凸轮机构从动件的运动规律

图3．3　凸轮动件端部结构形式分类

滚子式从动件是将尖顶变成滚子，与凸轮间的摩擦小，不易磨损，因此应用最广泛。

平底式从动件在高速工作时较易与凸轮间形成油膜而减少摩擦，降低磨损，但受平底形状限制，不能用于有凹形轮廓的凸轮机构。

任务小结

1．凸轮机构的组成：凸轮、从动件和机架。

2．从动件的类型：尖顶式、滚子式和平底式。

特点：尖顶式易磨损，但可实现复杂的运动规律。滚子式摩擦小，不易磨损，应用广。平底式磨损少，但不能用于有凹形轮廓的凸轮机构。

3．凸轮的类型：圆柱式、移动式和盘式。

思考题

列举生活中所见的凸轮机构，并说明类型。

任务二　凸轮机构从动件的运动规律

知识要点：

1．了解凸轮机构从动件的运动规律。

2．绘制凸轮轮廓。

凸轮机构的轮廓形状各异，却能准确地控制从动件按一定规律进行运动。在设计凸轮机构时，一个重要的问题就是根据工作要求和条件选择从动件的运动规律。下面就简单地讨论一下从动件的运动规律及其选择。

一、凸轮机构的主要参数（见图3．4）

图3．4　凸轮机构主要参数示意图

1．基圆半径rb

以凸轮轮廓最小半径rb为半径的圆，称为基圆；其半径称为基圆半径rb。

2．升程与推程运动角

凸轮从点A开始顺时针回转一个角度δ0时，从动件将上升一段位移，这个过程称为升程；角δ0称为升程角。与从动件推程相对应的凸轮的转角称为推程运动角。

3．远停程

凸轮继续回转δ1时，圆弧BC半径相同，从动杆在最高位置停歇不动，称为远停程；角δ1称为远停程角。

4．回程

凸轮继续回转δ2时，从动杆以一定规律回到起始位置，这个过程称为回程；角δ2称为回程角。

5．近停程

凸轮再转回δ3时，从动杆在最近位置停歇不动，称为近停程；角δ3称为近停程。

6．位移

在推程或回程中，从动件运动的最大距离称为位移，通常以h表示。

二、从动件的运动规律

1．等速运动规律

当凸轮以等角速度转动时，从动件在推程和回程的速度为常数，这种运动规律称为等速运动规律。

从动杆作等速运动时，它的位移s与时间t的关系式为

凸轮转角与时间关系式为

由式（3．1）与式（3．2）得

如图3．5所示，从动件运动规律见表3．1。

表3．1　从动件运动规律

图3．5　尖顶式移动凸轮的画法

因为v和w都是常数，故s和δ成正比关系。因此，从动件的位移曲线为一斜直线。

注意：从动件在开始和终止的瞬时，速度有突变，加速度a在理论上为无穷大，其惯性力将引起刚性冲击。所以，等速运动只适用于低速。

2．等加速等减速运动规律

这种运动规律是从动件在一个推程或者回程中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。通常情况下，加速度和减速度的绝对值相等，在推程中从动件的运动方程如下：

等加速段

等减速段

因为v和w都是常数，所以位移是转角的二次函数。因此，它的位移曲线为一抛物线，如图3．6所示。

从动件运动规律见表3．2。

表3．2　从动件运动规律

图3．6　等加速等减速运动规律曲线

作图步骤总结如下：

①作从动件运动规律表。

②作凸轮基圆并等分转角（30°）。

③作从动件的位移与转角图。

④将从动件位移与转角图上的位移按照对应的转角绘制在凸轮的基圆转角射线上。

⑤将基圆射线的各点平滑地连接，即绘制成为凸轮的轮廓曲线。

任务小结

1．从动件的运动规律：等速运动和等加速等减速运动。

2．凸轮机构的基本参数：

基圆半径rb：以凸轮轮廓最小半径rb为半径的圆称为基圆，称为基圆半径rb。

升程与推程运动角：凸轮从点A开始顺时针回转一个角度δ0时，从动件将上升一段位移，这个过程称为升程。角δ0称为升程角。与从动件推程相对应的凸轮的转角，称为推程运动角。

畅远停程：凸轮继续回转δ1时，圆弧BC半径相同，从动杆在最高位置停歇不动，称为远停程，角δ1称为远停程角。

回程：凸轮继续回转δ2时，从动杆以一定规律回到起始位置，这个过程称为回程，角δ2称为回程角。

近停程：凸轮再转回δ3时，从动杆在最近位置停歇不动，称为近停程，角δ3称为近停程。

位移：在推程或回程中，从动件运动的最大距离称为位移，通常以h表示。

思考题

想一想，在日常生活中，是否见过凸轮机构？列举一些例子。

实践活动　绘制凸轮轮廓图

1．训练内容及目标

①了解凸轮机构运动特征。

②了解凸轮机构的基本参数。

③能根据尖顶式从动件的运动规律，正确绘制凸轮的轮廓图形。

2．准备材料及工具

A4纸一张，绘图工具一套

3．活动步骤及过程

①学生分组，5～6人一组，选一位组长。

②根据学习资料提示，小组讨论人员分工，制定操作计划步骤。

③一组同学配合完成图形绘制，每位学生口述操作过程，并提问要求其他同学回答。

④完成工作任务单的各类任务，并上交组长。

4．学生评价

采取学生自评，同学互评，教师点评的评价方式，完成对学生此次教学活动的学习效果评价，评定学习成绩。

【学习任务单】

凸轮轮廓曲线绘制学习任务单

【学习评价表】

学生综合学习评价表