(完整版)凸轮机构教案

凸轮机构
4.1 凸轮机构的类型及应用
4.1.1 凸轮机构的组成和应用
组成：由凸轮、从动件和机架三部分组成
特点：
1）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。

2）结构简单、紧凑。

3）凸轮机构是高副机构，易于磨损。

4）凸轮轮廓加工比较困难。

应用：只适用于传递动力不大的场合。

应用实例：内燃机配气机构绕线机的凸轮机构凸轮自动送料机构
结论：从动杆的运动规律取决于凸轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。

二、凸轮机构的分类
(一)按凸轮的形状分
1．盘形凸轮(盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转)
尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构特点：结构简单，但是从动件行程不能太大，否则凸轮运转沉重。

2．移动凸轮(移动凸轮可看作是转轴在无穷
远处的盘形凸轮的一部分，它
作往复直线移动。

)
特点：凸轮和从动件都可作往复移动。

3. 圆柱凸轮（圆柱凸轮是一个在圆
柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端
面上作出曲线轮廓的构件，它可看作
是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。

）
特点：从动件可获得较大的行程。

(二)按从动杆的端部型式分
1．尖顶从动件凸轮机构
特点：
（1）传动灵敏。

（2）从动杆的构造最简单，但易磨损。

应用：只适用于作用力不大和速度较低的场合(如用于仪表等机构中)。

2．滚子从动件凸轮机构
特点：磨损较小，可用来传递较大的动力，但结构复杂。

应用：常用于速度不高、载荷较大的场合。

3．平底从动件凸轮机构
特点：传动平稳，润滑较好，传动效率高。

应用：常用于高速传动中。

但平底从动件不能用于具有内凹轮廓曲线的凸轮。

（三）按推杆的运动形式分
移动从动杆凸轮机构
摆动从动杆凸轮机构
4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律
4.2.1基本概念
所作的圆
1、基圆：以凸轮轮廓最小半径 r
b
2、推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置
3、推程角：角δ0，这个行程称为，δ2称为
4、回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置；
5、回程角：角δ2
6、远停程角：角δ1
7、近停程角：角δ3
凸轮与从动件的关系：
从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线形状。

4.2.2 从动件的运动规律
1．等速运动规律
等速运动规律：当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称之。

（1）位移曲线(S—δ曲线)
，那么由运动若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ
学可知，在等速运动中，从动件的位移S 与时间t 的关系为：
S ＝v ·t
凸轮转角δ与时间t 的关系为：δ＝ω·t 则从动件的位移S 与凸轮转角δ之间的关系为：
v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。

因此，从动件作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。

从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。

（2）等速运动凸轮机构的工作特点
由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始和终止时；从动件的速度从零突然增大到v 或由v 突然减为零，此时，理论上的加速度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚性冲击。

随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。

因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合。

2．等加速等减速运动规律
等加速等减速运动规律：当凸轮作等角速度旋转时，从动件在升程(或回程)的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。

这种运动规律称为。

(1)位移曲线(S —δ曲线)
由运动学可知，当物体作初速度为零的等加速度直线运动时，物体的位移方程： 在凸轮机构中，凸轮按等角速度ω旋转，凸轮转角δ与时间t 之间的关系为：
δ
ω
⋅=
v
s 2
2
1at s =
t=δ/ω
则从动件的位移S 与凸轮转角δ之间的关系为： 式中a 和ω都是常数，所以位移s 和转角δ成二次函数
的关系，所以，从动件作等加速等减速运动的位移曲线是抛物线。

因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲率方向相反的抛物线连成。

(2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点
从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。

因此，这种凸轮机构适合在中、低速条件下工作。

4.3 盘形凸轮机构的轮廓设计简介
等加速等减速运动规律位移曲线
22
2δω
a s =
一、作图原理
反转法：在整个机构上加上一个反转的角速度，机构中的各件的相对运动不变，凸轮不动，从动件一方面绕圆心作–ω，另一方面在自己的导路中按预定的规律运动。

尖顶的轨迹就是凸轮的轮廓。

二、作图
1、尖顶对心移动从动件盘形凸轮
（1）选取适当比例尺作位移线图和基圆
（2）作位移线图和基圆取分点保持等分角度一致
（3）沿导路方向量取各点的位移量
（4）光滑连接各点，形成轮廓曲线
对心移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2、滚子移动从动件盘形凸轮
（1）同前
（2）在已画出的理论轮廓曲线上选一系列点为圆心，以滚子半径为半径作若干个滚子圆，此圆族的内包络线即为所求的凸轮轮廓曲线。

它是实际与滚子
接触的凸轮轮廓，所以称为凸轮的实际轮廓。

4.4 凸轮机构的结构设计
4.4.1滚子半径的选择
（1）内凹凸轮廓线
无论滚子半径多大，总能由理论廓线求出实际轮廓。

（2）外凸凸轮廓线
光滑曲线出现尖点出现交叉
运动失真：当滚子半径小于等于理论轮廓上的最小曲率半径时，实际轮廓出现
尖点或交叉，在进行加工时，尖点以外的部分将被刀具切去，凸轮轮廓出现过度切割，使从动件不能准确实现预期的运动规律，这种现象称为运动失真。

避免运动失真的措施：
①减小滚子半径r
T
②增大基圆半径r
b
滚子半径的选择原则：
根据结构、强度等方面的限制，选择滚子半径大小。

若利用该滚子半径使从动件产生运动失真，则增大基圆半径。

4.4.2压力角的校核
压力角——凸轮机构从动件速度方向与该点受力方向的夹角称为压力角α。

'有用力
F→α
F=
F
cos
''有害力
α
F=
sin
F
α↑→F′↓，F″↑→机构传动不利。

所以压力角越小越好。

α↑→α1m，则机构自锁，所谓自锁即无论凸轮施加多大的力都无法使机构运动，这种现象必须避免。

在其它条件不变的情况下，压力角越小，基圆半径越大，即凸轮的尺寸越大。

从使结构紧凑的观点看，压力角越大越好。

兼顾以上二者，必须规定一个许用的]
[α。

对直动从动件凸轮机构[α]=30～38°
摆动从动件凸轮机构 [α]=40～50°工作行程
[α]=70～80°回程
4.4.3 基圆半径的选择
凸轮基圆半径选择的前提是：α≤[α]
由于压力角随凸轮转角变化，因此需求最大压力角αmax。

（1）令αmax=[α]来确定r bmin
（2）令凸轮基圆半径大于等于1.6～2倍的轴径，检验α是否小于[α]，若不满足则增大基圆半径。