第四章
第一节 凸轮机构的应用和分类 第二节 从动件的常用运动规律 第三节 凸轮轮廓的设计 第四节 凸轮机构设计中应注意的问题
第一节 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用 二、凸轮机构的分类
一、凸轮机构的应用
图4-1 内燃机配气机构 1—凸轮 2—摆杆 3—气阀 4—弹簧
图4-2 缝纫机挑线凸轮机构 1—圆柱凸轮 2—滚子 3—挑线杆
第二节 从动件的常用运动规律
一、凸轮机构的工作原理和运动分析 二、从动件的常用运动规律 三、从动件运动规律的选择
一、凸轮机构的工作原理和运动分析
图4-6 凸轮机构的工作原理和运动分析
二、从动件的常用运动规律
1.等速运动规律 2.等加速等减速运动规律(抛物线运动规律) 3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律) 4.摆线运动规律(正弦加速度运动规律)
二、凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分 2.按从动件的形式分 3.按凸轮与从动件保持高副接触(称为封闭或锁合)的方式分
1.按凸轮的形状分
(1)盘形凸轮(图4-1) 这种凸轮是一个具有变化半径的盘形构件，其从 动件在垂直于凸轮回转轴的平面内运动。 (2)移动凸轮(图4-3) 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移 动凸轮。 (3)圆柱凸轮 这种凸轮是在圆柱面上开有曲线凹槽(图4-2)，或者在圆 柱端面上作出曲线轮廓(图4-4)的圆柱体。
图4-13 对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
图4-14 对心直动滚子从动件 盘形凸轮轮廓的设计
图4-15 对心直动平底从动件 盘形凸轮轮廓的设计
2.对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
1)将滚子中心当作尖顶从动件的尖顶，按尖顶从动件盘形凸轮轮廓的作 图法，作出一条轮廓曲线η。 2)以轮廓曲线η上各点为圆心、以滚子半径rr为半径画一系列滚子圆(称 为圆族)，再作圆族的内包络线(包络线是指与圆族中所有滚子圆都相切 的曲线)，即为凸轮的轮廓曲线。
1.等速运动规律
图4-7 等速运动规律
2.等加速等减速运动规律(抛物线运动规律)
图4-8 等加速等减速运动规律
3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律)
图4-9 简谐运动规律
图4-10 摆线运动规律
4.摆线运动规律(正弦加速度运动规律)
图4-11 用作图法绘制摆线运动规律位移图
第三节 凸轮轮廓的设计
一、凸轮轮廓设计的基本原理——反转法 二、凸轮轮廓的图解法设计 三、凸轮轮廓的解析法设计
一、凸轮轮廓设计的基本原理——反转法
图4-12所示为一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。当凸轮以等角速度ω1 逆时针方向绕轴心O转动时，凸轮轮廓将推动从动件相对其导路完成预期 的运动。现设想给整个凸轮机构附加一个公共角速度(-ω1)，绕轴心O反向 转动。这时凸轮与从动件的相对运动不变，但凸轮将静止不动，而从动件 则在其导路以角速度-ω1绕轴心O作反转运动的同时，又相对于导路按原来 的运动规律往复移动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓接触，显然，从动 件在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。这种以凸轮 作为动参考系，按相对运动原理设计凸轮轮廓的方法称为“反转法”，它 是凸轮轮廓设计的基本原理。下面就介绍运用“反转法”设计凸轮轮廓的 具体方法。
图4-16 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
5.摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
1)在φ—δ角位移线图上，将凸轮转角δ0和δ分别分成若干等份(图中δ0分 成6等份，δ分成4等份)，求出各等分点对应的角位移值φ1=μφ、φ2=μ φ、…(μφ为角位移比例尺)。 2)选取适当的比例尺μl，根据LOA定出凸轮和从动件中心O和A0，以O为 圆心，rb为半径作出基圆，再以A0为圆心，LAA′为半径画弧交基圆于A， 点A即为从动件的初始位置，角度φ0是初位角。 3)以O为圆心，OA0为半径作圆。 4)连接A、A、A、…成一光滑封闭曲线即为所求的凸轮轮廓。
图4-5 凸轮机构的基本类型 1—凸轮 2—从动件
3.按凸轮与从动件保持高副接触(称为封闭或锁合)的方式分
(1)力封闭 利用弹簧力、从动件自身的重力或其他外力使从动件与凸 轮轮廓始终保持接触，如图4-1(利用弹簧力)、图4-4(利用重力)所示。 (2)形封闭 利用凸轮和从动件的特殊结构形式使从动件与凸轮轮廓始 终保持接触，如图4-2(利用滚子与凸轮沟槽的配合)所示。
图4-3 用于冲床上的凸轮机构
图4-4 圆柱凸轮
2.按从动件的形式分
(1)尖顶从动件(图4-5a) 从动件2与凸轮1接触的一端几何形状尖锐像刀 口，故称为尖顶从动件。 (2)滚子从动件(图4-5b) 从动件2是通过其上带有可自由转动的滚子与 凸轮相接触，故称为滚子从动件。 (3)平底从动件(图4-5c) 从动件2与凸轮相接触的一端是平面，故称为 平底从动件。
图4-12 反转法原理来自二、凸轮轮廓的图解法设计
1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 2.对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓的设计 4.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 5.摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 6.直动从动件圆柱凸轮轮廓的设计
1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
1)选取与位移线图相同的比例尺μl，以O为圆心，0=rb/μl为半径作基圆， 并定从动件的初始位置为A0。 2)在s—δ位移线图上，将凸轮推程运动角δ0和回程运动角δ分别分成若干 等份。 3)在基圆上，自OA0开始，沿(-ω)方向，依次取角度δ0、δs、δ、δ，并将 角度δ0和δ分成与图4-13b对应的相同的等份，从而在基圆上得相应的等 分点A1、A2、…A13。 4)先将点A、A、A…A连成光滑曲线，接着将点A、A、…A连成光滑曲 线，然后再将点A与A之间以及点A13与A0之间分别以O为圆心的圆弧相 连。
3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓的设计
1)将从动件平底和从动件导杆的交点A0看作尖顶从动件的尖顶。 2)通过A、A、A、…作一系列代表从动件平底的位置线(平底与从动件导 杆垂直或成某一角度)，再作这一系列平底位置线的包络线，即得凸轮 的实际轮廓。
4.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
1)以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径作一圆(该圆称为偏距圆)。 2)连接OB0。 3)在各切线上截取从动件的位移，即A1A=11、A2A=22、…A9A=0，得点 A、A、…A，将此各点连成光滑的曲线，即得所求的凸轮轮廓。