第五章凸轮.docVIP

凸轮机构 凸轮机构是最基本的高副机构，由凸轮、从动件和机架所构成。本章主要介绍凸轮机构的基本类型和特点、平面凸轮机构中高副的轮廓曲线设计方法、平面凸轮机构基本尺寸的确定。高副轮廓曲线设计是本章的重点，其它高副机构也是如此。 凸轮机构的基本类型、特点及主要参数 凸轮机构的基本原理和特性 在实际工作中，一些特殊复杂的运动可以由凸轮机构来实现。如图5-1所示，是内燃机气门控制机构，凸轮1旋转，从动件----气阀杆随着凸轮轮廓做有规律的运动，完成气门定时的开启、闭合动作。图5-2是车床上的走刀机构，当圆柱凸轮旋转时，从动件---上面刀架按照圆柱表面上加工好的槽作水平方向的往复运动。 1—凸轮 2—弹簧 3—导套 4—气阀杆 图5- 1 内燃机气门控制机构 图5-2 车床走刀机构 凸轮机构的特点主要是由高副连接所决定的。从机构运动方面来说，改变凸轮轮廓曲线,就几乎可以使从动构件实现任意需要的运动规律，其实现传动功能的灵活性远远超过了低副连杆机构，且可以做到结构紧凑简单。因此，凸轮机构广泛地运用于机械、仪器的操纵控制装置当中。但从受力的角度来说，凸轮机构中的高副接触，接触应力大，易于磨损，所以不宜传递较大的动力。再者为实现预定运动，曲线轮廓加工制造较复杂。所以凸轮机构的适用范围一般为实现特殊要求运动规律而传力不大的场合。 凸轮机构的基本类型 1、按照高副接触的实现方式分 （1）尖底接触 从动件上与凸轮的接触处的曲率半径为0。运动方面来说，此时凸轮轮廓曲线可以任意向实体内凹曲，实现运动规律的灵活性很大；但尖底接触的从动件及易磨损，故实际中很少应用。 （2）滚子接触 从动件与凸轮的接触通过新增加的滚子构件实现高副接触。此时，高副接触的摩擦状态得到极大改善，故得到广泛应用；但凸轮廓线上内凹程度不能太小，否则无法实现正常接触，此外，从动件过渡太强的运动要求也可能无法实现。 （3）平底接触 从动件上与凸轮的接触处为平面接触，曲率半径为无限大。此时，在从动件平底处与凸轮间易形成油膜，润滑好，磨损小，传动效率高，适宜用于高速；但由于从动件是平底，因此凸轮外轮廓须严格外凸，运动规律的受限比滚子接触更大。 图5-3 凸轮高副的接触方式 当然，凸轮与从动间的接触也可以是其它任意的光滑曲线，但这种情况很少见。 2、按照凸轮与机架之间的运动副的型式分 （1） 盘形凸轮机构 凸轮与机架之间通过转动副连接。凸轮是轮廓各点到凸轮转轴具有不同半径的盘形构件。当凸轮绕固定轴线转动时，推动从动件运动，图5-1中所示凸轮就是一盘形凸轮。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用最为广泛，但从动件的行程不能太大，否则将使凸轮的径向尺寸变化过大。所以盘形凸轮机构多用在行程较短的传动中。 （2）移动凸轮机构 凸轮与机架之间通过移动副连接。图5-4所示是靠模车削机构，工件1转动时，靠模板3和工件一起在水平方向做纵向移动，刀架2 带着车刀随着靠模板的曲线轮廓作有规律的水平方向运动，将形状复杂的回转体工件加工出来，因此模板3就是移动凸轮，也可以移动凸轮看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮。 图5-4 移动凸轮的实例 3、按照从动件与机架之间的运动副的型式分 （1）直动从动件 从动件与机架之间通过移动副连接，从动件作往复直线运动。 （2）摆动从动件 从动件与机架之间通过转动副连接，从动件作往复摆动。 4、平面凸轮和空间凸轮 在上面各凸轮机构中，凸轮和从动件的相对运动是平面运动，因此都属于平面凸轮机构；凸轮和从动件的相对运动为空间运动的机构成为空间凸轮机构。最为常用的空间凸轮机构有以下两种。 （1）圆柱凸轮机构 凸轮是圆柱体且表面开有曲线沟槽，如图5-2所示。从动件的运动平面与凸轮轴线平行。圆柱凸轮可看作是将移动凸轮卷成圆柱体而得。圆柱凸轮机构有在圆柱表面开槽的型式，也有在圆柱端面做成曲线轮廓的型式，如图5-5所示 （2）圆锥凸轮机构 凸轮是圆锥体，从动件圆锥母线方向运动，圆锥凸轮可看作是将盘形凸轮的一扇形部分卷成圆锥体而得。如图5-6所示。 图5-5 圆柱端面做成曲线的空间凸轮机构 图 5-6 圆锥空间凸轮机构 空间凸轮机构还有其它很多种：如弧面、球面凸轮机构等，但这些机构应用较少，在此不做叙述。 5、按照凸轮与从动件的封闭型式分 （1）力封闭凸轮机构 此种凸轮机构是利用从动件的重力、弹簧力等使得从动件和凸轮始终保持高副接触状态。 （2）几何封闭凸轮机构 依靠高副本身的结构使得从动件和凸轮始终保持高副接触状态。如图5-7所示。