圆柱凸轮机构设计结构计算整理版Word文档格式.docx

1、送糖盘7从输送带10上取得糖块，并与钳糖机械手反向同步放，经顶糖、折边后，产品被机械手送至工位?后落下或由拨糖杆推下。机械手开闭置至进料工位?由机械手开合凸轮（图中虚线）1控制，该凸轮的轮廓线是由两个半径不同的圆弧组成，机械手的夹紧主要靠弹簧力。图12-6图12-4所示为由两个凸轮组合的顶糖、接糖机构，通过平面槽凸轮机构将糖顶起，由圆柱凸轮机构控制接糖杆的动作，完成接糖工作。图12-5所示的机构中，应用了四个凸轮机构的配合动作来完成电阻压帽工序。内燃机中的阀门启闭机构（图12-6），缝纫机的挑线机构（图12-7）等，都是凸轮机构具体应用的实例。由以上各例可见，凸轮机构在各种机器中的应用是相当广

2、泛图12-7 的，了解凸轮机构的有关知识是非常必要的。12.1 凸轮机构的分类 按照凸轮及从动件的形状，凸轮机构的分类见表12-1。12.2 凸轮机构中从动件常用的运动规律 凸轮机构设计的主要任务是保证从动件按照设计要求实现预期的运动规律，因此确定从动件的运动规律是凸轮设计的前提。12.2. 1 平面凸轮机构的工作过程和运动参数 图12-8a为一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，从动件移动导路至凸轮旋转中心的偏距为e。以凸轮轮廓的最小向径r为半径所作的圆称为基圆，r为基圆半径，凸轮以等角速度,逆时针转动。bb在图示位置，尖顶与A点接触，A点是基圆与开始上升的轮廓曲线的交点，此时，从动件的尖顶离凸

3、轮轴最近。凸轮转动时，向径增大，从动件被凸轮轮廓推向上，到达向径最大的B点时，从动件距凸轮轴心最远，这一过程称为推程。与之对应的凸轮转角,称为推程运动角，从动件上升的最大0位移h称为行程。当凸轮继续转过,时，由于轮廓BC段为一向径不变的圆弧，从动件停留在最远s处不动，此过程称为远停程，对应的凸轮转角,称为远停程角。当凸轮又继续转过,角时，凸轮向s0径由最大减至r，从动件从最远处回到基圆上的D点，此过程称为回程，对应的凸轮转角,称为回b0程运动角。当凸轮继续转过,角时，由于轮廓DA段为向径不变的基圆圆弧，从动件继续停在距轴s心最近处不动，此过程称为近停程，对应的凸轮转角,称为近停程角。此时，,，

4、,， ,，,=2,，s0s0s凸轮刚好转过一圈，机构完成一个工作循环，从动件则完成一个“升停降停”的运动循环。图12-8 单位（mm） 弦距 销距半角 两柱销最柱销中心柱销直径 柱销数 主动凸轮小距离 圆半径R2 直径R1 22.5? 103.325 53.325 135 50 8 100 上述过程可以用从动件的位移曲线来描述。以从动件的位移s为纵坐标，对应的凸轮转角为横坐标，将凸轮转角或达出来的图形称为从动件的位移线图，如图12-8b所示。从动件在运动过程中，其位移s、速度v、加速度a随时间t（或凸轮转角）的变化规律，称为从动件的运动规律。由此可见，从动件的运动规律完全取决于凸轮的轮廓形状。

5、工程中，从动件的运动规律通常是由凸轮的使用要求确定的。因此，根据实际要求的从动件运动规律所设计凸轮的轮廓曲线，完全能实现预期的生产要求。12.2.2 从动件常用的运动规律 常用的从动件运动规律有等速运动规律，等加速-等减速运动规律、余弦加速度运动规律以及正弦运动规律等。1（ 等速运动规律 度有突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲击、噪声和磨损，这种冲击为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。 2（ 等加速等减速运动规律 从动件在一个行程h中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。通常加速度和减速度的绝对值相

6、等，其运动线图如图12-10所示。图12-9 图12-10 由运动线图可知，这种运动规律的加速度在A、B、C三处存在有限的突变，因而会在机构中产生有限的冲击，这种冲击称为柔性冲击。与等速运动规律相比，其冲击程度大为减小。因此，等加速等减速运动规律适用于中速、中载的场合。3（ 简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 当一质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上投影的运动规律称为简谐运动。因其加速度运动曲线为余弦曲线故也称余弦运动规律，其运动规律运动线图如图12-11所示。图12-11 由加速度线图可知，此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变，故也存在柔性冲击，升连续往复运动只适用于中速场合。但

7、当从动件作无停歇的升降时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速场合。4（ 摆线运动规律（正弦加速度运动规律） 当一圆沿纵轴作匀速纯滚动时，圆周上某定点A的运动轨迹为一摆线，而定点A运动时在纵轴上投影的运动规律即为摆线运动规律。因其加速度按正弦曲线变化，故又称正弦加速度运动规律，其运动规律运动线图如图12-12所示。从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。 图12-12 ，了解从动件的运动规律，便于我们在凸轮机构设计时，根据机器的工作要求进行合理选择。12.3 凸轮轮廓曲线的设计 根据机器的工作要求，在确定了凸轮机构的类

8、型及从动件的运动干规律、凸轮的基圆半径和凸轮的转动方向后，便可开始凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法简单直观，但不够精确，只适用于一般场合;解析法精确但计算量大，随着计算机辅助设计的迅速推广应用，解析法设计将成为设计凸轮机构的主要方法。以下分别介绍这两种方法。12.3.1 图解法设计凸轮轮廓曲线 1（图解法的原理 图解法绘制凸轮轮廓曲线的原理是“反转法”，即在整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（,），于是凸轮静止不）绕动，而从动件则与机架（导路）一起以角速度（,始终与凸轮轮廓保持接触，所以从动件在反转行程中，其尖顶

9、的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。图12-13 2（尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计 例12-1 设已知凸轮逆时针回转，其基圆半径r=30 mm，从动件的运动规律为b凸轮转角 0?,180? 180?,300? 300?,360?从动件的运动规律 等速上升30 mm 等加速等减速下降回到原处 停止不动 试设计此凸轮轮廓曲线。解: 设计步骤如下:（1） 选取适当比例尺作位移线图 选取长度比例尺和角度比例尺为 ,=0.002（m/mm）, ,=6（度/mm） L,按角度比例尺在横轴上由原点向右量取 30mm、20mm、10mm分别代表推程角180?、回程角120?、近停程角60?。每30?取一等分点等

10、分推程和回程，得分点1、2、10，停程不必取分点，在纵轴上按长度比例尺向上截取15mm代表推程位移30mm。按已知运动规律作位移线图（图12-14a）。（2）作基圆取分点 任取一点O为圆心，以点B为从动件尖顶的最低点，由长度比例尺取r=15mm作基圆。从B点b始，按（,）方向取推程角、回程角和近停程角，并分成与位移线图对应的相同等分，得分点B、1B、B与B点重合。 211（3）画轮廓曲线 联接OB并在延长线上取BB=11得点B，同样在OB延长线上取BB=22，直到B11112229点，点B与基圆上点B重合。将B、 B、 B联接为光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线，10101210如图12-14b

11、。子中心，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径r的一条等距曲线，应注意的是，凸轮的基圆指的是理论轮廓线上的基圆，如图12-14c所示。T图12-14 对于其他从动件凸轮曲线的设计，可参照上述方法。 *12.3.2 解析法设计凸轮轮廓曲线 直角坐标法的设计过程。设计步骤:（1）建立直角坐标系，并根据反转法建立从动件尖顶 的坐标方程。如图12-15所示，建立过凸轮转轴中心的坐标系xOy，图中B点为从动件推程的起始点，导路与转轴中心的距离0为e（当凸轮逆时针转动、导路右偏时，e为正，反之，e为负，当凸轮顺时针转动时，则与之相反）根据反转法原理，凸轮以转过角

12、，相当于从动件及导路以转过角，滚子中心到达B点，位移量为s。从图中几何关系可得B点的坐标为图12-15 s+s）sin+ecos x=（,0（12-1） 凸轮实际廓线上任一点B（x，y）在凸轮理论廓线法线上与滚子中心B（x，y）相距r 处，其坐标为 Tx= x,r cos, T（12-2） y= y,r sin, T（2）建立计算机辅助设计程序框图，如图12-16。（3）运行计算机并绘出所设计的凸轮轮廓曲线。图12-16 本 章 小 结 1（凸轮机构的结构简单，紧凑，能够实现复杂的运动规律。 2（凸轮机构从动件常见的运动规律有:等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐（余弦加速度）运动规律、摆

13、线（正弦加速度）运动规律。 3（凸轮轮廓设计的图解法的原理是“反转法”。思 考 题 12-1 为什么凸轮机构广泛应用于自动、半自动机械的控制装置中, 12-2 凸轮轮廓的反转法设计依据的是什么原理, 习 题 12-1 试标出图示位移线图中的行程h、推程运动角,、远停程角,、回程角,、近停程角,。o s o s12-2 试写出图示凸轮机构的名称，并在图上作出行程h，基圆半径r，凸轮转角,、,、,、,以及A、B两bo s o s处的压力角。12-3 如图所示是一偏心圆凸轮机构，O为偏心圆的几何中心，偏心距e=15 mm，d=60 mm，试在图中标出:（1） 凸轮的基圆半径、从动件的最大位移H和推程运动角, 的值;（2） 凸轮转过90?时从动件的位移s。12-4 图示为一滚子对心直动从动件盘形凸轮机构。试在图中画出该凸轮的理论轮廓曲线、基圆半径、推程最大位移H和图示位置的凸轮机构压力角。-1图 题12-2图题12 题12-3图 题12-4图 12-5 标出图中各凸轮机构图示A位置的压力角和再转过45?时的压力角。题12-5图 12-6 设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构。凸轮顺时针匀速转动，基圆半径r=40 mm，从动件的运动规律b为 , 0,90? 90?,240? 240? 运动规律 等速上升 停止 等加速等减速下降 停止