10.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成10.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程和常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律思考題

10.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的基本組成

凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成，如圖10-1所示。在凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪通常作主動(dòng)件并作等速回轉(zhuǎn)或移動(dòng)，借助其曲線輪廓(或凹槽)使從動(dòng)件作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)(擺動(dòng)或移動(dòng))。10.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成只要改變凸輪輪廓的外形，就能使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)不同要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但凸輪機(jī)構(gòu)中包含有高副，因此不宜傳遞較大的動(dòng)力。此外，凸輪的曲

線輪廓加工制造比較復(fù)雜，所以凸輪機(jī)構(gòu)一般適用于實(shí)現(xiàn)特殊要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律且傳力不太大的場(chǎng)合。圖10-1凸輪機(jī)構(gòu)的組成10.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型

1.凸輪的種類

1)盤(pán)形凸輪

僅具有徑向廓線尺寸變化并繞其軸線旋轉(zhuǎn)的凸輪稱為盤(pán)形凸輪。盤(pán)形凸輪是一個(gè)具有變化半徑的圓盤(pán)形構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是凸輪最基本的形式。1—滑塊；2—連桿；3—擺桿；4—盤(pán)形槽凸輪圖10-2盤(pán)形槽凸輪送料機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪分為兩種：利用外輪廓推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的稱為盤(pán)形外輪廓凸輪，如圖10-1所示；利用曲線溝槽推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的凸輪稱為盤(pán)形槽凸輪，如圖10-2所示。

當(dāng)盤(pán)形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，即成為圖10-3所示的移動(dòng)凸輪。移動(dòng)凸輪通常作往復(fù)直線移動(dòng)。移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)常用于靠模仿型機(jī)械中。圖10-3移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)

2)柱體凸輪

輪廓曲線位于圓柱面上并繞其軸線旋轉(zhuǎn)的凸輪稱為柱體凸輪，如圖10-4所示。柱體凸輪是具有曲線溝槽的圓柱體構(gòu)件。1—柱體凸輪；2—擺動(dòng)從動(dòng)件；3—機(jī)架圖10-4柱體凸輪機(jī)構(gòu)

2.從動(dòng)件的種類

根據(jù)從動(dòng)件端部結(jié)構(gòu)形式，從動(dòng)件主要有尖頂、滾子和平底三種形式。根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式，可以分為移動(dòng)從動(dòng)件和擺動(dòng)從動(dòng)件。各種從動(dòng)件的主要特點(diǎn)如表10-1所示。表10-1從動(dòng)件的分類及特點(diǎn)10.1.3凸輪和從動(dòng)件的材料

凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，凸輪和從動(dòng)件的工作表面要求硬而且耐磨，并具有較高的接觸強(qiáng)度，一般采用45鋼調(diào)質(zhì)或40Cr鋼，或采用15鋼或20Cr鋼經(jīng)表面滲碳后淬火處理，可以達(dá)到更高的表面硬度。10.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程

凸輪機(jī)構(gòu)中常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式是凸輪作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，圖10-5所示為對(duì)心外輪廓盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)及從動(dòng)件位移曲線。尖頂從動(dòng)件與凸輪輪廓上點(diǎn)A接觸，處于最低位置，當(dāng)凸輪作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，尖頂從動(dòng)件在凸輪輪廓上依次與點(diǎn)B、點(diǎn)C、點(diǎn)D接觸，直至再回到點(diǎn)A，凸輪轉(zhuǎn)完一圈。在此過(guò)程中，從動(dòng)件作上下往復(fù)移動(dòng)。凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件將重復(fù)升—?！怠５倪\(yùn)動(dòng)。10.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程和常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖10-5凸輪機(jī)構(gòu)和從動(dòng)件位移曲線在凸輪機(jī)構(gòu)工作示意圖中，以凸輪輪廓最小半徑所畫(huà)的圓為凸輪的基圓，其半徑用r0表示。

從動(dòng)件自最低位置升高到最高位置的過(guò)程稱為推程，推動(dòng)從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)推程時(shí)的凸輪轉(zhuǎn)角φ1稱為推程角。從動(dòng)件在最高位置停止不動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ2稱為遠(yuǎn)停角。

從動(dòng)件自最高位置降低到最低位置的過(guò)程稱為回程，相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ3稱為回程角。

同理，從動(dòng)件在最低位置停止不動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ4稱為近停角。從動(dòng)件在推程或者回程中移動(dòng)的距離稱為行程，用h表示。

在位移曲線圖中，橫坐標(biāo)代表凸輪的轉(zhuǎn)角φ或運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件的位移s，曲線即為從動(dòng)件的位移曲線。從動(dòng)件的位移曲線直觀地表示了從動(dòng)件的位移變化規(guī)律，是凸輪輪廓設(shè)計(jì)的依據(jù)。10.2.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件上升(或下降)的速度為一常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于從動(dòng)件的移動(dòng)速度v和凸輪的角速度ω都是常數(shù)，所以從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角成正比例關(guān)系。因此，從動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移曲線為一傾斜直線(見(jiàn)圖10-5)。

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪，其輪廓工作曲線上各點(diǎn)的半徑與凸輪轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。因此，工作曲線輪廓制圖簡(jiǎn)單，加工時(shí)刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)，因而制造方便。但當(dāng)從動(dòng)件處于推程的開(kāi)始位置時(shí)，在凸輪開(kāi)始回轉(zhuǎn)的一瞬間，從動(dòng)件由靜止?fàn)顟B(tài)突然以速度v1上升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)從動(dòng)件上升到最高位置時(shí)，速度由v1驟變?yōu)?，使瞬時(shí)加速度達(dá)到無(wú)窮大而引起剛性沖擊(同理在回程時(shí)亦存在剛性沖擊)，使凸輪機(jī)構(gòu)在工作中引起強(qiáng)烈震動(dòng)，對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生很

大的破壞力。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪機(jī)構(gòu)只適用于凸輪作低速回轉(zhuǎn)、從動(dòng)件質(zhì)量小和輕載的場(chǎng)合。

2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件在行程(如推程)中先作等加速運(yùn)動(dòng)(上升)，后作等減速運(yùn)動(dòng)(上升)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常，加速段和減速段的時(shí)間相等，位移也相等(h/2)，加速度的絕對(duì)值也相等，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移曲線為拋物線。由于等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中，從動(dòng)件的加速度不是趨于無(wú)窮大，故沒(méi)有剛性沖擊，但加速度有一定程度的突變，仍有一定的沖擊，稱之為柔性沖擊。

從動(dòng)件上升段的等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移曲線如圖10-6所示。圖10-6等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線

1.什么是凸輪？凸輪機(jī)構(gòu)由哪幾個(gè)基本構(gòu)件組成？

2.凸輪機(jī)構(gòu)有哪些應(yīng)用特點(diǎn)？

3.什么是盤(pán)形凸輪？盤(pán)形凸輪和柱體凸輪的主要區(qū)別是什么？

4.凸輪機(jī)構(gòu)的