1、第五讲第五讲主讲教师：曾平学时：主讲教师：曾平学时：第三章第三章凸轮机构凸轮机构学习内容学习内容学习要求学习要求思考题与习题思考题与习题第三章第三章 凸轮机构凸轮机构学习内容学习内容1 12 23 31 12 23 3 凸轮机构是一种常用的高副机构凸轮机构是一种常用的高副机构, ,广广泛用于各种和自动控制装置中。泛用于各种和自动控制装置中。1 12 23 3 具有曲线轮廓具有曲线轮廓 或凹槽的构件或凹槽的构件, , 是是 主动件主动件, , 通常等速通常等速 转动。转动。 由凸轮控制按其运动规由凸轮控制按其运动规 律作移动或摆动运动的构件。律作移动或摆动运动的构件。支承活动构件的构件。支承活动
2、构件的构件。 凸轮机构是凸轮机构是高副机构，易高副机构，易于磨损，但可于磨损，但可实现各种复杂实现各种复杂的运动规律的运动规律, ,因因此常用于传递此常用于传递动力不大的场动力不大的场合。合。内燃机配气机构内燃机配气机构缝纫机的圆柱凸轮挑线机构缝纫机的圆柱凸轮挑线机构分度转位机构分度转位机构1 12 23 32 23 31 11 12 23 3a)b)c)具有变化向径的盘形构件具有变化向径的盘形构件具有曲线轮廓作往复移动的构件具有曲线轮廓作往复移动的构件在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆 柱端面上作出曲线轮廓的构件柱端面上作出曲线轮廓的构件这种从动件结构简单这种从动件结构
3、简单, , 但但易磨损易磨损, ,适用于传力不大速度较低的场合适用于传力不大速度较低的场合. .将从动件与凸轮的接触由将从动件与凸轮的接触由 滑动摩擦变为滚动摩擦滑动摩擦变为滚动摩擦, ,磨损较小磨损较小, ,可用于可用于 传递较大的动力传递较大的动力, ,应用较广应用较广. .a)a)b)b)c)c)凸轮对于这种从动件的作凸轮对于这种从动件的作 用力始终垂直于从动件的平底用力始终垂直于从动件的平底, , 受力平稳受力平稳 且接触面间易形成油膜且接触面间易形成油膜, ,润滑好润滑好, ,可用高速可用高速. . c)c)a)a)b)b)利用弹簧力或自重保利用弹簧力或自重保持从动件与凸轮始终接触持
4、从动件与凸轮始终接触. .靠从动件几靠从动件几何形状或利用凸轮上的凹槽使从动件与何形状或利用凸轮上的凹槽使从动件与凸轮始终接触凸轮始终接触. .几何锁合几何锁合力锁合力锁合 以理论理论廓线上最小向径廓线上最小向径为半径所画的圆为半径所画的圆即为基圆即为基圆. .半径用半径用rmin表示。表示。从动件从最低位置到从动件从最低位置到最高位置沿导路方向最高位置沿导路方向的距离称为升程的距离称为升程, ,用用h h表示。摆动从动件即表示。摆动从动件即为最大摆角用为最大摆角用 表表示。示。max 从动件从最低从动件从最低位置移到最高位置位置移到最高位置时时, , 对应凸轮的转对应凸轮的转角。角。 从动件
5、在最高位从动件在最高位置静止不动置静止不动, , 对应凸对应凸轮的转角。轮的转角。 从动件从最高从动件从最高位置移到最低位置位置移到最低位置时时, , 对应凸轮的转对应凸轮的转角。角。 从动件在最低从动件在最低位置静止不动时位置静止不动时, ,凸轮的转角。凸轮的转角。 t th拻拻s ssrminh h 1 从动件运动形式：从动件运动形式：a)a)升升- -停停- -降降- -停停s t s h 1 2S0b)b)升升- -停停- -降降0s t h 1 2Sc)c)升升- -降降- -停停0t s h 1 2Sd)d)升升- -降降0t h 1 2S 图为对心尖顶图为对心尖顶从动件盘形凸轮从
6、动件盘形凸轮机构，凸轮回转机构，凸轮回转时，从动件重复时，从动件重复升升停停降降停停的运动循环。的运动循环。 从动件的位从动件的位移移s与凸轮转角与凸轮转角的关系可以用从的关系可以用从动件的位移线图动件的位移线图来表示，如右图来表示，如右图所示。所示。 从动件运动规律从动件运动规律凸轮轮廓凸轮轮廓tvvdtsdtdvavv0220202S12dds 2122dsd h h1 1 1 0 00 00 0t 8 88 8th 此种运动规律在运动此种运动规律在运动开始和终了点速度有突变开始和终了点速度有突变，存在，存在刚性冲击。刚性冲击。 这种运动规律在运动的始末和中点位置这种运动规律在运动的始末和
7、中点位置加速度存在有限值的突变加速度存在有限值的突变, ,会导致会导致柔性冲击柔性冲击. . 2s12dds 2122dsd 1 h ht 1 1 222022012220112sa tdsva tdd saad S S2 2t h h0 01 12 23 34 45 56 61 2 21 14 45 56 63 3 12dds 2122dsd 此种运动规此种运动规律由于加速度在律由于加速度在运动开始和终了运动开始和终了存在有限值的突存在有限值的突变变, , 所以也有柔所以也有柔性冲击性冲击, , 但可避但可避免。免。 此种运动此种运动规律加速度曲规律加速度曲线没有突变线没有突变, , 因而无
8、冲击。因而无冲击。0 0sh h0 0dsdd sd22第六讲第六讲主讲教师：曾平学时：主讲教师：曾平学时： 1 1( )作图法：采用作图法：采用反转法反转法 将整个机构加上一将整个机构加上一个个 ，保证各，保证各构件间的相对运动构件间的相对运动不变。不变。 1（ ）设计方法：作图法，解析法设计方法：作图法，解析法反转法原理反转法原理加角速度加角速度-(与凸轮角速度大小相等、方向相反与凸轮角速度大小相等、方向相反) )从动件与导路以角速度从动件与导路以角速度- 绕凸轮转动绕凸轮转动凸轮静止不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尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动
9、从动件相对导路移动 对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径线是与理论轮廓曲线相距滚子半径r rT T的一条等距曲线。的一条等距曲线。 已知：从动件运动规律（已知：从动件运动规律（ 如图示），如图示），基圆半径基圆半径rmin, ,滚子半径滚子半径r rT T, , 顺时针转动。顺时针转动。求满足上述要求的凸轮廓线。求满足上述要求的凸轮廓线。1解：选解：选 画出从动画出从动件运动规件运动规律。律。lS设计步骤：
10、设计步骤： 1 1）画出基圆，）画出基圆，以以B B0 0(C(C0 0) )为从为从动件尖顶的起动件尖顶的起始点。始点。0rmin 1B0(C0)1( )2)2)将位移线将位移线图与基圆分图与基圆分别等分成相别等分成相对应的对应的 1212等份，等份，C C0 0,C,C1 1, ,C C2 2.C.C1111。10 11 121 2 36 7 854912345678C11C2C1C3C4C5C6C7C8C9C103)3)过过C1,C2,C3C1,C2,C3.C11.C11各点作各点作自基圆起量取自基圆起量取从动件位移量从动件位移量即：即：CiBiCiBi=ii,=ii,得反转后的得反转后
11、的Bi(iBi(i=1,2,3.=1,2,3.11)11) B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B114 4）将）将B B0 0,B,B1,1, B B1111各点连成各点连成光滑曲线，便光滑曲线，便得到所求的凸得到所求的凸轮的理论廓线轮的理论廓线再以再以r rminmin为半为半径，以理论廓径，以理论廓线上各点为圆线上各点为圆心画圆包络实心画圆包络实际廓线。际廓线。 已知已知: :从动件运动规律从动件运动规律, ,凸轮转向为顺时凸轮转向为顺时针针, ,基圆半径基圆半径rmin。求求: :凸轮廓线。凸轮廓线。 1rmin1803600oooS21 解解: : 选选 , ,画画出从动件运动
12、出从动件运动规律和凸轮的规律和凸轮的起始位置起始位置. .以以下步骤同上下步骤同上. . l 1rmin() 11803600oooS21 已知已知: :从动件运动规律从动件运动规律, ,rmin, ,凸轮与从动件凸轮与从动件的中心距的中心距O O1 1O O2 2=a,=a,从动件杆长从动件杆长O O2 2B B0 0=L,=L,滚子半径滚子半径为为r rT T, ,凸轮顺时针转动凸轮顺时针转动, ,从动件摆动方向如图从动件摆动方向如图. .求求: :凸轮廓线。凸轮廓线。0180360ooo1 max2 aLO1O2B0 130minr 1/ mm解解: : 选比例选比例画出从动件画出从动件
13、运动规律和运动规律和凸轮的起始凸轮的起始位置位置. . 以下以下步骤同上步骤同上. . max 300B0O1O2 1() 1701 234 5 68 9 10O2(1)O2 2( )O2 3( )O2 4( )O2 5( )O2 6( )O2 7( )O2 8( )O2 9( )B1B2B3B4B5B6B7B8B9滚子中心的轨迹线滚子中心的轨迹线. .凸轮的可见轮廓线凸轮的可见轮廓线. .理论廓线与实际廓线重合。理论廓线与实际廓线重合。理论廓线与实际廓线在法理论廓线与实际廓线在法 线方向上互为等距曲线线方向上互为等距曲线. . 小结：小结：1 1、滚子半径选择、滚子半径选择rT理论廓线理论廓
14、线实际廓线实际廓线 此时，对滚子半径大此时，对滚子半径大小没有限制，凸轮工作小没有限制，凸轮工作轮廓总是光滑曲线轮廓总是光滑曲线.）当）当 时，时，0,a Tr 廓线被切除，运动失真。廓线被切除，运动失真。2 2、基圆半径对凸轮机构的影响、基圆半径对凸轮机构的影响基圆越小基圆越小 (1) (1) 要考虑凸轮强度；要考虑凸轮强度； (2)(2)安装时要考虑基圆与轮毂的尺寸协调，安装时要考虑基圆与轮毂的尺寸协调，一般一般r rminmin应大于轮毂半径，取应大于轮毂半径，取r rminmin （0.80.81 1）轮）轮毂半径。毂半径。但还应考虑：但还应考虑：凸轮机构越紧凑凸轮机构越紧凑总之，基圆
15、愈大总之，基圆愈大, ,凸轮推程廓线愈平缓凸轮推程廓线愈平缓; ;基圆愈小基圆愈小, ,凸轮推程廓线愈陡峻。凸轮推程廓线愈陡峻。接触部分磨损严重，甚至引起机构自锁。接触部分磨损严重，甚至引起机构自锁。在结构允许的范围内，不宜将基圆半径选得过小。在结构允许的范围内，不宜将基圆半径选得过小。作图设计题作图设计题 一凸轮从动件运动规律如下表，试绘制从一凸轮从动件运动规律如下表，试绘制从动件位移线图。动件位移线图。凸轮转角凸轮转角从动件位移从动件位移按等速运动按等速运动规律上升规律上升静止静止按等速运动按等速运动规律下降规律下降40mm静止静止S1800270180360330330270 40hmm
16、 解：解：s 1020304090180270360在图示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机在图示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓线为一圆，其圆心构中，凸轮的实际轮廓线为一圆，其圆心在在A A点，半径点，半径R=40mmR=40mm，凸轮转动方向如图所，凸轮转动方向如图所示，示， ，滚子半径，滚子半径 。25OAlmm 10Trmm 作图设计题 1.1.凸轮的理论轮廓线为凸轮的理论轮廓线为何种曲线？何种曲线？2.2.求凸轮的基圆半径求凸轮的基圆半径 , , 并绘出基圆。并绘出基圆。3.3.求从动件的升程求从动件的升程h h。 brA1 ROBrTA1 ROBrT 为半径为半径 的
17、圆。的圆。401050TRrmm 0 1.1.凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径 br凸轮理论廓线的最小向径称为凸轮理论廓线的最小向径称为凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径 ，因此，连，因此，连接偏心圆的圆心接偏心圆的圆心A A和凸轮转动中和凸轮转动中心心O O，并延长使其与理论轮廓线，并延长使其与理论轮廓线 相交相交c c点，则即为理论轮廓点，则即为理论轮廓线线 上的最小向径，它即为凸上的最小向径，它即为凸轮的基圆半径轮的基圆半径 。br0 0 br0 r rb b23()40102525bACAOTAOrllRrlmm C解：选取适当比例尺解：选取适当比例尺 作图。作图。凸轮的理论廓线凸轮的理论廓线0
18、 2.2.从动件的升程从动件的升程h h从动件上升的最大距离从动件上升的最大距离h h称为称为从动件的升程。它等于理论廓从动件的升程。它等于理论廓线线 的最大与最小向径之差。的最大与最小向径之差。0 ()OATbhlR rr 25401025 50mm A1 ROBrT0 r rb b23C因此因此思考题与习题思考题与习题1.1.凸轮机构主要用于哪些场合？试举例说明。凸轮机构主要用于哪些场合？试举例说明。2.2.凸轮机构由哪些构件组成？与平面连杆机构凸轮机构由哪些构件组成？与平面连杆机构相比有何特点？相比有何特点？3.3.凸轮机构有哪些分类方法？凸轮机构有哪些分类方法？4.4.凸轮机构常用的运
19、动规律有哪些？各有什么凸轮机构常用的运动规律有哪些？各有什么特点？特点？5.5.什么是刚性冲击什么是刚性冲击? ?什么是柔性冲击什么是柔性冲击? ?6.6.如何理解反转法原理？在图解法设计时如何如何理解反转法原理？在图解法设计时如何体现？体现？思考题与习题思考题与习题 7. 7.如图所示为滚子式对心如图所示为滚子式对心直动从动件盘形凸轮机构。直动从动件盘形凸轮机构。已知：圆盘半径已知：圆盘半径 mmmm，偏心距偏心距 mmmm，滚子半径，滚子半径 mmmm，试确定凸轮的，试确定凸轮的基圆半径基圆半径 ；标出图示位；标出图示位置机构的压力角置机构的压力角 、凸轮的、凸轮的推程运动角推程运动角 ；并确定从动；并确定从动件的升程件的升程 。 30R10e10Trt hbro o
