机械原理第四章 凸轮机构及其设计

自动机床进刀机构
二、凸轮机构的分类
凸轮机构的类型取决于凸轮和从动件的类型 如表1-4-1所示，按凸轮与从动件的相对运动来分，有平面凸 轮机构和空间凸轮机构。
如表1-4-2所示，按从动件的运动形式来分，有直动从动 件和摆动从动件；按从动件与凸轮接触部分的形状来分，有尖 顶从动件、滚子从动件和平底从动件
等减速段
s h
O
1 234 56
v
s

2h 2

2
v

4h 2


s


h

2h 2




2
v

4h 2





O a a0
O
2 2

a

4h 2
2
a


4h 2

2
j ∞
∞
特点：
O
2


柔性冲击，适用于中速轻载场合。
2

）
特点： 无冲击，用于高速场合。
54 6O 3

12 1 2 3 4 5 6
v
O

2

a
O

j
O
2


三、从动件组合运动规律
为了获得从动件更好的运动和动力特性，可以把几种常用 运动规律拼接起来，构成组合运动规律。
组合原则：
1、满足运动要求; 2、满足边界条件; 3、最大速度及加速度尽可能小;
从动件运动规律：
位移线图（s-t或s- ） 速度线图（v-t或v- ） 加速度线图（a-t或a- ） 跃度曲线图（j-t或j- ）
位移曲线
s
hBiblioteka Baidu
O s s
,t
360º
凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律，要想使从动 件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。
（2）选取与μs相同的比例尺μr（μr代表凸轮基圆的长度比例尺），以O为圆 心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件导路的方位线， 该线与基圆的交点B0，便是从动件尖顶的推程起始位置。 （3）以O点为圆心，偏距e为半径作偏距圆。该圆与从动件的导路线切于K0 点。
（上册）
第四章 凸轮机构及其设计
第一节 凸轮机构应用及分类 第二节 从动件常用运动规律 第三节 图解法设计平面凸轮轮廓曲线 第四节 解析法设计平面凸轮轮廓曲线 第五节 凸轮机构基本尺寸确定 第六节 圆柱凸轮机构
第一节 凸轮机构应用及分类
一、凸轮机构的基本组成、工作原理及应用特点
凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽 的凸轮，通过与从动件的高副接触，带 动从动件实现任意预期的运动规律的机 构。
vmax
amax
从动件动量 mvmax
从动件惯性力 mamax
s h
O
/4
a

3 /4

改进型等速运动规律
O a
- /4
O
/2
改进型等加速等减速运动规律

/2

改进型正弦运动规律

第三节 图解法设计平面凸轮轮廓曲线
根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓。 图解法 ——直观性强，但误差大。
-∞
3、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）
从动件的加速度按余弦规律变化
运 动
s h [1 cos( )]
2

方 程
v h sin( )
式
2
（ 推 程
a 2h 2 cos( )
2 2

）
s
5 6h 4
3
2 1O
1
2
3
4
5
6

v
O a

O

特点：
j ∞
柔性冲击，用于中速场合。
O
∞

4、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）
s
从动杆的加速度按正弦规律变化
h
运 动 方 程 式
s h h sin( 2 ) 2
v h [1 cos( 2 )]


（ 推 程
a 2 h 2 sin( 2 )
（1）尖顶直动从动件盘形凸轮
已知：凸轮机构的基圆半径为rb，从动件的导路偏于凸轮轴心的右
侧，偏距为e，凸轮以等角速度逆时针方向转动，从动件的位移
曲线如图所示。要求：设计凸轮的轮廓曲线。
e

B'9
B'10
B
' 1
1
B11
B10
B9 k7 O
B8 k6
B7
rb k 11
B0
B1
B'1
k0 B2
k1 B3
s
s
从动件的速度为常数 v = C
h h
O
运动方程式
O
特点：
s

h


推程
v

h


a 0
v vv0 v0
O O a
∞
O
刚性冲击，适用于低速轻载场合。

-∞
2、等加速等减速运动规律
从动件的加速度为常数 |a| = C
运动方程式（推程）
等加速段
方法： 解析法 ——精度高，但计算量相对较大。
一、凸轮轮廓设计的反转法原理
加与凸轮角速度等值、反向的角速度- 凸轮静止不动
从动件与导路以角速度绕凸轮转动 从动件相对导路移动
从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线

B
s1 A
A1
1
A' B'
s1
O

二、图解法设计凸轮轮廓
（一）尖顶从动件盘形凸轮
B4 B6 B5
B'2
B'3 B'4
B'8 B'5
B
' 7
B
' 6
s
h
5' 6' 4'
3' l' 2'
O l 23456
7' 8' 9' 10'
7 8 9 10 l1
3 6 0 °
l2 (0)
设计步骤：
（1）选取适当的比例尺μs、μφ（其中μs代表从动件位移的长度比例尺，μφ代 表凸轮转角的角度比例尺），作出从动件的位移线图，如图1.4.6 b。将位移 曲线横坐标所代表的推程运动角和回程运动角分成若干等份，得分点1， 2，…，12（0）。
二、从动件常用运动规律
人们经过长期的理论研究和生产实践，已经积累了能适应 多种工作要求的从动件运动规律，其中在工程实际中经常用到 的运动规律，称为常用运动规律。
1、等速运动规律 2、等加速等减速运动规律 3、简谐运动规律(余弦加速度运动规律) 4、摆线运动规律(正弦加速度运动规律)
1、等速运动规律
如表1-4-3所示，按凸轮与从动件维持高副接触（封闭）的 方式分，有力封闭型凸轮机构和形封闭型凸轮机构。
第二节 从动件常用运动规律
从动件的运动情况取决于凸轮的轮廓曲线，即凸轮的轮廓 曲线与从动件的运动规律之间存在着确定的依从关系 。
一、凸轮机构的运动学设计参数
运动循环
在凸轮转过一周的过程中，从动件经历了“升－停－降－ 停”四个阶段。
凸轮机构结构简单、紧凑，且工 作可靠、设计方便。因此，广泛应用 于各种机械，特别是各种轻工机械、 自动化的机器、仪器、控制装置及装 配生产线。
凸轮机构也存在一些缺陷。凸轮与从动件之间是高副接触， 承载力低，易磨损，只适宜用于传力不大的场合；任意曲线的凸 轮轮廓较难加工；从动件允许的行程不宜过大。
内燃机配气机构