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凸轮机构的应用及分类

发布日期 :2020-05-19 04:04

  凸轮机构的应用及分类_物理_自然科学_专业资料。1 ? §4-l 凸轮机构的应用及分类 ? §4-2 从动件运动规律及其选择 ? §4-3 按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓 ? §4-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定 ? §4-5 空间凸轮机构简介

  1 ? §4-l 凸轮机构的应用及分类 ? §4-2 从动件运动规律及其选择 ? §4-3 按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓 ? §4-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定 ? §4-5 空间凸轮机构简介 2 ? 凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构,在自动 机械和半自动机械中得到了广泛的应用。 ? 凸轮是一具有曲面轮廓的构件,一般多为原动 件(有时为机架);当凸轮为原动件时,通常 作等速连续转动或移动,而从动件则按预期输 出特性要求作连续或间歇的往复摆动、移动或 平面复杂运动。 一、凸轮机构的应用 ? 凸轮机构具有结构简单, 可以准确实现要求的运动 规律等优点,因而在工业 生产中得到广泛的应用。 ? 如图4-l所示的内燃机配 气凸轮机构,原动凸轮1连 续等速转动,通过凸轮高 副驱动从动件2(阀杆)按 预期的输出特性启闭阀门, 使阀门既能充分开启,又 具有较小的惯性力。 图4-l 4 图4-2所示为绕线机排线连续快速转 动,经蜗杆传动带 动凸轮1缓慢转动, 通过凸轮高副驱动 从动件2往复摆动, 从而使线均匀地缠 绕在绕线 冲床装卸料凸轮机构 ? 原动凸轮1固定于冲 头上,当其随冲头往 复上下运动时,通过 凸轮高副驱动从动件 2以一定规律往复水 平移动,从而使机械 手按预期的输出特性 装卸工件。 6 罐头盒封盖机构 ? 图4-4所示的罐头盒 封盖机构,亦为一凸 轮机构。 ? 原动件1连续等速转动, 通过带有凹槽的固定 凸轮3的高副导引从动 件2上的端点C沿预期 的 轨 迹 —— 接 合 缝 S 运 动,从而完成罐头盒 的封盖任务。 7 ? 而在图4-5所示的巧克力输送凸轮机构中,当带有 凹槽的圆柱凸轮1连续等速转动时,通过嵌于其槽 中的滚子驱动从动件2往复移动,凸轮1每转动一周, 从动件2即从喂料器中推出一块巧克力并将其送至 待包装位置。 ? 从以上诸例可以看出:凸轮机构一般是由三 个构件、两个低副和一个高副组成的单自由 度机构。 盘形凸轮机构在 印刷机中的应用 等径凸轮机构在 机械加工中的应用 利用分度凸轮机构 实现转位 圆柱凸轮机构在 机械加工中的应用 二、凸轮机构的分类 ? 在凸轮机构中,凸轮可为原动件也可为机架; 但多数情况下,凸轮为原动件。 ? 从不同角度出发,凸轮机构可作如下分类。 ? 1、按两活动构件间的相对运动特性分类 ? (1)平面凸轮机构:两活动构件之间的相对运 动为平面运动的凸轮机构 . ? (2)空间凸轮机构:两活动构件之间的相对运 动为空间运动的凸轮机构, 10 下列凸轮机构哪些是平面凸轮机构? 哪些是空间凸轮机构? 11 (1)平面凸轮机构 1)盘形凸轮:它是凸轮的基本型式。是一个 相对机架作定轴转动或为机架且具有变化向 径的盘形构件, 12 2)移动凸轮: 它可视为盘形凸轮 的演化型式。 是一个相对机架作 直线移动或为机架 且具有变化轮廓的 构件, (2)空间凸轮机构(Spatial Cam) 14 2、按从动件运动副元素形状分类 ? (1)尖顶从动件:尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持 接触,因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸 轮呈点接触,易磨损,故只宜用于受力不大的场合。 ? (2)滚子从动件:为克服尖顶从动件的缺点,在尖 顶处安装一个滚子,即成为滚子从动件。它改善了 从动件与凸轮轮廓间的接触条件,耐磨损,可承受 较大载荷,故在工程实际中应用最为广泛。 ? (3)平底从动件:平底从动件与凸轮轮廓接触为一 平面,显然它只能与全部外凸的凸轮轮廓作用。其 优点是:压力角小,效率高,润滑好,故常用于高 速运动场合。 15 根据运动形式的不同 ? 以上三种从动件还可分为: ? 直动从动件; ? 摆动从动件; ? 作平面复杂运动从动件。 16 1)直动从动件(Translating Follower): 对心直动尖顶从动件凸轮机构 偏心直动尖顶从动件凸轮机构 对心直动滚子从动件凸轮机构 对心直动平底从动件凸轮机构 17 2)摆动从动件(Oscillating) 摆动平底从动件凸轮机构 摆动尖顶从动件凸轮机构 摆动滚子从动件凸轮机构 18 3、按凸轮高副的锁合方式分 (1)力锁合:利用 重力、弹簧力或其 他外力使组成凸轮 高副的两构件始终 保持接触。 19 (2)形锁合:利用特殊几何形状(虚 约束)使组成凸轮高副的两构件始 终保持接触。 等宽凸轮机构 等径凸轮机构 共轭凸轮机构 凸轮机构的特点 ? 优点:只要设计出适当的凸轮轮廓,即 可使从动件实现任意预期的运动规律, 并且结构简单、紧凑、工作可靠。 ? 缺点:凸轮为高副接触(点或线),压 强较大,容易磨损,凸轮轮廓加工比较 困难,费用较高。所以通常用于传力不 大的控制机构 21 一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语 ? 推程运动角:与从动件推程相对应的凸轮转角,φ0; ? 远休止角 :与从动件远休程相对应的凸轮转角,φs; ? 回程运动角:与从动件回程相对应的凸轮转角,φ0; ? 近休止角 :与从动件近休程相对应的凸轮转角,φs; ? 凸轮基圆 :以凸轮轴心为圆心,以其轮廓最小向径 ro 为半径的圆; ? 从动件行程: 在推程或回程中从动件的最大位移,用 h 表示; ? 偏 距 : 凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用 e 表示。 二、从动件运动规律 ? 从动件的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角φ (或时间t)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规律和组合运 动规律, 25 1、基本运动规律 ? (1)等速运动规律 ? 从动件在运动过程中速度为常数,而在运动的 始、末点处速度产生突变,理论上加速度为无 穷大,产生无穷大的惯性力,机构将产生极大 的冲击,称为刚性冲击,此类运动规律只适用 于低速运动的场合。 26 (2)等加速等减速运动规律 ? 从动件在运动过程中加速度为常数。而在运动 的始末点处加速度有突变,产生较大的加速度 和惯性力,由此而引起的冲击称为柔性冲击, 这种运动规律只适用于中速运动的场合。 27 (3)余弦加速度(简谐)运动规律 ? 又名简谐运动规律。从动件在整个运动 过程中速度皆连续,但在运动的始、末 点处加速度有突变,产生柔性冲击,因 而也只适用于中速运动的场合。 28 (4)正弦加速度(摆线)运动规律 ? 又名摆线运动规律。从动件在整个运动 过程中速度和加速度皆连续无突变,避 免了刚性冲击和柔性冲击,可以用于高 速运动的场合。 29 (5) 3-4-5多项式运动规律 ? 它与正弦加速度运动规律一样避免了刚 性冲击和柔性冲击,故亦可用于高速运 动的场合。 30 2、组合运动规律 ? 在工程实际中,为使凸轮机构获得更好的工作性 能,经常采用以某种基本运动规律为基础,辅之 以其他运动规律与其组合,从而获得组合运动规 律。 ? 当采用不同的运动规律组合成改进型运动规律时, 它们在连接点处的位移、速度和加速度应分别相 等;这就是两运动规律组合时必须满足的边界条 件。 ? 常用的组合运动规律有:改进型等速运动规律, 改进型正弦加速度运动规律和改进型梯形加速度 运动规律等。 31 例4-1 直动从动件凸轮机构 ? 已知:从动件行程 h=20 mm,推程运动 角动角Φ0Φ=0’15=010,20远0,休近止休角止Φ角s=Φ6s’0=0,3回00程;从运 动件推程、回程分别采用余弦加速度和 正弦加速度运动规律; ? 试写出从动件一个运动循环的位移、速 度和加速度方程。 32 三、从动件运动规律的选择 在选择从动件运动规律时,除要考虑刚性冲击与柔性冲 击幅外值,am还ax及应其对影各响种加运以动分规析律和的比速较度。幅值vmax、加速度 vm和ax越冲大击,起则见从,动vm件ax动值量愈幅小值愈m好v。max越大;为安全和缓 am凸ax值轮越副大的,动则压从力动、件振惯动性和力磨幅损值等m方a面ma考x越虑大,;a从ma减x值小愈 小愈好。 所以,对于重载凸轮机构,考虑到从动件质量m较大, 应选择vmax值较小的运动规律; 对值于较高小速的凸运轮动机规构律,。为减小从动件惯性力,宜选择amax33 ? 当根据工作要求和结构条件选定凸轮机 构型式、从动件运动规律和凸轮转角, 并确定凸轮基圆半径等基本尺寸之后, 就可以进行凸轮轮廓设计了。 ? 凸轮轮廓设计的方法有图解法和解析法, 其基本原理都是相同的。 一、凸轮轮廓设计基本原理 —反转法 ? 如从图动所件示将当按凸预轮定以的角运速动度规律ω1运等动速。转动时, ? 假设给整个机构加上一个公共的角速度 “-ω1”,使其绕凸轮轴心O作反向转动。 ? 这样一来,凸轮静止不动,而从动件一 方另面一随方其面导还路在以其角导速路度内按“预-定ω1的”绕运O动转规动, 律移动。 ? 从动件在这种复合运动中,其尖顶仍然 始终与凸轮轮廓保持接触,因此,在此 运动过程中,尖顶的运动轨迹即为凸轮 轮廓。 35 1、对心尖顶直动从动件凸轮 ? 因转此动,时若 ,凸 则轮 令以 从动ω 件1顺沿时逆针时方针向 方转向动(,即 如以 图-aω所1示)。绕同凸时轮再轴令心从O 动件相对其导路按图d中给定的 运角并动时移规,动律 相 到运 应 达动 地1’点, 从;即动凸凸件轮轮反转转转过过φ ωφ1角21 角时,相应地从动件反转ω 并移动到达2’点;……。 2角 ? 从动件尖顶在反转运动中到达 的点1’、2’、3’、…等点即为所 求的凸轮轮廓。 2、偏心尖顶直动 从动件凸轮 ? 图b所示,反转运动中,从 动件移动导路中心线总应 切于半径为e的偏距圆,同 时从动件还应按图d所示的 运动规律相对于导路移动, ? 在此过程中,从动件尖顶 依次到达1’、2’、3’、…等 点位置, ? 这些点连成的光滑曲线即 为所求的凸轮轮廓。 注意:凸轮转过的角度与 OB所转的角度是不同的 ??? ? ? (s2 ? s0 )2 ? e2 ?? ? ? ?1 ? ? ? ?0 ? ??s0 ? rm2in ? e2 ? ? ? tg?0 ? e s0 ? ?? tg? ? s0 e ? s2 3、尖顶摆动从动件凸轮 ? 图时针c所转示动。时若,凸则轮令以摆ω动1顺从 动凸件轮回轴转 心中O转心动A1(以逆-ω时1绕针 方A3、向…)等,点依位次置到,达A1、A2、 ? 同时,摆动从动件还应按 图4-10d中给定的运动规 律摆动,使其摆杆尖顶依 次到达1’、2’…等点位置, 这些点连成光滑曲线即为 所求的凸轮轮廓。 4、平底从动件凸轮 ? 如图所示,设计平底从动件盘形凸轮 时 , 首 先 在 平 底 上 选 一 固 定 点 A0 视 为 尖顶,按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘 制 方 法 , 求 出 理 论 轮 廓 上 一 系 列 点 A1 、 A2、A3、…, ? 其次,过这些点画出一系列平底A1B1、 A2B2、A3B3、…,然后作这些平底的包 络线,便得到凸轮的实际轮廓曲线是平底分别与凸轮轮廓 相切于平底的最左位置和最右位置。 为了保证平底始终与轮廓接触,平底 左侧长度应大于m,右侧长度应大于l。 二、尖顶、滚子从动件盘形凸轮 轮廓设计 ? 1、直动从动件盘形凸轮轮廓设计 ? (1)尖顶直动从动件盘形凸轮 ? 当已知凸轮机构的基圆半径r0,偏心距e 和从动件运动规律s =s(φ)时,设计凸轮 轮廓。 41 理论轮廓曲线点为凸轮轮廓上推程起始点。当凸 轮转过φ 角时,尖顶直动从动件将自 点B0外移s=s(φ )至点B’(x’,y’)。 将点B’沿凸轮转动之相反方向绕原点 (凸轮轴心)O转过φ 角,即得直动 从动件尖顶的对应点B(x,y),它 也是凸轮轮廓上的一点,这相当于矢 量OB’沿逆时针转φ 角到达OB位置, 可得凸轮轮廓坐标为 ? ? ?x? ?x? ?cos? ? sin???x? ? ? y?? ? R? ? ? y?? ? ??sin? cos? ?? ?? y?? B’点的坐标(x’,y’) ?x? ? ? y?? ? ?s0 ??e ? s? ? ? 固有: ?x? ?cos? ? ? y?? ? ??sin ? ? sin???s0 ? s? cos? ????e ? ? 即: x ? (s0 ? s)cos? ? esin? ? y ? (s0 ? s) s in ? ? e cos? ? ? (0 ? ? ? 2? ) (4-1) 式中: s0 ? r02 ? e2 式(4-1)即为偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓方程。 (2)滚子直动从动件盘形凸轮 ? 理论轮廓:尖顶从动件凸 轮轮廓即为滚子从动件凸 轮的理论轮廓。 ? 工作轮廓:以理论轮廓上 各点为圆心,以滚子半径 为半径的圆族的包络线, 即为滚子从动件凸轮的工 作轮廓,或称实际轮廓。 理论廓线上各点的坐标为(x,y), 其包络线上各点的坐标为(X、Y)。 以φ为单参数的平面曲线族的包络线方程为: f (X ,Y,?) ? 0 ? ?f (X ,Y,?) / ?? ? 0?? 其中,f(X,Y,φ )是曲线族的方程,即为滚子圆族的 方程,当滚子圆半径为rr时,有 f (X ,Y,?) ? (X ?f (X ,Y,?) / ?? ? x)2 ? ? ?2(X (Y ? y)2 ? rr2 ? 0 ? x)dx / d? ? 2(Y ? y)dy / d? ? ? ? 0? 求解上式,得: X ? x ? rr Y ? y ? rr dy / d? ? (dx / d? )2 ? (dy / d? )2 ? ? dx / d? ? ? (dx / d?)2 ? (dy / d?)2 ?? (0 ? ? ? 2? ) (4-2) 式4-2即为凸轮工作轮廓方程。式中,上面一 组减、加号表示内包络轮廓,下面一组加、减 号表示外包络轮廓。 当在数控铣床或磨床上加工凸轮时,需要 知道刀具中心运动轨迹的方程式。 ? 如果rc不等于rr,由于刀具的外圆总与凸轮的工作 轮廓相切,因而刀具中心运动轨迹应是凸轮工作 轮廓的等距曲线)中的rr 换成(rr-rc)即得到刀具中心运动轨迹方程,加 工时,刀具中心沿此轨迹运动即可加工出要求的 凸轮工作轮廓曲线、摆动从动件盘形凸轮轮廓设计 (1) 尖顶摆动从动件盘形凸轮 摆动从动件盘形凸轮机构可分为两种,即推摆式——摆动从动件 推程与凸轮转向相同(图a)和拉摆式——摆动从动件推程与凸 轮转向相反(图b)。 (推摆式:推程受推力;拉摆式:推程受拉力) 已知:摆动从动件运动规律ψ =ψ (φ ),从动件长度l,中心距 a,凸轮基圆半径r0及凸轮沿顺时针转动;要求:设计凸轮轮廓。 ? B顶0点将为自推点程B0被起凸始轮点外。摆当ψ凸=轮ψ转(φ过)φ至时点,B’摆(动x’从,y动’)件。尖 ? 根据“反转法”,将点B’沿凸轮转动之相反方向绕 原点O转过φ 角,到达B (x,y)点位置,该点也应 是凸轮轮廓上的一点,其坐标为 ? ? ?x? ?x? ?cos? ? sin???x? ? ? y?? ? R? ? ? y?? ? ??sin? cos? ? ? ? ? y?? 根据图4-13,B’点坐标分别为: 推摆式(图 ?x? 4-13a) ? ? y?? ? ?a ? l cos(? 0 ??l sin(? 0 ?? ? ) ? )? ? ? 拉摆式(图 ?x? 4-13b) ? ? y?? ? ?a ??? ? l cos(? 0 ?? l sin(? 0 ?? ) )? ? ? 所以 推摆式 x y ? ? a cos? a sin ? ? ? l cos(? 0 ?? l sin(? 0 ?? ? ? )? ? ?) ? ? (0 ? ? ? 2? )(4-3) 拉摆式 x y ? ? a cos? a sin ? ? ? l cos(? 0 ?? l sin(? 0 ?? ? ?)? ? ? ) ? ? (0 ? ? ? 2?() 4-4) 式中,ψ 0为摆动从动件初始摆角,其值为 ?0 ? arccos a2 ? l2 ? 2al ro2 此即为尖顶摆动从动件凸轮机构的凸轮轮廓方程。 (2)滚子摆动从动件盘形凸轮 ? l)理论轮廓方程。 ? 2)工作轮廓方程。 仍用式(4-2)计算, X ? x ? rr Y ? y ? rr dy / d? ? (dx / d? )2 ? (dy / d? )2 ? ? dx / d? ? ? (dx / d?)2 ? (dy / d?)2 ?? 52 三、平底直动从动件盘形凸轮 ? 平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓实 际上是“反转”过程中从动件平底一系 列位置(一族直线)的包络线。 ? 已知:从动件运动规律s=s(φ ),从动件 平底导路相对于凸轮轴心O的偏距为e, 从动件平底与导路的夹角β =900,凸轮 基圆半径r0及凸轮沿顺时针转动;要求: 设计凸轮轮廓。 53 ? 如图所示,B0点位置为凸轮 轮廓上推程起始位置。当凸 轮转过中φ 时,平底直动从 动s(φ件)将至自点点BB’0(位x’置,y外’)移位s置=。 ? 根据“反转法”,将处于B’ 位置的从动件沿凸轮转动之 相反方向绕原点(凸轮轴心) O转过φ 角,即得平底直动 从动件的对应位置B(x,y), 其坐标为 ? ? ?x? ?x? ?cos? ? ? y?? ? R? ? ? y?? ? ??sin ? ? sin???r0 ? s? cos? ????e ? ? x ? (r0 ? s)cos? ? esin? ? y ? (r0 ? s) s in ? ? e cos? ? ? ? 平底从动件凸轮轮廓为从动件平底直线族的包络线, ? 平底直线族的方程为: Y ? (r0 ? s)sin? ? e cos? ? tan(900 ? ?)[ X ? (r0 ? s) cos? ? esin?] 即 f ( X ,Y ,?) ? X cos? ? Y sin? ? (r0 ? s) ? 0 又 ?f ( X ,Y ,?) / ?? ? ? X sin? ? Y cos? ? ds ? 0 d? ? 联立两式 ? 解得: X ? (r0 ? s) c os? ? ds d? s in ? ? ?? Y ? (r0 ? s) s in ? ? ds d? cos? ? ? ?? (4-5) 式(4-5)即为平底直动从动件凸轮轮廓方程。 由式(4-5)可见,平底直动从动作盘形凸轮的轮 廓形状与偏距e无关,如无结构上的需要,不必采用 偏置从动件。 一、凸轮机构的压力角 及其许用值 ?F12为凸轮对从动件的作用力; ?G为从动件所受的载荷(包括生 产阻力、从动件自重以及弹簧压 力等); ?FR1、FR2分别为导轨两侧作用于 从动件上的总反力; ?φ 1、φ 2为摩擦角。 选从动件2为示力体,据力的平衡条件, ?Fx ? 0 ?Fy ? 0 ?MB ? 0 可得: F12 F12 sin(? ? ?1) ? (FR1 cos(? ? ?1) ? G ? ? FR2 ) cos?2 ? 0 (FR1 ? FR2 )sin?2 ? ? 0?? FR2 cos?2 (l ? b) ? FR1 cos?2b ? 0 ?? 由以上三式消去FR1、FR2,整理后得 F12 ? cos(? ? ?1) ? (1 ? G 2b ) s in(? l ? ?1) tan?2 (4-6) 式中,α 为压力角,它是从动件在与凸轮轮廓接触点B处所 受正压力的方向(即凸轮轮廓在该点法线n-n的方向)与从 动件上点B的速度方向之间所夹的锐角。 压力角α 是表征、反映凸轮机构受力情况的一个重要参数 由式(3-62)可推得上面凸轮机构的瞬时效率为: ? ? cos(? ? ?1) ? (1 ? 2b ) s in(? l ? ?1) tan?2 cos? (4-7) F12 ? cos(? ? ?1) ? (1 ? G 2b ) s in(? l ? ?1) tan?2 (4-6) ? 由式(4-6)知,在其他条件相同的情况下,压力角 α 愈大,则作用力F12愈大; ? 压力角α 大至使式(4-6)中的分母或式(4-7)中 的分子等于零时,则作用力F12增至无穷大,而效率 降为零;此时机构发生自锁。此时的压力角记为临界 压力角α c,其值为 ?c ? arc tan???1/ ???(1 ? 2b l ) tan?2 ? ?? ? ? ? ? ?1 ? 为保证凸轮机构能正常运转,应使最大压力角 α max小于临界压力角α c。 ? 在工程实际中,通常规定凸轮机构的最大压力角 α max应小于或等于某一许用压力角[α ], ? 即α max≤[α ];而[α ]之值小于临界压力角α c。 ? 根据实践经验,推荐的许用压力角取值为 ? 推程(工作行程):直动从动件取[α ]=300—400; 摆动从动件取[α ]=350—450; ? 回程(空回行程):考虑到此时从动件靠其他 外力(如弹簧力)推动返回,故不会自锁,许用 压力角的取值可以适当放宽。直动和摆动从动件 荐取[α ]’=700—800; 二、按许用压力角[α]确定凸轮机构的基本尺寸 在图4—15所示的尖顶直动从动件盘形凸轮 机构中,过接触点B作公法线n-n,与过O 点的导路垂线的相对速度瞬心。即 ?1 ? OP12 ? v2 OP12 ? v2 ?1 ? ds / d? ds / d? 称为类速度 从图可得出凸轮机构的压力角 tan? ? OP12 ? e ? ds / d? ? e ? ds / d? ? e s0 ? s s0 ? s r02 ? e2 ? s ? 设以从动件的位移s为 纵坐标(相当于从动件 导路),以类速度为横 坐标。当给定一系列的 凸轮转角φ ,则根据已 知的运动规律,可求得 相应的s和ds/dφ 值, 从而作出如图4-16所 示的ds/dφ -s曲线 ? ds / d? ? 若将凸轮中心取在Dtdt右下 方的O点,则凸轮基圆半径 r0=OB0,从动件导路偏于 凸轮中心左侧,偏距为e0 设O点与Dt点连线与纵坐标 轴间的夹角为α t,则 tan?t ? Dt Bt ? e BtOt 式中 Dt Bt ? ds / d? BtOt ? B0Ot ? s ? r02 ? e2 ? s ? s0 ? s tan?t ? ds / d? ? s0 ? s e α t为Dt点凸轮机构的压力角 ? 在从动件推程起始点,s=0, ds/dφ = 0 时 , 按 式 ( 4 - 9 ) 有 tanα =e/s0, ? 压力角位置?? ? 为保证此时的α ≤[α ],作直线” 与纵坐标轴交角为[α ], ? 凸轮轴心O只能在B0d0”线上或其左下 方选取。 ? 限制线”和Dtdt相交围成的dtO1d0”下方角域 (实阴影区域)为满足α ≤[α ]的凸轮轴心的 公共许用区域。 ? 这样,只要在凸轮轴心的许用区域内选定凸轮 轴心O 了 的位 置, 凸轮 基圆 半径 r0 和偏 距e 就确 定 ? 对于直动从动件盘形凸轮机构, 为了改善其传力性能或减小凸 轮尺寸,经常采用如图4-17 所示的偏置凸轮机构。 ? 为了达到上述目的,其偏置必 须随凸轮转向的不同而按图示 的方位确定, ? 即应使偏置与推程时的相对瞬 心A位于凸轮轴心的同一侧, ? 若从动件导路位置与图示相反 配置时,反而会使凸轮机构的 推程压力角增大,使机构的传 力性能变坏。 偏置凸轮机构 三、按凸轮轮廓全部外凸条件确定 凸轮基圆半径r0 ? 对于图4—14所示的平 底直动从动件盘形凸 轮机构,其压力角恒 等于零。 ? 因此,平底从动件盘 形不能凸按轮许的用基压圆力半角径[αr0] 确定,而应按从动件 运动不“失真”,即 凸轮轮廓全部外凸的 条件确定。 68 ? 据式(4-5)及高等数学中曲率半径计算公 式推演得到,平底直动从动件盘形凸轮轮廓 的曲率半径应大于或等于最小曲率半径ρ min。 ? ? r0 ? s(?) ? s(?) ? ?min 可见基圆半径越大,最小曲率半径越大 为保证凸轮轮廓全部外凸,平底直动从动件盘形 凸轮的基圆半径r0应为: r0 ? ? m in ? s(? ) ? d 2s(?) d? 2 四、滚子半径rr的选择 1.凸轮理论轮廓的内凹部分 ? 如图4-18a所示,工作 轮廓曲率半径ρ a、理 论轮廓曲率半径ρ 与滚 子半径 系为 rr三 ?a 者之间的 ??? 关 rr 这时,工作轮廓曲率半径恒大于理论轮廓曲率半径, 即ρ a>ρ 。这样,当理论轮廓作出后,不论选择多 大的滚子,都能作出工作轮廓。 70 2.凸轮理论轮廓的外凸部分 ? 如图4- 18b所示,工 作轮廓曲率半径ρ a、 理论轮廓曲率半径ρ 与 滚 子 半 径 rr 三 者 之 间的关系为: ?a ? ? ? rr 1)当ρ >rr时,ρ a>0;这时,可以作出 凸轮的工作轮廓(图4-18b); 71 ? 2)当ρ =rr时,ρ a=0;如图 4-18c所示,这 时,虽然能作出凸轮工作轮廓,但出现了尖点; 尖点处是极易磨损的; ? 3)当ρ <rr时,ρ a<0;如图 4-18d所示, 这时,作出的工作轮廓出现了相交的包络线。 这部分工作轮廓无法加工,因此也无法实现从 动件的预期运动规律,即出现“失真”现象。 ? 综上可知,滚子半径rr不宜过大。但因滚子装 在销轴上,故亦不宜过小。一般推荐: rr ? ?min ? ? (4-13) 式中,ρ min为凸轮理论轮廓外凸部分的最小曲率半径, Δ =3-5 mm。 4-5 空间凸轮机构简介 ? 凸轮机构两活动构件之间的相对运动为 空间运动的称为空间凸轮机构。 ? 当凸轮为原动件时,从动件一般按预期 运动规律作往复摆动或移动; ? 当凸轮为机架时,从动件上的点一般按 预期的轨迹作空间复杂运动。 74 空间凸轮机构基本都采用滚子从动件。空 间凸轮机构按凸轮形状可分为: ? (1)圆柱凸轮机构 凸轮是 一个相对机架作定轴转动或为 机架的圆柱形构件,如图4—5所 示。当凸轮为原动件时,其从 动件的运动形式可为往复摆动 或移动。 ? 如图4-19所示的圆柱分度凸轮 机构,在香烟、火柴包装和拉 链嵌齿机等自动机械中得到广 泛应用,分度频率高达每分钟 1500次左右,分度精度达到30”。 其实质为滚子摆动从动件圆柱 凸轮机构的变异型式。 图4—5 图4-19 (2)圆锥凸轮机构 ? 凸轮是一个相对机架 作定轴转动或为机架 的圆锥形构件,如图 4-20所示。 ? 当凸轮为原动件时, 其从动件的运动形式 可为往复摆动或移动。 图4-20 76 (3)弧面凸轮机构 ? 凸轮是一个相对机架作定轴转 动或为机架的鼓形构件,如图4 -21所示。当凸轮为原动件时, 其从动件的运动形式为间歇转 动。 ? 图4-22所示的弧面分度凸轮机 构,在高速冲床、多色印刷机 和包装机等自动机械中得到广 泛应用,分度频率高达每分钟 2000次左右,分度精度达15”。 实质上,它是滚子摆动从动件 弧面凸轮机构的变异型式。 图4-21 图4-22 77 (4)球面凸轮机构 ? 凸轮是一个相对机 架作定轴转动或为 机架的球形构件, 其轴线与摆动从动 件的轴线所示。当凸 轮为原动件时,其 从动件的运动形式 仅可为往复摆动。 78

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