第5章凸轮机构

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1、 当要求某些机械的从动件按照预定的当要求某些机械的从动件按照预定的运动规律变化，采用凸轮机构可精确地实运动规律变化，采用凸轮机构可精确地实现所要求的运动，如内燃机配气机构。如现所要求的运动，如内燃机配气机构。如果采用平面连杆机构，一般只能近似地实果采用平面连杆机构，一般只能近似地实现预定的运动规律，难以满足要求，而且现预定的运动规律，难以满足要求，而且设计较为困难和复杂。设计较为困难和复杂。5.1.1凸轮机构的分类及应用凸轮机构的分类及应用1、应用：应用：2、组成：、组成：凸轮凸轮一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触从动件：平动，摆动从动件：平动

2、，摆动机架机架3、特点、特点：当从动件的位移、速度、加速度必须严格按照当从动件的位移、速度、加速度必须严格按照预定规律变化时，常用凸轮机构。预定规律变化时，常用凸轮机构。优点：优点：1)能够实现精确的运动规律；能够实现精确的运动规律；2)设计较简单。设计较简单。缺点：缺点：1)承载能力低，主要用于控制机构；承载能力低，主要用于控制机构；2)凸轮轮廓加工困难。凸轮轮廓加工困难。凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮

3、廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。 5.1 概述概述内燃机配气机构凸轮式内燃机配气机构 自动车床上的走刀机构自动车床上的走刀机构1)1)按按凸轮的形状和运动分类凸轮的形状和运动分类(1)(1)盘形回转凸轮盘形回转凸轮(2)(2)平板移动凸轮平板移动凸轮 4 4、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 5、凸轮传动机构的类型、凸轮传动机构的类型：(3)(3)、圆柱回转凸轮、圆柱回转凸轮 2)2)、按、按从动件的形状分类从动件的形状分类(1)(1)、尖顶从动件、尖顶从动件(2)(2)、

4、滚子从动件、滚子从动件(2)(2)、平底从动件、平底从动件 3)按按从动件的运动形式从动件的运动形式摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件4)4)按锁合方式的不同按锁合方式的不同力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。 按从动件运动形式按从动件运动形式可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏置直动从动件）可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏置直动从动件）和摆动从动件两种。和摆动从动件两种。 5.1.2 凸轮和滚子的材料凸轮和滚子的材料凸轮

5、：凸轮：45钢、钢、40Cr表面淬火表面淬火(硬度硬度4050HRC)，15钢、钢、20Cr、20CrMnTi渗碳淬火渗碳淬火(硬度硬度5662HRC ) 。滚子：滚子：20Cr，经渗碳淬火，表面硬度达，经渗碳淬火，表面硬度达5662HRC；也可用滚动；也可用滚动轴承作为滚子。轴承作为滚子。 1、失效形式：失效形式：2、工作要求：、工作要求： 要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨，并且具有足够要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨，并且具有足够的表面接触强度，对于经常受到冲击的凸轮机构要求凸轮芯部的表面接触强度，对于经常受到冲击的凸轮机构要求凸轮芯部有较大的韧性。有较大的韧性。 3、常用材料、常

6、用材料：磨损和疲劳点蚀。磨损和疲劳点蚀。5.1.3 凸轮的结构与安装凸轮的结构与安装1、凸轮的结构：凸轮的结构：2、凸轮的安装：、凸轮的安装： 凸轮在轴上的固定，除采用键联接外，也可采用紧定螺钉凸轮在轴上的固定，除采用键联接外，也可采用紧定螺钉和圆锥销固定，如图和圆锥销固定，如图2-8a所示，初调用紧定螺钉定位，然后用圆所示，初调用紧定螺钉定位，然后用圆锥销固定；图锥销固定；图2-8b所示采用开槽锥形套固定，调整灵活，但传递所示采用开槽锥形套固定，调整灵活，但传递转矩不能太大。图转矩不能太大。图2-7组合式凸轮、图组合式凸轮、图2-8盘状凸轮在轴上的固定盘状凸轮在轴上的固定 。 凸轮轴凸轮轴

7、、 整体式、镶块式、组合式整体式、镶块式、组合式 。5.2 凸轮机构的特性分析凸轮机构的特性分析 1、绘制三种常见的从动件运动规律曲线图、绘制三种常见的从动件运动规律曲线图 2、比较三种从动件运动规律的冲击类型、比较三种从动件运动规律的冲击类型工作任务工作任务:基圆：以凸轮最小半径基圆：以凸轮最小半径r r0 0所所作的圆，作的圆，r r0 0称为凸轮的基圆半称为凸轮的基圆半径。径。推程、推程运动角：推程、推程运动角：推杆的运动规律：是指推杆推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转和加速度随时间变化（凸轮转角角变化变化）的规律。）的

8、规律。远休、远休止角：远休、远休止角：回程、回程运动角：回程、回程运动角：近休、近休止角：近休、近休止角：行程：行程：h hhss0位移：位移：s=r-rs=r-r0 05.2.1 凸轮机构的运动分析凸轮机构的运动分析5.2 凸轮机构的特性分析凸轮机构的特性分析 1 1、等速运动规律、等速运动规律 推程：推程：0 00 0 0S0Sh h初始条件初始条件：=0=0；S S= =0 0终止条件终止条件: := =0 0 S S= =h h推程运动方程式：推程运动方程式： 回程：回程：0 0h h 0S0Sh h 初始条件初始条件：=0 =0 S S= =h h终止条件终止条件：= =h hS S

9、= =0 0回程运动方程式：回程运动方程式： 0/110dtdvaCdtdsvCCs运动方程式一般表达式：运动方程式一般表达式：5.2.2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 运动特性：当采用匀速运动规运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在运动的律时，推杆在运动的起始点和末点起始点和末点因速度有突变，在理论上加速度值因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为击，称为刚性冲击刚性冲击。推程运动线图：推程运动线图：适用场合：低速、轻载。适用场合：低速、轻载。 推程运动方程式推程

10、运动方程式：2 2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律 推程：推程：0 00 0 0S0Sh h等加速段：等加速段：0 00 02 2 0S0Sh h2 2运动方程式：运动方程式： 等减速段：等减速段：0 02 20 0 h h2 2SSh h运动方程式运动方程式 回程：回程：0 00 0 0S0Sh h 等加速段：等加速段：0 00 02 2 hShSh h2 2运动方程式：运动方程式： 等减速段：等减速段：0 02 20 0h h2 2SS0 0运动方程式运动方程式 22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs运动方程式一般表达式：运动方程式一般表达式： 运动特性：当采

11、用等加速等减运动特性：当采用等加速等减速运动规律时，在速运动规律时，在起点、中点和起点、中点和末点时末点时，加速度有突变，因而推，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为构中由此而引起的冲击称为柔性柔性冲击。冲击。 适用场合：中速、轻载。适用场合：中速、轻载。3 3、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）：、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）： 简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。投影的运动即为简谐运