單元三：凸輪機(jī)構(gòu)知識導(dǎo)入：

試說出把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動的一些方法？把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成擺動的一些方法？3.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類；從動件常用的運(yùn)動規(guī)律任務(wù)呈現(xiàn)：敘述繞線機(jī)的工作原理，按1:1比例繪制凸輪角位移線圖。已知最大角位移βmax=50o，推程角Φ=180o、遠(yuǎn)休止角Φs=0o、回程角Φ′=180o、近休止角Φs′=0o。一、

凸輪機(jī)構(gòu)的概述：組成：凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架三部分組成。

凸輪:是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它通過與從動件的高副接觸，在運(yùn)動時(shí)可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動。

特點(diǎn)及使用場合：凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。相關(guān)知識：示例一:凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)示例二：靠模車削機(jī)構(gòu)示例三：自動送料機(jī)構(gòu)示例四：分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)二、凸輪機(jī)構(gòu)的類型1.按照凸輪的形狀不同可把凸輪分為以下幾種：盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪曲面凸輪2.按照從動件形狀分：尖頂式從動件：可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律，但易磨損，只適合受力小、低速和運(yùn)動要求精確的場合。滾子式從動件：耐磨損，可承受較大載荷。平底式從動件：受力平穩(wěn)，易形成油膜，適用于高速，但運(yùn)動規(guī)律受到一定限制。3.按照從動件運(yùn)動形式分：直動式：擺動式：4.按照凸輪與從動件保持接觸的方式分：力封閉式：幾何封閉式：如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等。如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等。三、常用的從動件運(yùn)動規(guī)律1、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)、基本參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)★基圓：以凸輪最小半徑r0所作的圓，r0稱為凸輪的基圓半徑?！锿瞥?、推程角：★遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角：★回程、回程角：★近休、近休止角：★行程：h★位移：s=r-r02、常用的從動件運(yùn)動規(guī)律1）等速運(yùn)動運(yùn)動特性：在始點(diǎn)和終止點(diǎn)有剛性沖擊。適用場合：低速、輕載。2）等加速—等減速運(yùn)動

運(yùn)動特性：在起點(diǎn)A、中點(diǎn)B和終點(diǎn)C有柔性沖擊。

適用場合：中速、輕載。3）余弦加速度運(yùn)動

運(yùn)動特性：在起點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)有柔性沖擊。適用場合：中速、中載。4）正弦加速度運(yùn)動運(yùn)動特性：沒有柔性沖擊，適用場合：用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。小結(jié)：等速運(yùn)動規(guī)律：有剛性沖擊低速、輕載等加速等減速運(yùn)動：柔性沖擊中速、輕載余弦加速度運(yùn)動規(guī)律：柔性沖擊中速、中載正弦加速度運(yùn)動規(guī)律：無沖擊高速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動特性適用場合3、從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇1）選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時(shí)，根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動要求來確定。2）對無一定運(yùn)動要求只需要有一定位移量的從動件，采用圓弧、直線等組成的凸輪機(jī)構(gòu)。3）對于高速機(jī)構(gòu)應(yīng)減小慣性力、改善動力性能，可選用正弦加速度運(yùn)動規(guī)律或其他改進(jìn)型的運(yùn)動規(guī)律。完成任務(wù)：

繞線機(jī)是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的設(shè)備如圖所示為繞線機(jī)，電機(jī)帶動繞線軸3轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪帶動凸輪1緩慢地轉(zhuǎn)動，通過凸輪輪廓與從動件擺桿2尖頂B之間的作用，驅(qū)使從動件勻速往復(fù)擺動，因而使線均勻地纏繞在軸上。學(xué)生訓(xùn)練：

試述夾緊凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理，指出凸輪機(jī)構(gòu)中的主動件、從動件。已知凸輪基圓的半徑rb=40mm，滾子半徑r=10mm，從動件的擺角15o，，從動件的推程角60o、回程角60o、遠(yuǎn)休止角45o、近休止角195o，推程、回程均采用等速運(yùn)動規(guī)律，畫出凸輪機(jī)構(gòu)的角位移線圖。1、凸輪機(jī)構(gòu)的組成；2、常見凸輪機(jī)構(gòu)的類型；3、凸輪運(yùn)動一般的循環(huán)過程，及運(yùn)動參數(shù)；4、從動件常用的運(yùn)動規(guī)律及特點(diǎn)。課堂小結(jié)謝謝！知識導(dǎo)入：

1、凸輪機(jī)構(gòu)的分類？2、從動件的常用運(yùn)動規(guī)律？3.2盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法任務(wù)呈現(xiàn)：

已知：繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)中，擺桿擺角為40o左右，凸輪的軸徑約為30mm，繞線幅度為200mm，試設(shè)計(jì)此凸輪機(jī)構(gòu)。一、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1、圖解法的原理－反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)方法：圖解法，解析法

假想給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一公共角速度-ω,凸輪：相對靜止不動相關(guān)知識：

設(shè)計(jì)凸輪廓線的圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動件推桿尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲線族；并作從動件高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。2、圖解法的方法和步驟1）對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：已知凸輪的基圓半徑為r0凸輪沿逆時(shí)針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。2）對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知條件:凸輪的基圓半徑為r0,滾子半徑rr,凸輪沿逆時(shí)針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。3）對心直動式平底從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)4）偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知條件:已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時(shí)針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動規(guī)律已知，已知偏距e。試設(shè)計(jì)。偏距e為半徑作圓（稱為偏距圓）2、偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)試用作圖法設(shè)計(jì)一個(gè)對心直動從動件盤形凸輪。已知理論輪廓基圓半徑r0，凸輪逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過δ0時(shí)，從動件以余弦加速度運(yùn)動規(guī)律h；再轉(zhuǎn)過δ1時(shí)，從動件不動，再轉(zhuǎn)過δ2時(shí)，從動件以等加速－等減速速運(yùn)動規(guī)律回到原位；凸輪轉(zhuǎn)過δ3時(shí)，從動件靜止不動。二、凸輪輪廓的加工1.銑、銼削加工

低速、輕載場合的凸輪：用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。2.數(shù)控加工

采用數(shù)控線切割機(jī)床對淬火凸輪進(jìn)行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時(shí)應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)（ρ，θ），應(yīng)用專用編程軟件，切割而成。此方法加工的凸輪精度高，適用于高速、重載的場合。三、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

從動件在接觸點(diǎn)所受力的方向與該點(diǎn)速度方向所夾的銳角a稱為壓力角。

由上述關(guān)系式知，壓力角α愈大，有效分力Ｆ1愈小，有害分力Ｆ2愈大。當(dāng)α角大到某一數(shù)值時(shí)，必將會出現(xiàn)F1<F2的情況。這時(shí)，不論施加多大的F力，都不能使從動件運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。因此，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常工作，必須對凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行限制。推程：移動從動件許用壓力角[α]=30°~40°擺動從動件許用壓力角[α]=40°~50°回程：一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為[α]=70°～80°四、基圓半徑的確定

從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導(dǎo)致凸輪尺寸增加，因此在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)要權(quán)衡兩者的關(guān)系，使設(shè)計(jì)達(dá)到合理。A點(diǎn):在?ABD中即(式A)

凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)導(dǎo)路在凸輪軸的左邊時(shí)，式中分子部分取“＋”；凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，符號取法與上述相反。

結(jié)論：在給定運(yùn)動規(guī)律時(shí)，合理設(shè)計(jì)偏距可減小壓力角，增大基圓半徑也可以減小壓力角。獲取較小的基圓半徑的同時(shí)，必須要保證α≤[a]

設(shè)計(jì)凸輪時(shí)：先根據(jù)條件確定基圓半徑r0。制作凸輪軸時(shí)，r0略大于軸的半徑r；單獨(dú)制造凸輪時(shí)，r0=(1.6~2)r(r為軸的半徑）。五、滾子半徑的確定

凸輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關(guān)系：1、當(dāng)理論廓線內(nèi)凹時(shí)r‘

=r+rT

，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)2、當(dāng)理論廓線外凸時(shí)(可分為三種情況)r'

=r-rT1)

r>rT時(shí)

r

'

>0這時(shí)所得的凸輪實(shí)際輪廓為光滑的曲線(如圖b)2)

r=rT

時(shí)r

'=0實(shí)際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用(如圖c)。3)r<rT時(shí)r

'<0即實(shí)際曲線出現(xiàn)交叉會出現(xiàn)失真(如圖d)。為了避免失真并減小磨損，要求：理論廓線上任意點(diǎn)的曲率半徑可用下式計(jì)算：式中分別為理論廓線坐標(biāo)x,y對凸輪轉(zhuǎn)角的一階、、、和二階導(dǎo)數(shù)1、凸輪和從動件的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。對凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強(qiáng)度凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性常用的凸輪材料（詳見表1-3-1）：40Cr、20Cr、20CrMnTi常用的滾子材料（詳見表1-3-1）：20Cr或者滾動軸承六、凸輪機(jī)構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)2、凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(1)凸輪的結(jié)構(gòu)。若凸輪尺寸很小，且與軸的尺寸接近時(shí)，可將凸輪與軸制成一體，稱為凸輪軸（如圖1-3-19所示）。反之，若凸輪尺寸較大時(shí)，則應(yīng)將凸輪與軸分開制造，然后再裝配在一起使用。裝配時(shí)，凸輪與軸應(yīng)有一定的相對位置要求，為此可在凸輪上刻出標(biāo)志，以作為加工和裝配的依據(jù)。如圖1-3-20所示為凸輪在軸上的幾種固定形式。(2)從動件的結(jié)構(gòu)。為了減少摩擦，從動件的端部常采用滾子的形式，如圖1-3-21所示為常見的滾子結(jié)構(gòu)。七、凸