第三章凸輪機(jī)構(gòu)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第三節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計(jì)第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定教學(xué)重點(diǎn)：一、凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)：一、圖解法繪制凸輪輪廓線第三章凸輪機(jī)構(gòu)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

凸輪——具有曲線輪廓或溝槽的構(gòu)件，在其運(yùn)動(dòng)時(shí)，用輪廓或溝槽驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件及機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成，是一種含高副的常用機(jī)構(gòu)。工程實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工程實(shí)例：繞線機(jī)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工程實(shí)例：靠模法車削手柄凸輪機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工程實(shí)例：機(jī)床自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件得到準(zhǔn)確的任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。凸輪與從動(dòng)件間為高副接觸，易磨損。所以常用于傳力不大的場合。如：自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)、印刷機(jī)、紡織機(jī)等。一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的種類繁多，常用凸輪機(jī)構(gòu)分類如下：1.按凸輪的形狀分類①盤形凸輪——形狀如盤，繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且具有變化的向徑。（平面凸輪機(jī)構(gòu)）是凸輪的基本型式。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪形狀如板，沿直線相對(duì)機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)，并具有曲線形的側(cè)輪廓。（平面凸輪機(jī)構(gòu)）

②移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪可視為回轉(zhuǎn)中心為無窮遠(yuǎn)處的部分盤形凸輪。1.按凸輪的形狀分類③圓柱凸輪端面圓柱凸輪凸輪形狀如圓柱，繞其軸線定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且有曲線形溝槽。（空間凸輪機(jī)構(gòu)）圓柱凸輪可視為是移動(dòng)凸輪卷成圓柱而成的。1.按凸輪的形狀分類2.按從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式分類（1）尖端從動(dòng)件由于端部與凸輪是高副接觸，接觸應(yīng)力大，易磨損，故只用于輕載低速的場合。從動(dòng)件端部呈尖點(diǎn)或鑿刃形，能和任何凸輪廓線保持接觸，從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)。（2）滾子從動(dòng)件從動(dòng)件端部裝有可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子，以減小摩擦和磨損，能傳遞較大的動(dòng)力。但端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，不易潤滑，故不宜用于高速。2.按從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式分類（3）平底從動(dòng)件凸輪與平底接觸處易形成楔形油膜，故常用于高速凸輪。當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力垂直于平底，有效作用力較大。但不能用于有內(nèi)凹或直線輪廓的凸輪。2.按從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式分類3.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分類（1）直動(dòng)從動(dòng)件——從動(dòng)件做往復(fù)直線移動(dòng)。

偏置直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件導(dǎo)路不通過盤形凸輪回轉(zhuǎn)中心。

對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件導(dǎo)路通過盤形凸輪回轉(zhuǎn)中心。

偏距e——從動(dòng)件導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離。對(duì)心直動(dòng)滾子凸輪（2）擺動(dòng)從動(dòng)件——從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)。3.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分類4.按鎖合方式分類

鎖合——使凸輪輪廓與從動(dòng)件始終保持接觸。（1）力鎖合——靠重力、彈簧力或其它力鎖合。鎖合的方式有：工程實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)靠彈簧力鎖合。（2）幾何鎖合——依靠凸輪和從動(dòng)件的特殊幾何形狀鎖合。

工程實(shí)例：圓柱凸輪的凹槽兩側(cè)面間的距離處處等于滾子直徑，故能保證滾子與凸輪始終接觸，以實(shí)現(xiàn)鎖合。4.按鎖合方式分類

鎖合——使凸輪輪廓與從動(dòng)件始終保持接觸。鎖合的方式有：

其它常用的幾何鎖合方式有：“主回凸輪”；“等徑凸輪”；“等寬凸輪”等等。（1）力鎖合（2）幾何鎖合4.按鎖合方式分類

鎖合——使凸輪輪廓與從動(dòng)件始終保持接觸。鎖合的方式有：主回凸輪等徑凸輪等寬凸輪凹槽凸輪返回第二節(jié)從動(dòng)件的常用規(guī)律一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程分析二、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程分析工程實(shí)例：對(duì)心尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程凸輪逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；從動(dòng)件尖端在離輪心最近（低）位置A和最遠(yuǎn)（高）位置B'之間往復(fù)移動(dòng)。凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件重復(fù)升→?！怠＿\(yùn)動(dòng)過程。從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的關(guān)系可用位移線圖表示，也可用解析式表示。凸輪輪廓上的AB段和CA'段的形狀尺寸決定了從動(dòng)件推程和回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。位移線圖一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程分析

凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程

從動(dòng)件常用位移線圖以升→?！怠＿\(yùn)動(dòng)過程的推程為例，介紹幾種從動(dòng)件常用的位移線圖及作圖方法、特點(diǎn)及適用范圍。相關(guān)的回程位移線圖可參閱有關(guān)參考文獻(xiàn)。位移線圖1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.間歇運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回第三節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計(jì)一、反轉(zhuǎn)法原理二、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓一、反轉(zhuǎn)法原理

根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，如果給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)中每個(gè)構(gòu)件加上與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω大小相等、方向相反的-ω角速度，則凸輪與圖紙相對(duì)靜止，而從動(dòng)件一方面隨其導(dǎo)路以角速度-ω轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面相對(duì)導(dǎo)路按原運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。

由于從動(dòng)件的尖端始終與凸輪輪廓接觸，故在從動(dòng)件反轉(zhuǎn)過程中，其尖端的運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓，這種設(shè)計(jì)凸輪輪廓的方法稱為反轉(zhuǎn)法。二、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓根據(jù)選定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和其它有關(guān)數(shù)據(jù)，可用圖解法直接繪出平面凸輪輪廓。圖解法簡單、直觀，但精度較低，多用于確定要求不高的凸輪機(jī)構(gòu)。圖解法繪制凸輪輪廓是應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理。-ωω已知凸輪基圓半徑rb，偏距e及偏置方位，凸輪以等角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的位移線圖，試?yán)L制凸輪輪廓。（1）尖端從動(dòng)件1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓作圖步驟和方法如下：（1）尖端從動(dòng)件1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓1'3'5'7'8'91113159'11'13'12'14'sΦ

60°120°90°90°13578作圖步驟和方法如下：-ωeA120°60°90°90°Orb123456781215141110913ω（1）尖端從動(dòng)件1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓1'2'3'4'5'6'7'8'1'3'5'7'8'91113159'11'13'12'14'sΦ

60°120°90°90°1357815'14'13'12'11'10'9'-ωeA120°60°90°90°Orb123456781215141110913ω（1）尖端從動(dòng)件1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓作圖步驟和方法如下：1'3'5'7'8'91113159'11'13'12'14'sΦ

60°120°90°90°13578-ωeA120°60°90°90°Orb123456781215141110913ω當(dāng)e=0時(shí)，即為對(duì)心尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。此時(shí)，偏距圓收縮為凸輪回轉(zhuǎn)中心O，偏距圓的切線即為過O的徑向線，其余作圖的步驟及方法與以上所述相同。（2）滾子從動(dòng)件

理論輪廓曲線η——滾子中心當(dāng)作從動(dòng)件的尖端，先按繪制尖端從動(dòng)件凸輪的步驟和方法繪出一條凸輪輪廓曲線。實(shí)際輪廓曲線η'——再以上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rT為半徑畫一系列的圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線即為采用滾子從動(dòng)件時(shí)凸輪的實(shí)際輪廓曲線。1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓（3）平底從動(dòng)件理論輪廓曲線η——

把平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)B看作尖端從動(dòng)件的尖端，按尖端從動(dòng)件凸輪輪廓繪制方法求出理論輪廓曲線上一系列點(diǎn)B1、B2、B3、…；實(shí)際輪廓曲線η'

——

再過這些點(diǎn)畫出各位置的平底；最后，作這些平底的包絡(luò)線，即得凸輪輪廓。1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓若實(shí)際輪廓不能與每個(gè)平底內(nèi)切，將導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)失真。此時(shí)，可以適當(dāng)增大凸輪基圓半徑，重新繪制凸輪輪廓。（3）平底從動(dòng)件1.直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓例：尖端擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)2.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

已知：凸輪基圓半徑rb、凸輪回轉(zhuǎn)中心與擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)中心間距離、擺動(dòng)從動(dòng)件長度、從動(dòng)件的角位移線圖、凸輪角速度ω及從動(dòng)件推程擺動(dòng)方向。試：繪制凸輪輪廓。繪制凸輪輪廓時(shí)仍用反轉(zhuǎn)法。1'2'3'4'56785'6'7'8'ψΦ

60°120°90°90°1234ФsФtФhФs'LOAA0

B0LAB-ω

ω繪制的步驟及方法如下：rbOA0

B0LAB-ω

ωrbOA5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8B'1ψ1B'2ψ2B'3ψ3A1A2A3A4B'4ψ4ψ5B'5ψ6B'6B'7ψ71'2'3'4'56785'6'7'8'ψΦ

60°120°90°90°1234ФsФtФhФs'120°60°90°90°繪制的步驟及方法如下：若采用滾子或平底從動(dòng)件，與直動(dòng)從動(dòng)件作法相似，先作理論輪廓線，再在理論輪廓線的基礎(chǔ)上繪一系列滾子或平底，最后繪制包絡(luò)線便可求得實(shí)際輪廓。移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪輪廓繪制都以盤狀凸輪輪廓繪制為基礎(chǔ)，具體作法可參閱相關(guān)參考文獻(xiàn)。2.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

返回第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角三、從動(dòng)件滾子半徑二、凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑一、凸輪的壓力角在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅要使其能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還要使其具有良好的傳力性能和緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸。傳力性能直接影響機(jī)構(gòu)的摩擦、磨損、效率和自鎖，且與機(jī)構(gòu)尺寸有關(guān)。（1）凸輪輪廓上不同點(diǎn)處壓力角一般是不同的，值越小，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。一般設(shè)計(jì)中，限定最大壓力角不能大于許用壓力角[α]，即αmax≤[α]。例：偏置尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)許用壓力角值推薦如下：若從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為

，可得(推導(dǎo)略)：直動(dòng)從動(dòng)件：推程許用壓力角[α]=30°~40°。擺動(dòng)從動(dòng)件：推程許用壓力角[α]=35°~45°回程時(shí)發(fā)生自鎖的可能性很小，特別是力鎖合型凸輪機(jī)構(gòu)。通常可取回程的許用壓力角[α']=70°~80°。許用壓力角值推薦如下：許用壓力角值推薦如下：若從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為

，可得(推導(dǎo)略)：例：偏置尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（1）凸輪輪廓上不同點(diǎn)處壓力角一般是不同的，值越小，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。一般設(shè)計(jì)中，限定最大壓力角不能大于許用壓力角[α]，即αmax≤[α]。（2）當(dāng)選定、e后，加大rb可以減小壓力角，但機(jī)構(gòu)總體尺寸增大。為了使機(jī)構(gòu)既有較好的傳力性能，又有較緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)，通常:在αmax≤[α]前提下，盡量采用較小基圓半徑。若從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為

，可得(推導(dǎo)略)：例：偏置尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（3）e前為負(fù)號(hào)的導(dǎo)路偏置方位，適當(dāng)大小的偏距，可以減小壓力角。但應(yīng)注意：若推程的壓力角減小，則回程的壓力角將增大。

例：偏置尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)若從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為

，可得(推導(dǎo)略)：①在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通?？筛鶕?jù)空間位置和經(jīng)驗(yàn)初選一個(gè)基圓、偏距，并以此確定凸輪輪廓。②用作圖法校核壓力角。③如果不能滿足要求，則應(yīng)適當(dāng)增大基圓半徑、調(diào)整e值重新設(shè)計(jì)。αmax一般出現(xiàn)在：推程的起始位置；從動(dòng)件具有最大速度的位置；凸輪輪廓曲線較陡處。在實(shí)際中確定凸輪輪廓的步驟：下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供選擇rb參考：①與軸分體的鑄鐵凸輪

rb≥rh+(3~5)+rT

或rb≥1.75rs+(3~5)+rT

②

鋼凸輪的rb值可略減??；式中，rh——凸輪輪轂半徑；

rs——裝凸輪處軸的半徑。③

軸凸輪的rb可取略大于（rs＋rT）