凸輪機構及其設計

1、第三章 凸輪機構及其設計§3-1 概述1 凸輪機構的基本組成及應用特點組成：凸輪、從動件、機架運動特征：主動件（凸輪）作勻角速回轉，或作勻速直線運動，從動件能實現(xiàn)各種復雜的預期運動規(guī)律。尖底直動從動件盤形凸輪機構、尖底擺動從動件盤形凸輪機構滾子直動從動件盤形凸輪機構、滾子擺動從動件盤形凸輪機構圓柱凸輪機構、移動凸輪機構、平底直動從動件盤形凸輪機構端面圓柱凸輪機構、內燃機配氣凸輪機構優(yōu)點：（1）從動件易于實現(xiàn)各種復雜的預期運動規(guī)律。（2）結構簡單、緊湊。（3）便于設計。缺點：（1）高副機構，點或線接觸，壓強大、易磨損，傳力小。（2）加工制造比低副機構困難。應用：主要用于自動機械、自動控

2、制中（如輕紡、印刷機械）。2 凸輪機構的分類1按凸輪形狀分：盤型、移動、圓柱2按從動件運動副元素分：尖底、滾子、平底、球面（P197）3按從動件運動形式分：直動、擺動4按從動件與凸輪維持接觸的形式分：力封閉、形封閉3 凸輪機構的工作循環(huán)與運動學設計參數(shù)§3-2凸輪機構基本運動參數(shù)設計一有關名詞行程從動件最大位移h。推程S的過程。回程S的過程。推程運動角從動件上升h，對應凸輪轉過的角度。遠休止角從動件停留在最遠位置，對應凸輪轉過的角度?；爻踢\動角從動件下降h，對應凸輪轉過的角度。近休止角從動件停留在低遠位置，對應凸輪轉過的角度。一個運動循環(huán) 凸輪：轉過2，從動件：升停降?；鶊A以理論廓線

3、最小向徑r0作的圓。尖底從動件：理論廓線即是實際廓線。滾子從動件：以理論廓線上任意點為圓心，作一系列滾子圓，其內包絡線為實際廓線。從動件位移線圖從動件位移S與凸輪轉角（或時間t）之間的對應關系曲線。從動件速度線圖位移對時間的一次導數(shù)加速度線圖位移對時間的二次導數(shù)統(tǒng)稱從動件運動線圖度量基準（在理論廓線上）1）從動件位移S：推程、回程均從最低位置度量。2）凸輪轉角：從行程開始對應的向徑度量（以O為圓心，O至行程起始點為半徑作弧與導路中心線相交得P點，POX=）。舉例：1對心尖底直動從動件盤形凸輪機構：推程、回程2偏置尖底直動從動件盤形凸輪機構：推程、回程二、從動件運動規(guī)律設計1 工作循環(huán)圖與凸輪工

4、作轉角的確定(發(fā)動機配氣凸輪機構)2 2從動件運動規(guī)律1）等速運動位移： 速度加速度理論上，行程開始和行程結束處，速度有突變，加速度,慣性力,稱剛性沖擊。由于材料有彈性變形，不可能達到，但仍然有強烈的沖擊。只適用于低速輕載。2）等加速度、等減速度運動等加速度 等減速度 加速度有突變，慣性力有突變,產(chǎn)生柔性沖擊，適用于中速輕載。3）余弦加速度運動規(guī)律加速度有突變，存在柔性沖擊, 適用于中速。4）擺線運動規(guī)律（正弦加速度）加速度無突變，既無剛性沖擊，又無柔性沖擊，適用于高速。5）多項式運動規(guī)律3-4-5次多項式 P142 組合運動規(guī)律：8段曲線組合的發(fā)動機高速凸輪運動規(guī)律§3-3凸輪機構

5、基本運動參數(shù)設計一、凸輪機構的壓力角和自鎖Q工作阻力，R1、R2總反力F驅動力取從動件（構件2）為脫離體：大?。?？方向： 不能作出力多邊形，將、合成為一個力，有： 大?。?？ ？方向： 作出力多邊形如左圖，知Q不變，R方向亦不變，當，F(xiàn)，增大至使F與R平行，F(xiàn)，說明：在外載荷Q作用下，為維持平衡，F(xiàn)需無窮大，這顯然不可能，因而機構不能運動，稱自鎖。進一步說明：1. 結構參數(shù)l，b，R1、R2交點q遠，合力R趨向水平，而F方向不變，為克服相同的工作阻力Q，可使F。2. 即使不出現(xiàn)F，但F很大，高副壓強大，易磨損，且機械效率，機構傳動不利，故壓力角不能太大。這種現(xiàn)象必須避免。為此，必須規(guī)定一個許

6、用壓力角。推程:擺動從動件：=40°50°直動從動件：=30°38°回程:=7080°凸輪機構的設計過程1) 根據(jù)工作要求選定凸輪機構的形式;凸輪：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪等從動件：直動、擺動2) 選擇從動件運動規(guī)律;運動規(guī)律函數(shù)、行程h、推程運動角1、遠休止角2、回程運動角3、近休止角4 。3) 合理確定機構結構尺寸;基圓半徑、滾子半徑直動從動件：偏距e及方向。擺直動從動件：從動件長度、機架長度。驗算：壓力角4) 設計凸輪輪廓曲線5) 凸輪機構的結構設計二移動從動件盤形凸輪機構基本尺寸的設計設計中除了要有良好的受力特性，還希望機構盡量緊湊

7、。而凸輪大小取決于基圓半徑ro，而ro的大小又與直接有關系，作理論廓線的法線n-n，與過O點與導路相垂直的直線交于P點，由三心定理P點即為相對瞬心。OP=V/=(ds/dt)/(d/dt)=ds/d則由CDP可得其中：ds/d為位移曲線的斜率，推程為正，回程為負。在其它條件不變時，尺寸小。設計時，取為保證有較小的，偏距e應取在瞬心同一側。三擺動從動件盤形凸輪機構基本尺寸的設計基本概念逆向型（推程：從動件轉向與凸輪轉向相反）正向型（推程：從動件轉向與凸輪轉向相同）圖a和圖b所示分別為逆向型和同向型凸輪機構(a) 逆向型 ( b) 同向型由圖知，凸輪理論輪廓上以O1為極點，極徑為的方程為 (1)由

8、圖中的幾何關系有: (2) (3) (4)對應的極角為 逆向型 (5)同向型 (6)由上述公式知，即使在結構參數(shù)和運動規(guī)律完全相同的條件下，分別按逆向型設計和正向型設計所的到的兩個凸輪的形狀是不同的。§3-4 平面凸輪輪廓曲線的設計反轉法 對整個機構加上一公共角速度（-），而獲得從動件相對凸輪的一系列位置。對心尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計已知：基圓半徑r0，偏距e，運動規(guī)律，凸輪轉向滾子從動件盤形凸輪機構在理論輪廓上作一系列滾子圓，其內包絡線為凸輪實際廓線。凸輪的基圓半徑在理論廓線上。偏置尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計擺動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計問題：CG系列

9、發(fā)動機進、排氣搖臂均由同一凸輪驅動，進氣機構為逆向設計，排氣機構為正向設計。在運動規(guī)律、基圓半徑、搖臂長度、中心距等參數(shù)完全相同的條件下，按逆向設計和正向設計所獲得的凸輪型線是不同的，而CG發(fā)動機又是同一凸輪驅動，我國CG發(fā)動機源于日本，日本人是怎么進行設計的？§3-5 凸輪機構從動件的設計1從動件高副元素的選擇尖底、滾子、平底2 滾子半徑及平底寬度的確定1）滾子半徑的確定滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡線而形成，滾子選擇不當，則無法滿足運動規(guī)律。a）內凹的凸輪輪廓曲線a實際輪廓 b理論輪廓理論輪廓曲率半徑 實際輪廓曲率半徑,無論滾子半徑大小如何，則總能作出實際輪廓曲線b）外凸的凸輪輪廓曲線由于 當時，,實際輪廓可作出。 若，,實際輪廓出現(xiàn)尖點，易磨損，可能使用。若，則,實際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時，交叉部分被切除，出現(xiàn)運動失真，這一現(xiàn)象需避免。綜上所述，理論輪廓的最小曲率半徑，即:，為避免產(chǎn)生過度切割，可，或使曲線平坦，即增大。因此可規(guī)定一許用曲率半徑即：， 一旦給出，求出，即可求出滾子半徑最大值。即曲率