凸轮结构及其设计

机械原理--凸轮结构及其设计，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，推杆的运动规律是指推杆的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角变化的规律。

凸轮结构及其设计

• 凸轮机构的应用及分类
  • 凸轮机构
    • 有时候凸轮会做为从动件出现。称为反凸轮机构。
    • 凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
    • 推杆（从动件）：被凸轮直接推动的构件
    • 机架
  • 优缺点
  • 凸轮机构分类
    • 按凸轮形状
      • 盘形凸轮
      • 移动凸轮
      • 圆柱凸轮
        • 空间凸轮机构
    • 按推杆形状
      • 尖顶推杆
      • 滚子推杆
      • 平底推杆
    • 根据凸轮与推杆保持接触的方法
      • 力封闭凸轮机构
      • 几何封闭凸轮机构
    • 按推杆的运动形式
      • 直动推杆
        • 其直动推杆的轴线通过凸轮的回转中心，称为对心直动推杆，反之称为偏置直动推杆。
      • 往复摆动推杆
  • 凸轮机构的命名：偏置（对心）直动（摆动）滚子（尖顶、平底）从动件盘形凸轮（移动凸轮、圆柱凸轮）机构
• 推杆的运动规律
  • 概念
    • 是指推杆的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角变化的规律。
  • 多项式运动规律
    • 一次多项式运动规律
    • 二次多项式运动规律
    • 五次多项式运动规律
    • 对于这些C1,c2等等，应根据题目条件求出，根据起始点与终点所对应的条件就可以求出。
    • 对于是几次，是根据题目所给的条件来判定，例说加速度为常数，n为2，因为对转角求导两次之后为加速度应为常数。
  • 三角函数的运动规律
    • 正弦加速度运动规律
    • 余弦加速度运动规律
  • 组合运动规律
  • 推杆运动规律的选择
  • 对于这些从动件的运动规律都是以凸轮等角速度转动为前提。对于正弦加速度与余弦加速度这些加速度指的是从动件的，对于三次多项式的的常数加速度也是指的从动件。我们要灵活的直接使用这些规律，只用改变角度的关系即可，不需要在重新算。
• 凸轮轮廓曲线的设计
  • 对于给定数据的，一定要自己设计图形，就算他给你了图，他给你的图只是给你粗略的位置关系并不是确定的。
  • 解析法
    • 对于应用的数据必须是题目给定的，不能自己造。
    • 偏置式直动尖顶推杆
      • 对于有偏置时，这个e前面的正负号的判定，当凸轮沿逆时针方向回转，若推杆处于凸轮回转中心的右侧，为正，反之为负。若凸轮沿顺时针方向回转，则相反。
    • 偏置式直动滚子推杆
      • 对于有偏置时，这个e前面的正负号的判定，当凸轮沿逆时针方向回转，若推杆处于凸轮回转中心的右侧，为正，反之为负。若凸轮沿顺时针方向回转，则相反。对于Rr的前面的正负是根据内外来判定的，如果是内等距曲线则为负，若为外等距曲线则为正。
    • 对心式直动平底推杆
      • 其压力角横为0，是对于偏心直动直角平底的，如果是对心直动锐角的就不是0，等于这个90-锐角
    • 摆动从动件
      • 尖底推杆
      • 滚子推杆
        • • 关于有滚子时，其角度判定
      • 平底推杆
      • 对于给定的从动件是可以移动的，不是确定的杆长，我们可以把它从实际轮廓曲线到理想轮廓曲线，寻找一个确定的杆长。对于给定有圆弧的，我们可以找圆弧的中心。
    • 刀具中心轨迹线
      • 这类问题是与上述问题是反过来的，是由已知实际轮廓线求理论轮廓线，但是方法是一样的，我们只需要把实际看成理论，按上面的方法解题就可以做出。
  • 设计的基本原理都是运用了反转法原理
  • 图解法
    • 对心式直动尖顶推杆
    • 偏置式直动尖顶推杆
    • 偏置式直动滚子推杆
    • 对心式直动平底推杆
      • 对于平底推杆与凸轮（是一个圆）的交接点，则交接点与圆心相连，一定垂直平底推杆，所以轮廓的交接点就可以找到。若凸轮不是圆，还可以根据瞬心来确定其交接点。w*op=v
      • 对于平底推杆虽是对心的，但是在转动的过程中，其就会变成偏置的，因为接触点会发生变化。但是要记住其平底推杆的中点（及在基圆接触的那一点），与转动中心相连，会一直垂直于平底，并且其推杆的位移是是由他俩间的距离表示的。
    • 摆动从动件
      • 其角位移就是所在位置的角度与其在基圆位置的角度的差
    • 圆柱凸轮
  • 对于更换滚子直径的大小会改变从动件的运动规律，可以高副低代，就可以知道有一个杆长发生变化，因此运动规律就变了，所以对于位移与摆角都会发生变化。并且一定要知道位移s与摆角是什么，
• 凸轮基本尺寸的确定
  • 对于有理论轮廓曲线的一般都在它上面分析，不要再实际轮廓曲线上分析，因为运动规律与理论轮廓曲线相关
  • 压力角
    • 为推杆所受正压力的方向（沿凸轮廓线在接触点的法线方向）与推杆上点的速度方向的之间的夹角。
    • 其导路是指推杆与凸轮的接触点。
    • 对于让我们求出最大压力角或最小压力角时候，如果真的找不到点，那就是直接套用上面公式。
      • 例题
  • 基圆半径
    • 基圆半径应略大于轴的半径，应略大于轮毂的半径
  • 滚子半径
  • 平底长度
  • 偏置圆的e大小
    • 导路位于就是从动件与凸轮的接触点
• 凸轮机构的名词术语
  • 要看好推程运动角是哪一段，就如上图，他是凸轮逆时针旋转所得，。如果是顺时针旋转则推程运动角与之相反。 有时候题目会问推程压力角与回程压力角，是有区别的，回程压力角对应的接触点必须是在回程（只从最高点到最点位置所经历的弧线）中。
    • 推程运动角与有无偏心有关，但是对于回程与推程的弧线是与他们无关的，直接找最高点与最低点的接触点，他们之间的弧线就为回程或推程。
  • 一般没有特别说明其是实际轮廓的基圆或理论轮廓的基圆，那就默认为理论廓线的基圆r0
  • 对于推成运动角起点，与回程运动角的起点要分清楚。不要默认他俩角度一样。
  • 对于对心直动平底推杆的压力角是确定的，为0
  • 对于从动件的运动规律是与理论轮廓曲线相对应地，若两凸轮机构其理论轮廓曲线相同，但实际轮廓曲线不同，其从动件的运动规律相同。当实际轮廓曲线相同，理论轮廓曲线不同，其从动件的运动规律不同。
  • 关于摆角的表示与偏置时其杆所在的位置判定
  • 对于问从一点到另一点所转过的角度分两种情况回答 其推程运动角与转角是相对应的，所以对于无偏心距与有偏心距是不一样的。要仔细画。
    • 无偏心距
      • 则由凸轮的转动中心与接触点之间的夹角即为转角
    • 又偏心距
      • 就不能和上面一样了，有两种画法， 第一种是画基圆，然后与各从动件的延长线相交点在连接转动中心之间的夹角就为转角 第二种
    • 推程运动角或回程运动角建议在基圆上做如图所示
      • 有时可以在偏心圆上做，但是不管在偏心圆或者基圆上做，都是对应着最低点，与最高点的那些位置。