【文章內(nèi)容簡介】 與連架桿CD 成一直線。撤去外力F 之后，在工件反彈力T 作用下，從動件3處于死點(diǎn)位置。即使此反彈力很大，也不會使工件松脫。當(dāng)飛機(jī)起落架處于放下機(jī)輪的位置時，此時連桿BC 與從動件CD 位于一直線上。因機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，故機(jī)輪著地時產(chǎn)生的巨大沖擊力不會使從動件反轉(zhuǎn)，從而保持著支撐狀態(tài)。連桿式快速夾具 飛機(jī)起落架第六章 凸輪機(jī)構(gòu) 6．1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類1． 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)是由具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過高副接觸帶動從動件實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的一種高副機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪運(yùn)動時，通過其上的曲線輪廓與從動件的高副接觸，可使從動件獲得預(yù)期的運(yùn)動。凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動件和機(jī)架這三個基本構(gòu)件所組成的一種高副機(jī)構(gòu)。2．凸輪機(jī)構(gòu)的分類工程實(shí)際中所使用的凸輪機(jī)構(gòu)型式多種多樣，常用的分類方法有以下幾種： （1）盤形凸輪 這種凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動并且具有變化向徑的盤形零件，當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動時，可推動從動件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣。 （2）移動凸輪當(dāng)盤形凸輪的轉(zhuǎn)軸位于無窮遠(yuǎn)處時，就演化成了移動凸輪（或楔形凸輪）。凸輪呈板狀，它相對于機(jī)架作直線移動。 在以上兩種凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪與從動件之間的相對運(yùn)動均為平面運(yùn)動，故又統(tǒng)稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)。（3）圓柱凸輪 如果將移動凸輪卷成圓柱體即演化成圓柱凸輪。在這種凸輪機(jī)構(gòu)中凸輪與從動件之間的相對運(yùn)動是空間運(yùn)動，故屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。 移動凸輪 圓柱凸輪b)按照從動件的形狀分類名稱 圖形 說明 尖端從動件從動件的尖端能夠與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律。這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，但尖端處易磨損，故只適用于速度較低和傳力不大的場合。曲面從動件 為了克服尖端從動件的缺點(diǎn)，可以把從動件的端部做成曲面，稱為曲面從動件。這種結(jié)構(gòu)形式的從動件在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。滾子從動件 為減小摩擦磨損，在從動件端部安裝一個滾輪，把從動件與凸輪之間的滑動摩擦變成滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可用來傳遞較大的動力，故這種形式的從動件應(yīng)用很廣。平底從動件 從動件與凸輪輪廓之間為線接觸，接觸處易形成油膜，潤滑狀況好。此外，在不計摩擦?xí)r，凸輪對從動件的作用力始終垂直于從動件的平底，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。缺點(diǎn)是與之配合的凸輪輪廓必須全部為外凸形狀。c)按照從動件的運(yùn)動形式分類按照從動件的運(yùn)動形式分為移動從動件和擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)。移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)又可根據(jù)其從動件軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸心的相對位置分成 對心和偏置兩種。d)按照凸輪與從動件維持高副接觸的方法 （1）力封閉型凸輪機(jī)構(gòu) 所謂力封閉型，是指利用重力、彈簧力或其它外力使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。 （2）形封閉型凸輪機(jī)構(gòu) 所謂形封閉型，是指利用高副元素本身的幾何形狀使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。 以上介紹了凸輪機(jī)構(gòu)的幾種分類方法。將不同類型的凸輪和從動件組合起來，就可以得到各種不同形式的凸輪機(jī)構(gòu)。設(shè)計時，可根據(jù)工作要求和使用場合的不同加以選擇。6．2從動件的運(yùn)動規(guī)律 設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動件的運(yùn)動規(guī)律，然后按照這一運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪廓線。以尖端移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，說明從動件的運(yùn)動規(guī)律與凸輪廓線之間的相互關(guān)系。從動件的運(yùn)動規(guī)律：指從動件的位移 s、速度 v、加速度 a 及加速度的變化率j隨時間 t 和凸輪轉(zhuǎn)角j變化的規(guī)律。從動件的運(yùn)動線圖：從動件的s、v、a、j 隨時間 t 或凸輪轉(zhuǎn)角 j 變化的曲線。常用運(yùn)動規(guī)律：在工程實(shí)際中經(jīng)常用到的運(yùn)動規(guī)律，它們具有不同的運(yùn)動和動力特性。 ●基本概念： 涉及概念定義基圓以凸輪輪廓的最小向徑rb為半徑作的圓。基圓半徑即為最小向徑rb。推程從動件遠(yuǎn)離凸輪軸心的運(yùn)動。升距從動件上升的最大距離，用h表示。推程運(yùn)動角與推程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。停歇從動件處于靜止不動的那段時間?；爻虖膭蛹馆嗇S心運(yùn)動的那段行程?；爻踢\(yùn)動角與回程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角?！駧追N常用運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動線圖和特點(diǎn) 名稱 運(yùn)動線圖 特點(diǎn)及應(yīng)用 等速運(yùn)動規(guī)律從動件速度為常量，故稱為等速運(yùn)動規(guī)律，由于其位移曲線為一條斜率為常數(shù)的斜直線，故又稱直線運(yùn)動規(guī)律。 特點(diǎn)：速度曲線不連續(xù)，從動件運(yùn)動起始和終止位置速度有突變，會產(chǎn)生剛性沖擊。 適用場合：低速輕載。等加速等減速運(yùn)動規(guī)律從動件在推程或回程的前半段作等加速運(yùn)動，后半段作等減速運(yùn)動，通常加速度和減速度絕對值相等。由于其位移曲線為兩段在O點(diǎn)光滑相連的反向拋物線，故又稱為拋物線運(yùn)動規(guī)律。 特點(diǎn)：速度曲線連續(xù)，不會產(chǎn)生剛性沖擊；因加速度曲線在運(yùn)動的起始、中間和終止位置有突變，會產(chǎn)生柔性沖擊。 適用場合：中速輕載。簡諧運(yùn)動規(guī)律當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動時，其在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動稱為簡諧運(yùn)動，由于其加速度曲線為余弦曲線，故又稱為余弦加速度運(yùn)動規(guī)律。 特點(diǎn)：速度曲線連續(xù)，故不會產(chǎn)生剛性沖擊，但在運(yùn)動的起始和終止位置加速度曲線不連續(xù)，故會產(chǎn)生柔性沖擊。 適用場合：中速中載。當(dāng)從動件作無停歇的升降升連續(xù)停歇運(yùn)動時，加速度曲線變成連續(xù)曲線，可用于高速場合。擺線運(yùn)動規(guī)律當(dāng)滾圓沿縱坐標(biāo)軸作勻速純滾動時，圓周上一點(diǎn)的軌跡為一擺線。此時該點(diǎn)在縱坐標(biāo)軸上的投影隨時間變化的規(guī)律稱擺線運(yùn)動規(guī)律，由于其加速度曲線為正弦曲線，故又稱為正弦加速度運(yùn)動規(guī)律。 特點(diǎn)：速度曲線和加速度曲線均連續(xù)無突變，故既無剛性沖擊也無柔性沖擊。 適用場合：高速輕載。3－4－5次多項式運(yùn)動規(guī)律其位移方程式中多項式剩余項的次數(shù)為5，故稱3－4－5次多項式運(yùn)動規(guī)律。也稱五次多項式運(yùn)動規(guī)律。 特點(diǎn)：速度曲線和加速度曲線均連續(xù)無突變，故既無剛性沖擊也無柔性沖擊。 適用場合：高速中載。6．3凸輪輪廓設(shè)計的圖解法凸輪機(jī)構(gòu)工作時，凸輪和從動件都在運(yùn)動，為了在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，可采用反轉(zhuǎn)法。下面以圖示的對心尖端移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例來說明其原理。 真實(shí)運(yùn)動 反轉(zhuǎn)過程從圖中可以看出： ，凸輪機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動情況： 凸輪以等角速度ω繞軸 O 逆時針轉(zhuǎn)動，推動從動件在導(dǎo)路中上、下往復(fù)移動。當(dāng)從動件處于最低位置時，凸輪輪廓曲線與從動件在A點(diǎn)接觸，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過φ1角時，凸輪的向徑OA 將轉(zhuǎn)到OA180。 的位置上，而凸輪輪廓將轉(zhuǎn)到圖中蘭色虛線所示的位置。這時從動件尖端從最低位置 A 上升到B180。，上升的距離s1=AB180。 ，凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況： 現(xiàn)在設(shè)想凸輪固定不動，而讓從動件連同導(dǎo)路一起繞O點(diǎn)以角速度（－ω）轉(zhuǎn)過φ1角，此時從動件將一方面隨導(dǎo)路一起以角速度（－ω）轉(zhuǎn)動，同時又在導(dǎo)路中作相對移動，運(yùn)動到圖中粉紅色虛線所示的位置。此時從動件向上移動的距離與前相同。此時從動件尖端所占據(jù)的位置 B 一定是凸輪輪廓曲線上的一點(diǎn)。若繼續(xù)反轉(zhuǎn)從動件，可得凸輪輪廓曲線上的其它點(diǎn)。 由于這種方法是假定凸輪固定不動而使從動件連同導(dǎo)路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法（或運(yùn)動倒置法）。凸輪機(jī)構(gòu)的形式多種多樣，反轉(zhuǎn)法原理適用于各種凸輪輪廓曲線的設(shè)計。1．移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計（1）尖端從動件 以一偏置移動尖端從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例。設(shè)已知凸輪的基圓半徑為rb，從動件軸線偏于凸輪軸心的左側(cè)，偏距為e，凸輪以等角速度ω順時針方向轉(zhuǎn)動，從動件的位移曲線如圖（b）所示，試設(shè)計凸輪的輪廓曲線。 依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，具體設(shè)計步驟 如下： a）選取適當(dāng)?shù)谋壤?，作出從動件的位移線圖。將位移曲線的橫坐標(biāo)分成若干等份，得分點(diǎn)1，2,…，12。 b）選取同樣的比例尺，以O(shè) 為圓心，rb為半徑作基圓，并根據(jù)從動件的偏置方向畫出從動件的起始位置線，該位置線與基圓的交點(diǎn)B0，便是從動件尖端的初始位置。 c）以O(shè) 為圓心、OK＝e 為半徑作偏距圓，該圓與從動件的起始位置線切于K點(diǎn)。 d）自K點(diǎn)開始，沿（ω）方向?qū)⑵鄨A分成與圖(b)橫坐標(biāo)對應(yīng)的區(qū)間和等份，得若干個分點(diǎn)。過各分點(diǎn)作偏距圓的切射線，這些線代表從動件在反轉(zhuǎn)過程中從動件占據(jù)的位置線。它們與基圓的交點(diǎn)分別為C1，C2，…，C11。 e）在上述切射線上，從基圓起向外截取線段，使其分別等于圖（b）中相應(yīng)的坐標(biāo)，即C1B1＝1139。，C2B2＝2239。, …,得點(diǎn)B1，B2，…，B11，這些點(diǎn)即代表反轉(zhuǎn)過程中從動件尖端依次占據(jù)的位置。f）將點(diǎn)B0，B1，B2，…連成光滑的曲線，即得所求的凸輪輪廓曲線。（2）滾子從動件 對于下圖示偏置移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動后，從動件的滾子在反轉(zhuǎn)過程中，將始終與凸輪輪廓曲線保持接觸，而滾子中心將描繪出一條與凸輪廓線法向等距的曲線η。由于滾子中心B 是從動件上的一個鉸接點(diǎn)，所以它的運(yùn)動規(guī)律就是從動件的運(yùn)動規(guī)律，即曲線η可根據(jù)從動件的位移曲線作出。一旦作出了這條曲線，就可順利地繪制出凸輪的輪廓曲線了。（3）平底從動件平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計思路與上述滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)相似，不同的是取從動件平底表面上的B0點(diǎn)作為假想的尖端。2．?dāng)[動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計 圖示為一尖端擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪軸心與從動件轉(zhuǎn)軸之間的中心距為a，凸輪基圓半徑為rb，從動件長度為l，凸輪以等角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動，從動件的運(yùn)動規(guī)律如圖示。設(shè)計該凸輪的輪廓曲線。 反轉(zhuǎn)法原理同樣適用于擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)。3．圓柱凸輪輪廓曲線的設(shè)計圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種空間凸輪機(jī)構(gòu)。其輪廓曲線為一條空間曲線，不能直接在平面上表示。但是圓柱面可以展開成平面，圓柱凸輪展開后便成為平面移動凸輪。平面移動凸輪是盤形凸輪的一個特例，它可以看作轉(zhuǎn)動中心在無窮遠(yuǎn)處的盤形凸輪。因此可用前述盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計的原理和方法，來繪制圓柱凸輪輪廓曲線的展開圖。6．5凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定下面以常用的移動滾子從動件和平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，來討論凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計原則和方法。1．凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角是衡量凸輪機(jī)構(gòu)傳力特性好壞的一個重要參數(shù)。壓力角：在不計摩擦的情況下，凸輪對從動件作用力的方向線與從動件上力作用點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。如圖所示的移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，過滾子中心所作理論廓線的法線nn與從動件的運(yùn)動方向線之間的夾角α就是其壓力角。（1）壓力角與作用力的關(guān)系 凸輪對從動件的作用力F可以分解成兩個分力，即沿著從動件運(yùn)動方向的分力F1和垂直于運(yùn)動方向的分力F2。只有前者是推動從動件克服載荷的有效分力，而后者將增大從動件與導(dǎo)路間的滑動摩擦，它是一種有害分力。壓力角α越大，有害分力越大；當(dāng)壓力角α增加到某一數(shù)值時，有害分力所引起的摩擦阻力將大于有效分力F1，這時無論凸輪給從動件的作用力多大，都不能推動從動件運(yùn)動，即機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。因此，從減小推力，避免自鎖，使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀況來看，壓力角α應(yīng)越小越好。（2）壓力角與機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系 設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，除了應(yīng)使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀況外，還希望機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。而凸輪尺寸的大小取決于凸輪基圓半徑的大小。在實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)動規(guī)律的情況下，基圓半徑愈大，凸輪的尺寸也愈大。因此，要獲得輕便緊湊的凸輪機(jī)構(gòu)，就應(yīng)當(dāng)使基圓半徑盡可能地小。但是基圓半徑的大小又和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角有直接關(guān)系。在移動滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)的情況下，可推導(dǎo)出壓力角與基圓半徑的關(guān)系如下：由前式可以看出，在其他條件不變的情況下，壓力角a越大，基圓半徑越小，即凸輪尺寸越小。因此，從使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊的觀點(diǎn)來看，壓力角越大越好。（3）許用壓力角根據(jù)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，推薦推程時許用壓力角取以下數(shù)值: 移動從動件，[α]=30176?！?8176。，當(dāng)要求凸輪尺寸盡可能小時，可取[α]=45176。；擺動從動件，[α]=45176?；爻虝r，由于通常受力較小一般無自鎖問題，故許用壓力角可取得大些，通