1、凸轮机构设计凸轮机构设计 任务一任务一 从动件位移曲线的绘制从动件位移曲线的绘制 任务二任务二 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 任务三任务三 凸轮机构压力角和基圆半径的确定凸轮机构压力角和基圆半径的确定 凸轮机构设计凸轮机构设计 任务一任务一 从动件位移曲线的绘制从动件位移曲线的绘制【任务描述任务描述】已知某凸轮机构的运动规律为：凸轮从起始位置转过120时，从动件以等速运动规律上升30mm，再转过150时，从动件以等加速等减速运动规律回到最低位置，凸轮转过其余90时，从动件在最低位置静止不动。绘制该凸轮机构的位移曲线。【相关知识相关知识】组成：凸轮、从动件、机架三部分特点：结构简单、紧凑
2、，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意的运动规律。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损；磨损后会影响运动规律的准确性，因此只适用于传递动力不大的场合 一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用1、内燃机配气机构2、靠模车削机构 3、自动送料机构 4、分度转位机构 二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类 1按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮 （2）移动凸轮（3）圆柱凸轮 （4）曲面凸轮2按从动件的形状分类（1）尖顶从动件 （2）滚子从动件（3）平底从动件 （4）曲面从动件3按从动件的运动形式分类（1）移（直）动从动件 （2）摆动从动件4、按从动件与凸轮维持高副接触（锁合）的方式分类（1）力锁合
3、 （2）形锁合5、按从动件导路中心线是否通过凸轮回转中心分类（1）对心从动件 （2）偏置从动件三、凸轮和滚子的材料三、凸轮和滚子的材料 主要失效形式：磨损和疲劳点蚀 基本要求：表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度；经常受 到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。凸轮材料：40Cr钢（经表面淬火，硬度为4045HRC）；20Cr、20CrMnTi（渗碳淬火，表面硬度为5662HRC）滚子材料：20Cr（渗碳淬火，表面硬度为5662HRC），滚动轴承 四、从动件的常用运动规律四、从动件的常用运动规律1、平面凸轮机构的工作过程和基本参数基圆：以凸轮轮廓的最小向径rb为半径所作的圆称为基圆。推
4、程：从动件从最低位置上升到最高位置的过程。推程运动角：0 升程：从动件在推程阶段上升的距离远程休止：远程休止角s 回程 回程运动角0 近程休止 近程休止角s 注意：0s 0s=2 并不是所有的凸轮机构都包含四个工作过程 位移曲线：以从动件的位移s为纵坐标，对应的凸轮转角为横坐 标，将凸轮转角或时间与对应的从动件位移之间的函数 关系用曲线表达出来的图形称为从动件的位移曲线。运动规律：位移s、速度v、加速度a随时间t（或凸轮转角）的变 化规律，称为从动件的运动规律 2、从动件常用的运动规律（1）等速运动规律 从动件推程或回程的运动速度为常数的运动规律，称为等速运动规律。推程阶段回程阶段 从动件在推
5、程（或回程）开始和终止的瞬间，速度有突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲击、噪声和磨损，这种冲击为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。（2）、等加速等减速运动规律 前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动 推程阶段回程阶段 这种运动规律的加速度在A、B、C三处存在有限的突变，因而会在机构中产生有限的冲击，这种冲击称为柔性冲击。等加速等减速运动规律适用于中速、中载的场合。推程阶段（3）、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）回程阶段 此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变，故也存在柔性冲击，只适用于中速场合。但当从动件作无停歇的升降升连续往复运动
6、时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速场合。（4）、正弦加速度运动规律 从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。【任务实施任务实施】1、绘制直角坐标系，横轴代表凸轮转角，纵轴代表从动件位移s。2、选取长度比例尺l=1:1，角度比例尺=6/mm。在横轴上按照0=120 （20mm），0=150（25mm），s=90（15mm），作出0、0、s。在纵轴上按照升 程 =30mm做出h。3、由于推程阶段为等速运动规律，所以按照=0时从动件位移s=0和=0时从动件位 位移s=30mm，就可以作出推程阶段的位移曲线。4、由于回程
7、阶段为等加速等减速运动规律，其位移曲线作图步骤为：（1）将0等分为两等份找到0/2点；从动件回程阶段的位移也等分为两等份，找到h/2点。将（0-0/2）段和（hh/2）段进行相同等分（图示为4等分），得到等分点5、6、7、8和5、6、7、8。（2）过6、7、8、9作横轴的垂线，与O5、O6、O7、O8相交得到四个交点，光滑连接O和这四个交点就得到回程阶段的等加速位移曲线（3）将（0/20）段和（h/20）段进行相同等分（图示为4等分），得到9、10、11、12和9、10、11、12（4）过9、10、11、12作横轴的垂线，与O9、O10、O11、O12相交得到四个交点，光滑连接这些交点得到回程
8、阶段的等减速位移曲线。5、远程休止阶段的位移曲线为与横轴重合的直线。s121110987651211109876530360270120任务二任务二 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计【任务描述任务描述】凸轮转角0180180300300360从动件的运动规律等速上升30 mm等加速等减速下降回到原处停止不动 已知凸轮逆时针回转，其基圆半径rb=30 mm，从动件的运动规律为：试设计此凸轮轮廓曲线。【相关知识相关知识】一、解法设计凸轮轮廓曲线一、解法设计凸轮轮廓曲线 1、图解法的原理 反转法 给整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（），于是凸轮静止
9、不动，而从动件则与机架（导路）一起以角速度（）绕凸轮转动，且从动件仍按原来的运动规律相对导路移动（或摆动）。2、对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计【任务实施任务实施】（a）取适当比例尺作位移线图选取长度比例尺和角度比例尺为L=0.002（m/mm）,=6（度/mm）按角度比例尺在横轴上由原点向右量取 30mm、20mm、10mm分别代表推程角180、回程角120、近停程角60。每30取一等分点等分推程和回程，得分点1、2、10，停程不必取分点，在纵轴上按长度比例尺向上截取15mm代表推程位移30mm。按已知运动规律作位移线图。（b）作基圆取分点任取一点O为圆心，以点B为从动件尖顶的最低点，由
10、长度比例尺取rb=15mm作基圆。从B点始，按（）方向取推程角、回程角和近停程角，并分成与位移线图对应的相同等分，得分点B1、B2、B11与B点重合。（c）画轮廓曲线连接OB1并在延长线上取B1B1=11得点B1，同样在OB2延长线上取B2B2=22，直到B9点，点B10与基圆上点B10重合。将B1、B2、B10联接为光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线 3、滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计（1）把尖顶从动件位移曲线上的点看作是滚子中心，其运动轨迹 就是凸轮的理论轮廓曲线。（2）以理论廓线上的点为圆心，滚子半径为半径画一系列滚子 圆，然后作滚子圆的包络线即得滚子从动件盘形凸轮轮廓的 实际廓线。二、二、
11、解析法设计凸轮轮廓曲线解析法设计凸轮轮廓曲线凸轮理论廓线方程：x=（s0+s）sin+ecos y=（s0+s）cosesin凸轮实际廓线方程：x=xrT cos y=yrT sin三、凸轮的加工三、凸轮的加工（1）划线加工法 （2）展成加工法（3）仿形加工法 （4）数控加工法任务三任务三 凸轮机构压力角和基圆半径的确定凸轮机构压力角和基圆半径的确定【任务描述任务描述】在如图2-3-15所示的偏心圆凸轮机构中，已知圆的直径d=40mm，偏心距e=10mm，试求该凸轮机构的基圆半径，从动件的最大位移并作出凸轮顺时针转过90时机构的压力角。【相关知识】一、凸轮机构的压力角一、凸轮机构的压力角 压力
12、角：从动件运动方向与其受力F方向之间所夹的锐角称为压力角。有效分力Ft和有害分力Fn之间的关系：Fn=Fttan 自锁：当增大到一定程度，以致Fn所引起的摩擦阻力大于有用分 力Ft时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能 运动，这种现象称为自锁 从改善受力情况，提高效率，避免自锁的角度考虑，压力角越小越好。设计凸轮机构时规定最大压力角max要小于许用压力角。推程（工作行程）：移动从动件 =30；摆动从动件 =45。回程：因受力较小且无自锁问题，通常=80二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定2220tansvsrr基圆半径r0越小，压力角越大 凸轮基圆半径的确定方法：1、根据凸轮的结构确
13、定r0凸轮轴：r0=r+rT+25mm 凸轮装在轴上：r0=(1.51.7)r+rT+25mm 2、根据 max 确定基圆最小半径r0min 诺模图三、滚子半径的选择三、滚子半径的选择 设理论轮廓上最小曲率半径为min，滚子半径为rT及对应的实际轮廓曲线半径a 1凸轮理论轮廓的内凹部分凸轮理论轮廓的内凹部分 2凸轮理论轮廓的外凸部分凸轮理论轮廓的外凸部分 a=min-rT（1）当min rT时，a 0，实际轮廓为一平滑曲线。（2）当min=rT时，a=0，在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点，这种尖点极易磨损，磨损后就会改变从动件预定的运动规律。（3）当min rT时，a 0，这时实际轮廓曲线发生相交，图中阴影部分的轮廓曲线在实际加工时被切去，使这一部分运动规律无法实现，造成运动失真现象。a=min+rT
