组成凸轮副的凸轮轮廓与从动件之间理论上是点接触或线接触在载荷的作用下，接触处因弹性变形而形成一个微小的接触面，凸轮副材料在其上各自产生与接触面垂直的接触应力和与接触面平行的剪切应力。由于接触面很小，因而这种应力往往很大，而且在凸轮运转过程中这种应力是交变的。另外，凸轮轮廓与从动件在接触处存在相对运动，因此凸轮副又是一种摩擦副，凸轮轮廓和从动件的工作面必然会被磨损。因此，针对凸轮机构的型式和工作状况，凸轮副的失效形式主要有以下几种类型。1.东莞分割器厂家 接触疲劳磨损（点蚀） 凸轮副在交变接触应力和剪切应力的作用下，工作表面产生裂纹，裂纹沿着与工作表面倾斜的方向扩展到一定深度后，又向工作表面延伸，形成小片而脱落，在工作表面上留下一个个小凹坑。这种现象称为接触疲劳磨损，也称点蚀。 2. 粘着磨损（胶合） 当凸轮副接触处相对滑动速度较高时，工作表面温度增高，使接触表面不平整的峰顶材料产生塑性变形，并导致凸轮副材料产生粘焊现象，并因相对滑动使粘焊处被撕脱，在工作表面沿滑动方向形成沟痕。这种现象称为粘着磨损，通常也称胶合。 3. 磨粒磨损 凸轮副在相对运动过程中带入硬质颗粒，使工作表面上的材料脱落，称为磨粒磨损。点蚀脱落的金属屑和介质中的硬颗粒杂质，都是导致磨粒磨损的因素。 4. 腐蚀磨损 在高温、潮湿的环境中，或在有腐蚀性气体的工作位置上运转的凸轮副，其工作表面与周围介质发生化学反应或电化学反应而使表层材料变质脱落，称为腐蚀磨损。 5. 振动和噪声 凸轮-从动件系统是一多自由度弹性振动系统。由于凸轮轮廓加工后存在微观的切削痕迹，痕迹峰脊与从动件工作表面相对运动时，对系统附加高频激振源，严重时会导致强烈振动和有害噪声。 提高凸轮副材料的表面硬度、降低表面粗糙度值和采取润滑是防止或减轻上述磨损失效的主要措施。。

凸轮分度器(凸轮分度器原理图)

凸轮机构的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀（1) 增大基圆半径(2)增大凸轮推程运动角(rise angle) (3)改变直动推杆的偏置方向和偏距大小. e取“+”号时若凸轮顺时针回转,从动件应偏于凸轮轴心的左侧,若凸轮逆时针回转,应使从动件轴线偏于凸轮轴心的右侧1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语:一凸轮加工厂家,从动件的常用运动规律 基圆, 推程运动角, 基圆半径, 推程, 远休止角, 回程运动角, 回程, 近休止角, 行程.一个循环 r0 h 而根据工作要求选定推杆运动规律,是设计凸轮轮廓曲线的前提. 2)从动件的运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线. δs' D B C B' ω δs δh A δh δs δs' δt δt 作者:潘存云教授 在推程起始点:δ=0, s=0 代入得:C0=0, C1=h/δt 推程运动方程: s =hδ/δt v = hω /δt s δ δt v δ a δ h 在推程终止点:δ=δt ,s=h +∞ -∞ 刚性冲击 同理得回程运动方程: s=h(1-δ/δt ) v=-hω /δt a=0 a = 0 1.等速运动规律 2.等加等减速运动规律 位移曲线为一抛物线.加,减速各占一半. 推程加速上升段边界条件: 起始点:δ=0, s=0, v=0 中间点:δ=δt /2,s=h/2 求得:C0=0, C1=0,C2=2h/δ2t 加速段推程运动方程为: s =2hδ2 /δ2t v =4hωδ /δ2t a =4hω2 /δ2t 作者:潘存云教授 δ a h/2 δt h/2 推程减速上升段边界条件: 终止点:δ=δt ,s=h,v=0 中间点:δ=δt/2,s=h/2 求得:C0=-h, C1=4h/δt C2=-2h/δ2t 减速段推程运动方程为: s =h-2h(δt –δ)2/δ2t 1 δ s v =-4hω(δt-δ)/δ2t a =-4hω2 /δ2t 2 3 5 4 6 2hω/δ0 柔性冲击 4hω2/δ20 3 重写加速段推程运动方程为: s =2hδ2 /δ2t v =4hωδ /δ2t a =4hω2 /δ2t δ v 同理可得回程等加速段的运动方程为: s =h-2hδ2/δ'2t v =-4hωδ/δ'2t a =-4hω2/δ'2t 回程等减速段运动方程为: s =2h(δ't-δ)2/δ'2t v =-4hω(δ't-δ)/δ'2t a =4hω2/δ'2t 作者:潘存云教授 设计:潘存云 h δ0 δ s δ a 3.余弦加速度(简谐)运动规律 推程: s=h[1-cos(πδ/δt)]/2 v =πhωsin(πδ/δt)δ/2δt a =π2hω2 cos(πδ/δt)/2δ2t 回程: s=h[1+cos(πδ/δ't)]/2 v=-πhωsin(πδ/δ't)δ/2δ't a=-π2hω2 cos(πδ/δ't)/2δ'2t 1 2 3 4 5 6 δ v Vmax=1.57hω/2δ0 在起始和终止处理论上a为有限值,产生柔性冲击. 1 2 3 4 5 6 作者:潘存云教授 s δ δ a δ v h δ0 4.正弦加速度(摆线)运动规律 推程: s=h[δ/δt-sin(2πδ/δt)/2π] v=hω[1-cos(2πδ/δt)]/δt a=2πhω2 sin(2πδ/δt)/δ2t 回程: s=h[1-δ/δ't+sin(2πδ/δ't)/2π] v=hω[cos(2πδ/δ't)-1]/δ't a=-2πhω2 sin(2πδ/δ't)/δ'2t 无冲击 vmax=2hω/δ0 amax=6.28hω2/δ02 1 2 3 4 5 6 r=h/2π θ=2πδ/δ0 作者:潘存云教授 设计:潘存云 v s a δ δ δ h o o o δ0 三,改进型运动规律 将几种运动规律组合,以改善运动特性. +∞ -∞ 正弦改进等速 v s a δ δ δ h o o o δ0 1.凸轮廓线设计方法的基本原理 §8-3 凸轮轮廓曲线的设计 2.用作图法设计凸轮廓线 1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮 2)对心直动滚子从动件盘形凸轮 3)对心直动平底从动件盘形凸轮 4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线 作者:潘存云教授 设计:潘存云 一,凸轮廓线设计方法的基本原理 反转原理: d:机械原理凸轮反转原理.exe 依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线,例如: 给整个凸轮机构施以-ω时,不影响各构件之间的相对运动,此时,凸轮将静止,而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线. O -ω 3' 1' 2' 3 3 1 1 2 2 ω 作者:潘存云教授 设计:潘存云 60° r0 120° -ω ω 1' 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置. ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮 1' 3' 5' 7' 8' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 90° 90° A 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 二,图解法设计(绘制)盘形凸轮轮廓 60° 120° 90° 90° 1 3 5 7 8 9 11 13 15 s δ 9' 11' 13' 12' 14' 10' 作者:潘存云教授 2)对心直动滚子从动件盘形凸轮 设计:潘存云 s δ 9 11 13 15 1 3 5 7 8 r0 A 120° -ω 1' 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置. ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 60° 90° 90° 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 理论轮廓 实际轮廓 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线. 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 60° 120° 90° 90° ω 作者:潘存云教授 3)对心直动平底推杆盘形凸轮 设计:潘存云 s δ 9 11 13 15 1 3 5 7 8 r0 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 设计步骤: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件平底直线在各等份点的位置. ④作平底直线族的内包络线. 8' 7' 6' 5' 4' 3' 2' 1' 9' 10' 11' 12' 13' 14' -ω ω A 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 10 9 60° 120° 90° 90° 作者:潘存云教授 设计:潘存云 9 11 13 15 1 3 5 7 8 O e A 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e,设计该凸轮轮廓曲线. 4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' -ω ω 6' 1' 2' 3' 4' 5' 7' 8' 15' 14' 13' 12' 11' 10' 9' 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0; ②反向等分各运动角; ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置; ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 15 14 13 12 11 10 9 k9 k10 k11 k12 k13 k14 k15 1 2 3 4 5 6 7 8 k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 60° 120° 90° 90° s2 δ 作者:潘存云教授 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 设计:潘存云 120° B'1 φ1 r0 60° 120° 90° 90° s δ 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω,摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d,摆杆角位移方程,设计该凸轮轮廓曲线. 1' 2' 3' 4' 5 6 7 8 5' 6' 7' 8' B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 60 ° 90 ° ω -ω d A B l 1 2 3 4 B'2 φ2 B'3 φ3 B'4 φ4 B'5 φ5 B'6 φ6 B'7 φ7 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 作者:潘存云教授 δ y x B0 三.用解析法设计凸轮的轮廓曲线 例:偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构 θ 由图可知: s0=(r02-e2)1/2 实际轮廓线-为理论轮廓的等距线. 曲线任意点切线与法线斜率互为负倒数: 原理:反转法 设计结果:轮廓的参数方程: x=x(δ) y= y(δ) x= (s0+s)sinδ + ecosδ y= (s0+s)cosδ - esinδ e tgθ= -dx/dy =(dx/dδ)/(- dy/dδ) =sinθ/cosθ (1) e r0 -ω ω rr r0 s0 s n n s0 y x δ δ 已知:r0,rT,e,ω,S=S(δ) 作者:潘存云教授 (x, y) rr n n 对(1)式求导,得: dx/dδ=(ds/dδ- e)sinδ+(s0+s)cosδ 式中: "-"对应于内等距线, "+"对应于外等距线. 实际轮廓为B'点的坐标: x'= y'= x - rrcosθ y - rrsinθ δ y x B0 θ e e r0 -ω ω rr r0 s0 s n n s0 y x δ δ ( dx/dδ) ( dx/dδ)2+( dy/dδ)2 得:sinθ= ( dy/dδ) ( dx/dδ)2+( dy/dδ)2 cosθ= (x',y') θ (x',y') θ dy/dδ=(ds/dδ- e)cosδ-(s0+s)sinδ §8-4 凸轮机构基本尺寸的确定 上述设计廓线时的凸轮结构参数r0,e,rr等,是预先给定的.实际上,这些参数也是根据机构的受力情况是否良好,动作是否灵活,尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的. 1.凸轮机构的压力角 2.凸轮基圆半径的确定 3.滚子半径的确定 B ω 1.凸轮机构的压力角 v G 压力角----正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角α α↑ →Fx↑ →机构发生自锁 F 工程上要求:αmax ≤[α] α 直动推杆:[α]=30° 摆动推杆:[α]=35°～45° 回程:[α]'=70°～80° 提问:平底推杆α= ↑ ↑ 作者:潘存云教授 B O ω 2.凸轮基圆半径的确定 n n r0 ↑ α↓ tgα = s + r20 - e2 ds/dδ ± e 式中:当导路与瞬心同侧时去"-". 对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题! 注意:用偏置法可减小推程压力角,但同时增大了回程压力角,故偏距 e 不能太大. 正确偏置:导路位于与凸轮旋转方向ω相反的位置. 作者:潘存云教授 作者:潘存云教授 设计:潘存云 ρa-工作轮廓的曲率半径,ρ-理论轮廓的曲率半径, rT-滚子半径 ρρa=ρ-rT rT ρa=ρ-rT 轮廓正常 外凸 rT ρa ρ 对于外凸轮廓,要保证正常工作,应使: rT ≤ρmin。

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