第9章 凸轮机构及其设计, 9-1 凸轮机构的应用和分类 9-2 推杆的运动规律 9-3 凸轮轮廓曲线的设计 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 9-5 高速凸轮机构简介,本章教学内容,1.凸轮机构的应用,9-1 凸轮机构的应用和分类,内燃机配气凸轮机构,录音机卷带机构,应用,演示,演示,自动机床的进刀机构,凸轮：是具有一个曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期的往复运动。 组成凸轮机构的基本构件凸轮、推杆（从动件）、机架 连接副：凸轮与从动件组成的高副及二者与机架组成的低副组成。,凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。,凸轮机构的优点只要通过适当设计凸轮廓线可以使推杆得到各种预期运动规律，而且响应快速，结构简单紧凑，应用广泛。 凸轮机构的缺点：1）接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。2）凸轮轮廓加工比较困难。3）从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。,（1）按凸轮形状分：,2.凸轮机构的分类,盘形凸轮机构,移动凸轮机构,圆柱凸轮机构,盘形凸轮机构,移动凸轮机构,圆柱凸轮机构,平面凸轮机构,平面凸轮机构,空间凸轮机构,（2）按推杆的形状分,尖顶推杆,滚子推杆,平底推杆,其优点是凸轮与平底接触面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。,由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。,构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。,（3）根据从动件相对机架的运动方式分,直动从动件,直动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；,对心直动推杆偏置直动从动件,摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。,摆动从动件,演示,2）几何封闭法： 利用凸轮与推杆构成的高副元素的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。常用的有如下几种：,（4）按凸轮与从动件保持接触的方法分,槽凸轮机构,等宽凸轮机构,等径凸轮,共轭凸轮,1）力封闭方法： 利用推杆的重力、弹簧力或其它外力使推杆始终与凸轮保持接触；,凹槽凸轮机构,等宽凸轮机构,共轭凸轮机构,等径凸轮机构,凸轮机构设计的基本内容与步骤（1）合理选择凸轮类型 （2）设计凸轮基圆半径 （3）设计凸轮轮廓曲线 （4）校核并设计,基圆,基圆半径r0,推程,推程角0,远休止,远休止角01,回程,回程角0 ,近休止,近休止角02,位移曲线,1.推杆常用的运动规律 凸轮机构的基本名词术语,9-2 从动件的运动规律,行程h 偏距 偏距圆,推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移s、速度v和加速度a随时间t（或凸轮转角）变化的规律。,从动件常用运动规律,（1）多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动二次多项式运动规律等加速等减速运动五次多项式运动规律 （2）三角函数运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律正弦加速度运动摆线运动规律 （3）组合运动规律,重点：掌握各种运动规律的运动特性,说明：凸轮一般为等速运动，有 推杆运动规律常表示为推杆运动参数随凸轮转角变化的规律。,1）一次多项式运动规律（等速运动）,运动方程式一般表达式：,推程运动方程：,运动始点：,运动终点：,推程运动方程式：,在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。,（1）多项式运动规律,推程运动线图,回程运动方程,回程运动方程式：,运动始点：,运动终点：,一次多项式一般表达式：,等速运动规律运动特性推杆在运动起始和终止点会产生刚性冲击。,为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。,2）二次多项式运动规律等加速等减速运动规律,运动方程式一般表达式：,推杆的等加速等减速运动规律,注意：,等减速段运动方程为:,推程等加速段边界条件：,加速段运动方程式为：,运动始点：,运动终点：,推程等减速段边界条件：,运动始点：,运动终点：,推程运动方程,等加速等减速运动规律运动特性：,在起点、中点和终点时，因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。适用于中速场合。,（2）三角函数运动规律,1） 余弦加速度运动规律简谐运动规律,简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。,推程运动方程式：,回程运动方程式：,余弦加速度运动规律的运动特性：推杆加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击。余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。,余弦加速度运动规律推程运动线图,推程运动方程式为,2）正弦加速度运动规律摆线运动规律,回程运动方程为,摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。,正弦加速度运动规律运动特性： 推杆作正弦加速度运动时，速度曲线和加速度曲线连续，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速轻载场合凸轮机构。,推程运动线图,从动件运动规律的选择,采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。 图9-14 基本运动规律的组合原则：,（3）. 组合运动规律,1）、根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合； 2）、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的； 3）、在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件； 4）各段不同的运动规律要有较好的动力性能和工艺性。,1）机器的工作过程只要求凸轮转过某一角度0时，推杆完成一行程h，对推杆的运动规律无严格要求。 2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。 3）对于速度较高的凸轮机构，要考虑惯性力、冲击等。,2.推杆运动规律的选择,