课件4：凸轮机构

vB 2 v2 v2 tg vB1 rB (rb s2 )
4.凸轮机构的材料
凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时 凸轮表面承受强烈磨损。因此，要求凸轮和滚子的工 作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韧 性。当低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。 中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为 凸轮的材料,并经表面淬火或滲碳淬火，使硬度达到。 高速、重载凸轮可以用优质合金钢材料，并经表面淬 火或滲氮处理。
由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有 突变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理 论上亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件 材料的弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无 穷大，但仍会对机构造成强烈的冲击，这种冲击 称为“刚性冲击”或“硬冲”。因此，单独采用 这种运动规律时，只能用于凸轮转速很低以及轻 载的场合。
余弦加速度运动规律: 是指从动件加速度按余弦规律
变化的运动规律。这种运动规律的运动线图如图所示。 其位移曲线为简谐曲线，故又称为简谐运动规律，速度 曲线为正弦曲线，加速度曲线为余弦曲线。作图方法如 图所示。 由图可见，在推程始末 点处仍有加速度的有限 值的突变，即存在“软 冲”，因此只适用于中、 低速。但若从动件作无 停歇的升—降—升型连 续运动，则加速度曲线 为光滑连续的余弦曲线， 消除了“软冲”，故可 用于高速。
凸轮的分类
1、 按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮（又叫平板凸轮）； （2）移动凸轮（双叫靠模）； （3）圆柱凸轮（双叫环槽凸轮）； （4）圆锥凸轮。
链接：盘形凸轮机构
盘形凸轮机构
盘形凸轮机构
移动凸轮：卸料机构
圆柱凸轮（双叫环槽凸轮）
凸轮的分类
2、 按从动杆的运动方式分类 （1）移动从动杆凸轮机构； （2）摆动从动杆凸轮机构。 链接：摆动从动杆凸轮机构
凸轮机构
一、凸轮机构的组成、特点 1、 凸轮机构的组成 由凸轮（主动件） 从动件 和机架三部分组成。
链接：凸轮机构
凸轮机构
2、 凸轮机构的特点 优点： 可以使从动件实现严格的预 先给定的运动规律； 其结构紧凑、易于设计。
凸轮机构
缺点： 凸轮轮廓曲线加工较复杂； 高副以点接触，易磨损； 主从动件之间需有运动副锁 合装置使其保持接触。
1.滚子半径的选择
2.凸轮机构的压力角
3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
1.滚子半径的选择
对于外凸的凸轮廓线 ：
c min min K
min K c min 0
实际轮廓为光滑曲线
min K c min 0
实际廓线出现尖点
min K
Fy Fn cos Fx Fn sin
压力角越小， 传力越好。
自锁 ：如果凸轮机构运动到某 一位置的压力角大到使有效分力 不足以克服摩擦阻力，不论推力 多大，都不能使从动件运动。这 种现象称为凸轮机构的自锁。机 构开始出现自锁时的压力角称为 临界压力角 。
2.凸轮机构的压力角
和压力角的校核：
3.凸轮基圆半径的确定
基圆半径愈小，压力角 愈大；反之，压力角则 愈小。因此，在选取基 圆半径时应注意： •滚子从动件凸轮机构， 在保证和从动件运动不 失真的前提下，可将基 圆半径取小些，满足对 机构结构紧凑的要求。 在结构空间允许条件 下，可适当将基圆半径 取大些，以利于改善机 构的传力性能，减少磨 损和减少凸轮廓线的制 造误差。
s s(t ) v v(t ) a a(t )
推程、远休止、回程、近休止
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
从动件的常用运动规律
2.从动件的常用运动规律 等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为
常数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中 的行程为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。 其位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为 零线。
滚子材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大 表面硬度。
等加速等减速运动规律:是指从动件在一个行程中，前半
行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的 抛物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。作图方 法如图所示。 由图可见，在推程的始末 点和前、后半程的交接处， 加速度有突变，因而惯性力 也产生突变，但它们的大小 及突变量均为有限值，由此 将对机构造成有限大小的冲 击，这种冲击称为“柔性冲 击”或“软冲”。在高速情 况下，柔性冲击仍会引起相 当严重的振动、噪声和磨损， 因此这种运动规律只适用于 中速、中载的场合。
许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避 免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力 角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即 ：
max c
对移动从动件的推程， 取[ ]=30° 对摆动从动件的推程，
取[ ]=35°～45°
回程时，可取[ ]=70°～８０°
移动从动件盘形凸轮 轮廓曲线的图解设计
设计方法：
1.图解法 2.解析法
设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精度 凸轮，则必须用解析法，但计算复杂。本节主要讨论 图解法。
基本原理：
反转法原理
移动从动件盘形凸轮 轮廓曲线的图解设计
反转法原理
：
反转法原理
：
设想给凸轮机构加上一个绕凸轮轴心并与凸轮角速度等值 反向的角速度。根据相对运动原理，机构中各构件间的相对 运动并不改变，但凸轮已视为静止，而从动件则被看成随同 导路以角速度绕点转动，同时沿导路按预定运动规律作往复 移动。从动件尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓。这就是图解 法绘制凸轮轮廓曲线的原理，称为“反转法”。
摆动从动杆凸轮机构
链接：移动从动杆凸轮机构
凸轮的分类
3、按从动杆的 接触形式分类
（1）尖顶式从 动件；
尖Hale Waihona Puke 式凸轮的分类滚子式
（2）滚子式从 动件；
凸轮的分类
平底式
（3）平底式从 动杆。
链接：尖顶式从动杆
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
凸轮的应用
1、内燃机气门机构； 2、自动车床横刀进给机构； 3、车床仿形机构； 4、绕线机。
从动杆运动规律
等速运动规律
从动杆运动规律
（
2）等加速等减速运动规律 从动杆前半行程为等加速， 后半行程为等减速运动的运动规。
等加速—等减速度运动
从动杆运动规律
余弦加速度运动
凸轮机构的运动过程
从动件的常用运动规律
1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系
生产中对从动件运动的要求是多种多样的。
凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律， 反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮 廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从 动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。 从动件的运动规律是指其位移s、速度v和加速度a等随凸 轮转角 而变化的规律。 这种规律可用方程表示，亦可用线图表示。
凸轮的主要参数
3、 滚子半径 滚子半径愈大，强度、耐磨性愈 好， 但滚子半径增大对凸轮轮廓曲线 影响很大，所以滚子半径选择要适 当。
从动杆运动规律
1、 凸轮轮廓与从动件的运动关系 基圆；推程；推程角；远停程； 远停程角；回程角；近停程、近 停程角。
从动杆运动规律
2、从动件的运动规律 是指其位移、速度和加速度随 时间变化的规律。 （1）等速运动规律 从动杆上升或下降的速度为常 数的运动规律。
对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
实 际 轮 廓 曲 线
理 论 轮 廓 曲 线
偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
已知：如图所示
e
凸轮机构设计中应 注意的几个问题
设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现预定的运动规律， 还须使设计的机构传力性能良好，结构紧凑，满足强度和 安装等要求，为此，设计时应注意处理好下述问题。
内燃机气门启闭机构
绕线机构
自动机床进刀机构
靠模车削机构
移动凸轮
仿形车削机构
送料机构
凸轮的主要参数
1、压力角（α） 接触点法线与从动杆运动 方向线之间的所夹锐角α称 为压力角。
凸轮的主要参数
2、基圆半径和行程 以凸轮的最小半径所作的圆 称为基圆。 当凸轮转过δ0 时，从动件的 最大升距称为行程。
c min 0
实际轮廓相交而造成 从动件运动失真 对于内凹的凸轮廓线 ： 实际轮廓为光滑曲线
c 0
K 0.8 min
c min 1 ~ 5mm
2.凸轮机构的压力角
压力角：不计摩擦时，凸轮对从 动件的作用力（法向力）与从动 件上受力点速度方向所夹的锐角。 该力可分解为两个分力 ：
反转法设计凸轮轮廓曲 线的方法和步骤
1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 2.对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 3.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
已知，如图 1.选与位移线图一致的比 例作凸轮的基圆 ； 2.将基圆分成与位移线图 中相对应的等份； 3.分别自基圆圆周向外量 取从动件位移线图中相 应的位移量 ； 4.光滑连接各点即为所求 的凸轮轮廓。 基圆半径R b