1、第四章 凸輪機(jī)構(gòu),學(xué)習(xí)要求： 1）了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)。 2）掌握等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)及位移線圖的繪制方法，能分析凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生剛性沖擊或柔性沖擊的原因。 3）掌握直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制方法。 4）掌握任意位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的繪制。了解選擇滾子半徑的原則、壓力角與自鎖的關(guān)系及基圓半徑對壓力角的影響等。,重點(diǎn)： 1）從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪些？有什么特點(diǎn)？ 2）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)效率有什么關(guān)系？基園半徑與壓力角有什么關(guān)系？ 3）滾子從動(dòng)件的滾子半徑大小如何選擇？ 4）直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制。,4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類,一、組成及應(yīng)用 凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架。,

2、凸輪機(jī)構(gòu)主要的運(yùn)動(dòng)形式： 凸輪連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（或往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)） 從動(dòng)件勻速或非勻速、連續(xù)或不連續(xù)的 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)(任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律),內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu),仿形刀架,自動(dòng)送料,陶瓷壓片機(jī),繞線機(jī)構(gòu),二、凸輪機(jī)構(gòu)的類型 1.按凸輪形狀分 盤形凸輪是一個(gè)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且其上有不同曲率半徑的盤形零件。,移動(dòng)凸輪當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趣于無窮遠(yuǎn)時(shí)，則為移動(dòng)凸輪，此時(shí)凸輪相對機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)。,圓柱凸輪在圓柱面上加工出曲線的工作表面，即為圓柱凸輪。也可視將移動(dòng)凸輪繞一固定軸線卷成圓柱體而成。,2.按從動(dòng)件的形狀分 尖頂從動(dòng)件： 點(diǎn)接觸，磨損快，用于受力不大、低速的凸輪機(jī)構(gòu)。 滾子從動(dòng)件： 線接觸，較尖頂耐磨

3、，可承受較大的載荷，應(yīng)用較廣。但實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有限。 平底從動(dòng)件： 傳動(dòng)效率高，接觸處容易形成潤滑油膜，適用于高速，但不能與凹陷的凸輪輪廓接觸。,3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分 直動(dòng)從動(dòng)件 擺動(dòng)從動(dòng)件,4.按從動(dòng)件與凸輪回轉(zhuǎn)中心的相對位置分 對心凸輪機(jī)構(gòu) 偏置凸輪機(jī)構(gòu),5.凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法 (1) 力封閉法（力鎖合）彈簧力、從動(dòng)件重力或其它外力,(2)幾何封閉法（型鎖合）利用高副元素本身的幾何形狀,三、凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：只需適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)任何形式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計(jì)方便。 缺點(diǎn)：高副接觸，易磨損，不宜傳遞很大的力。凸輪制造較復(fù)雜，精度要求高時(shí)需用數(shù)

4、控機(jī)床加工。 應(yīng)用：自動(dòng)化或半自動(dòng)化機(jī)械中,4-2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律,一、凸輪輪廓與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的關(guān)系,基本參數(shù)： 基圓以凸輪輪廓的最小向徑為半徑所作的圓，記為rb 。 推程運(yùn)動(dòng)角（升程運(yùn)動(dòng)角）fh 升程h從動(dòng)件的最大位移。 遠(yuǎn)休止角fs 回程運(yùn)動(dòng)角fh 近休止角fs,凸輪輪廓的形狀決定了從動(dòng)件的位移圖（運(yùn)動(dòng)規(guī)律），從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由機(jī)械的工作要求確定。,二、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及繪制。,運(yùn)動(dòng)方程：,特點(diǎn)：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)的開始和終止瞬時(shí)，速度發(fā)生突變，使加速度理論上為無窮大，導(dǎo)致從動(dòng)件產(chǎn)生極大的慣性力，從而產(chǎn)

5、生強(qiáng)烈的沖擊。 剛性沖擊 應(yīng)用：低速以及從動(dòng)件質(zhì)量不大的場合。,2.勻加速度勻減速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及繪制。,特點(diǎn)：在行程開始和終止瞬時(shí)，加速度有突變，所以從動(dòng)件也會(huì)對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊，但沖擊較剛性沖擊小。 柔性沖擊 應(yīng)用：中速輕載的地方。,3.間諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)，它在這個(gè)圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)即為間諧運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：在行程的開始和終止瞬時(shí)有柔性沖擊，但當(dāng)加速度曲線保持連續(xù)時(shí)，則無沖擊。 應(yīng)用：可用于速度較高的凸輪機(jī)構(gòu)中。,從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇： 1）不嚴(yán)格要求運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，為使加工方便，可用圓弧、直線或其他容易加工的直線。 2）有

6、一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求時(shí)，則要按特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)。 3）對轉(zhuǎn)速較高的凸輪機(jī)構(gòu)，為避免大的慣性力，即使對運(yùn)動(dòng)規(guī)律無特殊要求，也要考慮適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪輪廓。,4-3 按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓,凸輪輪廓的圖解法設(shè)計(jì)原理“反轉(zhuǎn)法” 根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理，給整個(gè)機(jī)構(gòu)一（-w1）的速度，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不變。,凸輪 不動(dòng) 隨機(jī)架以（ -w1）的速度繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng) 從動(dòng)件 在導(dǎo)桿中往復(fù)移動(dòng),從動(dòng)件尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡 就是凸輪輪廓,一、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 1.尖頂從動(dòng)件,2. 滾子從動(dòng)件 以滾子中心為尖頂作理論輪廓，再以其上的各點(diǎn)為圓心，作一系列滾子圓，作滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線即為實(shí)際輪廓。,3. 對心

7、直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪的設(shè)計(jì) 以平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)為為尖頂作理論輪廓，,為了保證在所有位置從動(dòng)件平底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。,二、偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪的設(shè)計(jì) 尖頂從動(dòng)件,設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1）由于采用的是反轉(zhuǎn)法，所以在劃分運(yùn)動(dòng)角度時(shí)，一定要沿已知的凸輪運(yùn)動(dòng)方向的相反方向進(jìn)行，這樣，凸輪機(jī)構(gòu)才能按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 2）弄清從動(dòng)件與凸輪回轉(zhuǎn)中心的相對位置。 3）對滾子或平底從動(dòng)件，先作理論輪廓，再通過包絡(luò)線作實(shí)際輪廓。,4-4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,一、滾子半徑及選擇,從減小凸輪與從動(dòng)件滾子間的接觸應(yīng)力來看，滾子半徑越大越好，但是滾子半徑增大后對凸輪的實(shí)際輪廓有很大的影響

8、產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)失真。 滾子半徑的選擇: rT rmin 如rT過小，則不能滿足安裝和強(qiáng)度的要求，應(yīng)增大基圓半徑，重新設(shè)計(jì)輪廓。,二、壓力角 壓力角a：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向與接觸處輪廓的法線方向之間所夾的銳角。,設(shè)計(jì)時(shí)，使： 推程：直動(dòng) 擺動(dòng) 回程：,壓力角校核: max一般出現(xiàn)在 1）從動(dòng)件的起點(diǎn)位置 2）從動(dòng)件最大速度位置 3）凸輪輪廓向徑變化最大部分 滾子從動(dòng)件按理論輪廓校核 平底從動(dòng)件一般=0，不需校核 若max : 1）增大基圓半徑 2）偏置從動(dòng)件,三、基圓半徑 凸輪的基圓半徑越小，其結(jié)構(gòu)越緊湊；但凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角越大，傳動(dòng)的效率越低，并且基圓半徑對輪廓曲線的曲率有影響。 凸輪基圓半徑的選擇原則

9、：在允許的情況下，在滿足壓力角的條件下，盡可能取較小的基圓半徑，以減小其結(jié)構(gòu)。 推薦值：,課堂練習(xí),一、填空題 1.按凸輪形狀來分，凸輪機(jī)構(gòu)可分為 、 及 三類。 2.在凸輪的休止角范圍內(nèi)，隨凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)位置 。 3.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角指的是凸輪機(jī)構(gòu)中 的 方向線與其 方向線之間所夾的銳角。 4.依靠外力維持接觸的凸輪機(jī)構(gòu)，在 時(shí)發(fā)生自鎖的可能性很小，故對這類凸輪只需對其 壓力角進(jìn)行校核。 5.凸輪輪廓曲線是由 所決定的。,盤形,移動(dòng),圓柱,不變,從動(dòng)件速度,受力,回程,推程,其凸輪的形狀,二、選擇題 1.在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件按等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起機(jī)構(gòu)的 。 A.沒有沖擊； B.剛性沖擊； C.柔性沖擊。 2.在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，要求承載能力大，耐磨損，應(yīng)采用 從動(dòng)件。 A.尖頂； B.滾子； C.平底。 3.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能有很大沖擊，其主要原因是 。 A.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇不當(dāng)； B.從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性； C.凸輪轉(zhuǎn)速較高。,C,C,A,4.設(shè)計(jì)一對心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，最小傳動(dòng)角由40減小為20，凸輪的尺寸會(huì) 。 A.減少； B.不變； C.增大。 三、判斷題 1.凸輪機(jī)構(gòu)是一