凸轮机构基本知识

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凸轮机构

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凸轮机构§1凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的组成1、凸轮机构--由凸轮、推杆和机架三构件组成的高副机构。

凸轮--具有曲线轮廓或凹槽的构件,是主动件。

推杆--被凸轮直接推动的构件,作间隙的连续的移动或摆动。

优点:1)只要适当设计凸轮廓线,可得到任意需要的从动件运动规律;2)结构简单,尺寸紧凑。

缺点:1)高副机构,点、线接触,承载能力低,易磨损;2)凸轮廓线加工复杂,不容易保证精度。

2、应用举例二、凸轮机构的分类1、按凸轮形状分1)盘状凸轮--径向尺寸变化;2)移动凸轮--回转中心处于无穷远处的盘状凸轮;3)圆柱凸轮--将移动凸轮卷成圆柱体而成;4)圆锥凸轮--将盘状凸轮的一部分(扇形)卷成圆锥体而成。

2、按从动件形状分1)尖端推杆2)滚子推杆3)平底推杆附加:按推杆运动情况分:直动推杆和摆动推杆(摆杆)3、按照凸轮与推杆维持高副接触的形式分1)力封闭的凸轮机构(力锁合)利用重力或弹簧力等外力进行锁合。

2)几何封闭的凸轮机构(形锁合)利用从动件本身的几何形状使凸轮与之保持接触。

§2 凸轮机构推杆常用运动规律凸轮的有关术语:(以尖端直动从动件盘状凸轮为例)基圆---以凸轮最小向径r o为半径所作的圆;推程---推杆从最低位置运动到最高位置的过程·h;回程---推杆从最高位置运动到最低位置的过程·h;推程运动角---推程中凸轮转过的角度·Φ;回程运动角---回程中凸轮转过的角度·Φ';近休止角---推杆在最低位置停留时,凸轮转过的角度·Φs';远休止角---推杆在最高位置停留时,凸轮转过的角度·Φs;升程---推杆的最大位移·h。

1、等速运动推程:V=C1,(常数)S=∫Vdt=∫C1dt=C1t +C2 ,a=dv/dt=0, 代入初始条件,可得:t=0,S=0→C2=0 ; t= Φ/ω,S=h ,→C1=hω/Φ;所以推程从动件运动方程为:S=t hω/Φ=hφ/Φ; V=hω/Φ; a=0 ; φ∈(0,Φ)回程:V=C'1,(常数)S=∫Vdt=∫C'1dt=C'1t +C'2 ,a=dv/dt=0,代入初始条件,可得:t=0,S=h→C'2=h ,t=Φ'/ω, S=0→C'1= - hω/Φ' ;所以回程从动件运动方程为:S=h(1-φ/Φ' ) ; V= - hω/Φ' ; a=0 ; φ∈(0,Φ' )由于等速运动在行程始末存在刚性冲击(a→∞),故只能用于低速工况。

凸轮机构

凸轮机构

一、滚子半径的选择
滚子半径 rT 过大,导致实际轮 廓线变尖或交叉,如b、c所示。 ' rT , '实际轮廓曲率半径;
理论轮廓曲率半径; rT 滚子半径;
当 rT, ' 0,实际轮廓线为 光滑连续的曲线,没问 题; 当 rT, ' 0,实际轮廓线交叉, ,加工时被切除,导致 从动件运动
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
移动凸轮
1.按凸轮的形状
当盘形构件的回 转中心趋于无穷 大时,绕轴转动 的盘形凸轮就变 成相对于机架作 往复直线移动的 凸轮。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
圆柱凸轮
1.按凸轮的形状
凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上,它可以看作是把移动凸轮 卷成圆柱体而得。
(1)力封闭:利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与 凸轮保持接触,如图6-1所示。 (2)形封闭:依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮 接触,如图6-2所示。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类 3.按凸轮与从动件保持接触的方式分
(2)形封闭:依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从 动件与凸轮接触,下图是常用的形封闭凸轮机构。
2.对心滚子直动从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rb 、滚子半径rT 、角速度 ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线。
8’

ω
7’ 5’ 3’ 1’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓η
1 3 5 78
设计步骤小结: 实际轮廓η’ ①选比例尺μ l作基圆rb。 ②反向等分各运动角。原则是:陡密缓疏。 ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置。 ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。

第三章 凸轮机构介绍

第三章 凸轮机构介绍
第三章 凸轮机构
凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力,是一种 常见的高副机构,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定的复杂运动规律。 §3-1 凸轮机构应用和分类 一、凸轮机构的组成和应用
内燃机
配气机构
凸轮式内燃机配气机构
自动车床上的走刀机构 1、组成:凸轮,从动件,机架 2、作用:将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到所需的 运动规律 (1)结构简单、紧凑,工作可靠,容易设计; (2)高副接触,易磨损 4、应用:适用于传力不大的控制机构和调节机构
推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。
低速轻载凸轮机构:采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸 轮轮廓曲线。
高速凸轮机构:首先考虑动力特性,以避免产生过大的冲击。
大质量从动件不宜选用νmax太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律
(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求
4、偏臵直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。 从动画中看,从动件 而推杆的运动规律已知,已知偏距e。试设计。
在反转运动中依次占 据的位臵将不在是以 凸轮回转中心作出的 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 的位臵必然都是偏距 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,既得偏臵直动尖 顶从动件盘形凸轮轮
按从动件运动形式 可分为直动从动件(又分为对心直动从动件和偏臵直动从动件) 和摆动从动件两种。

机械设计基础 第六章 凸轮机构

机械设计基础 第六章 凸轮机构

6.2.1 凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括:推程、远休程、回 程、近休程四个部分
术语: 基圆 偏距 近休程 近休止角 推程 推程运动角 远休程 远休止角 回程 回程运动角 行程 推杆运动规律

6.2.2 几种常用的推杆运动规律
等速运动规律:
s h / 0 h 1 / 0 a0
凸轮廓线设计步骤: (1)划分位移曲线;
(2)取长度比例尺,绘出凸轮基圆,偏心距圆;
(3)获取基圆上的等分点; (4)绘出反转过程中的导路位置线;
(5)计算推杆的预期位移;
(6)将从动件尖顶点连成光滑曲线,即为凸轮轮廓。
理论轮廓线 实际轮廓线
尖顶从动件
滚子从动件

滚子半径的选择
滚子从动件作用: 1、化滑动摩擦为滚动摩擦; 2、降低凸轮与从动件之间的局 部接触应力。

6.3.2 压力角与凸轮机构尺寸的关系
tan
OC e
PC OP OC BC BC
BC s r02 e 2
P为凸轮和从动件的速度瞬心,故:
v OP
即: OP
v


ds d
于是:
tan
ds e d s r02 e 2
增大基圆半径或设置偏置均可减小压力角,
存在速度突变,加速 度及惯性力理论上将无穷 大,称为刚性冲击。用于 低速轻载场合。
等加速等减速运动规律:
s 2h 2 / 02 4h1 / 02 2 a 4h1 / 02
s h 2h( 0 ) 2 / 02 4h1 ( 0 ) / 02 2 a 4h1 / 02

凸轮机构介绍

凸轮机构介绍

4、根据从动件的运动形式分

动 从 动
( 对 心
件、
凸偏
轮置 机)

摆动从动件凸轮机构
0'
第二节 从动件运动规律设计
一、平面凸轮机构的结构和主要参数
S 从动件位移曲线 (,S)
BC B’
S h
基圆
0 O
A
e
0 ’

O (A) B
Dh

0 ’ ’
0

推远程休运止动角角回近程休运止动角角
30
.650
Y yB rr sin
dxB d dy B d
2 240 0,2 200 .650
X1 52.81
dxB d (ds d e)sin (s s0)cos
Y1 16.59
dyB d (ds d e)cos (s s0)sin
s1
0,

s2
80 2 3
20
8.49, xB1
[1 cos(1.2


55.39, yB1
3)] 26.18

18.12
实际廓线上点的坐标x:B2
X xB rr cos tg
36
dx B dy B
.03,
yB2 6.95
1 600, 1
dxB d dy B d
b、刀具中心轨迹方程
c
滚子
rr
'
砂轮
rc
rc-rr

滚子
rr
c
'
xC xB rr cos
rr-rc

机械设计基础第五章凸轮机构

机械设计基础第五章凸轮机构

其他应用实例
01
纺织机械
02
包装机械
03
印刷机械
在纺织机械中,凸轮机构被用于控制织 物的引纬、打纬和卷取等运动。通过合 理设计凸轮的形状和尺寸,可以实现织 物的高速、高效织造。
在包装机械中,凸轮机构常用于控制包 装材料的输送、定位、折叠和封口等操 作。通过凸轮的精确控制,可以实现包 装过程的自动化和高效化。
传动比的计算 根据凸轮的轮廓形状和尺寸,以及从动件的运动 规律,可以通过几何关系或解析方法计算出凸轮 机构的传动比。
传动比的影响因素 凸轮机构的传动比受到凸轮轮廓形状、从动件运 动规律、机构中的摩擦和间隙等因素的影响。
凸轮机构的压力角与自锁
压力角的定义
压力角是指从动件受力方向与从动件运动方向之间的夹角。在凸轮机构中,压力角的大小反 映了从动件所受推力的方向与其运动方向之间的关系。
等速运动规律
从动件在推程和回程中均保持匀速运动。
等加速等减速运动规律
从动件在推程和回程中按等加速和等减速规律运动。
简谐运动规律
从动件按简谐运动规律振动。
组合运动规律
根据实际需要,将从动件的运动规律组合成复杂的运动形式。
凸轮机构的尺寸设计
凸轮基圆半径的确定
根据从动件的运动规律和机构的结构要求,确定 凸轮的基圆半径。
03
凸轮机构的类型与特性
盘形凸轮机构
凸轮形状
盘形凸轮是一个具有特定 轮廓的圆盘,其轮廓线决 定了从动件的运动规律。
工作原理
通过凸轮的旋转,驱动从 动件按照预定的运动规律 进行往复直线运动或摆动。
应用范围
广泛应用于内燃机、压缩 机、自动机械等领域。
移动凸轮机构
凸轮形状
移动凸轮是一个在平面上移动的具有特定轮廓的 构件。

第三章凸轮机构

第三章凸轮机构

第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮:具有曲线轮廓或沟槽的构件,当它运动时,通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触,使从动件取得预期的运动。

2、凸轮机构的组成:由凸轮、从动件、机架这三个大体构件所组成的一种高副机构。

二、凸轮机构的类型1.依照凸轮的形状分:空间凸轮机构:盘形凸轮:凸轮呈盘状,而且具有转变的向径。

它是凸轮最大体的形式,应用最广。

移动(楔形)凸轮:凸轮呈板状,它相关于机架作直线移动。

盘形凸轮转轴位于无穷远处。

空间凸轮机构:圆柱凸轮:凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。

2.依照从动件的形状分:(1)尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触,使从动件实现任意运动规律。

结构简单,但尖端易磨损,适于低速、传力不大场合。

(2)曲面从动件:从动件端部做成曲面,不易磨损,利用普遍。

(3)滚子从动件:滑动摩擦变成转动摩擦,传递较大动力。

(4)平底从动件优势:平底与凸轮之间易形成油膜,润滑状态稳固。

不计摩擦时,凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底,受力平稳,传动效率高,经常使用于高速。

缺点:凸轮轮廓必需全数是外凸的。

3.依照从动件的运动形式分:4.依照凸轮与从动件维持高副接触的方式分:(1)力封锁型凸轮机构:利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终维持接触。

封锁方式简单,对从动件运动规律没有限制。

5、其它反凸轮机构:摆杆为主动件,凸轮为从动件。

应用实例:自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点一、优势:(1)结构简单、紧凑,具有很少的活动构件,占据空间小。

(2)最大优势是关于任意要求的从动件运动规律都能够毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。

2、缺点:由于是高副接触,易磨损,因此多用于传力不大的场合。

二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例:车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例:自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例:船用柴油机中利用凸轮机构操纵阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例:印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律:从动件的位移、速度、加速度及加速度转变率随时刻或凸轮转角转变的规律。

机械设计基础 凸轮机构

机械设计基础 凸轮机构
三、对心直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
19
1)按前述方法求得尖顶从动件的 B0、B1、B2、
...... 各点; 2)过 B0、B1、B2、B3、...... 各点作平底的 各个位置; 3)作这些平底的包络线即为对心直动 平底从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 注意:这种凸轮不能设计成 有内凹部分的;
平板移动凸轮: rb —→ ∞
圆柱回转凸轮: 可以看成是绕在圆柱体上的移动凸轮。
工业设计机械基础
2)按从动件端部的形状分: 尖顶从动件: 平底从动件: 滚子从动件:
凸轮机构
4
3)按从动件的运动方式分: 直动从动件:
摆动从动件:
4)按凸轮与从动件的封闭方式分: 力闭合(封闭): 形闭合(封闭):
工业设计机械基础
凸轮机构
16
5)确定从动件与凸轮在不同转角处接触点的位置;
过 B’1、B’2、B’3、......各点沿导路方向分别截取线段 B’1B1 = 11’、 B’2B2 = 22’、 B’3B3 = 33’、...... ,所以 B0、 B1、B2、B3、...... 各点就是反
转后尖顶从动件尖端与凸轮接触点的一系列位置。
t 2 t 1 s2 h sin t1 t1 2 h v2 t1 2 t 1 cos t1 2 h 2 t a 2 2 sin 加速度 —→ 正弦 t1 t1
由图知,在从动件行程的始、末位置加速
度均无突变,且为零。 —→ 凸轮机构将不产生任何冲击。 ∴ 摆线运动规律适用于高速凸轮传动。
应保证平底总与
凸轮相切而不相交。
工业设计机械基础
四、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
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按从动件末端形状分:
尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点,特点是能与 任何形状的凸轮轮廓上各点相接触,因而理论上可实现任意 预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动 件凸轮机构的基础。但由于从动件尖顶易磨损,故只能用于 轻载低速的场合。
滚子从动件凸轮机构 其从动件的端部装有滚子,由于从动 件与凸轮之间可形成滚动摩擦,所以磨损显著减少,能承受 较大载荷,应用较广。但端部重量较大,又不易润滑,故仍 不宜用于高速。
平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦, 凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底,传力性能良好,且 凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜,摩擦磨损小、效率高, 故可用于高速,缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
按锁合方式分:
所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。 力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁 合,如内燃机配气凸轮机构。 形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。
由图可见,从动件在推程始末两点、处,速度有突 变,瞬时加速度理论上为无穷大,因而产生理论上 亦为无穷大的惯性力。而实际上,由于构件材料的 弹性变形,加速度和惯性力不至于达到无穷大,但 仍会对机构造成强烈的冲击,这种冲击称为“刚性 冲击”或“硬冲”。因此,单独采用这种运动规律 时,只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。
按从动件相对机架的运动方式分为:
移动从动件凸轮机构(按其从动件导路是否通过凸轮回转 中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮机构。) 摆动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构又
从动件的常用运动规律
1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系
生产中对从动件运动的要求是多种多样的。 凸轮机构中,凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律, 反之,从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮 廓。因此,设计凸轮机构时,应首先根据工作要求确定从 动件的运动规律,再据此来设计凸轮的轮廓曲线。 从动件的运动规律是指其位移s、速度v和加速度a等随凸
谢谢大家!
2007-5-8
14
轮转角而变化的规律。
这种规律可用方程表示,亦可用线回程、近休止 当凸轮连续转动时,从动件将重复上述运动过程。
从动件的常用运动规律
2.从动件的常用运动规律 等速运动规律:是指从动件在推程或回程的运动速度为常
数的运动规律。凸轮以等角速度转动,从动件在推程中的行程 为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲 线为斜直线,速度曲线为平直线,加速度曲线为零线。
等加速等减速运动规律:是指从动件在一个行程中,前半行
程作等加速运动,后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛 物线,速度曲线为斜直线,加速度曲线为平直线。作图方法如 图所示。
由图可见,在推程的始末 点和前、后半程的交接处, 加速度有突变,因而惯性力 也产生突变,但它们的大小 及突变量均为有限值,由此 将对机构造成有限大小的冲 击,这种冲击称为“柔性冲 击”或“软冲”。在高速情 况下,柔性冲击仍会引起相 当严重的振动、噪声和磨损, 因此这种运动规律只适用于 中速、中载的场合。
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