机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编 第四章凸轮机构.docVIP

授课题目： 第四章 凸轮机构 4.1 概述 4.2 凸轮机构的运动特性 授课方式 （请打√） 理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 2 教学大纲要求： （1）了解凸轮机构的类型、特点和应用； （2）了解凸轮机构中常用的从动件的运动规律，掌握绘制位移-转角曲线的方法。 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： （1）了解凸轮机构的类型、特点和应用； （2）熟悉三种常用的从动件的运动规律，掌握绘制位移-转角曲线的方法。 教学重点及难点： 绘制位移-转角曲线的方法 作业、讨论题、思考题：思考题4-1~4-4 课后总结分析：凸轮机构的类型、特点和应用； 三种常用的运动规律； 绘制位移-转角曲线的方法。 教 学内 容 备注 4.1 概述 4.1.1凸轮机构的应用和特点 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的含有高副的传动机构。它广泛应用于各种机器中，下面举例说明其应用。 应用举例 如图4—1所示为内燃机中利用凸轮机构实现进排气门控制的配气机构，当具有一定曲线轮廓的凸轮1等速转动时，它的轮廓迫使从动件2（气门推杆）上下移动，以便按内燃机的工作循环要求启闭阀门，实现进气和排气。 图4—1 内燃机配气机构 如图4—2所示为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱使刀架运动。凹槽的形状将决定刀架的运动规律。 图4—2 控制刀架机构 由以上举例可以看出，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的含有高副的传动机构。凸轮的曲线轮廓决定从动件的运动规律。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可以利用弹簧力、从动件的重力或凸轮与从动件特殊的结构形状如凹槽来实现凸轮与从动件的运动锁合。 4.1.2 凸轮机构分类 凸轮机构可根据凸轮的形状和从动件的运动型式进行分类。 按凸轮的形状分 ①盘形凸轮 这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化的轮廓向径的盘形构件，它是凸轮的最基本型式。如图4—1所示。 ②圆柱凸轮 将移动凸轮卷曲成圆柱体即成为圆柱凸轮。一般制成凹槽形状，如图4—3所示。 ③移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对于机架作直线运动，如图4—4所示，这种凸轮称为移动凸轮。 按从动件端部结构分 ①尖顶式从动件 如图4—2和图4—4所示，从动件工作端部为尖顶，工作时与凸轮点接触。其优点是：尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触而不失真，因而能实现任意预期的运动规律。但尖顶磨损快，所以只宜用于传力小和低速的场合。 ②滚子从动件 如图4—3、图4—4所示，在从动件的端部安装一个小滚轮，这样，使从动件与凸轮的滑动摩擦变为滚动摩擦，克服了尖顶式从动件易磨损的缺点。滚动从动件耐磨，可以承受较大载荷，是最常用的一种型式。 ③平底式从动件 如图4—1所示，这种从动件工作部分为一平面或凹曲面，所以它不能与有凹陷轮廓的凸轮轮廓保持接触，否则会运动失真。其优点是：当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传力性能最好（压力角恒等于 00）；同时由于平面与凸轮为线接触，可用于较大载荷；接触面上可以储存润滑油，便于润滑。故常用于高速和较大载荷场合。但不能用于有内凹或直线轮廓的凸轮。 按从动件的运动形式分 可以把从动件分为往复直线运动的直动从动件（图4—1、图4—4）和作往复摆动的摆动从动件（图4—2和图4—3）。直动从动件又可分为对心式和偏置式，见表4—1。 按锁合方式分 为了使凸轮机构能够正常工作，必须保证凸轮与从动件始终相接触，保持接触的措施称为锁合。锁合方式分为力锁合和形锁合两类。力锁合是利用从动件的重力、弹簧力（如图4—1、图4—2和图4—4）或其它外力使从动件与凸轮保持接触；形锁合是靠凸轮与从动件的特殊结构形状（图4—3的凹槽等）来保持两者接触。 为了便于设计选型，表4—1列出了不同类型的凸轮和从动件组合而成的凸轮机构。 表4—1 凸轮机构的分类 4.1.3 凸轮机构的特点 凸轮机构的优点： 不论从动件要求的运动规律多么复杂，都可以通过适当地设计凸轮轮廓来实现，而且设计很简单。 结构简单紧凑、构件少，传动累积误差很小，因此，能够准确地实现从动件要求的运动规律。 能实现从动件的转动、移动、摆动等多种运动要求，也可以实现间歇运动要求。 工作可靠，非常适合于自动控制中。 凸轮机构的缺点主要有：凸轮与从动件以点或线接触，易磨损，只能用于传力不大的场合；与圆柱面和平面相比，凸轮加工要困难得多。 4.2 从动件常用运动规律 从动件的运动规律是指从动件在推程或回程时，其位移、速度和加速度随时间或凸轮转角变化的规律。设计凸轮机构时，首先应根据生产实际要求确定凸轮机构的型式和从动件的运动规律，然后再按照其运动规律要求设计凸轮的