凸轮机构传动

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汽车机械基础 第九章
余弦加速度运动规律:


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。
汽车机械基础 第九章
三、从动件运动规律的选择:
选择从动件运动规律时,需考虑凸轮传动机构的使 用场合、工作条件等。所选的运动规律首先应满足凸轮 在机械中执行工作的要求。因此选择运动规律应该: 1)、对于只要求从动件实现一定的位移,对运动规律无 严格要求的低速凸轮传动,可选易于加工的圆弧和直线 作为凸轮的轮廓。 2)、对从动件的运动规律有要求的凸轮传动,应按其要 求确定运动规律。 3)、在高速运转下工作的凸轮,选择从动件运动规律时 要考虑它的特性、加速度变化情况,力求避免过大的惯 性力,减小冲击和振动。宜选用余弦加速度运动规律。
二、凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分类 (1)盘形凸轮,如图所示。 (2)圆柱凸轮,如图所示。 (3)移动凸轮,如图所示。 2.按从动件的形状分类(见图横排): 有尖端从动件、滚子从动件、平底从 动件、曲面从动件凸轮。
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当位置要求准确
当受力较大时
当转速较高时
从动 件使 用的 场合
往复移动——直动从动件 往复摆动——摆动从动件
3.机 架——机构中固定不动的构件
摆动从动件 直动从动件
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凸轮传动特点
优点:
只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从 动件得到所需的运动规律,结构简单、 紧凑、设计方便。
缺点:
运动副为点接触或线接触,易磨损, 所以,通常多用于传力不大的控制机 构。 汽车机械基础 第九章
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1、等速运动规律——
从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律。
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等速运动规律位移线图
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刚性冲击——等速运动规律从动件在运动始末两
点,速度有突变,理论上瞬时加速度α无穷大,因而 产生无穷大的惯性力。由于构件材料的弹性,加速度 和惯性力达不到无穷大,但仍会对机构造成强烈的冲 转速很低以及轻载的 击。也称为“硬冲”。
第九章 凸轮机构传动
汽车机械基础 第九章
第九章 凸轮机构传动
本章的教学目标:
1)了解凸轮传动机构的组成、分类及在汽车上的应用。 2)掌握凸轮从动件常用运动规律的特点及其选择原则。 3)了解凸轮轮廓的设计方法,反转法原理及确定基本 尺寸时应考虑的问题。
汽车机械基础 第九章
目录
第一节 凸轮传动机构的组成、应用和分类
汽车机械基础 第九章
图17 凸轮机构的压力角与力的关系
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推程(工作行程):
移动从动件
摆动从动件 回程:
=30
=45
因受力较小且无自锁问题,故许用压力角可取 得大些,通常=80
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2、滚子半径的选择
设计要求:滚子尺寸的设计要满足强度和运动特性。 rr≥(0.1-0.5)rb
场合
汽车机械基础 第九章
2、等加速等减速运动规律
——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。
位移曲线为两段光滑相连
注意作图方法
ห้องสมุดไป่ตู้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;
柔性冲击:适用于中速、 中载的场合。
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图8 等加速运动
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
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3.对心平底从动件盘形凸轮轮廓曲线
图14 对心平底从动件盘形凸轮
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4.偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓
如图15所示,偏置移动尖顶从动件盘形凸轮 轮廓曲线的绘制方法也与前述相似。但由于从动 件导路的轴线不通过凸轮的转动中心,其偏距为e。 所以从动件在反转过程中,其导路轴线始终与以 偏距e为半径所作的偏距圆相切,因此从动件的位 移应沿这些切线量取。
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图15偏置移动尖顶从动件盘形凸轮
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二、凸轮机构基本尺寸的确定
•设计凸轮机构,既要保证从动件能实现预定的运
动规律,还须使机构传力性能良好,结构紧凑, 满足强度和安装等要求,因此,应注意处理好下 述问题: • 1.凸轮机构的压力角; • 2.滚子半径的选择 ; • 3.凸轮基圆半径的确定;
一、图解法
“反转法” 原理:给机构加上一个反向转 动,各构件间的相对运动并没有改变。 图11 图解法设计 凸轮是基于反转法 原理
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1.对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓
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(1)按从动件运动规律作出位移线图
(图b),并将横坐标等分分段。 (2)沿1反方向取角度t、h、
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3、简谐运动规律
点在圆周上作匀速运动时,它在这个圆的直 径上的投影所构成的运动称为简谐运动,如图9a。 前半程:
h s2 1 cos 2 0 h1 v2 sin 2 0 0 2 h12 a2 cos 2 2 0 0
2)凸轮理论轮廓的外凸部分
由图18b可得a=min-r
T
(1)当min rT时,则有a 0,如图18b所示,实际轮廓 为一平滑曲线。 图18 滚子半径 对轮廓的影响 汽车机械基础 第九章
滚子尺寸对轮 廓的影响
( 2 )当 min =rT 时,则有 a= 0 ,如图 18c 所示 , 在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点,这种尖点极易 磨损,磨损后就会改变从动件预定的运动规律。 ( 3 )当 min rT 时,则有 a 0 时,如图 18d 所示, 这时实际轮廓曲线发生相交,图中阴影部分的轮廓 曲线在实际加工时被切去,使这一部分运动规律无 法实现。
动画
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图1
内 燃 机 配 气 凸 轮 机 构
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点击 动画1 点击 动画2

配气机构 凸轮
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图9-2 汽车快怠速机构
图9-3 自动车床中的 凸轮组
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凸轮机构的组成
1.凸 轮——具有曲线状轮廓的构件
2.从动件——作往复移动或摆动的构件
图5 按从动件分类的凸轮机构
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3.按从动件的运动形式分类(见图5竖排):
(1)移动从动件:从动件相对机架作往复直线运动。 (2)偏移放置:即不对心放置的移动从动件,相对机 架作往复直线运动。 (3)摆动从动件:从动件相对机架作往复摆动。
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4、按锁合方式分:
锁合——保持从动件与凸 轮之间的高副接触。
动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮廓; 设计凸轮机构时,首先根据工作要求确定从动件的运 动规律,再据此来设计凸轮轮廓曲线。 从动件的运动规律——其位移s、速度v和加速度a 等随凸轮转角 而变化的规律。 从动件运动规律可用方程或线图表示。
s s(t ) v v(t ) a a(t )
S,等分,得C1、C2、...点。连接OC1、 OC2、...便是从动件导路的各个位置。 (3)取B1C1=11’、B2C2=22’、 ... 得反转后尖顶位置 B1 、 B2 、 A3、...。 (4)将B0、B1、B2、...连成 光滑的曲线,得要求凸轮轮廓(图 a )。 汽车机械基础 第九章
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为什么汽车发 动机要不定期 检测凸轮轴?
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第三节 凸轮设计与结构尺寸确定
• • • • • 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; 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。
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近停程
δs ´
δ0
推程、远停程、回程
δs
δ0´
当凸轮连续转动时,从动件将重复上述运动过程。
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如图b所示,它简称为从动件位移曲线。
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第二节 常用的从动件运动规律
生产中对凸轮机构从动件运动要求是多样的; 凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律,反之,从
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凸轮压力角的测量及影响因素:
• 测量方法:量角器(下页); • 压力角有关因素:基圆半径гb等。 • 基圆半径较大的凸轮对应点的压力角较小,传力 性能好些,但结构尺寸较大; • 基圆半径小时,压力角较大,容易引起自锁,但 凸轮的结构比较紧凑。
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凸轮压力 角的测量
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第一节
凸轮传动机构的组成、应用和分类
一、凸轮机构的应用
凸轮机构能将主动件的连续等速运动变为 从动件的往复变速运动或间歇运动。在自动机 械、半自动机械中应用非常广泛。 图1所示为内燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角 速度回转时,它的轮廓驱动从动件2(阀杆)按预期 的运动规律启闭阀门。
(1)力锁合凸轮机构

依靠重力、弹簧力或其 他外力来保证锁合(内燃 机配气凸轮机构、刀架送 给机构等)。
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力锁合凸轮机构
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(2)形锁合凸轮机构
依靠凸轮和

从动件几何形 状来保证锁合。
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第二节
凸轮传动机构常用的运动规律
一、凸轮传动的工作过程
第二节 凸轮传动机构常用的运动规律
第三节 凸轮机构设计与凸轮结构尺寸的确定
第四节 凸轮传动机构的材料、结构和强度校核
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请同学门思考几个问题
• 发动机的配气机构中的 凸轮轮廓是怎样形成的? 它具有怎样的特性呢? 它是如何保证汽车的紧 密性的呢?
动画
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概述
凸轮传动是通过凸轮与从动件之间的接触来 传递运动和动力的,是一种常用的高副机构。 只要做出适当的凸轮轮廓,就可以使从动件 得到预定的复杂运动规律。
力角大到使有效分力不足以 克服摩擦阻力的位置,不论 推力多大,都不能使从动件 运动。 •临界压力角——机构开始出 现自锁时的压力角。
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凸轮机构的压力角:
• 为了保证良好的传力性能,设计时应使 amax <[a],许用值[a]的大小通常由经验确定: • 推程时: • 对于直动从动件,取[a]=30°; • 对于摆动从动件,取[a]=45°; • 回程时:可取 [a]= 70°~80°; • 回程时从动件通常受弹簧力或重力的作用,不会引 起自锁,可不必校验压力角。
如图为一对心移动尖顶从动件盘形凸轮机 构,其工作过程:
即s=s(),v=v(),a=a()。通常用从动 件运动线图直观地表述这些关系。
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凸轮传动工作过程的有关名词:
基圆——以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为 基圆,基圆半径用rb 表示。(基圆半径 rb ) 凸轮转角δ; 推程 、回程 、升程h 、近停程、远停程; 推程运动角δ0; 回程运动角δ0´ ; 远停角δs ; 近停角δs ´ ; 一般推程是凸轮机构的工作行程。

4.凸轮机构的材料。
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•1、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。
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凸轮机构的压力角:
有效分力:F2 Fn cos 有害分力:F1 Fn sin
•压力角越小传力越好。 •自锁——当凸轮机构处于压
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后半程
h s2 1 cos 1 2 h h1 v2 sin 1 2 h h 2 h12 a2 cos 1 2 2 h h
从强度要求考虑,滚子半径一般应满足:
从运动特性考虑,不能发生运动的失真现象。为避免发生这种现象, 要对滚子半径加以限制。 r 0.8
r min
滚子尺寸与 min关系
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1)凸轮理论轮廓的内凹部分
由图18a可得:a=
min+rT
由上式可知:实际轮廓曲率半径总大于理论轮廓曲率半径。 因而,不论选择多大的滚子,都能做出实际轮廓。
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