1、- -本章介紹凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特點(diǎn)、應(yīng)用及盤(pán)形凸輪的設(shè)計(jì)。凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它通過(guò)與從動(dòng)件的高副接觸，在運(yùn)動(dòng)時(shí)可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。在第4章介紹中，我們已經(jīng)看到。凸輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械中有大量的應(yīng)用。即使在現(xiàn)代化程度很高的自動(dòng)機(jī)械中，凸輪機(jī)構(gòu)的作用也是不可替代的。凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在自動(dòng)機(jī)械中，凸輪機(jī)構(gòu)常與其它機(jī)構(gòu)組合使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。由于凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損；磨損后會(huì)影響運(yùn)動(dòng)規(guī)律的準(zhǔn)確性，因此只適用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。圖12-1

2、為自動(dòng)機(jī)床中的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)，凸輪的曲線外廓推動(dòng)從動(dòng)件帶動(dòng)刀架完成以下動(dòng)作：車(chē)刀快速接近工件，等速進(jìn)刀切削，切削結(jié)束刀具快速退回，停留一段時(shí)間再進(jìn)行下一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。圖12-1圖12-2圖12-2為糖果包裝剪切機(jī)構(gòu)，它采用了凸輪一連桿機(jī)構(gòu)，槽凸輪1繞定軸B轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿2與機(jī)架鉸接于A點(diǎn)。構(gòu)件5和6與構(gòu)件2組成轉(zhuǎn)動(dòng)副D和C,與構(gòu)件3和4（剪刀）組成轉(zhuǎn)動(dòng)副E和F。構(gòu)件3和4繞定軸K轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)構(gòu)件2、5、和6,使剪刀打開(kāi)或關(guān)閉。圖12-3為機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)。送糖盤(pán)7從輸送帶10上取得糖塊,并與鉗糖機(jī)械手反向同步放置至進(jìn)料工位I,經(jīng)頂糖、折邊后，產(chǎn)品被機(jī)械手送至工位II

3、后落下或由撥糖桿推下。機(jī)械手開(kāi)閉由機(jī)械手開(kāi)合凸輪（圖中虛線）1控制，該凸輪的輪廓線是由兩個(gè)半徑不同的圓弧組成，機(jī)械手的夾緊主要靠彈簧力。- - #-圖124頂糖*接糖機(jī)構(gòu)一平面梢凸輪規(guī)構(gòu)2預(yù)糖桿3M決一接糖桿5-柱凸輪機(jī)構(gòu)圖11-3機(jī)械手及進(jìn)出慵機(jī)構(gòu)1機(jī)械手開(kāi)合凸輪2品3輸送帶4一托桎一禪竇6-謝慵機(jī)植手亍一送糖盤(pán)B托盤(pán)珂克力第】口一軸糊帶1一進(jìn)料工愷1一出糖工位- #- -潮電阻壓帽自動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)疾統(tǒng)陽(yáng)1電動(dòng)機(jī)2-式無(wú)級(jí)變速桃構(gòu)3分配軸4*g圧帽機(jī)構(gòu)凸輪5電阻送料機(jī)構(gòu)凸輪各一壓舉機(jī)構(gòu)凸輪一電阻帽E-電阻坯件10-ll-w軒12調(diào)速手輪圖12-4所示FU!b-宗*SS爲(wèi)一SF5M-暮圖12-7-

4、 -為由兩個(gè)凸輪組合的頂糖、接糖機(jī)構(gòu)，通過(guò)平面槽凸輪機(jī)構(gòu)將糖頂起，由圓柱凸輪機(jī)構(gòu)控制接糖桿的動(dòng)作，完成接糖工作。圖12-5所示的機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用了四個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)的配合動(dòng)作來(lái)完成電阻壓帽工序。內(nèi)燃機(jī)中的閥門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)（圖12-6），縫紉機(jī)的挑線機(jī)構(gòu)（圖12-7）等，都是凸輪機(jī)構(gòu)具體應(yīng)用的實(shí)例。由以上各例可見(jiàn)，凸輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)器中的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，了解凸輪機(jī)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)是非常必要的。12.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)按照凸輪及從動(dòng)件的形狀，凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)見(jiàn)表12-1。12.2凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是保證從動(dòng)件按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是凸輪設(shè)計(jì)的前提。12

5、.2.1平面凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程和運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖12-8a為一對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路至凸輪旋轉(zhuǎn)中心的偏距為e。以凸輪輪廓的最小向徑rb為半徑所作的圓稱(chēng)為基圓，rb為基圓半徑，凸輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖示位置，尖頂與A點(diǎn)接觸，A點(diǎn)是基圓與開(kāi)始上升的輪廓曲線的交點(diǎn)，此時(shí)，從動(dòng)件的尖頂離凸輪軸最近。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，向徑增大，從動(dòng)件被凸輪輪廓推向上，到達(dá)向徑最大的B點(diǎn)時(shí)，從動(dòng)件距凸輪軸心最遠(yuǎn)，這一過(guò)程稱(chēng)為推程。與之對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角80稱(chēng)為推程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件上升的最大位移h稱(chēng)為行程。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)Q時(shí)，由于輪廓BC段為一向徑不變的圓弧，從動(dòng)件停留在最遠(yuǎn)處不動(dòng)，此過(guò)程稱(chēng)為遠(yuǎn)停程，對(duì)應(yīng)的凸輪

6、轉(zhuǎn)角Q稱(chēng)為遠(yuǎn)停程角。當(dāng)凸輪又繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)0角時(shí)，凸輪向徑由最大減至rb，從動(dòng)件從最遠(yuǎn)處回到基圓上的D點(diǎn)，此過(guò)程稱(chēng)為回程，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱(chēng)為回程運(yùn)動(dòng)角。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)Q角時(shí)，由于輪廓DA段為向徑不變的基圓圓弧，從動(dòng)件繼續(xù)停在距軸心最近處不動(dòng)，此過(guò)程稱(chēng)為近停程，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角Q稱(chēng)為近停程角。此時(shí)，S0+5s+0+Q2,，凸輪剛好轉(zhuǎn)過(guò)一圈，機(jī)構(gòu)完成一個(gè)工作循環(huán)，從動(dòng)件則完成一個(gè)升停降停的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。- -羋訝頃壽鄴*戦輯獰曲*1一捋越迓垂窘C犁言辛持耳箱裁進(jìn)啟岳闌確-ls- -/t州SL郭）- -圖12-8單位（mm）弦距銷(xiāo)距半角兩柱銷(xiāo)最小距離柱銷(xiāo)中心圓半徑R2柱銷(xiāo)直徑柱銷(xiāo)數(shù)主動(dòng)凸輪直徑R1103.325

7、22.553.325135508100上述過(guò)程可以用從動(dòng)件的位移曲線來(lái)描述。以從動(dòng)件的位移s為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，將凸輪轉(zhuǎn)角或達(dá)出來(lái)的圖形稱(chēng)為從動(dòng)件的位移線圖，如圖12-8b所示。從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位移s、速度v、加速度a隨時(shí)間t（或凸輪轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律，稱(chēng)為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由此可見(jiàn)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪的輪廓形狀。工程中，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常是由凸輪的使用要求確定的。因此，根據(jù)實(shí)際要求的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律所設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，完全能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生產(chǎn)要求。12.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，等加速-等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及正弦

8、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律度有突變，其加速度和慣性力在理論上為無(wú)窮大，致使凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊、噪聲和磨損這種沖擊為剛性沖擊。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速、輕載的場(chǎng)合。2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件在一個(gè)行程h中，前半行程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半行程作等減速運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱(chēng)為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等，其運(yùn)動(dòng)線圖如圖12-10所示。(0列上圖12-9圖12-10由運(yùn)動(dòng)線圖可知，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度在A、B、C三處存在有限的突變，因而會(huì)在機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生有限的沖擊，這種沖擊稱(chēng)為柔性沖擊。與等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律相比，其沖擊程度大為減小。因此，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速、中載的場(chǎng)合。

9、3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）當(dāng)一質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上投影的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱(chēng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。因其加速度運(yùn)動(dòng)曲線為余弦曲線故也稱(chēng)余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)線圖如圖12-11所示。- -ab)圖12-11由加速度線圖可知，此運(yùn)動(dòng)規(guī)律在行程的始末兩點(diǎn)加速度存在有限突變，故也存在柔性沖擊，的工作要求進(jìn)行合理選擇。12.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器的工作要求，在確定了凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)干規(guī)律、凸輪的基圓半徑和凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向后，便可開(kāi)始凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)了。凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法。圖解法簡(jiǎn)單直觀，但不夠精確，只適用于一般場(chǎng)合；解析法精確但計(jì)算量大，隨著計(jì)算機(jī)輔助

10、設(shè)計(jì)的迅速推廣應(yīng)用，解析法設(shè)計(jì)將成為設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的主要方法。以下分別介紹這兩種方法。0圖12-1312.3.1圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1.圖解法的原理圖解法繪制凸輪輪廓曲線的原理是反轉(zhuǎn)法，即在整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)（凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架）上加一個(gè)與凸輪角速度大小相等、方向相反的角速度（-）,于是凸輪靜止不動(dòng)，而從動(dòng)件則與機(jī)架（導(dǎo)路）一起以角速度（一）繞始終與凸輪輪廓保持接觸，所以從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)行程中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的輪廓曲線。2.尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)例12-1設(shè)已知凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑rb=30mm,從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為凸輪轉(zhuǎn)角0。180。180300。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速上升30m

11、m等加速等減速下降回到原處300。360。停止不動(dòng)試設(shè)計(jì)此凸輪輪廓曲線。解：設(shè)計(jì)步驟如下：（1）選取適當(dāng)比例尺作位移線圖選取長(zhǎng)度比例尺和角度比例尺為%=0.002（m/mm）,出=6（度/mm）按角度比例尺在橫軸上由原點(diǎn)向右量取30mm、20mm、10mm分別代表推程角180。、回程角120。、近停程角60。每30取一等分點(diǎn)等分推程和回程，得分點(diǎn)1、2、10,停程不必取分點(diǎn)，在縱軸上按長(zhǎng)度比例尺向上截取15mm代表推程位移30mm。按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律作位移線圖（圖12-14a）。（2）作基圓取分點(diǎn)任取一點(diǎn)O為圓心，以點(diǎn)B為從動(dòng)件尖頂?shù)淖畹忘c(diǎn)，由長(zhǎng)度比例尺取rb=15mm作基圓。從B點(diǎn)始，按（一）方

12、向取推程角、回程角和近停程角，并分成與位移線圖對(duì)應(yīng)的相同等分，得分點(diǎn)BpB2、B11與B點(diǎn)重合。- #- -3）畫(huà)輪廓曲線聯(lián)接OB1并在延長(zhǎng)線上取B1B111得點(diǎn)B1,同樣在OB2延長(zhǎng)線上取B2B222,，直到B9點(diǎn)，點(diǎn)B10與基圓上點(diǎn)B10重合。將B、B2、B10聯(lián)接為光滑曲線，即得所求的凸輪輪廓曲線,如圖12-14b。子中心，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線，應(yīng)注意的是，凸輪的基圓指的是理論輪廓線上的基圓，如圖12-14c所示。isoa)8BiB邑-BB.圖12-14- #- #- - #-對(duì)于其他從動(dòng)件凸輪曲線的設(shè)計(jì)，可參

13、照上述方法。*12.3.2解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線直角坐標(biāo)法的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)步驟：（1）建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)反轉(zhuǎn)法建立從動(dòng)件尖頂?shù)淖鴺?biāo)方程。圖12-15如圖12-15所示，建立過(guò)凸輪轉(zhuǎn)軸中心的坐標(biāo)系xOy，圖中B0點(diǎn)為從動(dòng)件推程的起始點(diǎn)，導(dǎo)路與轉(zhuǎn)軸中心的距離為e（當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)路右偏時(shí)，e為正，反之，e為負(fù)，當(dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則與之相反）根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理,凸輪以轉(zhuǎn)過(guò)角，相當(dāng)于從動(dòng)件及導(dǎo)路以轉(zhuǎn)過(guò)角，滾子中心到達(dá)B點(diǎn)，位移量為s。從圖中幾何關(guān)系可得B點(diǎn)的坐標(biāo)為x=（s0+s）sin+ecos（12-1）凸輪實(shí)際廓線上任一點(diǎn)B（x，y）在凸輪理論廓線法線上與滾子中心B（x，y）相距rT處，其坐

14、標(biāo)為x=xrTcos。（12-2）y=yqsin。（2）建立計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序框圖，如圖12-16。（3）運(yùn)行計(jì)算機(jī)并繪出所設(shè)計(jì)的凸輪輪廓曲線。開(kāi)始結(jié)東按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)祎計(jì)算推程陽(yáng)V13士咅十3%g%+爲(wèi)一1-%+耳荃缶瑩山叫十$汁丟礎(chǔ)3時(shí)hi算回程趴V打印此譏皿M計(jì)鼻r.rrsh,v圖12-16- #-1凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、簡(jiǎn)諧（余弦加速度）運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺線（正弦加速度）運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3凸輪輪廓設(shè)計(jì)的圖解法的原理是“反轉(zhuǎn)法”。思考題12-1為什么凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)、半自動(dòng)機(jī)械的控制裝置中？12-2凸輪輪廓的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)依據(jù)的是什么原理？習(xí)題12-1試標(biāo)出圖示位移線圖中的行程h、推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)停程角八回程角，、近停程角12-2試寫(xiě)出圖示凸輪機(jī)構(gòu)的名稱(chēng)，并在圖上作出行程h,基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)角。、s、，。、；以及A、B兩處的壓力角。12-3如圖所示是一偏心圓凸輪機(jī)構(gòu)，O為偏心圓的幾何中心，偏心距e=15mm，d=60mm，試在圖中標(biāo)出：（1）凸輪的基圓半徑、從動(dòng)件的最大位移H和推程運(yùn)動(dòng)角的值；（2）凸輪轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)從動(dòng)件的位移so12-4圖示為一滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。試在圖中畫(huà)出該凸輪的理論輪廓曲線、基圓半徑、推程最大