第4章--凸轮机构传动ppt课件

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1、第第4 4章章 凸轮机构传动凸轮机构传动凸轮机构的应用及类型凸轮机构的应用及类型 4.1 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.2图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 4.3盘形凸轮的结构设计盘形凸轮的结构设计 4.4第4章 凸轮机构传动凸轮机构的应用及类型 4.1 从动件的1 whilewhile语句语句5.7switchswitch语句语句5.6do-whiledo-while语句语句5.9forfor语句语句5.8 while语句5.7switch语句5.6do-while24.1 4.1 凸轮机构的应用及类型凸轮机构的应用及类型4.1.1 凸轮机构的组成、应用及特凸轮机构的组成、

2、应用及特点点 如图如图4-1所示，凸轮机构是由凸轮所示，凸轮机构是由凸轮1、从动件从动件2和机架和机架3组成的高副机构。组成的高副机构。4.1 凸轮机构的应用及类型4.1.1 凸轮机构的组成、3图图4-1 内燃机配气的凸轮机构内燃机配气的凸轮机构 图4-1 内燃机配气的凸轮机构 4 凸轮机构的主要优点是：只要正确地凸轮机构的主要优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑，意给定的运动规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点是：由于凸轮工作可靠，易于设计。缺点是：由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间

3、机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。调节机构。凸轮机构的主要优点是：只要正确地设计凸轮轮廓5 图图4-2 挑线机构挑线机构 图图4-3 移动凸轮机构移动凸轮机构 图4-2 挑线机构 图4-3 移动凸轮机构6 凸轮机构按形状可分为三类，分述如凸轮机构按形状可分为三类，分述如下。下。1盘形凸轮盘形凸轮 如图如图4-l所示，这种凸轮是一个具有变所示，这种凸轮是一个具有变化向径轮廓尺寸的盘形构件，是凸轮的最化向径轮廓尺寸的盘形构件，是凸轮的最基本类型

4、。基本类型。4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类 凸轮机构按形状可分为三类，分述如下。4.1.7 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮，如图移动凸轮，如图4-3所示。所示。2移动凸轮移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机8 图图4-2所示为圆柱凸轮，该凸轮是在表所示为圆柱凸轮，该凸轮是在表面制出一定曲线凹槽的圆柱体。当凸轮回面制出一定曲线凹槽的圆柱体。当凸轮回转时，可使从动件在凹槽侧壁的推动下产转时，可使从动件在凹槽侧壁的推动下产生不同的运动规律或得到较大的行程。

5、生不同的运动规律或得到较大的行程。3圆柱凸轮圆柱凸轮 图4-2所示为圆柱凸轮，该凸轮是在表面制出一9 另一种分类方法是按从动杆的端部形另一种分类方法是按从动杆的端部形状和运动形式来分，如表状和运动形式来分，如表4-1所示。所示。另一种分类方法是按从动杆的端部形状和运动形式10端部形端部形状状运运 动动 形形 式式主主 要要 特特 点点移移 动动摆摆 动动尖端尖端结构构紧凑，能与各种凸凑，能与各种凸轮轮廓上的几乎所廓上的几乎所有点接触，可有点接触，可实现较复复杂的运的运动规律，但律，但易于磨易于磨损。设计时，多借用，多借用这种从种从动件的件的凸凸轮机构来机构来进行理行理论分析，描分析，描绘凸凸轮

6、轮廓廓滚子子滚动接触磨接触磨损小，可小，可传递较大的力，是一大的力，是一种常用的种常用的类型，但型，但结构构较复复杂，尺寸、重，尺寸、重量量较大，不易大，不易润滑且滑且轴销强强度度较低低平底平底结构构紧凑，平底与凸凑，平底与凸轮接触易形成楔形油接触易形成楔形油膜，膜，润滑滑较好，磨好，磨损小，且当不小，且当不计摩擦摩擦时，凸凸轮对从从动件的作用力始件的作用力始终垂直于平底，垂直于平底，传动效率效率较高，故常用于高速；但不能与高，故常用于高速；但不能与内凹或直内凹或直线轮廓接触廓接触球面球面优、缺点介于、缺点介于滚子和尖端之子和尖端之间，当机构有，当机构有变形或安装有偏差形或安装有偏差时，不至于

7、改，不至于改变其接触其接触状状态，故可避免用，故可避免用滚子子时因安装偏斜而造因安装偏斜而造成成载荷集中、荷集中、应力增大的缺点力增大的缺点表表4-1 凸轮机构从动件的基本类型凸轮机构从动件的基本类型端部形状运 动 形 式主 要 特 点移 动摆 动114.2.1 凸轮机构的工作过程分析凸轮机构的工作过程分析 图图4-4(a)所示为尖顶移动从动件盘形凸所示为尖顶移动从动件盘形凸轮机构，以凸轮轴心轮机构，以凸轮轴心O为圆心，以凸轮轮为圆心，以凸轮轮廓的最小向径廓的最小向径rb为半径所作的圆称为基圆，为半径所作的圆称为基圆，rb称为基圆半径。图示位置是从动件移动称为基圆半径。图示位置是从动件移动上升

8、的起点，也是从动件尖顶所处的最底上升的起点，也是从动件尖顶所处的最底点点A。4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析4.2 从动件的常用运12 当凸轮从图示位置逆时针转过当凸轮从图示位置逆时针转过 o时，时，从动件在向径渐增的凸轮轮廓作用下，以从动件在向径渐增的凸轮轮廓作用下，以一定的运动规律被推至距凸轮回转中心最一定的运动规律被推至距凸轮回转中心最远的位置远的位置B点，这一过程称为推程，从动件点，这一过程称为推程，从动件所移动的距离所移动的距离h称为升程或行程，凸轮对应称为升程或行程，凸轮对应的转角的转角 o称为推程运动角。称为推程运动角。当

9、凸轮从图示位置逆时针转过o时，从动件在向13 当凸轮继续转过当凸轮继续转过 s时，以时，以O点为圆心点为圆心的圆弧的圆弧 与从动件接触，使从动件在最远与从动件接触，使从动件在最远处静止不动，称为停程，其对应转角处静止不动，称为停程，其对应转角 s称称为远休止角。当凸轮继续回转为远休止角。当凸轮继续回转 时，从动时，从动件沿着凸轮轮廓件沿着凸轮轮廓 按预定运动规律降到最按预定运动规律降到最低位置，称为回程，转角低位置，称为回程，转角 称为回程运动称为回程运动角。角。当凸轮继续转过s时，以O点为圆心的圆弧 14 当凸轮再回转当凸轮再回转 时，从动件尖顶沿着时，从动件尖顶沿着凸轮轮廓上基圆圆弧凸轮轮

10、廓上基圆圆弧 滑动至起点滑动至起点A，在，在这一行程中，从动件并未沿导路发生移动，这一行程中，从动件并未沿导路发生移动，故故 段行程称近停程，段行程称近停程，称为近休止角。称为近休止角。若凸轮连续转动时，从动件必重复上述的若凸轮连续转动时，从动件必重复上述的升升停停降降停的运动过程。通常推程是停的运动过程。通常推程是凸轮机构的工作行程，而回程则是凸轮机凸轮机构的工作行程，而回程则是凸轮机构的空回行程。构的空回行程。当凸轮再回转 时，从动件尖顶沿着凸轮15图图4-4 凸轮与从动件的运动关系凸轮与从动件的运动关系图4-4 凸轮与从动件的运动关系16 从动件位移从动件位移s与凸轮转角与凸轮转角 之间

11、的关系之间的关系可用图可用图4-4(b)表示，它称为位移曲线（也称表示，它称为位移曲线（也称s-曲线）。位移曲线直观地表示了从动件曲线）。位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，它是凸轮轮廓设计的依的位移变化规律，它是凸轮轮廓设计的依据。据。从动件位移s与凸轮转角之间的关系可用图4-171等速运动规律等速运动规律2等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律4.2.2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律1等速运动规律4.2.2 从动件常用运动规律18图图4-5 等速运动规律曲线等速运动规律曲线图4-5 等速运动规律曲线19图图4-6 等加速等减速运动规律曲线等加速等减速运动规律曲线图4-6 等

12、加速等减速运动规律曲线20 以上介绍的两种运动规律之外，工程以上介绍的两种运动规律之外，工程上还常用到简谐运动规律、摆线运动规律、上还常用到简谐运动规律、摆线运动规律、函数曲线运动规律等，或者将几种运动规函数曲线运动规律等，或者将几种运动规律组合起来使用，设计凸轮机构时可参阅律组合起来使用，设计凸轮机构时可参阅有关资料。有关资料。以上介绍的两种运动规律之外，工程上还常用到简21 凸轮轮廓的设计方法有图解法和解析凸轮轮廓的设计方法有图解法和解析法两种。法两种。4.3.1 反转法原理反转法原理4.3 4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 凸轮轮廓的设计方法有图解法和解析法两种。4.22 根

13、据相对运动原理，如果给整个凸轮根据相对运动原理，如果给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角速度机构加上一个与凸轮转动角速度 数值相数值相等、方向相反的等、方向相反的 角速度，则凸轮处于相角速度，则凸轮处于相对静止状态，而从动件则一方面按原定规对静止状态，而从动件则一方面按原定规律在机架导路中作往复移动，另一方面随律在机架导路中作往复移动，另一方面随同机架以同机架以 角速度绕角速度绕O点转动，即凸轮机点转动，即凸轮机构中各构件仍保持原相对运动关系不变。构中各构件仍保持原相对运动关系不变。根据相对运动原理，如果给整个凸轮机构加上一个23 由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓接由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓接

14、触，所以在从动件反转过程中，其尖顶的触，所以在从动件反转过程中，其尖顶的运动轨迹，就是凸轮轮廓曲线（见图运动轨迹，就是凸轮轮廓曲线（见图4-7），），这就是凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。这就是凸轮轮廓曲线设计的反转法原理。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓接触，所以在从24图图4-7 反转法原理反转法原理图4-7 反转法原理25凸轮轮廓曲线的绘制步骤如下。凸轮轮廓曲线的绘制步骤如下。选取比例尺，作位移曲线：选取比例尺，作位移曲线：画基圆并确定从动件尖顶的起始位置：画基圆并确定从动件尖顶的起始位置：画反转过程中从动件的导路位置：画反转过程中从动件的导路位置：画凸轮工作轮廓：画凸轮工作轮廓：4.3.2

15、 尖顶对心移动从动件盘形凸尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计轮轮廓的设计凸轮轮廓曲线的绘制步骤如下。4.3.2 尖顶对心移动从动件26凸凸轮转角角09090150150330330360从从动件运件运动等速上升等速上升30mm停止不停止不动等加速等减速下降到等加速等减速下降到原原处停止不停止不动表表4-2 从动件的运动规律从动件的运动规律凸轮转角0909015015033033027图图4-8 尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构图4-8 尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构28 将滚子的回转中心视为从动件的尖顶，将滚子的回转中心视为从动件的尖顶，按照上例步骤作出尖顶从动件

16、的凸轮轮廓，按照上例步骤作出尖顶从动件的凸轮轮廓，称为理论轮廓曲线称为理论轮廓曲线（见图（见图4-9）。）。4.3.3 对心移动滚子从动件盘形凸对心移动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计轮轮廓的设计 将滚子的回转中心视为从动件的尖顶，按照上例步骤作出尖顶从29 以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚子半径子半径rr为半径，画一系列的圆，再作这为半径，画一系列的圆，再作这一系列圆的内包络线一系列圆的内包络线，该包络线即为凸，该包络线即为凸轮的工作轮廓（见图轮的工作轮廓（见图4-9）。）。凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rb是指理论轮廓曲线上的是指理论轮廓曲线上的最小向径。最小

17、向径。以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚子半径rr为半径，画一30图图4-9 对心移动滚子从动件盘形凸轮机构对心移动滚子从动件盘形凸轮机构图4-9 对心移动滚子从动件盘形凸轮机构31 以凸轮轴心以凸轮轴心O为圆心，以偏距为圆心，以偏距e为半为半径所作的圆称为偏距圆。从动件在反转径所作的圆称为偏距圆。从动件在反转过程中依次占据的位置，不再是通过凸过程中依次占据的位置，不再是通过凸轮转动中心的径向线，而是偏距圆的切轮转动中心的径向线，而是偏距圆的切线线K1B1、K2B2、，从动件的位移，从动件的位移A1B1、A2B2、也应沿相应的切线量取。也应沿相应的切线量取。4.3.4 尖顶偏置移动从动件盘形凸

18、尖顶偏置移动从动件盘形凸轮轮廓的设计轮轮廓的设计 以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径所作的圆称32 凸轮各转角的量取也与对心式凸轮机凸轮各转角的量取也与对心式凸轮机构不同，而应自构不同，而应自OK开始沿开始沿 方向进行。其方向进行。其余的作图步骤与尖顶对心移动从动件盘形余的作图步骤与尖顶对心移动从动件盘形凸轮相同。凸轮相同。凸轮各转角的量取也与对心式凸轮机构不同，而应33图图4-10 尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构图4-10 尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构344.4.1 尖压力角尖压力角 从动件的运动方向和凸轮作用于它的从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力法向力

19、Fn方向之间所夹的锐角方向之间所夹的锐角 称压力角。称压力角。一般不会出现自锁现象，压力角可以一般不会出现自锁现象，压力角可以取大一些，推荐取大一些，推荐=7080。4.4 4.4 盘形凸轮的结构设计盘形凸轮的结构设计4.4.1 尖压力角4.4 盘形凸轮的结构设计35图图4-11 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角图4-11 凸轮机构的压力角36图图4-12 压力角的检验压力角的检验 图4-12 压力角的检验 37 图图4-13 从动件偏置方向对压力角的影响从动件偏置方向对压力角的影响 图4-13 从动件偏置方向对压力角的影响38（1）根据凸轮的结构确定）根据凸轮的结构确定rb 当凸轮与轴做成一

20、体（凸轮轴）时：当凸轮与轴做成一体（凸轮轴）时：rbr+rr+(25)mm （4-2）当凸轮装在轴上时：当凸轮装在轴上时：rbrn+rr+(25)mm（4-3）4.4.2 凸轮基圆半径的选择凸轮基圆半径的选择（1）根据凸轮的结构确定rb4.4.2 凸轮基圆半径的选择39式中，式中，r凸轮轴的半径，凸轮轴的半径，mm；rn 凸轮轮毂的半径，凸轮轮毂的半径，mm，一，一般般rn=(1.51.7)r；rr 滚子半径，滚子半径，mm。若从动件。若从动件不带滚子，则不带滚子，则rr=0。式中，r凸轮轴的半径，mm；40（2）根据）根据 max 确定确定rb 适于对心移动从动件盘形凸轮机构的适于对心移动从

21、动件盘形凸轮机构的诺模图。诺模图。（2）根据max确定rb41 图图4-14 基圆与压力角基圆与压力角 图图4-15 求盘形凸轮基圆半径的诺模图求盘形凸轮基圆半径的诺模图 图4-14 基圆与压力角 图4-15 求盘形凸轮42 图图4-16中中，为理论轮廓线某点的曲率为理论轮廓线某点的曲率半径，半径，为凸轮实际轮廓线对应点的曲率为凸轮实际轮廓线对应点的曲率半径，半径，rr为滚子半径。为滚子半径。4.4.3 滚子半径的选择滚子半径的选择 图4-16中，为理论轮廓线某点的曲率半径，43图图4-16 滚子半径的选取滚子半径的选取图4-16 滚子半径的选取44（1）当理论廓线内凹时见图）当理论廓线内凹时

22、见图4-16(a)=+rrH这时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓这时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线。总是光滑曲线。（2）当理论廓线外凸时见图）当理论廓线外凸时见图4-16(b)、(c)、(d)=rr（1）当理论廓线内凹时见图4-16(a)45 这时可分三种情况：这时可分三种情况：rr时，时，0，这时所得的凸轮实际轮，这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线见图廓为光滑的曲线见图4-16(b)；=rr时，时，=0，实际廓线变尖见图，实际廓线变尖见图4-16(c)，极易磨损，不能使用。，极易磨损，不能使用。这时可分三种情况：46 rr时，时，0，即实际廓线出现交叉，即实际廓线出现交叉见图见

23、图4-16(d)，交点以外的廓线在加工，交点以外的廓线在加工时将被切去，致使从动件不能按预定的运时将被切去，致使从动件不能按预定的运动规律运动，这种现象称为失真。动规律运动，这种现象称为失真。rr时，0，即实际廓线出现交叉见图4-16(47图图4-17 曲率半径的近似求法曲率半径的近似求法图4-17 曲率半径的近似求法481凸轮在轴上的固定方式凸轮在轴上的固定方式 当凸轮轮廓尺寸接近轴径尺寸时，凸当凸轮轮廓尺寸接近轴径尺寸时，凸轮与轴可做成一体（见图轮与轴可做成一体（见图4-18）；当尺寸）；当尺寸相差比较大时，凸轮和轴的固定采用键联相差比较大时，凸轮和轴的固定采用键联接（见图接（见图4-19）或销联接（见图）或销联接（见图4-20）。）。4.4.4 凸轮的结构凸轮的结构1凸轮在轴上的固定方式4.4.4 凸轮的结构49图图4-18 凸轮轴凸轮轴图4-18 凸轮轴50图图4-19 用平键联接用平键联接 图4-19 用平键联接 51 图图4-20 销联接销联接 图4-20 销联接522滚子及其联接滚子及其联接3凸轮和滚子的材料凸轮和滚子的材料 凸轮和滚子常用的材料有凸轮和滚子常用的材料有45、20Cr、18CrMnTi或或T9、T10等并经表面淬火处理。等并经表面淬火处理。2滚子及其联接53图图4-22 滚子结构滚子结构图4-22 滚子结构54