概述从动件常用运动规律图解法设计盘形凸轮

32,第四章 凸轮机构,4-1,概述,4-2,从动件常用运动规律,4-3,图解法设计盘形凸轮轮廓,4-5,凸轮机构设计中的几个问题,4-6,凸轮常用材料和结构,第四章 凸轮机构,第一节 概述,一、组成、应用及特点：,2.应用：,从动件的位移、速度、加速度严格按预定规律变化的场合,1.组成：,高副,从动件：移动，摆动,凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件,3.特点：,主要用于转换运动形式,凸轮,高副,从动件往复,移动,摆动,（连续或间歇）,(转动、移动）,可实现从动件任意预定的运动规律，且机构简单、紧凑,比压较大，易于磨损。,一般仅用于传递功率不大的场合,凸轮的加工制造较复杂,另外：由于受凸轮尺寸的限制，凸轮也不适合用于从,动件工作行程较大的地方,圆柱凸轮,：,a.在圆柱面上开有曲线凹槽,b.圆柱体端面上做出曲线轮廓,盘形,移动,凸轮 平面凸轮,圆柱凸轮 空间凸轮,1.按凸轮形状分类：,移动凸轮：回转中心 无穷远,盘状凸轮：（简单，广泛，行程较小）,二、分类：,滚子：滚动摩擦，磨损小，传力大，复杂。有噪音。,平底：润滑好，磨损小，受力平稳，效率高。,另外：a.有移动、摆动从动件之分,b.有对心、偏置凸轮之分,凸轮不可有凹形状，否则，运动规律将被破坏。,2.按从动件类型分,尖顶：简单、能实现复杂运动。易磨损，受力小低速,第二节 从动件常用运动规律,一、凸轮机构的工作过程,0,推程运动角 升高h,s,远停角 不动,0,/,回程运动角 下降h,s,/,近停角 不动,r,b,基圆半径,2.位移线图（反映从动件运动规律),位移：s =f1(t); 速度：v =f2(t); 加速度：a =f3(t),当 v、a 与从动件在推程时的运动方向相同时为正,1.工作过程：,推程运动方程,方程：,二、从动件的运动规律,1.等速运动规律,A、B两点 a =，有刚性冲击。,特点：,(4)适用于低速、轻载，不易单独使用。,曲线：,推程：,推程前半段：a + 走h/2,运动方程：,注意：,抛物线运动规律,h等分、,0等分，且等分数相同,曲线：,2.等加速、等减速运动规律,推程后半段：a - 走h/2。,应用： 中、低速、轻载场合。,特点：,V 连续变化；,a 在起始、中间、终了有变化。但为有限值。,为柔性冲击。,=t,S=R(cot),注意：,1.以行程h为直径在S坐标上做半圆。,2.,0等分，半圆周等分(角度等分)，且等分数相同。,3.简谐运动规律,第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓,一、图解法原理（反转法）,基本理论：相对运动原理,设凸轮以逆时针转动,假想把整个机构加一个-：,结果：,1.凸轮静止不动。,2.从动件及导路以-转动，且从动件沿导路上下移动。,结论：反转法把凸轮轮廓线的设计转化成求从动,件端部的运动轨迹。,3.凸轮与从动件之间的相对运动关系不变。,已知：rb、（顺）,解：,选比例，做基圆，定B0 、O点。,逆时针等分基圆半周（等分数与位移线图对应段的等分数相同）,在基圆各等分向径的射线上，向基圆外截取位移线图上各等分点的对应位移。,连接各点得凸轮完整廓线。,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、直动从动件盘形凸轮轮廓设计,设计思路：,滚子中心是尖顶从动件的尖端,以理论廓线上各点为中心做,无数个小滚子，然后做这些,滚子的包络线凸轮实际,廓线。, 设计方法：,滚子与凸轮轮廓线的切点到滚子中心的距离,恒等于滚子半径。, 做理论廓线（滚子中心的轨,迹线）尖顶从动件的凸,轮轮廓线。,2.对心移动滚子从动件盘形凸轮,注意：,理论廓线按给定运动规律绘制 理论rb实际rb,实际廓线不等于向径减去滚子半径,从动件的转动方向,要求：滚子密集。,设计思路：,平板与导路的交点是尖顶从动件的尖端。,任何时刻平板都与廓线相切、与向径垂直，而导路与向径重合。,从动件相对初始位置的移动距离等于基圆以外到平板之间的长度。,设计方法：,在每条向径（反转后的导路）上量取位移得理论廓线上的点，过这些点作向径的垂线（平板），然后做这些垂线的包络线（实际廓线）。,3.移动平底从动件盘形凸轮,平底两侧的长度必须大于同侧最远切点的距离。,从动件的运动规律不能变化太快，否则，不易做出廓 线（画不出包络线）。,凸轮必须外凸。,注意：,.工作情况：, O、A间距为定值（O、A确定后）,2.反转法设计特点：,- 凸轮不动, 摆杆始终与凸轮相切且绕A点摆动,摆杆：绕A摆动、绕O转动（同时）,存在一个以O为圆心、OA为半径（定距）的中心圆.,三、摆动从动件盘形凸轮,r,b,、r,r,压力角,第五节 凸轮机构设计中的几个问题,设计要求：,结构紧凑 传力性能好,r,r,大，凸轮尺寸相对小的时候，结构紧凑。,但是，安装困难。,滚子轴直径大，强度高，不易弯曲。,一、滚子半径（r,r,）的选择,1.r,r,的大小对机构的影响：,r,r,大，传动轻快。,r,r,大，接触面大，局部应力小。,min,理论廓线外凸部分的最小曲率半径,=,min,- r,r, 实际廓线的曲率半径,0 实际廓线光滑、正常。,= 0 出现尖点，易磨损，运动规律易改变。, 0 实际廓线相交，运动失真。,2. r,r,对凸轮廓线的影响,3.要求：,取,r,r, 0.8,min,如果此时r,r,太小，对安装不利，并且滚子轴强度会不够。应加大r,b,，重新绘制理轮廓线，既可增大,min,。为防止凸轮磨损过快，工作轮廓线上的,min,/,1-5mm。,在实际设计凸轮机构时，通常取r,T,=(0.1-0.5)r,b,1）、滚子半径的选择：,当理论廓线外凸时：,2）、平底长度的确定：,L=2l,max,+5-7mm。,受力分析,（,不计凸轮与从动件的摩擦）：,F= F,n,cos,F,=,F,n,sin,=,(t),，,F , F,运转轻快,，,F , F,运转沉重,二、压力角及其许用值,1.压力角与凸轮机构的自锁,定义：,压力角从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。,自锁：,也代表了凸轮的坡度，大，廓线陡，从动件上升费力，,当大到一定的值时，从动件将自锁（ F= F,n,sin）,机构自锁,当：,即：,有：,许用压力角：,推程,摆动从动件45,移动从动件30,max, ,80,回程:,max,的位置：,凸轮廓线较陡的地方。,等加、等减、简谐运动规律：,0/2 处。,等速运动规律：推程起始位置。,2.压力角与凸轮尺寸的关系：,(,v,=,v,a,),，r,b,，结构尺寸大,v,a,=,v,e,tan,=,(r,b,+S),tan,v,e,=r,B,=,(r,b,+S),欲使凸轮结构紧凑， 就得大，传力性能不好。,如果,max,，应重新设计凸轮廓线，常用增大r,b,使推程的,max,减小。,R,b,S,r,B,t,t,n,n,r,b,与有关， 设计时通常是在满足,max,的条件下，来考虑r,b,的取值。,1.r,b,的一般选取方法：,先定一个r,b,的初值，后检查与,min,的关系，再调整r,b,。,2.根据凸轮的结构确定（经验公式）：,r轴半径,凸轮与轴装配式的盘形凸轮：r,b,1.6r+r,r,+(25),mm,凸轮与轴一体的盘形凸轮：r,b,r+r,r,+(25),mm,三、基圆半径r,b,的确定,3、根据,max,确定r,bmin,（诺模图）,第六节 凸轮常用材料和结构,一、凸轮机构常用材料及热处理,1、低速、轻载盘形凸轮机构：1）凸轮：可选HT250 HT300 QT800-2 QT900-2等用球墨铸铁是轮廓表面可进行淬火处理。2）从动件：用中碳钢，高副端表面淬火至40-50HRC,也可采用尼龙。,2、中速、中载：1）凸轮常用45、40Cr、 20Cr、 20CrMn等，2）从动件：可用20Cr等低碳合金钢，经表面淬火，低碳钢应渗碳淬火，渗碳层深，硬度达56-62HRC。,3、高速、中载：1）凸轮：用40Cr等中碳合金钢，表面高频淬火至56-60HRC，2）从动件：可用T8 T10等碳素工具钢进行表面淬火处理。,二、凸轮机构的结构,1、凸轮结构：,见图4-26,2、滚子从动件结构：,见图4-27,三、凸轮工作图,画凸轮工作图时，应注意以下几点：,1、为便于凸轮的加工和检验，途中须标注凸轮每隔一定角度的向径值，一般为5度或10度；也可用列表的形式。,2、凸轮的加工精度，主要是指凸轮工作轮廓的向径公差、表面粗糙度和基准孔偏差，见表4-2。,3、当凸轮于其他零件建有一定的位置要求时，在凸轮上做一标记。在起始线处达标记“0”。,凸轮工作图：,