机械设计基础 第3章凸轮机构

§3－5 解析法设计凸轮轮廓
理论轮廓极坐标：B点
n
B
1
rT
B0
1

s s0
2
e2
T
S2





0
T
1 0
rmin
T

实际轮廓极坐标：T点
e
S0 n
p
O
1
( T ,T )
作业： 习题3-1、3-2和3-4
位移线图作图法：半圆等分，投影到垂直轴 加速度开始和终止时，柔性冲击； 适用于中低速的场合。
§3－2 从动件的常用运动规律
二、从动件的常用运动规律（表3-1） 3. 正弦加速度运动
位移线图：作图复杂，计算绘制； 无加速度突变，无冲击； 适用于高速凸轮的场合；
加速度大，惯性力大，要求加工精度。
组成：凸轮、从动件 和机架。 作用：当凸轮（主动 件）连续转动，驱使 从动件作直线运动或 摆动。
§3－1 凸轮机构的应用和类型
理论上，从动件可获任意的预期运动。 优点：设计凸轮轮廓，从动件 可得到所需的运动规律，且结 构简单、紧凑、设计方便。 缺点: 点接触或线接触，易 于磨损。通常多用于传力不 大的控制机构。
§3－1 凸轮机构的应用和类型
分类:
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮：绕固定轴转动的盘形零件。 （2）移动凸轮：凸轮相对机架作直线运动。 （3）圆柱凸轮：将移动凸轮卷成圆柱体。
§3－1 凸轮机构的应用和类型
分类:
2．按从动件的形状分类：
（1）尖端从动件：用于作用力不大的低速凸轮机构。 （2）滚子从动件：滚动摩擦，磨损小，应用最普遍。 （3）平底从动件：作用力始终垂直于端平面；易形成 油膜，润滑——高速凸轮机构。缺点，凹曲线不行。
B
e O
P 12
n
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
一、基本原理
凸轮机构工作时， 通常凸轮是运动的。 用图解法绘制凸轮轮 廓曲线时，却需要凸 轮与图面相对静止。 为此，我们应用“反 转法”，根据相对运 动原理给机构加上一 个公共-ω1 ：
反转法
-ω 1
3’ 2’ 1’ ω1 O 2 1 2 3
3
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
凸轮机构设计的基本任务:
1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;
2)从动件的运动规律;
3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线。
启动、停止，速度 变化带来冲击！
根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸 轮轮廓曲线的前提。
§3－2 从动件的常用运动规律
一、从动件运动过程和术语
从动件位移线图
B’
A D s2 h
§3－1 凸轮机构的应用和类型
3．按从动件的运动形式分类：
（1）移动从动件 (对心、偏置)：从动件相对机架作 往复直线运动。
（2）摆动从动件：从动件相对机架作往复摆动。 为了使凸轮与从动件 始终保持接触，可以利 用重力、弹簧力或依靠 凸轮上的凹槽来实现。 等宽凸轮
从动件
对心
尖端
滚子
平底
偏置
摆动
§3－2 从动件的常用运动规律
O
k8k7
9
9
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
3.滚子直动从动件盘形凸轮
理论轮廓 910 7 11 5 12 3 13 1 14 1 3 5 7 8 9 1113 15
s
8
-ω 1
ω1
120º
60º 90º
90º

实际轮廓
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
s
8
-ω 1
ω1

1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
120º
60º 90º
90º
15 14’ 14 13’ 13 12 11 10 9 12’
11’
10’ 9’
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
三、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
A
4 5 3 6 2 1 7 12 34 5 6 7 8
0
O
n
§3－3 凸轮机构的压力角
二、压力角与机构尺寸的关系
基圆半径越小，所设 计的机构越紧凑； 基圆半径过小会引起 压力角增大，致使机构 工作 ω1
B
O n
§3－3 凸轮机构的压力角
二、压力角与机构尺寸的关系
分析一下：图3—7
n
α
F F’
v
v
1 P 12
lOP v v
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮
ω1
-ω 1
910 7 11 5 12 3 13 1 14 1 3 5 7 8 9 1113 15
s
8
120º
60º 90º
90º

§3－4 图解法设计凸轮轮廓
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2. 偏置尖顶直动从动件 盘形凸轮廓线的设计
§3－3 凸轮机构的压力角
一、压力角
F
n
α Ff v
F F’
F F tan
若α大到一定程度时，会有： →机构发生自锁。
α
F” ω1
B
F f F
许用压力角

O n
校核推程的压力角
§3－3 凸轮机构的压力角
一、压力角 提问：平底推杆凸轮机构：
v2 n
α＝？
90
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
3.滚子直动从动件盘形凸轮
滚子半径与轮廓 曲线形状的关系 外凸 ρ
变尖
rT
内凹
rT
ρ
a
ρ > rT
ρ ρa
失真
对于外凸轮廓， 要保证正常工作， 应使： ρmin> rT
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
4.对心直动平底从动件盘形凸轮
910 7 11 5 12 3 13 1 14 1 3 5 7 8 9 1113 15
910 7 11 5 12 3 13 1 14 1 3 5 7 8 9 1113 15
s e
8
15 15 14 14
A
k12 k11 k10 k9 k1k 3 14
k15
k1 k2 k3 k k k 54
6
120º
60º 90º
90º

13 13 12 11 12 10 11 10
120º60º 90º 90º
L
A8
l 2 B1 B2 A2 B3 B1 B2 B B3 3 B4 rb 120º B4 A3 O
1
A1

A7
7
A6
6
90º 60º B5 B8 B7 B6 B7 B6
4
B5
A4
5
A5
§3－5 解析法设计凸轮轮廓
图解法——设计方法简便，但作图误 差较大，仅适于对从动件运动规律要求不太 严格的地方。 对于精度要求高的高速凸轮、靠模凸 轮等，必须用解析法进行精确设计。
第 3章
凸 轮 机 构
第3章 凸轮机构
第3章 凸轮机构
§3－1 凸轮机构的应用和类型 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 凸轮机构的压力角 §3－4 图解法设计凸轮轮廓 §3－5 解析法设计凸轮轮廓
第3章 凸轮机构
§3－1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构是一种常用机构、在自动化和半自动化 机械中应用非常广泛。
2 P 12
v
F” ω1
α
lOP
ds dt ds d dt d
B
tan
ds e d s r02 e 2
e O
P 12
n
§3－3 凸轮机构的压力角
二、压力角与机构尺寸的关系
ds e d s r e
2 0 2
α
n F F’
v
tan
α
F” 基圆半径r0越小，压力角越 大。 偏置，在推程时速度瞬心 同侧偏置，有利。 ω1
o
ω1
t
B
基圆 推程 推程运动角 升程 远休止角 回程 回程运动角 近休止角
C
§3－2 从动件的常用运动规律
二、从动件的常用运动规律（表3-1） 1. 等速运动
位移线图：一条斜线 速度恒定； 刚性冲击；
应用于低速轻载和从动件质量较小的场合。
§3－2 从动件的常用运动规律
二、从动件的常用运动规律（表3-1） 2. 简谐运动（余弦加速度运动）