第10章凸輪機(jī)構(gòu)10.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類10.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律10.3移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的圖解設(shè)計(jì)

10.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類

10.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點(diǎn)

圖10-1所示為一內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪1回轉(zhuǎn)時(shí)，其輪廓迫使從動(dòng)件2(即氣閥)上下移動(dòng)，從而使閥門開啟和關(guān)閉。閥門的啟閉運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。圖10-1內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)圖10-2所示為一自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。當(dāng)圓柱凸輪1回轉(zhuǎn)時(shí)，其凹槽的側(cè)面迫使從動(dòng)件2繞Ｏ點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)，通過從動(dòng)件2上的扇形齒輪與固定在刀架3上的齒條的嚙合，控制刀架作進(jìn)刀和退刀運(yùn)動(dòng)。刀架進(jìn)退刀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于圓柱凸輪凹槽曲線的形狀。圖10-2自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)10.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類

1.按凸輪的形狀分類

(1)盤形凸輪。

(2)移動(dòng)凸輪。

(3)圓柱凸輪。圖10-3移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)

2.按從動(dòng)件的形狀分類

(1)尖頂從動(dòng)件。

(2)滾子從動(dòng)件。

(3)平底從動(dòng)件。圖10-4從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式

3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類

(1)移動(dòng)從動(dòng)件。

(2)擺動(dòng)從動(dòng)件。

4.按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方法分類

(1)力封閉凸輪機(jī)構(gòu)。

(2)形封閉凸輪機(jī)構(gòu)。

10.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

10.2.1凸輪輪廓曲線與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的關(guān)系

圖10-5(a)所示為一尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。

所謂從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是指從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移s、速度v、加速度a隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ的變化規(guī)律。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用運(yùn)動(dòng)方程或運(yùn)動(dòng)線圖表示，例如圖

10-5(b)所示即為從動(dòng)件的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的運(yùn)動(dòng)線圖。圖10-5尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)10.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在推程或回程中作等速運(yùn)動(dòng)，稱之為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖10-6所示為從動(dòng)件在推程中作等速移動(dòng)時(shí)，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的曲線。圖10-6等速運(yùn)動(dòng)

2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在推程或回程的前半行程中作等加速運(yùn)動(dòng)，在后半行程中作等減速運(yùn)動(dòng)，稱之為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常兩加速度的絕對(duì)值相等。

圖10-7所示為從動(dòng)件在推程中作等加速等減速移動(dòng)時(shí)，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的曲線。圖10-7等加速等減速運(yùn)動(dòng)

3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律

圖10-8所示為從動(dòng)件在推程中作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的曲線。圖10-8簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

10.3移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪

輪廓曲線的圖解設(shè)計(jì)

10.3.1尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)

圖10-9為一尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪的基圓半徑rb=15mm，當(dāng)凸輪逆時(shí)針等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下表所示，試設(shè)計(jì)該凸輪的輪廓曲線。圖10-9尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)10.3.2滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)

若將圖10-9中的尖頂改為滾子，滾子半徑rt=4mm，其他條件保持不變，如圖10-10所示。圖10-10滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)10.3.3凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1.滾子半徑的選擇

采用滾子從動(dòng)件時(shí)，滾子半徑的選擇要考慮凸輪實(shí)際廓線的形狀、滾子的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等因素。凸輪理論廓線形狀一定時(shí)，滾子半徑對(duì)實(shí)際廓線形狀的影響，通常用實(shí)際廓線的最小曲率半徑來反映。圖10-11滾子半徑對(duì)實(shí)際廓線形狀的影響

2.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

在圖10-12所示的尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪與從動(dòng)件在圖示A點(diǎn)接觸。當(dāng)凸輪逆時(shí)針等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪對(duì)從動(dòng)件的法向作用力Fn與從動(dòng)件上A點(diǎn)的速度

vB方向之間所夾的銳角α稱為凸輪機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角。圖10-12凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

3.凸輪的基圓半徑

選擇較小的基圓半徑，可以減小凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸；選擇較大的基圓半徑，可以增大凸輪輪廓線的曲率半徑，避免其變尖、交叉而引起運(yùn)動(dòng)失真，并減小磨損。選擇較大的基圓半徑，還可以減小凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，改善傳力性能。在圖10-12所示的凸輪機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)的壓力角α與基圓半徑rb的關(guān)系為

4.凸輪機(jī)構(gòu)的材料

凸輪機(jī)構(gòu)是一種高副機(jī)構(gòu)，其主要失效形式是凸輪與從動(dòng)件接觸表面的疲勞點(diǎn)蝕和磨損，前者是由變化的接觸應(yīng)力引起的，后者是由摩擦引起的。因此，凸輪副材料應(yīng)具有足夠的接觸強(qiáng)度和良好的耐磨性，特別是其接觸表面應(yīng)具有較高的硬度。凸輪及滾子的常用材料如表10-1所示。

5.凸輪與滾子的結(jié)構(gòu)

1)凸輪結(jié)構(gòu)

基圓小的凸輪常與軸做成一體，稱為凸輪軸，如圖

10-13(a)所示。基圓較大的凸輪，為了制造方便，則與軸分開制造。凸輪與軸的固定方式有鍵聯(lián)接(圖10-13(b))、銷聯(lián)接(圖10-13(c))和彈性開口錐套螺母聯(lián)接(圖10-13(d))等。在圖10-13(d)中，裝配時(shí)擰緊螺母，則開口錐套向右移動(dòng)，錐套收縮抱緊軸，同時(shí)楔緊凸輪軸孔，靠結(jié)合面的摩擦力實(shí)現(xiàn)固定；松開螺母，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，可以任意調(diào)整凸輪的起始位置。圖10-13凸輪結(jié)構(gòu)

2)滾子結(jié)構(gòu)

滾子從動(dòng)件的滾子可以是專用零