设计凸轮机构,既要保证从动件能实现预定的运动规律,还要使机构传力性好,结构紧凑,满足强度和安装要求等。
1、材料的选择
材料要求:工作表面硬度高;耐磨;有足够的表面接触强度;凸轮芯部有较强的韧性。
选择凸轮的材料,主要依据其运动速度与负载大小。
载荷不大,低速时可选用HT250、HT300、QT800-2、QT900-2等作为凸轮的材料,轮廓表面需经热处理,以提高其耐磨性。
中速、中载的凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrMn等材料,并经表面淬火,使硬度达55~60HRC。
高速、重载凸轮可用40Cr,表面淬火至56~60HRC,或用38CrMoA1,经渗氮处理至60~67HRC。
常用的滚子材料:20Cr或者滚动轴承
凸轮的表面处理:发黑 电镀(注意镀层厚度)
2、凸轮机构的压力角
凸轮机构的压力角是指在凸轮和随动件接触过程中,该接触点的切线与法线之间的夹角。当凸轮与随动件接触时,由于凸轮的曲面形状不同,其曲率半径也不同,因此在不同位置处的压力角也会有所变化。为了确保凸轮机构顺畅运动,通常要求凸轮接触点的压力角始终小于某个限制值,一般在20°以下。如果压力角过大,将造成接触应力集中和磨损加剧等问题,从而影响凸轮机构的使用寿命和工作效果。
3、滚子半径的选择
凸轮机构中滚子的半径选择取决于凸轮曲线的形状和滚子尺寸。根据一般设计经验,通常要求滚子半径为凸轮截面圆弧半径的0.8~1.2倍。当滚子半径选得合适时,可以使凸轮通过滚子产生规律性的接触点,从而减小接触应力集中程度,降低噪音和磨损。如果选择了过大或者过小的滚子半径,则会导致摩擦力增加、磨损加剧或者接触不良等问题。因此,在实际设计中需要综合考虑凸轮曲线的形状、滚子材料和尺寸等多种因素进行选择,并进行必要的计算和检验。
4、凸轮基圆半径的选择
凸轮基圆是指凸轮剖面的假想圆,它通常被用来作为进行凸轮设计时的参考点。选择凸轮基圆半径需要考虑以下因素:
凸轮外形和尺寸:凸轮基圆半径应该适当地选取,以满足制造要求、实际使用需求和质量保证。
受力情况:凸轮基圆在接触滚子时也会受到一定的载荷作用,因此基圆半径的大小也应考虑接触应力和磨损等影响。
运动速度:随着凸轮运动速度的增加,基圆半径需要相应增大,否则可能会过于集中产生高应力及温升现象。
制造约束:基于生产成本和技术水平等方面的限制,凸轮基圆半径应当考虑制造工艺的可行性和可靠性综合优化选取。