1、CH四、凸轮机构四、凸轮机构（cams）应用及分类应用及分类从动件的运动规律从动件的运动规律凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计凸轮设计应注意的问题凸轮设计应注意的问题1 概概 述述 1、凸轮机构的构成和应用实例、凸轮机构的构成和应用实例 典型的凸轮机构，它由曲线轮廓的构件凸轮（cams），作往复直线运动或摆动的从动件（follower）及机架（framework）三部分组成。凸轮机构的构成：凸轮机构的构成：从动件从动件凸轮凸轮滚子滚子机架机架典型的凸轮机构的工作原理应用实例：应用实例：2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类 1）按照凸轮的形状）按照凸轮的形状 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮
2、圆柱凸轮 平面凸轮机构平面凸轮机构 空间凸轮机构空间凸轮机构 disk camtranslating camcylinder cam2）按照从动件的形状）按照从动件的形状尖顶从动件尖顶从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件 曲底从动件曲底从动件 3）按照从动件的运动形式）按照从动件的运动形式 直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件 4）按照维持凸轮与从动件高副接触的方式）按照维持凸轮与从动件高副接触的方式 力封闭力封闭 型封闭型封闭 槽凸轮机构槽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构尖顶从动件对心直动力封闭盘形凸轮机构 命名该凸轮机构rbh s s s s D
3、D0B0B sO,t360基圆基圆 基圆半径基圆半径rb推程推程推程运动角推程运动角 升距升距h远休止远休止远休止角远休止角 s回程回程回程运动角回程运动角 近休止近休止近休止角近休止角 s B 位移曲线位移曲线3、凸轮机构的有关名词、凸轮机构的有关名词 2 凸轮从动件的常用运动规律凸轮从动件的常用运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律 直动从动件直动从动件 ssvvaa(),(),()摆动从动件摆动从动件 (),(),()vdsdtdsdddtdsdad sd22222.dtsdadtdsv1.多项式类运动规律多项式类运动规律 1）、匀速运动规律）、匀速运动规律svtshvha0存在着存在
4、着刚性冲击刚性冲击。只能。只能用于低速轻载工况用于低速轻载工况 缺点：缺点：运动规律2)、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）（抛物线运动规律）a=常数常数 起、中、终点加速度起、中、终点加速度有有限突变限突变，有限惯性力引，有限惯性力引起起柔性冲击柔性冲击 v=a t 两段斜直线两段斜直线 两段抛物线两段抛物线 用于用于低低中速中速221taS 两段抛物线 t=1:2:3:4 S=1:4:9:16221taS 149410149410h1423560s3）、）、3-4-5多项式运动规律多项式运动规律scccccc0122334455 0满足条件 时，s=0,v=0,a
5、=0 时，s=h,v=0,a=0vccccc()123243542345acccc2234254261220()cccchchch012334455010156,shvhah()()()1015630603060180120334455324354234253则有 速度、加速度曲线均为连续曲线，没有冲击。可以用于高速凸轮。优点：shvhah()()()1015630603060180120334455324354234253shvhah()()()1015630603060180120334455324354234253选取的多项式为2次时，其加速度有限的突变，称为柔性冲击。选用的多项式次数越
6、高，满足的要求也就越多，从动件的运动特性就越好。但是，次数过高时，对加工误差的敏感性高。scccccc0122334455分析得到：分析得到：2.三角函数类运动规律三角函数类运动规律 加速度选用三角函数形式的运动规律.1)、余弦加速度运动规律、余弦加速度运动规律 (又称简谐运动规律)cos(22hhs余弦加速度运动规律正弦加速度运动规律shhvhah2222222cos()sin()cos()0 0180升程的开始和结束时，加速度有有限的突变，这将引起柔性冲击柔性冲击。0 0180shhvhah2222222cos()sin()cos()shhvhah2222222cos()sin()cos(
7、)2）正弦加速度运动规律）正弦加速度运动规律 (又称摆线运动规律)sinRRs 2,2hR)2sin(2)2cos()2sin(222hahhvhhs得：)2sin(2)2cos()2sin(222hahhvhhs)2sin(2)2cos()2sin(222hahhvhhs摆线运动规律即无刚性冲击，也无柔性冲击。3.运动规律的拼接运动规律的拼接 当单一的运动规律不能满足运动要求时，可以将几个运动规律拼接，得到要求的运动规律。5次多项式和匀速运动规律拼接 4.选择从动件运动规律的原则选择从动件运动规律的原则 a)从动件的最大速度要尽量小，这样，可减小 从动件的最大动量。1)如果生产上对从动件有运
8、动规律要求，则按照要求进行设计。如果生产上对从动件有运动规律要求，则按照要求进行设计。2)如果生产上只有升程的要求，则应注意如果生产上只有升程的要求，则应注意 b)从动件的最大加速度要尽量小，且无突变，这样，可减小从动件的最大惯性力，减少冲 击。c)从动件的最大跃度(加速度的导数)要尽量小，这样，从动件的运转平稳性提高。3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 已知凸轮从动件的运动规律和基本参数后，可进行凸轮轮廓设计。设计方法 图解法解析法 反转法反转法1、凸轮设计的基本原理、凸轮设计的基本原理 给整个凸轮机构加一个给整个凸轮机构加一个 ，这时，这时，凸轮静止不凸轮静止不动动，从动件作两个运动：，
9、从动件作两个运动：1）、绕）、绕O以以 反转；反转；2）、相对与机架以给定的运动规律运动。）、相对与机架以给定的运动规律运动。)()(2、凸轮轮廓设计、凸轮轮廓设计 rbOs 1 3 5 7 8 60 120 90 90 60 120 1 2 90 A90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，凸轮，凸轮角速角速度度 和从动件的运动规律，设计该凸和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线轮轮廓曲线。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9
10、12 13 14 14131211109151 1）、）、尖顶尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计直动从动件盘形凸轮轮廓设计 eA已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度，角速度 和从动件的运动规律及偏心距和从动件的运动规律及偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。选比例尺选比例尺 l，作位移作位移曲线、基圆曲线、基圆rb和偏距圆和偏距圆e。设计步骤设计步骤 等分位移曲线及反向等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的对应于各等分点的从动件的位置。位置。O 6 1 2 3 4 5 7 8 1514 13 12 11 10 9 1514
11、131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 1312 14 10 确定反转后从动件尖确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置顶在各等分点占据的位置。将各尖顶点连接成一将各尖顶点连接成一条光滑曲线。条光滑曲线。尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计偏置偏置rbOA已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，滚子半，滚子半径径rr、凸轮、凸轮角速度角速度 和从动件的运动和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。规律，设
12、计该凸轮轮廓曲线。以以滚子中心作为从动件尖顶滚子中心作为从动件尖顶，作理论轮廓曲线。作理论轮廓曲线。设计步骤设计步骤以以理论轮廓曲线上各点为圆心，理论轮廓曲线上各点为圆心，作滚子圆族及滚子圆族的内包络线，作滚子圆族及滚子圆族的内包络线，得实际轮廓曲线。得实际轮廓曲线。理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 2.滚子移动从动件盘形凸轮廓
13、线的设计滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心对心理论理论廓线廓线实际实际廓线廓线滚滚子子rr 实际轮廓实际轮廓凸轮与从凸轮与从动件直接接触的廓线，动件直接接触的廓线，为凸轮的工作廓线。为凸轮的工作廓线。实际廓线与理论廓线是法向等距曲线。实际廓线与理论廓线是法向等距曲线。基圆基圆以凸轮以凸轮上的最小半径为上的最小半径为半径所画的圆。半径所画的圆。对于尖顶从动件来说，凸轮的理论轮廓和实际对于尖顶从动件来说，凸轮的理论轮廓和实际轮廓重合。轮廓重合。理论轮廓理论轮廓对于滚子从对于滚子从动件，把滚子圆心看作从动件，把滚子圆心看作从动件的尖点，该点的运动动件的尖点，该点的运动轨迹称为凸轮的理论廓线。轨迹称
14、为凸轮的理论廓线。3、平底从动件盘形凸轮轮廓设计、平底从动件盘形凸轮轮廓设计4、摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构 已知：凸轮以等角速 顺时针回转，已知凸轮基圆半径 ，凸轮与摆动从动件的中心距a，从动件长度l，从动件最大摆角 ，以及从动件的运动规律，求作此凸轮的轮廓曲线。0rmax1）、取比例尺，画出运动线图、基圆、从动件初始位置和a为 半径，凸轮转动中心为圆心的 圆；设计步骤设计步骤：2）、将线图的推程部分和回程部 分分为若干等分（图中各为四 等分）；3）、将以a为半径的圆分成相应 的等分；4）、在对应的位置上，画出从动 件相对与机架运动的角度，得 到凸轮轮廓上的若干点；5)、这
15、些点用一光滑曲线连接，便得到尖底摆动从动件盘形凸 轮机构的凸轮轮廓曲线。4、解析法、解析法 1）、理论轮廓曲线方程）、理论轮廓曲线方程 已知偏距e、基圆半径 、从动件的运动规律 、凸轮转向、从动件偏置方向，求该凸轮机构的理论轮廓、实际轮廓的解析表达式。0r)(ss cossin)(sincos)(00essyessx2200ers其中：理论轮廓曲线方程理论轮廓曲线方程2222)/()/(/)/()/(/ddyxdxddxryYddyxdxddyrxXTT实际轮廓的曲线方程实际轮廓的曲线方程4 凸轮机构基本参数的确定凸轮机构基本参数的确定1、凸轮机构的压力角、凸轮机构的压力角 F FF自锁限制：
16、CnnO Bes0sDrb ds d vvP2、压力角与凸轮回转中心位置、压力角与凸轮回转中心位置和基圆半径的关系和基圆半径的关系 220/erseddsarctgmax 3、滚子、平底从动件凸轮机构滚子、平底从动件凸轮机构 实际轮廓曲线的失实际轮廓曲线的失 真和变尖问题真和变尖问题 TrTrTr变尖失真 rr a rr 0结论结论对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使 min rr。轮廓失真轮廓失真 a rr rr arr 0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹轮廓内凹轮廓 a rr rr a rr轮廓正常轮廓正常外凸轮廓外凸轮廓 a 理论轮廓曲线理论轮廓曲线 实际轮廓曲线实际轮廓曲线 rrrrrr作作 业：业：4-10、4-14、4-17思考题思考题:4-3、4-4总 结 1、凸轮机构的分类、命名和应用 2、常见的运动规律及特点，选择的原则、常见的运动规律及特点，选择的原则 3、凸轮轮廓设计的基本原理和方法、凸轮轮廓设计的基本原理和方法 4、设计中的注意事项复 习一、概一、概 述述 凸轮机构的构成凸轮机构的构成凸轮机构的分类凸轮机构的分类有关名词有关名词二、常用运动规律常用运动规律匀速运动匀速运动三角函数类运动三角函数类运动运动规律的拼接运动规律的拼接 选择原则选择原则三、凸轮轮廓曲线设计三、凸轮轮廓曲线设计图解法图解法解析法解析法
