第三章 凸轮及间歇运动机构
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构是一种通过凸轮运动来控制机械装置的工作的机构。
其原理是利用凸轮的几何形状和运动来实现间歇动作。
其结构包括凸轮、摇杆、推杆、活导杆等部件。
凸轮通常呈圆柱体形状，并固定在轴上。
凸轮的中心轴线与某一特定的点称为基准点，通过凸轮的旋转运动，基准点与凸轮的接触点会随着凸轮的旋转而改变。
摇杆是凸轮间歇机构中的重要组成部分，其一端与推杆相连，另一端与凸轮接触。
摇杆的作用是将凸轮的旋转运动转化为推杆的线性运动。
推杆是连接摇杆和活导杆的部件，其运动由摇杆的运动决定。
当凸轮旋转时，通过摇杆和推杆的传动，使得活导杆执行特定的间歇动作。
活导杆则负责在凸轮和工作装置之间传递动力或执行具体的工作。
凸轮的运动使得活导杆在不同的时间间隔内执行不同的运动，从而实现间歇动作的控制。
通过调整凸轮的形状和摆动角度，可以使得凸轮间歇机构实现不同的运动规律和间歇动作。
凸轮间歇机构广泛应用于各种机械装置中，如自动化生产线、机床等领域，实现不同工序的协调和控制。
03第三章 凸轮机构及其设计
第三章凸轮机构【基本要求】1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构的类型。
2.掌握从动件几种常用运动规律的特点和适用场合以及不同运动规律位移曲线的拼接方法，学会根据工作要求选择或设计从动件的运动规律。
3.掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向以及移动平底从动件盘形凸轮机构的基圆半径、平底宽度和偏置方向。
4.熟练掌握并灵活运用反转法原理，学会根据这一原理设计各类凸轮的廓线。
5.掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计的方法。
【重点难点】本章的重点是凸轮机构的运动设计。
它涉及到：根据适用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、根据工作要求和使用场合选择或设计从动件的运动规律、合理选择凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。
【教学内容】3.1 概述3.2 常用的从动件运动规律3.3 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法3.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
3.1 概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。
但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
●下面通过一个生产实例来说明凸轮机构的组成:图示为内燃机配气凸轮机构。
具有曲线轮廓的构件1叫做凸轮，当它作等速转动时，其曲线轮廓通过与推杆2的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合。
工作对气阀的动作程序及其速度和加速度都有严格的要求，这些要求都是通过凸轮的轮廓曲线来实现的。
●由上例可以看出:当凸轮运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，可使从动件获得预期的运动。
第3章 凸轮机构
【图中未标】
偏距圆
r0 O
A
LC 与 基 圆 的 交 点 为 C1 ， 则
有∠B1OC1 ＝ ∠BOC ＝s
LB
B
s B1
C1
同样有△OC1C ＝△OB1B
C LC
D
(3)回程运动角 ——回程（C
点接触到D点接触）凸轮转过 的角度
e
B
h
A
过D点作偏距圆的切线LD， LD为D点接触时从动件相对 于 凸轮的导 路线 ， LD 与 LC
A
r0 O
基圆——以凸轮轮廓最小向径 r0为半径的圆，r0称为基圆半 径；
B 推程——从动件由最低位置移 至最高位置的过程（上升）；
C 回程——从动件由最高位置移 至最低位置的过程（下降）；
D
e
偏距圆
r0 O
导路线
A
从动件导路线——过尖顶A并 平行于从动件移动方向的直线；
偏距——凸轮回转中心O至导 路线的距离，e；
A
B
, t C ,t
a
h 2
2 2
2
cos
推程运动线图
在行程开始和终止位置，加速度存在有限值突变，引起的冲击
称为柔性冲击。
s
5
6
4
3
2
1O
1234
5
h
6 ,t
简谐运动规律位移线图的绘制
3. 正弦加速度运动
当滚圆沿纵轴匀速滚动时，
圆周上一点的轨迹为一条摆线，此
时该点在纵轴上的投影即为摆线运
动规律，其加速度按正弦规律变化，
内燃机配气凸轮机构
绕线机构
录音机卷带机构 送料机构
项目3凸轮与间歇运动机构
15，20， 20Mn2,20Cr,20CrMnTi GCr15 T10,T10A 38CrMoAl,35CrAl 滚子 20Cr,18CrMnTi T8,T10,GCr15 45,40Cr
一般精度仿形靠 模凸轮 高精度仿形靠模 凸轮 与钢制凸轮相配 与铸铁或钢制凸 轮相配 与铸铁凸轮相配
3.6 基础练习 1.凸轮机构的优缺点是什么？为什么凸轮机构在自动机械中得到了广泛的应用？ 2.比较顶尖、滚子和平底从动件的优缺点及应用场合？ 3.从动件的常见运动规律由哪几种？这种运动规律的动作适用哪种场合？ 3.7 实训提升 —— 请分析下图凸轮机构实现的输入与输出运动形态
图 3.1
内燃机配气机构
1.3 相关知识点 1.3.1 内燃机工作时进出气门的工作过程描述 当发动机启动，启动马达带动曲轴旋转，随着活塞正常运转后，凸轮轴随即通过链条 获得由曲轴输出的旋转动力，凸轮推动进、排气门上下往复式运动，形成开闭状态来吸入新 鲜空气或释放燃烧后的废气。由于在凸轮两侧布置着进、排气门，所以当凸轮每旋转一周则 会分别控制进、排气门各自开启一次，而当凸轮轴上的凸轮旋转脱离气门瞬间，气门就会失 去推动力然后自动由弹簧关闭严密。在我们常见的四冲程（进气、压缩、做功、排气）发动 机中，进、排气门仅分别在进气和排气冲程时开启，而在每个进、排气循环过程中，控制进、
图 3.15
手动补鞋机外形与机构图
1.5 案例分析 下图是非规则表面常用的仿形加工机器——电动配钥匙机， 原版钥匙就类似一个扁平的 凸轮， 待配的钥匙被磨切削的轨迹与原版钥匙的齿形相对应。 几个来回就能磨削成一样的形 状，请分析其工作特点。
图 3.16
电动配钥匙机
1.6 知识拓展——凸轮机构的材料 凸轮机构是一种高副运动机构，其点线接触的特点，使我们选择材料的着眼点。从工 程实例看， 凸轮机构失效的主要形式是凸轮与从动件接触表面的疲劳点蚀和摩擦磨损。 因此 凸轮副材料应具有足够的表面接触强度和良好的耐磨性； 同时考虑到运动过程中， 从动件加 速度存在有限突变，会产生柔性冲击，材料必须由较好的韧性，不能脆硬。在工程设计中， 一般根据经济性获取材料，后辅以热处理的方式，来进行选材。 零件名 凸轮 材料 HT250,HT300, QT450-10,QT500-7 QT600-3,QT700-2,QT800 -2,QT900-2 45,40Cr,45Mn2 热处理 退火 等温淬火 HRC45~50 正火 使用场合 低速、轻载、大 型低精度凸轮 中速、中载、中 等精度的凸轮轴 低速、轻载、精 度较低的一般凸轮
第三章 凸轮机构
• 一、压力角与作用力的关系
F
F F
' ''
F F
cos有效分力 sin 有害分力
F
'
F
''
机构传力性能
• “自锁”: 当a增大到一定程度时,F’’引起的 摩擦阻力将大于有效分力F’,此时无论
• 凸轮作用于从动件的力有多大,都
v
• 不能推动从动件,这种现象就称为
IK
C
• 并延长交于C点.
• CE即为E点的最小曲率半径ρ (亦即E点的公法线nn)
• 二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
• 图示为偏置尖顶直动从动件盘形 r0
• 凸轮机构推程的一个任意位置.
• P点是凸轮和从动件的相对速
• 度瞬心P12,即P点是此刻凸轮1 • 和从动件2的同速点:
• 由凸轮1可得: vp=ωlop; • 由从动件2可得: vp=v(2为平动)
(1)
(2)
(1) 对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构 (2) 偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构
§3－2 从动件的常用运动规律
• 一、凸轮与从动件的运动关系 • 右图所示为对心尖顶直动 • 从动件盘形凸轮机构. • 凸轮的轮廓由非圆曲线AB、
• CD以及圆弧曲线 BC和DA
• 所组成. • 凸轮基圆:以凸轮轴心为圆心 • 以凸轮轮廓的最小向径r0为 • 半径所作的圆称为凸轮基圆. • r0－为凸轮基圆半径.
基圆
偏距圆
' s
r0
'
理论廓线
r0
'
凸轮、螺旋、间歇运动机构45页PPT
凸轮、螺旋、间歇运动机构
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
第三章-凸轮机构
第二十二页，共53页。
第二十三页，共53页。
第二十四页，共53页。
二、常用的从动件运动规律 1、等速运动规律
推程运动线图：
运动特性：当采用匀速运动规律时， 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，称为刚性冲击。
作出的径向线,而是始终
与O保持一偏距e的直
线,因此若以凸轮回转
中心O为圆心，以偏距
e为半径作圆（称为偏距
圆）,则从动件在反转
运动中依次占据的位
置必然都是偏距圆的
切线,(图中
…)
从动件的位移
(
…)也应沿
切线量取。然后
将
…等点用光
滑的曲线连接起来，
既得偏置直动尖顶从
动件盘形凸轮轮廓。
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r0
2 tan
s
α越大，r0越小，凸轮机构紧凑。
α越小，r0越大，凸轮机构传力性能
越好，但机构不紧凑
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(3)、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 [α] ， 使
。
推 程 ： 直 动 推 杆 取 [α] ≤ 300 ； 摆 动 推 杆 [α] ＝ 300 ～ 450 ；
假想给整个机构加一公共角
速度-w,
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。
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