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1、第九章 凸轮机构及其设计,9-1凸轮机构的应用和分类,本章教学内容,9-2推杆的运动规律,9-3 凸轮轮廓曲线的设计,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,应用,内燃机配气凸轮机构,等速运动凸轮绕线机,双凸轮组合写R字机构,圆柱凸轮输送机,组成,由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。,9.1 凸轮机构的应用和分类,9.1.1 凸轮机构的应用,1.按凸轮形状分类,2.从动件形状分类,1)盘形凸轮,2)移动凸轮,3)圆柱凸轮（端面）,1)尖端从动件,2)曲面从动件,3)滚子从动件,4)平底从动件,9.1.2 凸轮机构的类型,4.按保持接触方式分类,2)几何形状封闭,1)移动从动件(对心、偏置),2)摆动从
2、动件,1)力封闭（重力、弹簧）,3.按从动件的运动形式分类,运动特点：连续回转 往复运动。,优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,缺点：高副，线接触，易磨损。,9.1.3 凸轮机构的特点,应用：传力不大的场合。,9.2推杆的运动规律,9.2.1凸轮的相关名词介绍：,基圆，基圆半径rb；,升程 h,近休，近休止角,回程，回程运动角,远休，远休止角,刚性冲击：加速度无穷大突变引起的冲击。,(1)等速运动,特点：有刚性冲击。,应用：低速轻载。,9.2.2 从动件常用运动规律,(2)等加等减速运动,柔性冲击：加速度有限值突变引起的冲击。,特点：有柔性冲击,应用：中速轻载。,h/2,h/2,0,1,
3、4,9,4,1,柔性冲击,（3）余弦加速度（简谐）运动规律：当质点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影构成了简谐运动。,S=R-RcosR=h/2/=/0,特点：有柔性冲击。,应用：中速中载。,（4）正弦加速度（摆线）运动规律：当圆沿着坐标系的纵轴作匀速纯滚动时，圆周上的各点将描绘出一条摆线，此时，圆周上的各点在纵周上的投影便构成了摆线运动规律。,S=R-Rsin h=2 R/2=/0,特点：无冲击。,应用：高速。,9.2.3 运动规律的组合,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,v,s,a,h,o,o,o,正弦改进等速运动规律,9.2.3 运动规律
4、的组合,9.2.4 选择运动规律应考虑的问题（了解）,（1）工程上对从动件运动有要求，应严格满足。,（2）工作过程只要求从动件完成一行程，对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。,（3）对高速或输出构件质量大的凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑vmax和 amax。,从动件运动规律特性比较,9.3凸轮廓线设计,9.3.1 凸轮廓线设计的基本原理,9.3.2 用作图法设计凸轮廓线,A,已知对心直动尖顶推杆凸轮机构中凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,1、对心直动尖顶推杆盘形凸轮,选比例尺l作基圆。,
5、选比例尺S和作机构的位移曲线。,已知对心直动滚子推杆凸轮机构中，凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,2、对心直动滚子推杆盘形凸轮,理论轮廓,实际轮廓,重要规定基园半径在理论廓线上度量。,选比例尺l作基圆。,选比例尺S和作机构的位移曲线。,已知对心直动平底推杆凸轮机构中，凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,3、对心直动平底推杆盘形凸轮,选比例尺l作基圆。,选比例尺S和作机构的位移曲线。,已知偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,4、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮,选比例尺l作基
6、圆。,选比例尺S和作机构的位移曲线。,已知摆动尖顶推杆凸轮机构中，凸轮的基圆半径r0，角速度，摆动推杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。,5、摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,基本尺寸：r0，e，rT，l,9.4凸轮机构基本尺寸的确定,我们在进行上述凸轮轮廓曲线设计时，相关的凸轮结构参数r0、rT、平底尺寸 l 等，都是预先给定的。而实际上，这些参数往往是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。,9.4.1凸轮机构的作用力和凸轮机构中的压力角,由Fx=0，Fy=0，MB=0 可得：,由以上三式消去FR1、FR2 得：,
7、作用力,时，机构自锁。,工程上要求：max c,增大导轨长度l或减小悬臂尺寸b可提高c,临界压力角,解方程得临界压力角,凸轮机构最大压力角max位置的确定:a、对于等速运动规律来讲，max出现在S=0处；,b、对于其他的运动规律，max可以近似地认为出现在=0/2，S=h/2处（此时推杆的运动速度有极大值）。,由BCP得:,9.4.2凸轮基圆半径的确定,OP=v/,=ds/dt/d/dt,=ds/d,凸轮的基圆半径r0与凸轮机构压力角的关系:,=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2+s,设计时要求：,思考问题：当凸轮和推杆的瞬心与推杆的位置线在机构转动中心异侧时，又如何表示两者的关系？,于
8、是有：,tg=CP/BC=(OP-e)/BC,偏距e 的确定,正确偏置,错误偏置,推程应使导路和瞬心位于凸轮转动中心同侧，以减推程小压力角。,但同时增大了回程压力角，故偏距 e 不能太大。,凸轮机构基圆半径r0 的确定:1、通过计算的方法来确定：,2、利用经验公式确定r0：、如果凸轮与凸轮轴连成一体时，r0应略大于凸轮轴的半径r轴；、如果凸轮与凸轮轴不属于一体时，应按照公式r0=1.6r轴来确定，但最后必须校核压力角，使其满足max，并且一般只在理论廓线上对推程过程中的压力角进行校核。,3、对于平底推杆盘形凸轮机构，它的基圆半径则不能用max来确定，而只能根据机构的外凸条件（即 0）来确定。,
9、注意：公式中的S、ds/d必须按照机构具有最大压力角max时的进行计算。,9.4.3滚子半径rt的确定：,a工作轮廓的曲率半径,a rt,rt,a rt 0,rt,a rt 0,rt,a rt 0,轮廓正常,轮廓正常,轮廓变尖,外凸,理论轮廓的曲率半径,凸轮工作廓线的最小曲率半径一般不应小于（15）mm，一旦其小于（15）mm，可以：a、减小滚子半径rt；b、增大基圆半径r0；c、修改推杆的运动规律以便将凸轮工作廓线上出现的尖点的地方代以合适的曲线。,具体的rt可以通过作图和经验求得：,rt=（0.10.5）r0（考虑强度要求）,rt 0.8理min（考虑运动失真）,三圆法确定凸轮的理min,理min,9.4.3平底推杆尺寸的确定：,重要例题：图示凸轮机构，,（1）画出偏距园；,（2）画出理论廓线；,（3）画出基园；,（4）画出当前位置从动件的位移s；,（5）画出从当前位置转过900时从动件的位移s和机构压力角；,（6）画出升程h；,
