1、4-1 概述4-2 从动件常用运动规律4-3 图解法设计盘形凸轮轮廓4-4 用解析法设计凸轮机构4-5 凸轮机构设计中的几个问题4-6 凸轮常用材料和结构第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 在机械装置中，尤其是在自动控制机械中，为实现某些特殊或复杂的运动规律，广泛地应用着各种凸轮机构动画演示1动画演示21 1 概概 述述 4-1 4-1 概概 述述一、凸轮机构的组成和特点一、凸轮机构的组成和特点凸轮机构由凸轮凸轮1、从动件从动件2和机架机架3三个基本构件组成，如图，其中凸轮是一个具有控制从动件运动规律地曲线轮廓或凹槽地主动件，通常作连续等速运动（也有作往复移动地）；从动件则在凸轮轮
2、廓驱动下按预定运动规律作往复直线运动或摆动1、凸轮机构的组成 2、凸轮机构的特点、凸轮机构的特点优点优点：只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点缺点：点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大。4-1 4-1 概概 述述 二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合4-1 4-1 概概 述述 4-2 4-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律确定从动件的运
3、动规律是凸轮设计的前提1推程、推程、2远休止、远休止、3回程、回程、4近休止近休止当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。 1234一、凸轮机构的工作过程 二、从动件常用运动规律等速运动（刚性冲击）等加速等减速运动（柔性冲击）余弦加速度运动（起停有柔性冲击）正弦加速度运动等速运动等加速等减速运动余弦加速度运动正弦加速度运动4-2 4-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 三、从动件运动规律的选择1、在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。2、对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。3、对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或
4、其他改进型的运动规律。4-2 4-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 4-3 4-3 图解法设计盘形凸轮轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用反转法原理完成的。加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动 基圆半径R b1.选与位移线图一致的比例作凸轮的基圆 2.将基圆分成与位移线图中相对应的等份3.分别自基圆圆周向外量取从动件位移线图中相应的位移量 4.光滑连接各点即为所求的凸轮轮廓 已知，如图：对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计4-3 4-3 图解法设计盘形凸轮
5、轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为jjjjsincos)(cossin)(00essyessx上式即为凸轮理论廓线方程 实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出sincosTTryyrxx式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线4-4 4-4 用解析法设计凸轮机构用解析法设计凸轮机构 4-5 4-5 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题一、 凸轮轮廓的加工1.铣、锉削加工 对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，
6、采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。 二、 滚子半径的确定 凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系r = r + rr当理论廓线内凹时此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)当理论廓线外凸时(可分为三种情况)r = r - rr1) r rr时 r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2) r = rr
7、 时r = 0，实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3) r rr 时r 0， ，即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。4-5 4-5 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题 压力角：压力角：不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力）与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。该力可分解为两个分力 ： 有效分力有效分力有害分力有害分力压力角越小，有效分力越大，机构传力越好。压力角越小，有效分力越大，机构传力越好。aasincosnxnyFFFF三、压力角及校核三、压力角及校核许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力角加以
8、限制，其许用值应远低于临界压力角，即 ：对移动从动件的推程对移动从动件的推程，取取a=30对摆动从动件的推程，取对摆动从动件的推程，取a=3545回程时，可取回程时，可取a=70 caaamax4-5 4-5 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题 4-6 4-6 凸轮常用材料和结构凸轮常用材料和结构低速、轻载：凸轮材料可选HT250、QT800-2、QT9002等，用球墨铸铁时，轮廓表面可进行淬火处理，以提高其耐磨性。从动件受弯曲应力大，不用脆性材料，可选中碳结构钢，高副端表面淬火至4050HRC。为减小冲击，也可选用质量小的尼龙作为从动件材料。中速、中载：凸轮常用45、45Cr、20Cr、20CrMn等材料，从动件可用20CR等低碳合金钢，并经表面淬火，低碳合金钢应渗碳淬火，渗碳层深0.8-1.5mm，使硬度达5662HRC。高速、重载：凸轮可用40CR等中碳合金钢。表面高频淬火至5660HRC，或用38CrMoAl，经渗氮处理至6067HRC，但渗氮表层脆而不宜受冲击。从动件则可用T8、T10等碳素工具钢，经表面淬火处理。一、常用材料及热处理 4-6 4-6 凸轮常用材料和结构凸轮常用材料和结构二、凸轮的结构 整体式凸轮与轮毂可调整组成凸轮的部分可调整 三、滚子从动件结构专门制造的圆柱体滚动轴承销轴联接4-6 4-6 凸轮常用材料和结构凸轮常用材料和结构
