《机械设计基础》第五章 凸轮机构

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1、5-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型 一、凸轮机构的应用：一、凸轮机构的应用： 凸轮机构是机械中常用的一种机构，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。 内燃机配气机构，凸轮以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件（阀杆）按与其的运动规律启闭阀门。 绕线机构，当绕线轴3快速转动时，经齿轮带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮与构件2尖顶只见到作用，驱使从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴上。 冲床的装卸料传动机构，凸轮1固定在冲头上，当冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件2以一定的规律水平往复运动，从而带动机械手装卸工件。 自动送料机构，当带有凹槽的凸轮1转动时，通过槽中的滚子，驱使从动件2作

2、往复移动。凸轮每转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。凸轮机构主要由凸轮凸轮、从动件从动件和机架机架三个基本部分组成二、凸轮机构的分类：二、凸轮机构的分类：1、按凸轮的形状分：盘形凸轮，凸轮机构的最基本形式移动凸轮，可看成盘形凸轮的回转中心在无穷远处圆柱凸轮，将移动凸轮卷成圆柱体2、按从动件的型式分：尖顶从动件：滚子从动件：平底从动件：尖顶能与复杂的轮廓保持接触，能实现任意预期的运动规律，但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，常用于受力不大的低速凸轮机构。尖顶处安装滚子，滚子与凸轮之间为滚动摩擦，耐磨损，承受较大载荷，是从动件中最常用的一种型式。从动件与凸轮轮廓的接触面为平面，不能与凹

3、陷的凸轮轮廓接触，不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高，接触面间易于形成油膜，利于润滑，常用于高速凸轮机构3、按从动件的运动形式分：直动从动件：从动件相对机架作往复直线运动摆动从动件：从动件相对机架作往复摆动4、按凸轮与从动件的接触形式分：力锁合：利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触几何锁合：依靠凸轮与从动件的特殊几何形状而始终维持接触三、凸轮机构的特点：三、凸轮机构的特点：优点：1、只需设计合适的凸轮轮廓，就能够实现精确的运动规律； 2、结构简单、紧凑，设计方便。缺点：1、凸轮与从动件间为点、线接触，易磨损，主要用于传力不大 的控制

4、机构； 2、凸轮轮廓加工困难。5-2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 凸轮的轮廓决定于从动件的运动规律一、基本名词：一、基本名词：基圆基圆：（base circle）以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆基圆，基圆半径用rmin表示。推程，推程运动角推程，推程运动角t （motion angle for rise travel）远休止角远休止角s (farthest dwell angle)回程，回程运动角回程，回程运动角h (motion angle for return travel)近休止角近休止角s (nearest dwell angle) 行程行程从动件在推程或回程中移动

5、的距 离，用 h 表示 从动件位移图从动件位移图从动件运动线图从动件运动线图021212 ahvhstt 二、从动件的常用运动规律二、从动件的常用运动规律1、匀速运动推程：凸轮转过推程运动角t ，从动件行程为h。若以T 表示推程运动时间，则匀速运动时，从动件的速 度v2v0h/T；从动件位移s2v0tht/T；从动 件的加速度a2dv2/dt0。其运动线图如右图。凸轮匀速运动时，1为常数，故11t，t1T 将这些关系式代入上式便可得出以凸轮转角1表示的从动件运动方程回程：凸轮转过推程运动角h，从动 件相应由s2h逐渐减小到0。 12212(1)0hhshhva 运动件在开始和终了的瞬时，速度有

6、突变，产生刚性冲击刚性冲击221212122122442ttthahvhs 2212121221224)(4)(2ttttthahvhhs 2212212122122442hhhhahvhhs 2、等加速等减速运动这种运动规律通常令前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动。推程的前半程：推程的后半程：回程的前半程：回程的后半程：2212121221224)(4)(2thhhhhahvhs 2t t 216543Os2t1 214536165432o41149O v2t1 a0A at BC加速度的突变引起有限惯性力的突变，将产生。 3、简谐运动（余弦加速度运动） 点在圆周上作匀速运动时，它在

7、这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动简谐运动)cos(2)sin(2)cos(1 212212211212 ttttthahvhs 推程：回程：)cos(2)sin(2)cos(1 212212211212 htththhahvhs O a2t1 meO v2t1 t Os2t1 2165432145361654324、摆线运动（正弦加速度运动） ,tsva ,t ,th654321rsBAA0运动特征：没有冲击 5、组合运动规律 为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。三、三、 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 3、对

8、于较高速凸轮，还要考虑到机构的运动速度较高，可能会 产生很大的惯性力和冲击，所以要考虑其最大加速度。1、只要求当凸轮转过某一角度0时，推杆完成一行程h或。 2、不仅要求当凸轮转过某一角度0时，推杆完成一行程h或 ，而且还要求推杆按一定的运动规律运动。此外，还要考虑机构的冲击性能。 5-3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 根据工作要求合理地选择从动件的运动规律后，可按照结构所允许的空间和具体要求，初步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的轮廓。一、一、 凸轮轮廓设计的基本原理凸轮轮廓设计的基本原理 反转法反转法： 根据相对运动原理，若给整个机构加上一个绕凸轮回转中心的公共角速度1，机构各构件间