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第4章 凸轮机构 4.1 凸轮机构的类型及应用 4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 4.3 盘形凸轮的设计方法 4.4 凸轮机构设计中应注意的几个问题 4.5 凸轮机构的常用材料和结构 本章知识导读 1.主要内容 凸轮机构的类型、特点和适用场合，从动件常见运动规律及位移曲线的绘制，凸轮机构的设计计算，凸轮机构的常用材料及结构。 2.重点、难点的提示 本章的重点是从动件的常用运动规律，尖顶、滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计等问题。难点是利用解析法设计凸轮的轮廓。 4.1 凸轮机构的类型及应用 凸轮机构广泛应用在各种机械和自动控制装置中。 凸轮机构特点 凸轮机构结构简单、紧凑，设计方便，只需设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动件实现预期运动规律。缺点是凸轮轮廓与从动件之间是点或线接触，易磨损，通常用于传力不大的控制机械中。 例如，自动机床进刀机构、上料机构，内燃机配气机构，印刷机、纺织机和各种电气开关中的凸轮机构等。 4.1.2 凸轮机构的分类 (1)盘形凸轮 具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式。 (2)移动凸轮 做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸轮的演化形式。 (3)圆柱凸轮 圆柱体的表面上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓，称为圆柱凸轮。属于空间凸轮机构。 2.按从动件的端部结构分类 从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接触，这种从动件结构最简单，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触。 (2)滚子从动件 4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 结合凸轮轮廓，分析从动件的位移、速度、加速度的运动规律，称为凸轮机构的运动分析。 从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状，即凸轮轮廓决定了从动件的运动规律。 设计凸轮轮廓曲线时，首先根据工作要求选定从动件的运动规律，然后再按从动件的位移曲线设计出相应的凸轮轮廓曲线。 4.2.2 从动件的常用运动规律 1.等速运动规律 当凸轮以等角速度ω1转动时，从动件在推程或回程中的速度为常数。 凸轮转角θ与时间t的关系为θ=ω1t。 推程时，从动件位移s与时间t的关系为s=vt。 2.等加速等减速运动规律 从动件在运动过程的前半程做等加速运动，后半程做等减速运动，两部分加速度的绝对值相等，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。 3.简谐运动规律 质点在圆周上做等速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。 4.3 盘形凸轮的设计方法 根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸轮的转动方向、基圆半径等，进而对凸轮轮廓曲线进行设计。 设计方法: 1.图解法。简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。 2.解析法:精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。 4.3.1 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 利用与凸轮转向相反的方向逐点按位移曲线绘制出凸轮轮廓曲线的方法称为反转法。 【补充例题】 试设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮的轮廓。 已知凸轮以等角速度ω按逆时针方向转动， 基圆半径rb＝45 mm， 从动件的运动规律如下。 已知：从动件升程h＝20mm，凸轮转角φ从0°到90°时从动件等速运动上升到最高位置； 在90°～120°时从动件在最高位置不动； 从120°到240°时从动件以等加速等减速运动返回；而在240°～360°时，从动件在最低位置不动。 4.4 凸轮机构设计中应注意的几个问题 设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。 1.凸轮理论轮廓的内凹部分 由图(a)可得 ρa=ρmin+rT 实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。 一般推荐rT≤0.8ρmin。 若从结构上考虑,可使rT=(0.1～0.15)r0。 为了避免出现尖点，一般要求ρa3～5mm。 4.4.3 基圆半径的确定 基圆半径一般可根据经验公式选择 即 r0≥0.9ds+（7～9）mm 依据选定的r0设计出凸轮轮廓后，应进行压力角的检验，若发现αmax［α］，则应适当增大凸轮基圆半径，重新设计。 4.5.