的地给定 运动规律，且设计较复杂，当从动 件的位移、速度、加速度必须严格 按预定规律变化，特别是当原动件 作连续运动时从动件必须作间歇运 动下，采用凸轮机构设计最为简便。 图3-1为内燃机配气机构，气阀2的 运动规律规定了凸轮的外形。当凸 轮向径变化时，气阀产生往复运动， 而当凸轮回转中心为圆心的圆弧轮廓 与气阀平底接触时，气阀静止不动。,第一节 凸轮机构的应用和类型,图3-2为绕线机中用于排线的 凸轮机构，当绕线轴3快速转 动时，经齿轮带动凸轮1缓慢 转动，通过凸轮轮廓与尖顶A 之间的作用，驱动从动件2往
2、 复摆动，从而使线均匀的缠绕 在绕线轴上。,第一节 凸轮机构的应用和类型,第一节 凸轮机构的应用和类型,图3-4为自动上料机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或 凹槽的构件。它运动时，通 过高副接触可以使从动件获 得连续或不连续的任意预期 运动。 优点：结构简单、紧凑、设 计方便。 缺点：高副接触易磨损。 凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。,第一节 凸轮机构的应用和类型,二、凸轮机构的分类 按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。 按从动件的形式分：尖底、滚子、平底。 按从动件的运动形式分：直动从动件（对心、偏心）、摆动从动件。 按凸轮与从动件维持接触的方式分：外力锁合（重力、
3、弹簧力、其他力）、几何锁合（通过几何形状来锁合）,第二节 从动件的常用运动规律,从动件的运动规律取决于凸轮的形状，而设计 时，要按从动件的工作要求和条件设计凸轮曲线。 即凸轮要按从动件运动 规律进行设计。 图3-5a所示为一尖 底直动从动件盘形凸轮 机构。其中以凸轮轮廓 最小向径rmin为半径所 作的圆称为该凸轮的基 圆。,第二节 从动件的常用运动规律,一、凸轮的运动 推程：从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动 规律由离回转中心o最近的位置到达最远位置的过程。 从动件的升程：从动件沿导路方向上升的距离h。 推程运动角：推程对应凸轮的转角t。 停程：凸轮轮廓上两个圆弧段BC、DA与尖顶相接触时，
4、从动件静止不动。 回程：从动件由离回转中心o最远的位置回到最近位置的过程。,第二节 从动件的常用运动规律,s远休止角、s近休止角、h回程运动角 推程停程回程停程 t s h s 图3-5b所示，为从动件位移线图。它反映了从动件位移s与转角之间的关系。所谓从动件运动规律，是指从动件在运动过程中，其位移s、速度v、加速度a随凸轮转角的变化规律。,第二节 从动件的常用运动规律,二、从动件常用运动规律 等速运动 凸轮等速转动时，从动件在运动过程中的速度是常数。 推程 位移线图 运动方程,第二节 从动件的常用运动规律,在始末两端加速度a为正负无穷大，意味着凸轮机构极大的刚性冲击，因此此运动规律用在低速、
5、从动件质量较小的机构中。（实际上由于材料的弹性变形，加速度和惯性力不会达到无穷大） 为避免刚性冲击，实用中在始末两段采用圆弧或抛物线代替直线组合运动。,第二节 从动件的常用运动规律,回程 运动方程,第二节 从动件的常用运动规律,等加速等减速运动规律 是指从动件再一个行程中h，先作等加速运动，后作等减速运动，通常加、减速度的绝对值相等。 从动件推程的前半程，运动时间t/2，对应转角t /2。若初速度为零，由公式：,第二节 从动件的常用运动规律,第二节 从动件的常用运动规律,由位移方程可知，当=1；2； 3时，s分别为1；4；9所 以其位移线图可用于作图法方 便画出。 由运动线图可见，这种运动规
6、律的速度曲线是连续的，不会 出现刚性冲击。但在A、B、C 三处加速度曲线有突变，有限 值的惯性力也发生突变而导致 柔性冲击。因此这种运动规律 也只适用于中速的场合。,第二节 从动件的常用运动规律,第二节 从动件的常用运动规律,简谐运动（余弦加速运动） 质点在圆周上作匀速运动时， 它在这个圆的直径上的投影所 构成的运动称为简谐运动。 其位移曲线方程：,第二节 从动件的常用运动规律,1、推程 2、回程,第三节 凸轮机构的压力角,一、压力角与作用力的关系 压力角（）：忽略摩擦力， 接触点公法线与从动件在运 动方向的夹角。 越大，有效分力越小，效率 越低，摩擦阻力越大。 当超过一定值时，机构自锁。,第
7、三节 凸轮机构的压力角,通常直动从动件推程许用压力角 =30 摆动从动件许用压力角 =35 45 外力维持接触的凸轮，回程 =70 80 二、压力角与基圆半径的关系 由图3-9可以看出，在其他条件不变的情况下， 若把基圆增大，则凸轮的尺寸也随之增大，因此， 欲使机构紧凑就应当采用较小的基圆半径。但基圆 半径减小会引起压力角增大。因此在实际设计中， 只能在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的 前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。,第四节 图解法设计凸轮轮廓,当从动件的运动规律已经选定并作出位移线图以后，各种平面凸轮的轮廓曲线都可以用图解法作出。 已知：s-曲线，基圆半径rmin，转向。 方法：反转法，
8、如图，设想将整个机构以角速度（- ）绕轴心o转动，此时凸轮将静止，从动件尖点的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。 一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 尖顶直动从动件盘形凸轮,第四节 图解法设计凸轮,第四节 图解法设计凸轮,偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 图3-11中，存在偏距e，则为偏置尖顶直动从动件从动件在反转运动中，其导路始终与凸轮轴心o保持偏距e。设计这种凸轮轮廓时，首先以o为圆心及偏距e为半径作偏距圆，再以rmin为半径作基圆，基圆与导路的交点A0即为从动件的起始位置。,第四节 图解法设计凸轮,滚子直动从动件盘形凸轮 为减少磨损可将尖顶改成滚子， 如图3-12所示。首先，把滚子中心 看作凸轮的尖顶
9、，按上述方法求出 一条轮廓曲线0；再以0上各点为 中心，以滚子半径为半径作一系列 圆；最后作这些圆的包络线，包 络线便是滚子直动从动件盘形凸 轮的实际轮廓，而曲线0称为此凸 的理论轮廓。,第四节 图解法设计凸轮,注意：理论阔线半径、实际阔线曲率半径和滚子半径rg之间的关系。 =+ rg min rg 曲线光滑 =- rg min= rg 尖点 必须rg 15mm,常取rg 0.4rmin,第四节 图解法设计凸轮,平底直动从动件盘形凸轮 如图3-14所示，设计平底从动 件盘形凸轮时，首先在平底上选 一固定点A0视为尖顶，按照尖顶 从动件凸轮轮廓的绘制方法，求 出理论轮廓上一系列点A1、A2、 A3，其次，过这些点画出一系 列平底A1B、A2B、A3B，然后 作这些平底的包络线，便得到凸 轮的实际轮廓曲线。,第四节 图解法设计凸轮,二、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 已知：从动件的角位移线图、 凸轮与摆动从动件的中心距 lOA，摆动从动件长度lAB，凸轮 的基圆半径rmin，凸轮角速度 1及转向。,第四节 图解法设计凸轮,四、图解法设计凸轮轮廓,