文档介绍：第3章凸轮机构及其设计
基本要求
了解凸轮机构的类型及其特点。
掌握从动件的几种常用运动规律及特点。掌握从动件行程、从动件推程、推程运动角、从动件回程、回程运动角、从动件远(近) 休程及远(近)休止角及凸轮的基圆、偏距等基本概念。
熟练掌握并灵活运用反转法原理,应用这一原理设计直动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构及平底直动从动件盘形凸轮机构。
掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则,根据这些原则确定凸轮机构的的压力角及其许用值、基圆半径、偏距、滚子半径等基本尺寸。
掌握凸轮机构设计的基本步骤,学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计的方法。
内容提要
一、本章重点
本章重点是从动件运动规律的选择及其特点,按预定从动件运动规律设计平面凸轮轮廓曲线和凸轮机构基本尺寸的确定。涉及到根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、选择或设计从动件的运动规律、合理选择或确定凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。
1 凸轮机构的类型选择
选择凸轮机构的类型是凸轮机构设计的第一步,称为凸轮机构的型综合。凸轮的形状有平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮)和空间凸轮,从动件的形状有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件,而从动件的运动形式有移动和摆动之分,凸轮与从动件维持高副接触的方法又有分为力锁合、形锁合。故凸轮机构的类型多种多样,设计凸轮机构时,可根据使用场合和工作要求的不同加以选择。
(1)各类凸轮机构的特点及适用场合
尖顶从动件凸轮机构:优点是结构最简单,缺点是尖顶处极易磨损,故只适用于作用力不大和速度较低的场合。
滚子从动件凸轮机构:优点是滚子与凸轮廓线间为滚动摩擦,摩擦较小,可用来传递较大的动力,故应用广泛。
平底从动件凸轮机构:优点是平底与凸轮廓线接触处极易形成油膜、能减少磨损,且不计摩擦时,凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底,受力平稳、传动效率较高,故适用于高速场合。故缺点是仅能与轮廓曲线全部外凸的凸轮作用。
盘形凸轮机构和移动凸轮机构:均属于平面凸轮机构,其特点是凸轮与从动件之间的相对运动是平面机构。当主动凸轮作定轴转动时,采用盘形凸轮机构,当主动凸轮作往复移动时,采用移动凸轮机构。与圆柱凸轮机构和和圆锥凸轮机构相比结构简单,盘形凸轮机构应用极为广泛。
圆柱凸轮机构和圆锥凸轮机构:属空间凸轮机构,其特点是凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动,故适用于从动件的运动平面与凸轮轴线平行的场合。当工作要求从动件的移动行程较大时,采用圆柱凸轮机构或圆锥凸轮机构要比盘形凸轮机构尺寸更为紧凑。缺点是结构较盘形凸轮复杂,且不宜用在从动件摆角过大的场合。
力锁合型凸轮机构:优点是锁合方式简单、适合于各种类型的从动件,且对从动件的运动规律没有限制。缺点是当从动件行程较大时,所需要的回程弹簧太大。
槽凸轮机构:在形锁合型凸轮机构中,其锁合方式简单、且从动件的运动规律不受限制。缺点是增大了凸轮的尺寸及重量,且不能采用平底从动件。
等宽和等径凸轮机构:属于形锁合型凸轮机构。前者只适用凸轮廓线全部外凸的场合,后者则允许凸轮廓线有内凹部分。其共同的缺点是:当1800范围内的凸轮廓线确定后,另外1800内的廓线必须根据等宽或等径的原则确定,从而使从动件运动规律选择受到限制。
共轭凸轮机构:是形锁合型凸轮机构的另一种型式,其优点是从动件的运动规律不受限制,可在3600范围内任意选取,缺点是结构比较复杂。
(2)选择凸轮机构型式时应考虑的因素
选择凸轮机构型式时,通常需要考虑以下几方面的因素:运动学方面的因素(运动形式和空间等);动力学方面的因素(运转速度和载荷等);环境方面的因素(环境条件及噪音清洁度等);经济方面的因素(加工成本和维护费用等)。
运动学方面的因素:满足机构的运动要求是机构设计的最基本要求。在选择凸轮机构型式时,通常需要考虑运动学方面的因素主要包括:工作所要求的从动件的输出运动是摆动的还是移动的;从动件和凸轮之间的相对运动是平面的还是空间的;凸轮机构在整个机械系统中所允许占据的空间大小;凸轮轴与摆动从动件转动中心之间的距离的大小等。
动力学方面的因素:机构动力学方面的性能直接影响到机构的工作质量,因此在选择凸轮机构型式时,除了需要考虑运动学方面的因素外,还需要考虑动力学方面的因素。主要包括:凸轮运转速度的高低;凸轮和从动件上的载荷以及被驱动质量的大小等。当工作要求凸轮的转动速度较高时,可选用平底从动件凸轮机构;当工作要求传递的动力较大时,可选用滚子从动件凸轮机构。
从动件运动规律的选择及设计
(1)从动件的运动规律
从动件的位移、速度和加速度随凸轮转角(或时间)的变化规律称为从动件运动规律。从动件运动规律又可分为基本运动