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1、 4-1 概 述 4-2 從 動 件 常 用 運 動 規(guī) 律 4-3 圖 解 法 設 計 盤 形 凸 輪 輪 廓 4-4 用 解 析 法 設 計 凸 輪 機 構 4-5 凸 輪 機 構 設 計 中 的 幾 個 問 題 4-6 凸 輪 常 用 材 料 和 結 構第 四 章 凸 輪 機 構 及 其 設 計 在 機 械 裝 置 中 ， 尤 其 是 在 自 動 控 制 機 械 中 ， 為 實 現 某 些特 殊 或 復 雜 的 運 動 規(guī) 律 ， 廣 泛 地 應 用 著 各 種 凸 輪 機 構動 畫 演 示 1動 畫 演 示 21 概 述 4-1 概 述一 、 凸 輪 機 構 的 組 成 和 特 點凸

2、輪 機 構 由 凸 輪 1、 從 動 件 2和 機 架 3三 個 基 本 構 件 組 成 ， 如 圖 ，其 中 凸 輪 是 一 個 具 有 控 制 從 動 件 運 動 規(guī) 律 地 曲 線 輪 廓 或 凹 槽 地主 動 件 ， 通 常 作 連 續(xù) 等 速 運 動 （ 也 有 作 往 復 移 動 地 ） ； 從 動 件則 在 凸 輪 輪 廓 驅 動 下 按 預 定 運 動 規(guī) 律 作 往 復 直 線 運 動 或 擺 動1、 凸 輪 機 構 的 組 成 2、 凸 輪 機 構 的 特 點優(yōu) 點 ： 只 要 正 確 地 設 計 和 制 造 出 凸 輪 的 輪 廓 曲 線 ， 就能 把 凸 輪 的 回 轉

3、 運 動 準 確 可 靠 地 轉 變 為 從 動 件 所 預 期的 復 雜 運 動 規(guī) 律 的 運 動 ， 而 且 設 計 簡 單 ;凸 輪 機 構 結構 簡 單 、 緊 湊 、 運 動 可 靠 。缺 點 ： 點 、 線 接 觸 易 磨 損 ； 凸 輪 輪 廓 加 工 困 難 ； 行 程不 大 。4-1 概 述 二 、 凸 輪 機 構 的 分 類按 照 凸 輪 的 形 狀 不 同 可 把 凸 輪 分 為 以 下 幾 種 ：盤 形 凸 輪 移 動 凸 輪圓 柱 凸 輪 曲 面 凸 輪按 照 凸 輪 的 鎖 合 方 式 可 把 凸 輪 分 為 以 下 幾 種 ： 力 鎖 合 形 鎖 合 4-1 概

4、 述 4-2 從 動 件 常 用 運 動 規(guī) 律確 定 從 動 件 的 運 動 規(guī) 律 是 凸 輪 設 計 的 前 提1推 程 、 2遠 休 止 、 3回 程 、 4近 休 止 當 凸 輪 連 續(xù) 轉 動 時 ， 從 動 件 將 重 復 上 述 運 動 過 程 。 1 2 3 4一 、 凸 輪 機 構 的 工 作 過 程 二 、 從 動 件 常 用 運 動 規(guī) 律等 速 運 動 （ 剛 性 沖 擊 ）等 加 速 等 減 速 運 動 （ 柔 性 沖 擊 ）余 弦 加 速 度 運 動 （ 起 停 有 柔 性 沖 擊 ）正 弦 加 速 度 運 動 等 速 運 動 等 加 速 等 減 速 運 動余 弦

5、 加 速 度 運 動 正 弦 加 速 度 運 動 4-2 從 動 件 常 用 運 動 規(guī) 律 三 、 從 動 件 運 動 規(guī) 律 的 選 擇1、 在 選 擇 從 動 件 的 運 動 規(guī) 律 時 ， 應 根 據 機 器 工 作 時 的 運 動 要 求 來 確定 。2、 對 無 一 定 運 動 要 求 ， 只 需 要 從 動 件 有 一 定 位 移 量 的 凸 輪 機 構 。3、 對 于 高 速 機 構 ， 應 減 小 慣 性 力 、 改 善 動 力 性 能 ， 可 選 用 正 弦加 速 度 運 動 規(guī) 律 或 其 他 改 進 型 的 運 動 規(guī) 律 。4-2 從 動 件 常 用 運 動 規(guī) 律

6、4-3 圖 解 法 設 計 盤 形 凸 輪 輪 廓圖 解 法 繪 制 凸 輪 輪 廓 曲 線 是 利 用 反 轉 法 原 理 完 成 的 。加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動件與導路繞角速度-w以凸輪轉動凸 輪 靜 止 不 動從動件尖頂的運動軌跡就是凸輪輪廓曲線從 動 件 相 對 導 路 移 動 基圓半徑R b1.選 與 位 移 線 圖 一 致 的 比 例 作凸 輪 的 基 圓 2.將 基 圓 分 成 與 位 移 線 圖 中 相對 應 的 等 份 3.分 別 自 基 圓 圓 周 向 外 量 取 從動 件 位 移 線 圖 中 相 應 的 位 移 量 4.光 滑 連 接 各 點 即

7、 為 所 求 的 凸輪 輪 廓 已 知 ， 如 圖 ：對 心 尖 頂 移 動 從 動 件 盤 形 凸 輪 輪 廓 曲 線 的 設 計4-3 圖 解 法 設 計 盤 形 凸 輪 輪 廓 偏 置 直 動 滾 子 從 動 件 盤 形 凸 輪 輪 廓 的 設 計建 立 凸 輪 轉 軸 中 心 的 坐 標 系 xOy根 據 反 轉 法 原 理 ， 凸 輪 以 w轉 過 j角 ；B點 坐 標 為 jj jj sincos)( cossin)( 00 essy essx上 式 即 為 凸 輪 理 論 廓 線 方 程 實 際 廓 線 與 理 論 廓 線 在 法 線 上 相 距滾 子 半 徑 rT， 則 推 出

8、 sincosTTryy rxx 式 中 取 “ ”號 時 為 內 等 距 曲 線 ， 取 “ ” 號 時 為 外 等 距 曲 線 4-4 用 解 析 法 設 計 凸 輪 機 構 4-5 凸 輪 機 構 設 計 中 的 幾 個 問 題一 、 凸 輪 輪 廓 的 加 工1.銑 、 銼 削 加 工 對 用 于 低 速 、 輕 載 場 合 的 凸 輪 ， 可 以 應 用 反 轉 法 原 理 在 未 淬 火 凸輪 輪 坯 上 通 過 作 圖 法 繪 制 輪 廓 曲 線 ， 采 用 銑 床 或 用 手 工 銼 削 辦 法 加 工而 成 。 必 要 時 可 進 行 淬 火 處 理 ， 但 用 這 種 方

9、法 則 凸 輪 的 變 形 難 以 得 到修 正 。 2.數 控 加 工 采 用 數 控 線 切 割 機 床 對 淬 火 凸 輪 進 行 加 工 ， 這 是 目 前 最 常 用 的 一種 凸 輪 加 工 方 法 。 加 工 時 應 用 解 析 法 ， 求 出 凸 輪 輪 廓 曲 線 的 x,y坐 標 ，并 將 xOy坐 標 系 的 原 點 換 算 成 切 割 時 的 起 點 ， 而 滾 子 半 徑 相 當 于 鉬 絲半 徑 再 加 上 放 電 間 隙 。 二 、 滾 子 半 徑 的 確 定 凸 輪 輪 廓 曲 線 形 狀 與 滾 子 半 徑 的 關 系r = r + rr當 理 論 廓 線 內

10、 凹 時此 時 ， 無 論 滾 子 半 徑 大 小 ， 凸 輪 工 作 輪 廓 總 是 光 滑 曲 線 (如 圖 a)當 理 論 廓 線 外 凸 時 (可 分 為 三 種 情 況 ) r = r - rr1) r rr時 r 0這 時 所 得 的 凸 輪 實 際 輪 廓 為 光 滑 的 曲 線 (如 圖 b)2) r = r r 時 r = 0，實 際 輪 廓 線 變 尖 ， 極 易 磨 損 ， 不 能 使 用 (如 圖 c)。3) r rr 時 r 0， ，即 實 際 曲 線 出 現 交 叉 會 出 現 失 真 (如 圖 d)。4-5 凸 輪 機 構 設 計 中 的 幾 個 問 題 壓 力

11、角 ： 不 計 摩 擦 時 ， 凸 輪 對 從 動 件 的 作 用力 （ 法 向 力 ） 與 從 動 件 上 受 力 點 速 度 方 向 所夾 的 銳 角 。 該 力 可 分 解 為 兩 個 分 力 ： 有 效 分 力有 害 分 力壓 力 角 越 小 ， 有 效 分 力 越 大 ， 機 構 傳 力 越 好 。 aasincos nx ny FF FF 三 、 壓 力 角 及 校 核許 用 壓 力 角 ： 凸 輪 機 構 在 運 轉 中 的 壓 力 角 是 變 化 的 ， 為 避 免 機 構 發(fā) 生 自 鎖 并具 有 較 高 的 傳 動 效 率 ， 必 須 對 最 大 壓 力 角 加 以 限 制

12、 ， 其 許 用 值 應 遠 低 于 臨 界壓 力 角 ， 即 ：對 移 動 從 動 件 的 推 程 ， 取 a=30對 擺 動 從 動 件 的 推 程 ， 取 a=35 45 回 程 時 ， 可 取 a=70 caaa max4-5 凸 輪 機 構 設 計 中 的 幾 個 問 題 4-6 凸 輪 常 用 材 料 和 結 構低 速 、 輕 載 ： 凸 輪 材 料 可 選 HT250、 QT800-2、 QT900 2等 ，用 球 墨 鑄 鐵 時 ， 輪 廓 表 面 可 進 行 淬 火 處 理 ， 以 提 高 其 耐 磨 性 。 從動 件 受 彎 曲 應 力 大 ， 不 用 脆 性 材 料 ，

13、可 選 中 碳 結 構 鋼 ， 高 副 端 表面 淬 火 至 40 50HRC。 為 減 小 沖 擊 ， 也 可 選 用 質 量 小 的 尼 龍 作為 從 動 件 材 料 。中 速 、 中 載 ： 凸 輪 常 用 45、 45Cr、 20Cr、 20CrMn等 材 料 ， 從 動件 可 用 20CR等 低 碳 合 金 鋼 ， 并 經 表 面 淬 火 ， 低 碳 合 金 鋼 應 滲 碳淬 火 ， 滲 碳 層 深 0.8-1.5mm， 使 硬 度 達 56 62HRC。高 速 、 重 載 ： 凸 輪 可 用 40CR等 中 碳 合 金 鋼 。 表 面 高 頻 淬 火 至 56 60HRC， 或 用 38CrMoAl， 經 滲 氮 處 理 至 60 67HRC， 但 滲 氮 表 層 脆 而 不 宜 受 沖 擊 。 從 動 件 則 可 用 T8、 T10等 碳 素 工 具 鋼 ， 經表 面 淬 火 處 理 。一 、 常 用 材 料 及 熱 處 理 4-6 凸 輪 常 用 材 料 和 結 構二 、 凸 輪 的 結 構 整 體 式凸 輪 與 輪 轂 可 調 整 組 成 凸 輪 的 部 分 可 調 整 三 、 滾 子 從 動 件 結 構 專 門 制 造 的 圓 柱 體 滾 動 軸 承銷 軸 聯 接4-6 凸 輪 常 用 材 料 和 結 構