第04章凸轮机构

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1、第4章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构 前述低副机构一般只能近似地实现给定的运动规律，而且设计较复杂。当机器的执行机构需要按一定的位移、速度和加速度规律运动时，尤其是当执行构件需要作间歇运动时，这种情况下最好的解决方法就是采用凸轮机构。 含有凸轮的机构称为凸轮机构。凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，与从动件保持接触，当凸轮运动(转动或移动)时，推动从动件按任意给定的运动规律运动。凸轮机构是一种常用机构，特别是在自动化机械中应用广泛。凸轮机构凸轮机构4.1 4.1 凸轮机构的应用和特点凸轮机构的应用和特点4.2 4.2 凸轮机构类型凸轮机构类型4.3 4.3 凸轮机构从动件常用的运动规律凸轮机构从动

2、件常用的运动规律4.4 4.4 用图解法设计盘形凸轮的轮廓用图解法设计盘形凸轮的轮廓4.5 4.5 凸轮机构设计中的注意事项凸轮机构设计中的注意事项4.6 4.6 凸轮机构常用材料、结构和加工凸轮机构常用材料、结构和加工4.1.1 4.1.1 凸轮机构的组成与应用凸轮机构的组成与应用v 如图如图4-14-1所示，凸轮机构主要由凸轮所示，凸轮机构主要由凸轮1 1、从动件、从动件2 2和机架和机架3 3构成，构成，凸轮为主动件，从动件与凸轮组成高副，属于高副机构。其中，凸轮为主动件，从动件与凸轮组成高副，属于高副机构。其中，凸轮凸轮1 1是一个具有曲线是一个具有曲线( (或沟槽或沟槽) )的构件，

3、它通常作连续等角速的构件，它通常作连续等角速度转动度转动( (也有作摆动或往复直线移动的也有作摆动或往复直线移动的) )。从动件。从动件2 2则在凸轮驱则在凸轮驱动下按预定的运动规律作往复直线移动或摆动。动下按预定的运动规律作往复直线移动或摆动。图图4-1 4-1 凸轮机构凸轮机构1凸轮；2从动件；3机架；4拖板；5工件4.1.2 4.1.2 凸轮机构的特点凸轮机构的特点v 凸轮机构具有以下特点。凸轮机构具有以下特点。v 优点：优点：可实现各种复杂的运动要求，其结构紧凑、可实现各种复杂的运动要求，其结构紧凑、设计较方便，只要有适当的凸轮轮廓，就可以使从设计较方便，只要有适当的凸轮轮廓，就可以使

4、从动件按任意预定的运动规律运动。因此，在自动机动件按任意预定的运动规律运动。因此，在自动机械中得到广泛的应用。械中得到广泛的应用。v 缺点：缺点：由于它是高副机构，凸轮与从动件为点或线由于它是高副机构，凸轮与从动件为点或线接触，接触点压强高，较易磨损。故一般适用于受接触，接触点压强高，较易磨损。故一般适用于受力不大的控制机构和调节机构。另外，凸轮的轮廓力不大的控制机构和调节机构。另外，凸轮的轮廓曲线加工有一定的困难，然而随着数控技术的普及，曲线加工有一定的困难，然而随着数控技术的普及，这个问题也基本得到了解决。这个问题也基本得到了解决。凸轮机构凸轮机构4.1 4.1 凸轮机构的应用和特点凸轮机

5、构的应用和特点4.2 4.2 凸轮机构类型凸轮机构类型4.3 4.3 凸轮机构从动件常用的运动规律凸轮机构从动件常用的运动规律4.4 4.4 用图解法设计盘形凸轮的轮廓用图解法设计盘形凸轮的轮廓4.5 4.5 凸轮机构设计中的注意事项凸轮机构设计中的注意事项4.6 4.6 凸轮机构常用材料、结构和加工凸轮机构常用材料、结构和加工4.2 4.2 凸轮机构类型凸轮机构类型v工程实际中所使用的凸轮机构形式多种多样，工程实际中所使用的凸轮机构形式多种多样，可进行如下分类。可进行如下分类。(1) (1) 按凸轮形状分类按凸轮形状分类(2) (2) 按从动件的末端形式分类按从动件的末端形式分类(3) (3

6、) 按从动件运动形式分类按从动件运动形式分类(4) (4) 按从动件对心形式分类按从动件对心形式分类凸轮机构凸轮机构4.1 4.1 凸轮机构的应用和特点凸轮机构的应用和特点4.2 4.2 凸轮机构类型凸轮机构类型4.3 4.3 凸轮机构从动件常用的运动规律凸轮机构从动件常用的运动规律4.4 4.4 用图解法设计盘形凸轮的轮廓用图解法设计盘形凸轮的轮廓4.5 4.5 凸轮机构设计中的注意事项凸轮机构设计中的注意事项4.6 4.6 凸轮机构常用材料、结构和加工凸轮机构常用材料、结构和加工4.3.1 4.3.1 平面凸轮机构的基本概念和参平面凸轮机构的基本概念和参数数 如图如图4-44-4所示为一对

7、心直动尖顶从动件盘形凸轮机所示为一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮以等角速度构，凸轮以等角速度顺时针转动。顺时针转动。(一一) 凸轮基圆与基圆半径凸轮基圆与基圆半径rb(二二)凸轮机构的运动过程凸轮机构的运动过程(三三)从动件的运动线图从动件的运动线图图图4-4 4-4 凸轮机构的运动过程凸轮机构的运动过程4.3.2 4.3.2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 凸轮机构中从动件在运动过程中，其位移凸轮机构中从动件在运动过程中，其位移s s、速度、速度v v、加速度、加速度a a随凸轮转角随凸轮转角(或时间或时间t)t)的变化规律，称为的变化规律，称为从动件运动规律。从动件运动规律完全

8、取决于凸轮的从动件运动规律。从动件运动规律完全取决于凸轮的轮廓形状。因此，设计凸轮轮廓时，首先应根据工作轮廓形状。因此，设计凸轮轮廓时，首先应根据工作要求确定从动件运动规律，并按此运动规律设计凸轮要求确定从动件运动规律，并按此运动规律设计凸轮轮廓形状，以实现从动件预期的运动。轮廓形状，以实现从动件预期的运动。 凸轮机构从动件常用的运动规律有：凸轮机构从动件常用的运动规律有：(1) (1) 等速运动规律等速运动规律(2)(2)等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律(3)(3)余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律4.3.3 4.3.3 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 选择从动件运动规律

9、时，一般应从机构的冲击情选择从动件运动规律时，一般应从机构的冲击情况、从动件的最大速度况、从动件的最大速度v vmaxmax和最大加速度和最大加速度a amaxmax共共3 3个方面个方面对各种运动规律的特性进行比较。对各种运动规律的特性进行比较。 对于质量较大的从动件，应选择对于质量较大的从动件，应选择vmaxvmax较小的运动较小的运动规律。从动件的规律。从动件的v vmaxmax反映了从动件最大冲量的大小，在反映了从动件最大冲量的大小，在启动、停车或突然制动时会产生很大的冲击。因此，启动、停车或突然制动时会产生很大的冲击。因此，从动件的从动件的v vmaxmax要尽量小。要尽量小。 对于

10、高速凸轮机构，对于高速凸轮机构，a amaxmax不宜太大。最大加速度反不宜太大。最大加速度反映出从动件惯性的大小，映出从动件惯性的大小，a amaxmax越大，惯性就越大。因此，越大，惯性就越大。因此，从动件的最大加速度从动件的最大加速度a amaxmax要尽量小。要尽量小。凸轮机构凸轮机构4.1 4.1 凸轮机构的应用和特点凸轮机构的应用和特点4.2 4.2 凸轮机构类型凸轮机构类型4.3 4.3 凸轮机构从动件常用的运动规律凸轮机构从动件常用的运动规律4.4 4.4 用图解法设计盘形凸轮的轮廓用图解法设计盘形凸轮的轮廓4.5 4.5 凸轮机构设计中的注意事项凸轮机构设计中的注意事项4.6

11、 4.6 凸轮机构常用材料、结构和加工凸轮机构常用材料、结构和加工4.4 4.4 用图解法设计盘形凸轮的轮廓用图解法设计盘形凸轮的轮廓 凸轮轮廓的设计有图解法和解析法。图解法直观、方便，但精度较低，常用于一般精度的凸轮轮廓设计，解析法精度高，但计算烦琐，主要用于高速或高精度的凸轮轮廓设计。本节只介绍图解法。4.4.1 4.4.1 反转法原理反转法原理v 如图如图4-84-8所示，已知凸轮绕轴所示，已知凸轮绕轴O O以等角速度以等角速度逆时针转动。现假逆时针转动。现假想给整个机构加一个与想给整个机构加一个与 大小相等、方向相反的角速度大小相等、方向相反的角速度 ，于是，于是凸轮静止不动，而从动件