5.1 凸轮机构的应用和分类在线视频

各位同学大家好

我制造学院的老师马咏梅

今天我们上第五章

凸轮机构及其设计

对于这一章

大家需要掌握的是

凸轮机构设计的一些基本知识

并且能够根据我们生产实际的需要

来设计凸轮机构

那么对于这一章来说

需要大家重点掌握四个方面的内容

第一个就是要了解

凸轮机构它的分类和应用

第二要了解推杆常用的运动规律

以及如何来选择推杆

第三个能够根据选定的凸轮的类型

和推杆的运动规律

设计凸轮的轮廓曲线

掌握在确定凸轮机构的基本尺寸的时候

应该考虑哪些主要的问题

接下来我们就讲第一个小节

凸轮机构的运用和分类

在上一章里面

我们研究了连杆机构及其设计问题

平面连杆机构有许多的优点

所以在工程实际里面得到了非常广泛的应用

但是连杆机构比较难于准确的

实现任意预定的运动规律

而且它的设计也比较复杂和困难

那我们在设计机械的时侯

如果是要求某些从动件

它的位移 速度还有加速度

必须严格地按照

某种预定的运动规律变化的时侯

那么我们最常用的办法就是采用凸轮机构

所以接下来

我们就来看看几个凸轮机构的应用示例

先看我们的第一张图片

在这张图里面

它表示一个内燃机的配气机构

那么大家找一下

它的凸轮在什么地方

图中具有曲线轮廓的构件就是凸轮

当它作等速转动时侯

轮廓曲线就会迫使推杆作往复摆动

这样就可以推动气阀有规律的开启和闭合

气阀的动作程序是按照工作要求严格预定的

它的速度 加速度也是有严格的控制

那么这些都是由我们的凸轮的曲线轮廓来决定

那再来看我们的第二张图

在这个第二张图里面

它是一个自动机床的进刀机构

那么再找一下凸轮在哪

在这个图片里面

具有曲线凹槽的构件就是凸轮

当它作等速回转的时侯

它上面的曲线凹槽的侧面

就会推动从动件作往复的摆动

这样我们就可以来控制刀架

作进刀和退刀这样的运动

那刀架的运动规律

就完全取决于凸轮上面的曲线凹槽的形状

那从这两个例子里面我们可以看到

凸轮机构其实它是一个

由少数几个构件构成的高副机构

那就是凸轮从动件

也就是推杆还有机架

而这个凸轮

它是一个具有曲线轮廓

或者是凹槽的这样的构件

通常是作连续的等速转动

那当我们凸轮运动起来以后

它上面的曲线轮廓是和从动件高副接触

这样就使得从动件

可以获得任意预期的运动规律

那么我们可以看到

凸轮机构它具有很少的几个构件

所以说它占据的空间是比较小

是一种结构十分简单紧凑的机构

它的优点就多用性和灵活性

推杆的运动规律完全取决于

凸轮轮廓曲线的形状

只要我们适当的设计凸轮的轮廓曲线

就可以使得推杆获得任意预期的运动规律

但它的缺点是

凸轮的廓线和从动件之间是点线接触

所以容易磨损

那么凸轮机构通常是用在传力不太大的场合

第二点 我们讲一下凸轮机构的分类

工程实际里面所使用的凸轮机构是多种多样的

常用的分类方法有这么几种

我们可以看一下

第一个按照凸轮的形状来分类

那么第一种结构就是盘形凸轮结构

这个凸轮我们可以看到

它是盘状而且具有变化的向径

当它绕着固定的轴转动的时侯

就可以推动推杆

在垂直于凸轮转轴的平面里面运动了

这种结构是凸轮最基本的结构形式

结构很简单

所以它的应用也是最广泛的

第二个移动凸轮

当盘状凸轮的转轴位于无穷远的时侯

就演化成了我们现在看到

这种移动凸轮

这种凸轮呈板状

相对机架是做直线运动

那么这两种凸轮机构

推杆与凸轮之间的相对运动它都是平面运动

所以说我们也把它称之为平面凸轮机构

第三个就是我们的圆柱凸轮

这种凸轮它的轮廓曲线

是做在圆柱体上面的

它可以看作是移动凸轮卷成圆柱体演化而成

在这种凸轮机构里面

凸轮和从动件之间的相对运动是空间运动

所以说这种凸轮它属于空间凸轮机构

这是第一种分类办法

第二种分类是按照

按推杆也叫从动件它的端部形状来分类

有三种分类办法

第一个 尖顶从动件

推杆的尖顶能和任意复杂的凸轮廓线保持接触

这样就可以实现任意的运动规律

这种推杆结构是最简单

但是尖顶很容易磨损

所以说这种推杆它只适用于

作用力不太大和速度比较低的这样的场合

第二个 滚子从动件

这种结构的出现是为了减小摩擦磨损

在推杆的端部装了一个滚子

这样一来就把推杆和凸轮之间的

滑动摩擦变成了滚动摩擦

那由于转动灵活就可用来传递比较大的动力

所以这种结构形式是我们经常采用的结构形式

第三个 平底从动件

平底推杆的端部形状是一个平面

所以说它的受力是比较平稳

推杆和凸轮之间很容易形成润滑油膜

所以它的润滑效果是比较好

传递的效率也是比较高

这种凸轮机构的这种平底从动件

我们通常是把它用在高速传动里面

但这种从动件

它只能用于全部外凸的凸轮结构

第三种分类是按照推杆的运动形式来分类

无论推杆和凸轮的形状怎么样

就推杆的运动形式来说

不外乎只有两种结构

我们可以看到这两种

第一个叫做直动推杆

从动件它是作往复移动

它的轨迹是一段直线

第二种摆动推杆

从动件是作往复摆动

它的运动轨迹是一段圆弧

接下来的分类就是

按照推杆轴线和凸轮回转轴心的相对位置

来分成两种结构

第一个就是偏置的情况

在直动推杆里面

如果是推杆的轴线不通过凸轮的回转轴线

我们就称为偏置直动推杆

第二种就是对心结构的

在直动推杆里面

如果是推杆轴线通过凸轮的回转轴线

我们称为对心直动推杆

最后一种分类结构

就是按照凸轮和推杆

维持高副接触的方法来做的一个分类

我们知道凸轮机构

它是一个高副机构

那么凸轮廓线和推杆之间

它形成的高副

是一种单面约束的开式运动副

所以它就存在着怎么样来维持

这个凸轮轮廓和推杆

要始终保持接触而不要脱开的问题

那根据维持高副接触的方法的不同

凸轮机构它又分了两种结构

第一个力封闭结构

也叫力锁合

这种它包括的力有弹簧力

推杆的重力还有其它的一些外力

那就是要通过这些重力

弹簧力来推动推杆和凸轮轮廓始终保持接触

第二个就是型封闭

也叫型锁合

它是利用高副元件本身的几何形状来进行分类的

我们看看有哪些结构呢

第一个槽凸轮机构

凸轮廓线做成凹槽

推杆的滚子放在这个凹槽里面

就依靠凹槽两侧的轮廓曲线

使得推杆和凸轮在运动的过程里面始终保持接触

这种封闭方式结构比较简单

当然它的缺点就是加大了凸轮的尺寸和重量

第二种等宽凸轮机构

我们把推杆做成了矩形框架的形状

而凸轮廓线上面

任意两条平行切线之间的距离呢

就正好是等于框架内侧的宽度

凸轮廓线和平底可始终保持接触

当然这种结构它的缺点就是

从动件的运动规律它的选择会受到一定的限制

我们是按照180°的范围来设计凸轮廓线

然后再另外一个180°呢

我们必须要符合等宽的原则

还有一种叫做等径凸轮机构

这种凸轮机构

它的从动件上面

装了有两个滚子

凸轮廓线同时和两个滚子相接触

由于两滚子中心线之间的距离始终是保持不变的

这样就可以使得凸轮廓线与两个滚子始终保持接触

但它的缺点和我们等宽凸轮机构是相同的

最后一种结构是克服了等宽 等径凸轮的缺点的

就是主回凸轮机构

也叫做共轭凸轮机构

这种凸轮机构它的从动件的运动规律呢

我们就可以在360°的范围里面任意选取

可用两个固结在一起的凸轮

控制一个具有两个滚子的从动件

我们可以从这个图上可以看得到

一个凸轮推动从动件完成正行程运动

另外一个凸轮推动从动件完成反行程的运动

所以这种凸轮机构我们把它称之为主回凸轮机构

但它的缺点就是结构很复杂

制造精度也是比较高

我们介绍了凸轮机构的几种分类方法

将不同类型的凸轮和推杆组合起来

那么就可以得到各种不同型式的凸轮机构

设计的时侯呢

我们就可以根据工作要求

和使用场合的不同来加以选择

好了今天的课就上到这谢谢大家