1、2 1 概 述 一、凸輪機構(gòu)在自動機械中的應(yīng)用 凸輪機構(gòu)是由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。當(dāng)凸輪運動時，通過其曲線輪廓與推桿的高副接觸，使推桿得到預(yù)期的運動。 優(yōu)點是：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就能使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī) 律，并且機構(gòu)簡單緊湊、工作可靠、精度穩(wěn)定、制造成本低和維修容易。 缺點是：凸輪輪廓與推桿之間不點接觸或線接觸，易磨損。所以一般用在傳動力 不大的控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,舉例：,在凸輪1 的推動下，天平擺架2 繞心軸3 擺動，使刀具4 和5 分別對料6 作切入進給運動。,在凸輪1的推動下，從動件2作直線往復(fù)運動，再通過直角杠桿，驅(qū)動主軸箱3作來回運動。,在平

2、面槽凸輪機構(gòu)1、從動連桿機構(gòu)2和偏心輪3、擺桿機構(gòu)4的共同作用下，糖塊推頭5按所需的平面曲線軌跡 運動。,糖紙扭結(jié)機械手爪1，在每一個工作循環(huán)中要完成三個動作要求。 1. 在圓柱凸輪7的作用下，通過擺動桿8使爪1作開合運動。 2. 在圓柱凸輪5、擺桿6的作用下，使爪1作軸向送進和回退運動。 3. 在大齒輪4和小齒輪3的作用下，爪1作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。,在圓柱凸輪1和移動從動件2的作用下，送料夾頭3作軸向往復(fù)運動。,在凸輪1的作用下，通過擺動杠桿2，使送料夾頭的滑塊3作軸向往復(fù)運動。 齒輪5隨擺動杠桿2的擺動而擺動，使齒條套6及觸頭7上下移動，當(dāng)棒料送完時，由于送料夾頭回程無阻力而速度加快，并在彈簧

3、9的作用下，使擺動杠桿附加轉(zhuǎn)過一個角度，從而使觸頭7壓動微動開關(guān)8，使機床自動停車。,二、凸輪機構(gòu)的基本分類 1按凸輪的形狀分： 1）盤形凸輪 是一個具有變化向徑的盤形構(gòu)件，推桿行程不能太大，否則 凸輪和徑向尺寸變化過大。 2）移動凸輪 當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)半徑為無窮大時，凸輪相對機架作直線往 復(fù)運動。 3）圓柱凸輪 是一個在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上作出曲線 輪廓的構(gòu)件?？傻玫捷^大的行程。,2按推桿（從動件）的形狀分： 1）尖端推桿 構(gòu)造最簡單，但最易磨損。用于輕載、低速場合。 2）滾子推桿 滾子與凸輪輪廓之間是滾動摩擦，磨損較小。用于重載低速 場合。 3）平底推桿 壓力角為零，受力比

4、較平穩(wěn)。接觸面間易形成油膜，傳動效 率較高，磨損少，用于高速場合。,3按凸輪與推桿保持接觸的的方式分： 1）力封閉的凸輪機構(gòu)。 利用重力、彈簧力或其它外力。 2）幾何封閉的凸輪機構(gòu)。 靠凸輪與推桿的特殊幾何結(jié)構(gòu)來保持兩者接觸的。如利用凹槽或定徑凸 輪、定寬凸輪等。,4按從動件的運動方式分： 1）移動從動桿。 2）擺動從動桿。 將不同類型的凸輪和推桿組合起來,就可得到各種不同型式的凸輪機構(gòu),下圖列 出的凸輪機構(gòu),可供設(shè)計凸輪機構(gòu)選擇類型時參考。,三、凸輪機構(gòu)的設(shè)計步驟 1凸輪機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 1）凸輪類型的選擇。 2）從動件類型的選擇。 3）觸頭型式的選擇。 4）觸頭與凸輪鎖合方式的選擇。 5）

5、凸輪與軸的連接結(jié)構(gòu)的選擇。 2凸輪廓線的設(shè)計： 1） 選擇從動件的運動規(guī)律。 2） 選擇最佳壓力角。 3） 確定凸輪的升程和轉(zhuǎn)角。 4） 計算凸輪的基圓半徑。 5） 繪制凸輪的理論廓線和實際廓線。 3設(shè)計凸輪的工作圖： 1） 一組完整的視圖。 2） 確定凸輪的尺寸、制造精度、表面粗糙度、材料和熱處理方法等。 3） 繪制凸輪“升程表”或展開圖。,技術(shù)要求 1.曲線部分及曲線圓弧過渡部分修整平滑。 2.表面淬火HRC4045。 3.各點的向徑R的公差為0.2 。 4.調(diào)整好后鉆錐孔。 5.材料為45號鋼。,22 凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、凸輪類型的選擇 設(shè)計時按執(zhí)行機構(gòu)的工藝要求、運動和負載特性、空

6、間位置等因素進行選擇。 例：精度要求高 盤形凸輪。 行程較大 圓柱凸輪。 往復(fù)運動要求可靠 槽形凸輪。,又如當(dāng)凸輪的轉(zhuǎn)速 200r/min時,或當(dāng)從動件只要求作簡單的往復(fù)運動, 我們往往選用偏心輪機構(gòu)。,二、從動桿結(jié)構(gòu)形式的選擇 1從動桿運動方式的選擇： 直動從動桿 結(jié)構(gòu)簡單，凸輪廓線也簡單；但摩擦力大，壓力 角太大會產(chǎn)生自鎖；故從動桿的懸伸量不宜太大， 且其移動導(dǎo)軌要有足夠的長度和跨距。 擺動從動桿 摩擦阻力小，受力情況好，不易自鎖，結(jié)構(gòu)簡單， 容易制造；凸輪廓線設(shè)計較復(fù)雜。 一般常選擇擺動從動桿。 2擺動從動桿的杠桿比選擇： 可調(diào)杠桿比結(jié)構(gòu)通常用于從動件的 工作行程需要變換的場合。有等比

7、和不等比兩種： 杠桿比1稱為行程放大的杠桿比， 杠桿比1稱為行程縮小的杠桿比。 等比杠桿 一般情況 行程放大 工作行程很大 行程縮小 工作行程很小,尖頂式 結(jié)構(gòu)簡單，運動精度高，但易磨損；用于精度要求高，受力不大， 運動速度低和潤滑條件好的場合。如鐘表、儀器、照相機、制筆等 小型精密的自動機械中。 滾子式 摩擦小，耐磨損性能好，可承受較大的力，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；用于運 動精度要求不高、中等以上載荷的場合。 平底式 壓力角為零，受力情況好，高速工作時底面與凸輪間易形成油膜， 減少摩擦、磨損。但運動精度差；凸輪廓線呈凹形時不能用，有時 會出現(xiàn)“失真”現(xiàn)象，即凸輪的實際廓線不能與平底 所有的位置相切。常

8、用于小型、高速凸輪機構(gòu)中。,三、觸頭的結(jié)構(gòu)形式選擇 尖頂式、滾子式、平底式,四、從動件與凸輪的鎖合方式選擇 1. 重錘式 結(jié)構(gòu)簡單，鎖合力為等值，但占空間尺寸較大，使用不廣泛。 2彈簧式 外形尺寸小，鎖合力有變化，有沖擊或振動，彈簧使機構(gòu)受力 增大，加快凸輪機構(gòu)的磨損。適用于中低速、中輕載的場合。 3. 凸輪溝槽式 鎖合結(jié)構(gòu)，工作可靠，但制造較難，滾子與溝槽的間隙存 在，有附加的沖擊和振動。適用于要求從動件工作可靠、 高速、重載的場合。,五、凸輪與軸的連接結(jié)構(gòu)形式的選擇 要求：即能使凸輪與軸作周向和軸向的固定，又能作必要的周向和軸向的調(diào) 整。 1釘銷結(jié)構(gòu) 先由螺釘固定，再配作銷釘。 2螺母固定

9、結(jié)構(gòu) 軸向固定靠軸肩，周向能任意調(diào)節(jié)，靠摩擦力傳遞扭矩； 能快速裝卸凸輪。適用于需要經(jīng)常更換凸輪，且受力不 大的場合。 3端面細牙可調(diào)結(jié)構(gòu) 周向可調(diào)（每調(diào)一牙3.60），靠細牙離合器傳遞扭 矩。適用于需要定期更換凸輪，且受力較大的場合。 4分體式結(jié)構(gòu) 輪轂用鍵和螺釘固定在分配軸上，凸輪用螺釘固定在輪轂 上；凸輪上開有圓弧槽，可作一定范圍內(nèi)的周向調(diào)整。 5. 彈性開口環(huán)結(jié)構(gòu) 也是靠摩擦力固定于軸上，但它可傳遞較大的扭矩， 且安裝、調(diào)試方便。,23 從動件運動規(guī)律選擇 一、運動規(guī)律的無因次表示法,1位移,2速度,3加速度,4躍度,5無因次時間,6無因次位移,7無因次速度,8無因次加速度,9無因次躍

10、度, 位移 時所需的時間。（s), 達到最大位移 時所需的時間。（s), 從動件最大位移。（）, 從動件在時間 時所達到的位移（）,二、從動件常用運動規(guī)律的方程式及其特性值 1等速運動：,實際位移方程：,無因次表示：,特征值：,特點：從動件等速運動，但從動件在開始 與終止運動的瞬間，由于速度突然 變化，其加速度理論上趨于無窮大， 因而將產(chǎn)生極大的慣性力，該慣性 力將引起剛性沖擊。適用于低速輕 載的場合。,2等加、等減（拋物線）運動規(guī)律：,實際位移方程：,（0 ）,無因次表示：,（0 ）,( 1),特征值：,特點： 值較小，速度曲線是連 續(xù)的，無剛性沖擊，但加速 度有極值突變，有柔性沖擊。 適用

11、于中、低速輕載的場合。,3余弦（簡諧）運動規(guī)律：,實際位移方程：,無因次表示：,特征值：,特點： 、 值較小，運動性能較好，適用于一般場合。（中速）但始 末點加速度曲線不連續(xù)，有柔性沖擊，不適用于高速重載。但如推 程和回程均采用余弦運動規(guī)律，則有可能獲得包括始末點的全程光 滑連續(xù)的加速度曲線，這種情況將即無剛性沖擊也無柔性沖擊。故 可用于高速凸輪機構(gòu)。（高速輕載）,4正弦（擺線）運動規(guī)律：,實際位移方程：,無因次表示：,特征值：,特點： 、 峰值較大，（AV）值較大，故凸輪軸上的扭矩也較大， 不適用于高速重載；但其速度、加速度曲線連續(xù)，從動件運動平 穩(wěn)無沖擊，即無剛性也無柔性沖擊。用于中速中載

12、、高速輕載。,5修正梯形曲線：,特點：將正弦曲線的加速度曲線改為近似梯形。 綜合拋物線A值較小和擺線加速度曲線 連續(xù)的優(yōu)點，但Vmax值仍較大，適用于高 速輕載的場合。,6修正正弦曲線： 特點：由兩條周期不同的正弦曲線拼接而成，即保持了加速度連續(xù)，又 減少V的峰值，故適用于中高速和重載的場合。,注：剛性沖擊：由理論上加速度的無窮大引起慣性力在理論上的無窮大， 而實際上由于材料的彈性變形，加速度與慣性力不會達到 無窮大，不過會引起強烈的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。 柔性沖擊：加速度有限值的突變，引起慣性力的有限值的突變所引起 的沖擊。,三、從動件運動規(guī)律選擇的一般原則 1切削運動 凸輪廓線：工進

13、采用等速曲線，快退采用簡諧曲線。 2中速中載 凸輪廓線：采用余弦、正弦運動曲線。（包裝機械） 3高速輕載 凸輪廓線：修正梯形曲線、多項式運動曲線。 4低速重載 凸輪廓線：采用修正等速曲線。,四、最佳壓力角的選擇 壓力角：指從動件與凸輪接觸點的運動方向線與凸輪對從動件作用力的方向 線之間所夾的銳角。 壓力角過大，增加摩擦力，工作情況惡化；壓力角過小，增大凸輪的尺寸， 增加凸輪的慣性力，尤其對高速凸輪不利。,最佳壓力角推薦表,五、從動件滾子半徑的確定 一般取滾子半徑 ， 凸輪廓線最小曲率半徑。,推薦 ,最大壓力角：一般發(fā)生在從動件速度達到最大值的點的附近，對常用運動 規(guī)律來講，它們的最大速度往往發(fā)

14、生在行程中點。所以，可 以認為凸輪機構(gòu)的最大壓力角發(fā)生在從動件行程的中點。但 等速運動規(guī)律的最大壓力角發(fā)生在行程的起始點。,24 凸輪基圓半徑的確定 凸輪基圓半徑是指凸輪理論廓線的最小半徑,它的大小直接影響凸輪機構(gòu)的受力情況，它確定于最大壓力角不大于允許值，不小于凸輪軸直徑。 一、直動從動件盤形凸輪基圓半徑的確定 1對心直動從動件盤形凸輪基圓半徑的確定： 根據(jù)三心定理，P12是相對瞬心，又是同速點。,又,從動件的最大移動速度的位置也是壓力角達到最大值的位置，可近似認為 在從動件行程的中點。,（等速運動h = 0）,2偏位直動從動件凸輪基圓半徑的確定： 1）負偏位直動從動件凸輪基圓半徑的確定：,

15、同理：當(dāng) ， 時，,2）正偏位直動從動件凸輪基圓半徑的確定：,二、擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的確定 擺動從動件凸輪機構(gòu)可近似看作偏心直動從動件凸輪機 構(gòu)，因此，它們的計算公式基本相同，只是：,三、圓柱凸輪基圓半徑的確定 （推導(dǎo)略）,（直動與擺動相同）,常用運動規(guī)律特征值見講義。,四、舉例 1從動件按正弦運動規(guī)律移動，最大升程為30，凸輪的轉(zhuǎn)角為600，試確 定該對心直動件盤形凸輪的基圓半徑。 解：1）查表得：Vmax=2.00，max=300,2）,2. 從動件按正弦運動規(guī)律移動，凸輪升程為30，凸輪的轉(zhuǎn)角為600，負偏 位e=10，試定該負偏位直動從動件凸輪基圓半徑。,解：,3 正偏位e=1

16、0，其他已知條件同例2，試定該正偏位直動從動件凸輪的基 圓半徑。,解：,25 凸輪工作圖設(shè)計及其制造方法 一、凸輪工作圖設(shè)計 凸輪工作圖設(shè)計應(yīng)包括一組完整的視圖，確定凸輪各部分尺寸、精度、表面 粗糙度、材料及熱處理等技術(shù)條件，附有凸輪的升值表或向徑值。,凸輪機構(gòu)的技術(shù)條件,凸輪機構(gòu)常用材料及熱處理方法,技術(shù)要求 1.曲線部分及曲線圓弧過渡部分修整平滑。 2.表面淬火HRC4045。 3.各點的向徑R的公差為0.2 。 4.調(diào)整好后鉆錐孔。 5.材料為45號鋼。,1盤形凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,2盤形槽凸輪工作圖,3圓柱凸輪工作圖,技術(shù)要求 1.曲線及過渡部分修整平滑。 2.工作面滲碳1mm淬火HRC56-62。 3.各點向徑公差為0.2mm。 4.調(diào)整好后