2 1 概 述,一、凸轮机构在自动机械中的应用,凸轮机构是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。当凸轮运动时，通过其曲线轮廓与推杆的高副接触，使推杆得到预期的运动。优点是：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就能使推杆得到各种预期的运动规,律，并且机构简洁紧凑、工作牢靠、精度稳定、制造本钱低和修理简洁。,缺点是：凸轮轮廓与推杆之间不点接触或线接触，易磨损。所以一般用在传动力,不大的掌握与调整系统。,举例：,在凸轮1 的推动下，天平摆架2 绕心轴3 摇摆，使刀具4 和5 分别对料6 作切入进给运动。,在凸轮1的推动下，从动件2作直线往复运动，再通过直角杠杆，驱动主轴箱3作来回运动。,在平面槽凸轮机构1、从动连杆机构2和偏心轮3、摆杆机构4的共同作用下，糖块推头5按所需的平面曲线轨迹 运动。,糖纸扭结机械手爪1，在每一个工作循环中要完成三个动作要求。,1.在圆柱凸轮7的作用下，通过摇摆杆8使爪1作开合运动。,2.在圆柱凸轮5、摆杆6的作用下，使爪1作轴向送进和回退运动。,3.在大齿轮4和小齿轮3的作用下，爪1作连续旋转运动。,在圆柱凸轮1和移动从动件2的作用下，送料夹头3作轴憧憬复运动。,在凸轮1的作用下，通过摇摆杠杆2，使送料夹头的滑块3作轴憧憬复运动。,齿轮5隨摇摆杠杆2的摇摆而摇摆，使齿条套6及触头7上下移动，当棒料送完时，由于送料夹头回程无阻力而速度加快，并在弹簧9的作用下，使摇摆杠杆附加转过一个角度，从而使触头7压动微动开关8，使机床自动停车。,二、凸轮机构的根本分类,1按凸轮的外形分：,1盘形凸轮 是一个具有变化向径的盘形构件，推杆行程不能太大，否则,凸轮和径向尺寸变化过大。2移动凸轮 当盘形凸轮的回转半径为无穷大时，凸轮相对机架作直线往,复运动。3圆柱凸轮 是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或在圆柱端面上作出曲线,轮廓的构件。可得到较大的行程。,2按推杆从动件的外形分：,1尖端推杆 构造最简洁，但最易磨损。用于轻载、低速场合。2滚子推杆 滚子与凸轮轮廓之间是滚动摩擦，磨损较小。用于重载低速,场合。3平底推杆 压力角为零，受力比较平稳。接触面间易形成油膜，传动效,率较高，磨损少，用于高速场合。,3按凸轮与推杆保持接触的的方式分：,1力封闭的凸轮机构。利用重力、弹簧力或其它外力。2几何封闭的凸轮机构。靠凸轮与推杆的特殊几何构造来保持两者接触的。如利用凹槽或定径凸,轮、定宽凸轮等。,4按从动件的运动方式分：1移动从动杆。2摇摆从动杆。,将不同类型的凸轮和推杆组合起来,就可得到各种不同型式的凸轮机构,以下图列 出的凸轮机构,可供设计凸轮机构选择类型时参考。,三、凸轮机构的设计步骤,1凸轮机械的构造设计：,1凸轮类型的选择。2从动件类型的选择。,3触头型式的选择。,4触头与凸轮锁合方式的选择。,5凸轮与轴的连接构造的选择。,2凸轮廓线的设计：,1 选择从动件的运动规律。,2 选择最正确压力角。,3 确定凸轮的升程和转角。,4 计算凸轮的基圆半径。,5 绘制凸轮的理论廓线和实际廓线。,3设计凸轮的工作图：,1一组完整的视图。,2 确定凸轮的尺寸、制造精度、外表粗糙度、材料和热处理方法等。,3 绘制凸轮“升程表”或开放图。,R,0,40.000,5,40.052,10,40.394,15,41.283,20,42.818,25,44.930,30,47.492,35,50.194,40,51.976,45,54.888,50,56.420,55,57.312,60,57.654,65,57.700,技术要求,1.曲线局部及曲线圆弧过渡局部修整平滑。,2.外表淬火HRC4045。,3.各点的向径R的公差为0.2。,4.调整好后钻锥孔。,5.材料为45号钢。,22 凸轮机构的构造设计,一、凸轮类型的选择,设计时按执行机构的工艺要求、运动和负载特性、空间位置等因素进展选择。,例：精度要求高 盘形凸轮。,行程较大 圆柱凸轮。往复运动要求牢靠 槽形凸轮。,又如当凸轮的转速 200r/min时,或当从动件只要求作简洁的往复运动,我们往往选用偏心轮机构。,二、从动杆构造形式的选择,1从动杆运动方式的选择：,直动从动杆 构造简洁，凸轮廓线也简洁；但摩擦力大，压力 角太大会产生自锁；故从动杆的悬伸量不宜太大，且其移动导轨要有足够的长度和跨距。,摇摆从动杆 摩擦阻力小，受力状况好，不易自锁，构造简洁，简洁制造；凸轮廓线设计较简单。,一般常选择摇摆从动杆。,2摇摆从动杆的杠杆比选择：,可调杠杆比构造通常用于从动件的 工作行程需要变换的场合。有等比,和不等比两种：杠杆比1称为行程放大的杠杆比，杠杆比1称为行程缩小的杠杆比。,等比杠杆 一般状况 行程放大 工作行程很大 行程缩小 工作行程很小,尖顶式 构造简洁，运动精度高，但易磨损；用于精度要求高，受力不大，,运动速度低和润滑条件好的场合。如钟表、仪器、照相机、制笔等,小型周密的自动机械中。,滚子式 摩擦小，耐磨损性能好，可承受较大的力，但构造较简单；用于运,动精度要求不高、中等以上载荷的场合。,平底式 压力角为零，受力状况好，高速工作时底面与凸轮间易形成油膜，,削减摩擦、磨损。但运动精度差；凸轮廓线呈凹形时不能用，有时,会消失“失真”现象，即凸轮的实际廓线不能与平底 全部的位置相切。常用于小型、高速凸轮机构中。,三、触头的构造形式选择,尖顶式、滚子式、平底式,四、从动件与凸轮的锁合方式选择,1.重锤式 构造简洁，锁合力为等值，但占空间尺寸较大，使用不广泛。,2弹簧式 外形尺寸小，锁合力有变化，有冲击或振动，弹簧使机构受力,增大，加快凸轮机构的磨损。适用于中低速、中轻载的场合。,3.凸轮沟槽式 锁合构造，工作牢靠，但制造较难，滚子与沟槽的间隙存 在，有附加的冲击和振动。适用于要求从动件工作牢靠、高速、重载的场合。,五、凸轮与轴的连接构造形式的选择,要求：即能使凸轮与轴作周向和轴向的固定，又能作必要的周向和轴向的调,整。,1钉销构造 先由螺钉固定，再配作销钉。,2螺母固定构造 轴向固定靠轴肩，周向能任意调整，靠摩擦力传递扭矩；,能快速装卸凸轮。适用于需要常常更换凸轮，且受力不,大的场合。,3端面细牙可调构造 周向可调每调一牙3.60，靠细牙离合器传递扭,矩。适用于需要定期更换凸轮，且受力较大的场合。,4分体式构造 轮毂用键和螺钉固定在安排轴上，凸轮用螺钉固定在轮毂,上；凸轮上开有圆弧槽，可作肯定范围内的周向调整。,5.弹性开口环构造 也是靠摩擦力固定于轴上，但它可传递较大的扭矩，,且安装、调试便利。,23 从动件运动规律选择,一、运动规律的无因次表示法,1位移,2速度,3加速度,4跃度,5无因次时间,6无因次位移,7无因次速度,8无因次加速度,9无因次跃度,位移 时所需的时间。s),到达最大位移 时所需的时间。s),从动件最大位移。,从动件在时间 时所到达的位移,二、从动件常用运动规律的方程式及其特性值,1等速运动：,实际位移方程：,无因次表示：,特征值：,特点：从动件等速运动，但从动件在开头,与终止运动的瞬间，由于速度突然,变化，其加速度理论上趋于无穷大，,因而将产生极大的惯性力，该惯性,力将引起刚性冲击。适用于低速轻,载的场合。,2等加、等减抛物线运动规律：,实际位移方程：,0 ,无因次表示：,0 ,(1),特征值：,特点：值较小，速度曲线是连,续的，无刚性冲击，但加速,度有极值突变，有柔性冲击。,适用于中、低速轻载的场合。,3余弦简谐运动规律：,实际位移方程,：,无因次表示：,特征值：,特点：、值较小，运动性能较好，适用于一般场合。中速但始,末点加速度曲线不连续，有柔性冲击，不适用于高速重载。但如推,程和回程均承受余弦运动规律，则有可能获得包括始末点的全程光,滑连续的加速度曲线，这种状况将即无刚性冲击也无柔性冲击。故,可用于高速凸轮机构。高速轻载,4正弦摆线运动规律：,实际位移方程：,无因次表示：,特征值：,特点：、峰值较大，AV值较大，故凸轮轴上的扭矩也较大，不适用于高速重载；但其速度、加速度曲线连续，从动件运动平,稳无冲击，即无刚性也无柔性冲击。用于中速中载、高速轻载。,5修正梯形曲线：,特点：将正弦曲线的加速度曲线改为近似梯形。综合抛物线,A,值较小和摆线加速度曲线 连续的优点，但,V,max,值仍较大，适用于高 速轻载的场合。,6修正正弦曲线：,特点：由两条周期不同的正弦曲线拼接而成，即保持了加速度连续，又,削减V的峰值，故适用于中高速和重载的场合。,注：刚性冲击：由理论上加速度的无穷大引起惯性力在理论上的无穷大，而实际上由于材料的弹性变形，加速度与惯性力不会到达 无穷大，不过会引起猛烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。,柔性冲击：加速度有限值的突变，引起惯性力的有限值的突变所引起 的冲击。,三、从动件运动规律选择的一般原则,1切削运动 凸轮廓线：工进承受等速曲线，快退承受简谐曲线。,2中速中载 凸轮廓线：承受余弦、正弦运动曲线。包装机械,3高速轻载 凸轮廓线：修正梯形曲线、多项式运动曲线。,4低速重载 凸轮廓线：承受修正等速曲线。,四、最正确压力角的选择,压力角：指从动件与凸轮接触点的运动方向线与凸轮对从动件作用力的方向,线之间所夹的锐角。,压力角过大，增加摩擦力，工作状况恶化；压力角过小，增大凸轮的尺寸，,增加凸轮的惯性力，尤其对高速凸轮不利。,最正确压力角推举表,升 程,回 程,推 杆,摆 杆,摆 杆,摆 杆,30,0,38,0,40,0,45,0,70,0,80,0,五、从动件滚子半径确实定,一般取滚子半径 ，凸轮廓线最小曲率半径。,推举 ,最大压力角：一般发生在从动件速度到达最大值的点的四周，对常用运动 规律来讲，它们的最大速度往往发生在行程中点。所以，可 以认为凸轮机构的最大压力角发生在从动件行程的中点。但 等速运动规律的最大压力角发生在行程的起始点。,24 凸轮基圆半径确实定,凸轮基圆半径是指凸轮理论廓线的最小半径,它的大小直接影响凸轮机构的受力状况，它确定于最大压力角不大于允许值，不小于凸轮轴直径。,一、直动从动件盘形凸轮基圆半径确实定,1对心直动从动件盘形凸轮基圆半径确实定：,依据三心定理，P12是相对瞬心，又是同速点。,又,从动件的最大移动速度的位置也是压力角到达最大值的位置，可近似认为,在从动件行程的中点。,等速运动h=0,2偏位直动从动件凸轮基圆半径确实定：,1负偏位直动从动件凸轮基圆半径确实定：,同理：当 ，时，,2正偏位直动从动件凸轮基圆半径确实定：,二、摇摆从动件盘形凸轮基圆半径确实定,摇摆从动件凸轮机构可近似看作偏心直动从动件凸轮机,构，因此，它们的计算公式根本一样，只是：,三、圆柱凸轮基圆半径确实定 推导略,直动与摇摆一样,常用运动规律特征值,见讲义。,四、举例,1从动件按正弦运动规律移动，最大升程为30，凸轮的转角为600，试确,定该对心直动件盘形凸轮的基圆半径。,解：1查表得：Vmax=2.00，max=300,2,2.从动件按正弦运动规律移动，凸轮升程为30，凸轮的转角为60,0,，负偏,位,e=10，,试定该负偏位直动从动件凸轮基圆半径。,解：,3 正偏位e=10，其他条件同例2，试定该正偏位直动从动件凸轮的基,圆半径。,解：,25 凸轮工作图设计及其制造方法,一、凸轮工作图设计,凸轮工作图设计应包括一组完整的视图，确定凸轮各局部尺寸、精度、外表,粗糙度、材料及热处理等技术条件，附有凸轮的升值表或向径值。,凸轮,工作,要求,向径偏差,(),角度,偏差,槽形凸轮,槽宽,偏差,凸轮,孔与,轴的,配合,槽形,凸轮,与滚,子的,配合,凸轮,厚度,(),滚子,外径,与,内径,配合,表面粗糙度,盘形,槽形,精确,(0.050.1),(1020),H7,或,H8,815,25,1.82,0.8,1.6,中等,(0.10.2),(3040),H8,1.6,2.5,一般,(0.20.5),1,0,H9,2.5,3.2,凸轮机构的技术条件,工作条件,凸 轮,从动件接触点,材 料,热 处 理,材 料,热 处 理,低速轻载,40,#,，45,#,，50,#,调质