【正文】 目 錄第一章 凸輪機(jī)構(gòu)的介紹 1第一節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 1第二節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 2第三節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 3第二章 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 4第一節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程及有關(guān)名稱 4第二節(jié) 凸輪的幾何鎖合 4第三節(jié) 位移線圖 5第三章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本尺寸的確定 6第一節(jié) 滾子半徑的選擇 6第二節(jié) 壓力角及其校核 6第三節(jié) 基圓半徑的選擇 7第四章 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8第五章 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 9結(jié)束語 10謝 辭 11參考文獻(xiàn) 12第一章 凸輪機(jī)構(gòu)的介紹第一節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述凸輪機(jī)構(gòu)是應(yīng)用較廣泛的機(jī)構(gòu)，特別是在印刷機(jī)、紡織機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、包裝機(jī)械以及各種自動(dòng)機(jī)械中有著普遍的應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。圖11所示為典型的凸輪機(jī)構(gòu)如圖11所示為典型的凸輪機(jī)構(gòu)，它由曲線輪廓的盤狀構(gòu)件凸輪1，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的從動(dòng)件2及機(jī)架3三部分組成。通常凸輪1作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件按照凸輪輪廓確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)完成要求的動(dòng)作。凸輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，當(dāng)凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)件作勻速直線運(yùn)動(dòng)完成進(jìn)刀動(dòng)作。又如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件行走一定的行程，實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉進(jìn)、排氣門的動(dòng)作。第二節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的分類由于凸輪機(jī)構(gòu)是由從動(dòng)件、凸輪組成的高副機(jī)構(gòu)，因此可按照凸輪的形狀、從動(dòng)件的形狀和運(yùn)動(dòng)形式、凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方式等特點(diǎn)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類。一、按照凸輪的形狀分類（1）盤形凸輪：凸輪是一個(gè)變曲率半徑的盤形構(gòu)件。（2）移動(dòng)凸輪：具有曲線形狀的作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。（3）圓柱凸輪：在圓柱體上開出曲面輪廓的凹槽或在其端面上做出曲面形狀輪廓。盤形凸輪和移動(dòng)凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)在同一平面內(nèi)，稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)屬空間凸輪機(jī)構(gòu)。二、 按照從動(dòng)件的形狀分類（1）尖頂從動(dòng)件：該種從動(dòng)件與凸輪之間為點(diǎn)接觸，可以與任意復(fù)雜形狀的凸輪輪廓保持接觸，但尖頂容易磨損，一般用于傳遞動(dòng)力較小的低速凸輪機(jī)構(gòu)中。（2）滾子從動(dòng)件：滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)把從動(dòng)件與凸輪之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減少凸輪機(jī)構(gòu)的磨損，并且可以傳遞較大的動(dòng)力，因此應(yīng)用較為廣泛。（3）平底從動(dòng)件：這種從動(dòng)件的受力較為平穩(wěn)，容易形成油膜，因此在高速凸輪中應(yīng)用較廣。（4）曲底從動(dòng)件：這種從動(dòng)件具有尖頂與平底從動(dòng)件的雙重優(yōu)點(diǎn)，但制造困難。 三、 按照從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類為直動(dòng)和擺動(dòng)從動(dòng)件兩大類。四、按照維持凸輪與從動(dòng)件高副接觸的方式分類力封閉（又稱鎖合）和形封閉兩種形式。力封閉凸輪機(jī)構(gòu):是依靠重力\彈簧力等外力維持凸輪與從動(dòng)件之間的高副接觸。形封閉凸輪機(jī)構(gòu):是其依靠凸輪或從動(dòng)件特殊的幾何形狀來維持高副接觸。等寬凸輪機(jī)構(gòu):兩高副接觸點(diǎn)之間的距離b保持不變。 第三節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)一、凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，因此在自動(dòng)機(jī)床、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、食品機(jī)械、包裝機(jī)械和機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。 二、凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn) 1) 凸輪與從動(dòng)件間為點(diǎn)或線接觸，易磨損，只宜用于傳力不大的場合；2) 凸輪輪廓精度要求較高，需用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工； 3)從動(dòng)件的行程不能過大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。第二章 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第一節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程及有關(guān)名稱在凸輪機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件凸輪與從動(dòng)件之間有一定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和名稱：（1）基圓：以凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心，凸輪輪廓曲線上的最小矢徑為半徑所畫的圓稱為凸輪機(jī)構(gòu)的基圓?；鶊A的半徑用r表示，它是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的基準(zhǔn)。（2）推程：從動(dòng)件距凸輪回轉(zhuǎn)中心最近點(diǎn)到最遠(yuǎn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程。（3） 回程:與推程相反，為從動(dòng)件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)點(diǎn)到最近點(diǎn)的遠(yuǎn)動(dòng)過程。（4）行程：整個(gè)推動(dòng)過程中從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的距離，用h表示。（5）推程回角：整個(gè)推程過程中凸輪轉(zhuǎn)過的角度，用Φ表示。（6）回程運(yùn)動(dòng)角：整個(gè)回程過程中凸輪轉(zhuǎn)過的角度，用Φ表示。（7）遠(yuǎn)休止角：從動(dòng)件在距凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)點(diǎn)靜止不動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，用Φs表示。（8）近休止角：從動(dòng)件在距凸輪回轉(zhuǎn)中心最近點(diǎn)靜止不動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，用Φs’表示。凸輪轉(zhuǎn)過一周,從動(dòng)件經(jīng)歷推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止、四個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，是典型的升一停一回一停的雙停歇循環(huán)；從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)也可以是一次停歇或沒有停歇循環(huán)。第二節(jié) 凸輪的幾何鎖合 幾何鎖合: 依靠凸輪和從動(dòng)件的特殊幾何形狀而始終維持接觸。1) 凹槽凸輪機(jī)構(gòu): 其凹槽兩側(cè)面間的距離等于滾子的直徑，故能保證滾子與凸輪始終接觸。顯然這種凸輪只能采用滾子從動(dòng)件。 2) 共軛凸輪機(jī)構(gòu): 利用固定在同一軸上但不在同一平面內(nèi)的主、回兩個(gè)凸輪來控制一個(gè)從動(dòng)件，主凸輪驅(qū)使從動(dòng)件逆時(shí)針方向擺動(dòng)；而回凸輪驅(qū)使從動(dòng)件順時(shí)針方向返回。 3) 等徑凸輪機(jī)構(gòu)和等寬凸輪機(jī)構(gòu): 其從動(dòng)件上分別裝有相對(duì)位置不變的兩個(gè)滾子和兩個(gè)平底，凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輪廓能始終與兩個(gè)滾子或平底同時(shí)保持接觸。顯然，這兩種凸輪只能在1800范圍內(nèi)自由設(shè)計(jì)其廓線，而另1800的凸輪廓線必須按照等徑或等寬的條件來確定，因而其從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自由選擇受到一定限制。 幾何鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)可以免除彈簧附加的阻力，從而減小驅(qū)動(dòng)力和提高效率。其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)外廓尺寸較大，設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。第三節(jié) 位移線圖從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)過程，可以用位移線圖表示。位移線圖以從動(dòng)件位移S或角位移Ψ為縱坐標(biāo)，凸輪轉(zhuǎn)角δ為橫坐標(biāo)。以四根不同的位移線分別表示凸輪機(jī)構(gòu)的推程，遠(yuǎn)休止、回程、近休止四個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律指在推程和回程當(dāng)中其位移S、速度V、加速度a、隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。下面介紹從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。二、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的拼接 生產(chǎn)中應(yīng)用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往是非常復(fù)雜的。當(dāng)單一的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能滿足運(yùn)動(dòng)要求時(shí),可以將幾個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律拼接得到要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如:可將5次多項(xiàng)式和勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律拼接得到新的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,該運(yùn)動(dòng)規(guī)律不存在沖擊。三、選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原則如果生產(chǎn)上對(duì)從動(dòng)件有運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求則需要按照要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果生產(chǎn)上只有升程的要求則應(yīng)注意:(1)從動(dòng)件的最大速度要盡量小,這樣可減少從動(dòng)件的最大動(dòng)量。(2)從動(dòng)件的最大加速度要盡量小且無突變,這樣可減少從動(dòng)件的最大慣力,減少?zèng)_擊。(3)從動(dòng)件的最大躍度(加速度的導(dǎo)數(shù))要盡量小,這樣可使從動(dòng)件的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性提高。選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的問題,應(yīng)在實(shí)踐中逐步掌握。第三章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本尺寸的確定本章研究基圓半徑rb和rt和滾子半徑等基本尺寸及凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能。第一節(jié) 滾子半徑的選擇 選擇滾子半徑時(shí),從受力情況及滾子強(qiáng)度等方面考慮,滾子半徑rt大些較好。但是增大滾子半徑對(duì)凸輪工作輪廓影響很大。設(shè)凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑ρ表示，則相應(yīng)位置工作輪廓的曲率半徑ρ`=ρrt。當(dāng)ρ〉rt時(shí)，ρ`〉0，凸輪工作輪廓為一平滑曲線。當(dāng)ρ=rt時(shí)，ρ`=0，凸輪工作輪廓上產(chǎn)生尖點(diǎn)，尖點(diǎn)處磨損后改變從動(dòng)件原定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)ρ〈rt時(shí)，ρ`為負(fù)值，則凸輪工作輪廓曲線出現(xiàn)相交加工時(shí)相交部分將被切去，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求無法實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為“失真”。為了使凸輪工作輪廓在任何位置既不產(chǎn)生尖點(diǎn)有不相交，滾子半徑必須小于理論輪廓最小曲率半徑。通常rt〈=。凸輪理論輪廓最小曲率半徑ρ可用作圖法近似求出。在理論輪廓上目測選擇曲率最大的點(diǎn)E，以E為圓心作任意半徑的小圓，再以該圓與理論輪廓線的兩個(gè)交點(diǎn)F和G為圓心，以同樣的半徑作兩個(gè)小圓，三個(gè)小圓相交于H、I、J、K四點(diǎn)；連接HI、JK并延長得交點(diǎn)C，C點(diǎn)即為E點(diǎn)理論輪廓線的曲率中心，CE為最小曲率半徑ρ。第二節(jié) 壓力角及其校核如果凸輪機(jī)構(gòu)在推程中的一個(gè)位置。若忽略摩擦力的影響，凸輪作用從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)F是沿接觸處的法線方向傳遞的。此力可分解為兩個(gè)分力F1和F2，F(xiàn)1是推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效力。F2是使從動(dòng)件壓緊導(dǎo)路的有害分力。凸輪對(duì)從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與從動(dòng)件受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角α稱為壓力角。且F1= =sinα,壓力角α愈大。則有害分力F2愈大，機(jī)構(gòu)的傳力性能愈壞，當(dāng)α增大到一數(shù)值時(shí)，無論凸輪給從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力多大，都不能推動(dòng)從動(dòng)件，即機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。為了保證機(jī)構(gòu)正常工作，并具有良好的傳力性能能，必須對(duì)壓力角加以限制，根據(jù)理論分析和實(shí)際經(jīng)練，許用壓力角[α]為推程時(shí)，直動(dòng)從動(dòng)件取[α]=30，擺動(dòng)從動(dòng)件取[α]=3545；回程時(shí)取[α]=7080。凸輪輪廓繪制成之后，必須校核凸輪的壓力角，檢驗(yàn)其最大壓力角是否在許用值范圍之內(nèi)。檢驗(yàn)方法：在凸輪理論輪廓比較陡的地方取幾點(diǎn)，過這些點(diǎn)作法線和從動(dòng)件速度方向線，量出它們之間所夾的銳角，應(yīng)該不超過許用值。如果超過許用值，通常采用加大基圓半徑的方法減小壓力角。第三節(jié) 基圓半徑的選擇設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，一般是先根據(jù)機(jī)構(gòu)的布局和結(jié)構(gòu)需要初步選定基圓半徑，再繪制凸輪輪廓?；鶊A半徑選得愈小，則凸輪機(jī)構(gòu)愈緊湊。但是，基圓半徑過小會(huì)引起壓力角增大，機(jī)構(gòu)工作情況變壞，甚至機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖?；鶊A半徑與壓力角的關(guān)系說明：兩個(gè)凸輪的基圓半徑分別為r1和r2且r1，可看出α1〉α2。所以，減少基圓半徑時(shí)壓力增大；反之，基圓半徑增大時(shí)，壓力角減小。第四章 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、 凸輪和滾子的材料凸輪機(jī)構(gòu)主要失效形式是磨損和疲勞點(diǎn)蝕，著就要求凸輪和滾子的工作表面硬度高、耐磨并且有足夠的表面接觸強(qiáng)度，對(duì)于經(jīng)常受到?jīng)_擊的凸輪機(jī)構(gòu)要求凸輪芯部有較大的韌性。低速、中小載荷的一般場合，凸輪常采用440Cr鋼，表面淬火（硬度4050HRC），亦可采用120Cr\20CrMnTi,經(jīng)滲碳淬火，硬度達(dá)5662HRC。滾子材料可采用20Cr，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度達(dá)5662HRC；也可用滾動(dòng)軸承作為滾子。二、凸輪和滾子的結(jié)構(gòu)當(dāng)凸輪的徑向尺寸與軸的直徑尺寸相差不大時(shí)，凸輪與軸做成一體稱為凸輪軸；當(dāng)尺寸相差較大時(shí)，將凸輪與軸分別制造，可用鍵和銷與軸連接，這種結(jié)構(gòu)稱為整體式凸輪。當(dāng)凸輪與輪用螺栓聯(lián)接，輪與軸用鍵聯(lián)接；軸與凸輪用彈簧和圓螺母聯(lián)接。這兩種凸輪結(jié)構(gòu)可以調(diào)整凸輪與軸在圓周方向上相對(duì)位置，便于安裝和調(diào)整。三、滾子的結(jié)構(gòu)滾子的幾種裝配結(jié)構(gòu)：滾子上裝有油杯、滾子無油杯、滾子為滾動(dòng)軸承。滾子軸銷直徑D和滾子寬度b，可按經(jīng)驗(yàn)公式確定 四、滾子、平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際輪廓曲線的失真和變尖問題失真:實(shí)際輪廓的曲率半徑ρ`小于零,實(shí)際輪廓不存在,滾子不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,稱為失真。變尖:當(dāng)ρ=r時(shí),實(shí)際輪廓的曲率半徑ρ`為零,表示該點(diǎn)變尖。凸輪輪廓變尖和失真都是不允許的,在生產(chǎn)中必須克服變尖和失真的現(xiàn)象。要克服實(shí)際輪廓失真和變尖的問題,可增加凸輪理論輪廓的曲率半徑或減少滾子的半徑。一般的滾子選用的是滾動(dòng)軸承,因此,r時(shí)通常采取增加凸輪基圓半徑的方法家大理論輪廓的最小曲率半徑。第五章 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)廣泛的應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械、儀器和操作控制裝置中。本章主要介紹幾種凸輪機(jī)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用,以便更好的了解凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠凸輪的輪廓，使從動(dòng)件（氣門）向下移動(dòng)打開氣門，借助彈簧的作用力關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)按預(yù)定時(shí)間打開或關(guān)閉氣門，完成內(nèi)燃機(jī)的配氣動(dòng)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠凸輪的輪廓可使從動(dòng)桿做往復(fù)擺動(dòng)。從動(dòng)桿上裝有扇形齒輪，通過它可帶動(dòng)橫刀架完成進(jìn)刀和退刀的動(dòng)作。移動(dòng)凸輪，可使從動(dòng)桿沿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)，帶刀架進(jìn)退，完成與凸輪輪廓曲線相同的工件外形的加工。搖動(dòng)手柄使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使固連于軸上的蝸桿和線軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；通過蝸桿與蝸輪減速帶動(dòng)凸輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，靠凸輪輪廓土從動(dòng)桿（擺桿）上尖頂A之間的接觸，推動(dòng)從動(dòng)桿繞B點(diǎn)擺動(dòng)，其端部撥叉使導(dǎo)線均勻地繞在線軸上。結(jié)束語本論文通過對(duì)凸輪設(shè)計(jì)中需要了解的相關(guān)名詞及需要掌握的凸輪設(shè)計(jì)的參數(shù)和凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的實(shí)際輪廓曲線的失真和變尖問題的解決方法以及在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題作出了系統(tǒng)的介紹和總結(jié)。謝 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