41凸轮机构的应用和分类.docx
《41凸轮机构的应用和分类.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《41凸轮机构的应用和分类.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
41凸轮机构的应用和分类
机械设计基础
课程教案
授课时间
第3周
第7
节
课次2
授课方式
理论课□
讨论课□
实验课□习题课□
课时
（请打√）
其他□
2
安排
授课题目：
第四章凸轮机构
主要教学方法
教学方法：
利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。
与手段
教学手段：
本课次教学目的、要求：
1.
了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用
2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用
教学重点及难点：
重点：
凸轮机构的从动件的常用运动规律。
难点：
立体凸轮机构运动的实现
教学基本内容及过程
4.1凸轮机构的应用和分类
4.1.1凸轮机构的应用
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主要由凸轮、从动件和机架三个构件组成。
凸轮通常作连续等速转动，从动件则按预定运动规律作间歇（或连续）直线往复移动或摆动。
请看下图所示的内燃机配气凸轮机构。
凸轮1以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件（阀
杆）按预期的运动规律启闭阀门。
1
内燃机配气机构
送料机构
上图所示则是自动送料机构。
当有凹槽的凸轮1转动时，通过槽中的滚子3，驱使从动
件2作往复移动。
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。
4.1.2凸轮机构的分类
接下来学习凸轮机构的分类。
如果按凸轮的形状分，可以分为：
①盘形凸轮：
如下图（a）所示。
②移动凸轮：
如下图（b）所示。
③圆柱凸轮：
如下图（c）所示。
凸轮的类型
如果按从动件的形状分，可以分为：
①尖顶从动件：
如下图（a）所示。
②滚子从动件：
如下图（b）所示。
③平底从动件：
如下图（c）所示。
2
从动件的类型
4.2从动件的常用运动规律
从动件的常用运动规律有下面三种：
1.等速运动规律
2.等加速等减速运动规律
3.简谐运动规律
3
机械设计基础
课程教案
授课时间
第3周
第8
节
课次2
授课方式
理论课□
讨论课□
实验课□
习题课□
课时
（请打√）
其他□
2
安排
授课题目：
4.3
盘形凸轮轮廓的设计
主要教学方法教学方法：
与手段教学手段：
本课次教学目的、要求：
掌握反转法，能用图解法绘制凸轮轮廓线，能编程设计凸轮廓线。
教学重点及难点：
着重讲清“反转法”原理。
重点：
着重讲清“反转法”原理。
难点：
着重讲清“反转法”原理。
教学基本内容及过程
3.3图解法设计盘形凸轮轮廓
3.3.1图解法原理
凸轮轮廓的设计原理
按从动件的已知运动规律绘制凸轮轮廓的基本原理是反转法。
根据相对运动原理，若将
上图所示的整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相
反的公共角速度（），此时各构件之间的相对运动关系不变。
这样，凸轮静止不动，而从
4
动件一方面随机架和导路一起以等角速度“”绕凸轮转动，另一方面又按已知运动规律在导路中作往复移动（或摆动）。
由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。
凸轮机构的类型虽然有多种，但绘制凸轮轮廓的基本原理及方法是相同的，凸轮轮廓都按反转法原理绘出。
下面以常见的盘形凸轮为例，说明凸轮轮廓曲线的绘制方法。
4.3.2尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
我们来看一个例题
设已知凸轮逆时针回转，其基圆半径
=30mm，从动件的运动规律为
凸轮转角
0°～180°
180°～300°
300°～360°
从动件的运动规律
等速上升30mm
等加速等减速下降回到原
停止不动
处
试设计此凸轮轮廓曲线。
解:
设计步骤如下:
1．按一定比例尺=0.002m/mm绘制从动件的位移线图（见下图（a））。
2．按同一比例尺=，以为半径作基圆，基圆与导路的交点即为从动件尖顶的
起始位置。
3．等分位移线图的横坐标和基圆。
根据反转法原理，按位移线图中横坐标的等分数，
从开始，沿的方向将基圆圆周分成相应的等分数，以射线，，，⋯代表
机构反转时各个相应位置的导路，各射线与基圆的交点为，，，⋯。
4．从位移线图量取，，，⋯，得，，，⋯。
5．以光滑曲线连接，，，⋯，即得凸轮的轮廓曲线（见下图（b））。
如果采用滚子从动件，由于滚子中心是从动件上的一个固定点，它的运动就是从动件的运动。
因此，首先把滚子中心看成是尖顶从动件的尖点，此时按尖顶从动件设计得到的轮廓
线称为理论轮廓曲线。
再以理论轮廓线上各点为圆心画一系列滚子圆，然后绘出此滚子圆的包络线，它就是滚子从动件凸轮机构的实际轮廓线。
但须注意，此时凸轮的基圆半径是指理
论轮廓线上的最小半径（见下图（c））。
5
对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
6
机械设计基础
课程教案
授课时间
第4
周
周
第9节
课次2
授课方式
理论课□
讨论课□
实验课□
习题课□
课时
（请打√）
其他□
2
安排
授课题目：
4.4
凸轮机构设计中应注意的问题
主要教学方法教学方法：
与手段教学手段：
本课次教学目的、要求：
了解凸轮机构基本尺寸的确定
教学重点及难点：
重点：
凸轮机构基本尺寸的确定
难点：
凸轮机构基本尺寸的确定
教学基本内容及过程
4.4凸轮机构设计中应注意的问题
3.4.1凸轮机构的压力角和自锁
压力角是决定凸轮机构能否正常工作的重要参数，确定凸轮机构尺寸时必须考虑对压力角的影响。
凸轮机构的压力角
7
上图所示的为滚子直动从动件凸轮机构。
凸轮机构和连杆机构一样，从动件运动方向和
接触轮廓法线方向之间所夹的锐角称为压力角。
当不考虑摩擦时，凸轮给于从动件的作用力
是沿法线方向的，从动件运动方向与作用力之间的夹角即压力角。
作用力可分解
为沿从动件运动方向的有用分力和使从动件紧压导路的有害分力。
压力角越大，则有害分力越大，由引起的摩擦阻力也越大。
当增大到一定程
度，由引起的摩擦阻力大于有用分力时，无论凸轮给于从动件的作用力多大，从动件
都不能运动，这种现象称为自锁。
由以上分析可以看出，为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压
力角加以限制。
凸轮轮廓曲线上各点的压力角是变化的，在设计时应使最大压力角不
超过许用值［］。
根据实践经验，推程许用压力角推荐取以下数值:
直动从动件，许用压力角［］=30°
摆动从动件，许用压力角［］=45°
常见的依靠外力维持接触的凸轮机构，其从动件是在弹簧或重力作用下返回的，回程不
会出现自锁。
因此，对于这类凸轮机构，通常只须对其推程的压力角进行校核。
4.4.2压力角与基圆半径的关系
请看下图，凸轮基圆半径和凸轮机构压力角有关。
式中——从动件的线速度；
——从动件在处的位移。
8
压力角与基圆半径的关系
由上式可知，基圆半径越小，压力角越大。
若基圆半径过小，压力角就会超过许用
值。
反之，基圆半径越大，压力角就越小，但整个机构的尺寸也就越大，这将使结构
不紧凑。
故实际设计中，在保证凸轮机构的最大压力角不超过许用值的前提下，将取大一
些，以减小基圆半径的值。
若对机构尺寸没有严格限制，则基圆半径可取大些，以使减小，改善凸轮受力情况。
基圆半径通常可根据结构条件，由下面的经验公式确定:
≥（0.8～1）（mm）
式中——凸轮安装处的轴颈直径。
在根据所选的基圆半径设计出凸轮轮廓曲线后，必要时可对其实际压力角进行检查。
若发现压力角的最大值超过许用压力角，则应适当增大，重新设计凸轮轮廓。
3.4.3滚子半径的选择
滚子半径的选择要考虑滚子的结构、强度和凸轮轮廓曲线的形状。
从减小凸轮与滚子间的接触应力来看，滚子半径越大越好，但滚子半径增大后对凸轮实际轮廓曲线有很大影响，
从而使滚子半径的增大受到限制。
请看下图，对于外凸的理论轮廓曲线，由于实际轮廓曲线
的曲率半径等于理论轮廓曲线的曲率半径与滚子半径之差，设理论轮廓外凸部分的最小曲率
半径以表示，滚子半径用表示，则相应位置实际轮廓的曲率半径。
当＞时，如下图（a）所示，这时，＞0，实际轮廓为一平滑曲线。
当=时，如下图（b）所示，这时，=0，在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点，这
种尖点极易磨损，磨损后就会改变原定的运动规律。
9
当＜时，如下图（c）所示，这时，＜0，产生交叉的轮廓曲线，交叉部分在实
际加工时将被切削掉，使这一部分运动规律无法实现，因此从动件的运动将会失真。
经过上述分析可以得到结论，为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径
必须小于外凸理论轮廓曲线的最小曲率半径。
另外，滚子半径必须小于基圆半径。
设计时应使满足以下经验公式
和
滚子半径的选择
10
升级会员 