1、第四章 凸輪機構設計4.1 教學基本要求1 . 了解凸輪機構的組成分類特點及應用掌握凸輪機構從動件常用運動規律的特點以及選擇運動規律時應考慮的2 . 掌握凸輪機構設計的反轉法原理動件盤形凸輪的輪廓曲線能根據給定的運動規律設計出各種從3 .了解凸輪廓線方程的建立過程會進行盤形凸輪輪廓的設計計算4 . 掌握壓力角與自鎖的關系的原則基圓半徑對壓力角的影響以及滾子半徑選擇4.2 重點與難點分析本章的重點是從動件常用運動規律及其特性平面凸輪輪廓曲線的設計和凸輪機構壓力角與機構基本尺寸的關系廓曲線難點是用反轉法作圖設計平面凸輪輪1 .凸輪以等角速度轉動時 從動件的位移 s速度 v 和加速度 a 隨時間 t

2、 或凸輪轉角變化的規律稱為從動件運動規律四種常用的運動規律特性及使用場合如表 4-1 所示表 4-1凸輪機構從動件運動規律特性及使用場合比較根據從動件運動規律的運動參數特性值特性vmax 值與從動件系統的動量(mv)有關vmaxamax 可分析凸輪機構的動力學當從動件突然被阻時若其動量很大 則將產生大的沖擊力(F =mv/t )Fmax=mamax而 amax 的值決定了最大慣性力amax 愈大不僅從動件系統的激振力愈大而且當它為正值時將使從動件與凸4-1運動規律vmaxamax動力特性使用場合等速vmax=h/amax=+剛性沖擊低速輕載等加速等vmax=4h/amax=4h2 /2柔性沖速

3、輕載簡諧vmax=1 . 57h/amax=4 . 93h2 /2柔性沖低速重載擺線vmax=2h/amax=6 . 28h2 /2無中高速輕載返回目錄 輪輪廓接觸處的法向壓力增大當它為負值時又使力封閉的彈簧負荷增大在確定從動件運動規律時一般先由動力特性確定加速度運動規律然后再確定相應的速度與位移變化規律2 .用作圖法設計凸輪輪廓時必須注意以下幾點(1) 直動從動件 s-曲線圖中縱坐標比例尺最好與繪制凸輪圖的比例l尺一致這樣在基圓各向徑線上作截線位移時不必換算以免出錯(2) 擺動從動件出各點值縱坐標-曲線圖中為縱坐標按比例尺為/ mm畫(3)位移線圖橫坐標 等分數應與基圓等分數相等且排序號碼一

4、一對應(4) 偏置直動從動件其移動中心線不通過凸輪軸心反轉后各移動中心線均與偏距圓相切從動件的位移是沿著這些切線從基圓開始向外量取并截取的也即偏距圓的切線就是導路反轉后各位置的方位線(5) 從動件反轉前后兩位置線的夾角應等于凸輪轉角須注意的是偏置直動滾子從動件凸輪機構中線的夾角不等于凸輪轉角的夾角也不等于凸輪轉角反轉前后從動件與理論廓線兩交點至凸輪軸心連反轉前后滾子與實際廓線兩切點至凸輪軸心連線4.3 典型例題分析例 4-1圖 4-1 所示的對心直動滾子從動件盤形凸輪機構中凸輪的實際輪廓線為一圓其圓心在 A 點半徑 R =40mm凸輪轉動方向滾子半徑 r r=10mml OA=25mm1234

5、5凸輪的理論輪廓線為何種曲線求凸輪的基圓半徑 rb求從動件的升程 h標出圖示位置的壓力角若凸輪的實際輪廓線不變而將滾子半徑改為 15mm從動件的運動規律有無變化4-2a)b)圖 4-11滾子從動件盤形凸輪機構的凸輪理論廓線與實際廓線是兩條法向解等距的曲線該法向距離等于滾子半徑 r r今已知其實際輪廓線為半徑 R=40mm的圓故其理論廓線為半徑 R+r r=(40+10)mm=50mm 的圓如圖 b所示2凸輪理論輪廓線的最小向徑稱為凸輪的基圓半徑 rb因此 連接偏心圓的圓心 A 和凸輪轉動中心 O并延長使其與理論廓線相交于 C 點則 OC 即為理論輪廓上的最小向徑它即為凸輪的基圓半徑 rb由圖

6、b)可知rb= l AC- l AO=(R+r r )- l AO=(40+10)mm-25mm=25mm(3) 從動件的升程就是從動件上升的最大距離最小向徑之差因此它等于理論廓線 的最大與h =( l OA+R+r r )-r b=(25+40+10-25)mm=50mm(4) 凸輪機構的壓力角是指理論廓線上滾子從動件接觸點的法線 AB 與從動件上對應點速度方向 OB 之間所夾的銳角如圖 b 所示(5)當凸輪的實際廓線 保持不變 而將滾子半徑 r r 由 10mm 增大至 15mm后連桿長度 l AB 將隨之由 50mm 增至 55mm因此從動件 3 的運動將隨之變化若希望從動件 3 的運動

7、規律保持不變 則應讓理論廓線 保持不變作該理論4-3廓線的法向等距曲線并使之距離等于 15mm得到新的實際廓線自測試題判斷題正確錯誤1 .凸輪機構是一種低副機構2 .凸輪機構中凸輪的基圓半徑越大說明從動件的位移越大3 .在運動規律一定時凸輪的大 則從動件就越不容易發生自鎖 卡死4 . 凸輪機構采用等加速等運動規律時由于在起始點加速度出現有限值的突然變化因而產生慣性力的突變結果引起剛性沖擊5 . 當凸輪從動件采用等速運動規律時剛性沖擊則機構自始至終工作平穩不會產生6 .凸輪的基圓半徑就是凸輪理論輪廓線上的最小曲率半徑7 . 滾子從動件盤形凸輪的實際輪廓曲線輪廓的等距曲線因此實際輪廓上各點的向徑就

8、等于理論輪廓上各點的向徑減去滾子半徑8 . 一般說來運動失真在凸輪機構中尖頂從動件可適應任何運動規律而不致發生9 .平底移動從動件盤形凸輪機構的壓力等于一個常量10 .為了避免從動件運動失真平底從動件凸輪輪廓不能內凹4.4.2 選擇題1 .與連桿機構相比凸輪機構最大的缺點是132點 線接觸 易磨損4不能實現間歇運動慣性力難以平衡設計較為復雜2 . 與其它機構相比 凸輪機構最大的優點是13可實現各種預期的運動規律制造方便 易獲得較高的精度2便于潤滑4從動件的行程可較大則最大加速度理論上為3 . 凸輪機構中若從動件按等速運動規律運動4-41amax=2amax=03amax=有限值4amax=不定

9、值4 . 在凸輪機構中下述運動規律既不會產生柔性沖擊也不會產生剛性沖擊可用于高速場合1等速2等加速等3擺線4簡諧5 . 對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構的推程壓力角超過許用值時措施解決可采用(1)增大基圓半徑(3)改變凸輪轉向24改用滾子推桿改為偏置直動尖頂推桿6 . 為了避免運動失真滾子半徑 rr 和凸輪理論廓并減少接觸應力和磨損線上的最小曲率半徑應滿足min1rr3rr=min;4不一定minmin7 . 凸輪機構壓力角對凸輪尺寸的影響反映在參數不變時基圓將如果機構壓力角減少其它1增大2減少34不一定對應的凸輪輪廓應不變8 . 若要盤形凸輪機構的從動輪在某段時間內停止不動是132一段圓弧4以凸

10、輪轉動中心為圓心的圓弧一段直線一段拋物線9 .為使凸輪機構的結構緊湊和受力條件好設計時應滿足13rb rb 24rb rb rb rb 10 .某凸輪機構的滾子損壞后換上一個較大的滾子則該機構13壓力角不變壓力角不變運動規律不變運動規律變2壓力角變運動規律變4壓力角變 運動規律不變4.4.3 填空題1 .凸輪機構是由和三個基本構件組成4-52 .按形狀不同凸輪可分為和3 . 維持凸輪與從動件高 副接觸封閉的方法有 和4 . 位移曲線圖表示與之間的關系曲線當從動件為等速運動規律時其位移曲線是一條線若為等加速等運動規律時其位移曲線是一條線5 . 在凸輪機構從動件的常用運動規律中運動規律有剛性沖擊運動規律有柔性沖擊運動規律無沖擊6 . 凸輪機構幾種常用的從動件運動規律中只宜用于低速情況宜用于中速但不宜用