【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處于死點位置。即使此反彈力很大，也不會使工件松脫。當飛機起落架處于放下機輪的位置時，此時連桿BC 與從動件CD 位于一直線上。因機構(gòu)處于死點位置，故機輪著地時產(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 飛機起落架第六章 凸輪機構(gòu) 6．1凸輪機構(gòu)的應用和分類1． 凸輪機構(gòu)的應用凸輪機構(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現(xiàn)預期運動規(guī)律的一種高副機構(gòu)。當凸輪運動時，通過其上的曲線輪廓與從動件的高副接觸，可使從動件獲得預期的運動。凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架這三個基本構(gòu)件所組成的一種高副機構(gòu)。2．凸輪機構(gòu)的分類工程實際中所使用的凸輪機構(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)運動。它是凸輪的最基本型式，結(jié)構(gòu)簡單，應用最廣。 （2）移動凸輪當盤形凸輪的轉(zhuǎn)軸位于無窮遠處時，就演化成了移動凸輪（或楔形凸輪）。凸輪呈板狀，它相對于機架作直線移動。 在以上兩種凸輪機構(gòu)中，凸輪與從動件之間的相對運動均為平面運動，故又統(tǒng)稱為平面凸輪機構(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。在這種凸輪機構(gòu)中凸輪與從動件之間的相對運動是空間運動，故屬于空間凸輪機構(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雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(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，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，在不計摩擦時，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)按照從動件的運動形式分類按照從動件的運動形式分為移動從動件和擺動從動件凸輪機構(gòu)。移動從動件凸輪機構(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構(gòu)。設計時，可根據(jù)工作要求和使用場合的不同加以選擇。6．2從動件的運動規(guī)律 設計凸輪機構(gòu)時，首先應根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后按照這一運動規(guī)律設計凸輪廓線。以尖端移動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例，說明從動件的運動規(guī)律與凸輪廓線之間的相互關(guān)系。從動件的運動規(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。常用運動規(guī)律：在工程實際中經(jīng)常用到的運動規(guī)律，它們具有不同的運動和動力特性。 ●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?；鶊A半徑即為最小向徑rb。推程從動件遠離凸輪軸心的運動。升距從動件上升的最大距離，用h表示。推程運動角與推程對應的凸輪轉(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心運動的那段行程?；爻踢\動角與回程對應的凸輪轉(zhuǎn)角。●幾種常用運動規(guī)律的運動線圖和特點 名稱 運動線圖 特點及應用 等速運動規(guī)律從動件速度為常量，故稱為等速運動規(guī)律，由于其位移曲線為一條斜率為常數(shù)的斜直線，故又稱直線運動規(guī)律。 特點：速度曲線不連續(xù)，從動件運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。等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程或回程的前半段作等加速運動，后半段作等減速運動，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點光滑相連的反向拋物線，故又稱為拋物線運動規(guī)律。 特點：速度曲線連續(xù)，不會產(chǎn)生剛性沖擊；因加速度曲線在運動的起始、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。簡諧運動規(guī)律當質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，其在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運動稱為簡諧運動，由于其加速度曲線為余弦曲線，故又稱為余弦加速度運動規(guī)律。 特點：速度曲線連續(xù)，故不會產(chǎn)生剛性沖擊，但在運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。當從動件作無停歇的升降升連續(xù)停歇運動時，加速度曲線變成連續(xù)曲線，可用于高速場合。擺線運動規(guī)律當滾圓沿縱坐標軸作勻速純滾動時，圓周上一點的軌跡為一擺線。此時該點在縱坐標軸上的投影隨時間變化的規(guī)律稱擺線運動規(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動規(guī)律。 特點：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次多項式運動規(guī)律。也稱五次多項式運動規(guī)律。 特點：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凸輪輪廓設計的圖解法凸輪機構(gòu)工作時，凸輪和從動件都在運動，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構(gòu)為例來說明其原理。 真實運動 反轉(zhuǎn)過程從圖中可以看出： ，凸輪機構(gòu)的真實運動情況： 凸輪以等角速度ω繞軸 O 逆時針轉(zhuǎn)動，推動從動件在導路中上、下往復移動。當從動件處于最低位置時，凸輪輪廓曲線與從動件在A點接觸，當凸輪轉(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。 ，凸輪機構(gòu)的運動情況： 現(xiàn)在設想凸輪固定不動，而讓從動件連同導路一起繞O點以角速度（－ω）轉(zhuǎn)過φ1角，此時從動件將一方面隨導路一起以角速度（－ω）轉(zhuǎn)動，同時又在導路中作相對移動，運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。若繼續(xù)反轉(zhuǎn)從動件，可得凸輪輪廓曲線上的其它點。 由于這種方法是假定凸輪固定不動而使從動件連同導路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法（或運動倒置法）。凸輪機構(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計。1．移動從動件盤形凸輪廓線的設計（1）尖端從動件 以一偏置移動尖端從動件盤形凸輪機構(gòu)為例。設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，試設計凸輪的輪廓曲線。 依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，具體設計步驟 如下： a）選取適當?shù)谋壤?，作出從動件的位移線圖。將位移曲線的橫坐標分成若干等份，得分點1，2,…，12。 b）選取同樣的比例尺，以O 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B0，便是從動件尖端的初始位置。 c）以O 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。 d）自K點開始，沿（ω）方向?qū)⑵鄨A分成與圖(b)橫坐標對應的區(qū)間和等份，得若干個分點。過各分點作偏距圓的切射線，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）中相應的坐標，即C1B1＝1139。，C2B2＝2239。, …,得點B1，B2，…，B11，這些點即代表反轉(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構(gòu)，當用反轉(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，所以它的運動規(guī)律就是從動件的運動規(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構(gòu)凸輪輪廓曲線的設計思路與上述滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)相似，不同的是取從動件平底表面上的B0點作為假想的尖端。2．擺動從動件盤形凸輪廓線的設計 圖示為一尖端擺動從動件盤形凸輪機構(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，從動件的運動規(guī)律如圖示。設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構(gòu)。3．圓柱凸輪輪廓曲線的設計圓柱凸輪機構(gòu)是一種空間凸輪機構(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)動中心在無窮遠處的盤形凸輪。因此可用前述盤形凸輪輪廓曲線設計的原理和方法，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構(gòu)為例，來討論凸輪機構(gòu)基本尺寸的設計原則和方法。1．凸輪機構(gòu)的壓力角壓力角是衡量凸輪機構(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構(gòu)，過滾子中心所作理論廓線的法線nn與從動件的運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，即沿著從動件運動方向的分力F1和垂直于運動方向的分力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動，即機構(gòu)將發(fā)生自鎖。因此，從減小推力，避免自鎖，使機構(gòu)具有良好的受力狀況來看，壓力角α應越小越好。（2）壓力角與機構(gòu)尺寸的關(guān)系 設計凸輪機構(gòu)時，除了應使機構(gòu)具有良好的受力狀況外，還希望機構(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。在實現(xiàn)相同運動規(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構(gòu)，就應當使基圓半徑盡可能地小。但是基圓半徑的大小又和凸輪機構(gòu)的壓力角有直接關(guān)系。在移動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)的情況下，可推導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，從使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊的觀點來看，壓力角越大越好。（3）許用壓力角根據(jù)工程實踐的經(jīng)驗，推薦推程時許用壓力角取以下數(shù)值: 移動從動件，[α]=30176。～38176。，當要求凸輪尺寸盡可能小時，可取[α]=45176。；擺動從動件，[α]=45176。回程時，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