机械设计基础第3章凸轮机构 (2)
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机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
机械设计基础第3章凸轮机构
2）运动线图（推程）：表3-1
s
h
3）运动特点：产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时，因速度有突变，则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大，
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力，因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击，这种冲击称为刚
t
性冲击。
4）适用场合：低速运动或不宜单独使用。
ψ
点作各自的垂线与水平线，交点
v
Φ
即为s曲线上的点，光滑连接这
些点，得到s图。
ψ a
3）运动特点：产生柔性冲击
∵在首、末两点从动件的加速度
ψ
有突变，因此也有柔性冲击。
4）适用场合：中、低速运动。
4、正弦加速度（摆线）运动规律 从动件在运动过程中加速度呈正弦曲线规律变化。
1）运动方程：表3-1 s=h[ψ/Φ-sin(2πψ/Φ)/2π]
一、压力角α与作用力的关系
（前面已讲过）压力角α（或传动角γ）的大小反映 了机构传动性能的好坏。α↓( 或γ↑)，机构的传动性能越好。
压力角α：作用在从动件上的驱动力 方向（即沿接触点处的法线方向）与该力 作用点的绝对速度方向之间所夹的锐角。 注意：对于滚子从动件，压力角要作在
理论廓线上。
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力
4 2 3
1
图3-4
如图所示的靠模车削机 构，工件1转动时，并和靠模 板3一起向右移动，由于靠模 板的曲线轮廓推动，刀架2带 着车刀按一定的运动规律作 横向运动，从而车削出具有 曲线表面的手柄。
如图所示的绕线机构，当 具有凹槽的圆柱凸轮转动时， 迫使从动件作往复移动，从而 均匀地将线绕在轴上。
机械设计基础第三章凸轮机构
n
使有害分力F"在导路中所引起
的摩擦阻力大于F '时， 无论凸轮加给从动件的作用力
有多大 ，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。
压力角的大小反映了机构传力性能的好坏，是 机构设计的重要参数。为使凸轮机构工作可靠，受 力情况良好，必须对压力角加以限制。 在设计凸 轮机构时，应使最大压力角αmax不超过许用值［ α］。根据工程实践的经验，许用压力角［α］的
B
C
7、回程： 从动件在弹簧力或重力作用下，，以一 定的运动规律回到起始位置的过程。
8、回程运动角：
与回程相应的凸轮转角δh。 δh =∠COD
9、近休止角：
从动件在最近位置停止不 动所对应的凸轮转角δs'。
δs' =∠AOD
O
B'
h
A
δs' D δt
δh δs
w
B
C
10、从动件位移线图：
以纵坐标代表从动件位移s2 ，横坐标代表凸轮转角 δ1或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。
§3-1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用 二、凸轮机构的分类
一、凸轮机构的应用
1、凸轮机构组成： 凸轮是一个具有曲 线轮廓的构件。含 有凸轮的机构称为 凸轮机构。它由凸 轮、从动件和机架 组成。
2、凸轮机构的应用
凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半 自动化机械中应用十分广泛。主要用于：受力不大的控 制机构或调节机构。
v2
δt
回程： s2＝h[1-δ1/δh +sin(2πδ1/δh)/2π]a2 v2＝hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δh
a2＝-2πhω21 sin(2πδ1/δh)/δh2 无冲击
《机械设计基础》试题库_凸轮机构
第 3章凸轮机构习题与参考答案一、单项选择题（从给出的 A 、 B 、C、 D 中选一个答案）1与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。
A ．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动2与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。
A ．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大3盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。
A ．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆4对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。
A ．偏置比对心大B．对心比偏置大C．一样大D．不一定5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。
A ．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律）C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律）6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。
A ．增大基圆半径B．改用滚子推杆C．改变凸轮转向 D ．改为偏置直动尖顶推杆7．（）从动杆的行程不能太大。
A. 盘形凸轮机构B. 移动凸轮机构C. 圆柱凸轮机构8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。
A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C. 平底式从动杆9．（）可使从动杆得到较大的行程。
A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。
A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆11.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。
A. 尖顶式从动杆B. 滚子式从动杆C. 平底式从动杆12．计算凸轮机构从动杆行程的基础是（）。
A 基圆 B. 转角 C 轮廓曲线13．凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）。
A. 不变的B. 变化的14．凸轮压力角的大小与基圆半径的关系是（）。
机械设计基础 凸轮机构
连架杆 机架
3、铰链四杆机构的三种基本形式： 曲柄摇杆机构（1个曲柄） 双曲柄机构（2个曲柄） 双摇杆机构（没有曲柄） 4、铰链四杆机构的演化形式 （1）变转动副为移动副 （2）扩大转动副 （3）更换不同构件为机架
5、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 最短杆加上最长杆小于或等于其它两杆杆长之和。最 短杆或其相邻杆应为机架。 推论： （1）当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度 之和时，只能得到双摇杆机构。 （2）若机构满足杆长之和条件时，取不同杆作为机架 ，可得到不同类型的铰链四杆机构： a.最短杆为机架时，得到双曲柄机构； b.最短杆的相邻杆为机架时，得到曲柄摇杆机构； c.最短杆的对面杆为机架时，得到双摇杆机构。
2.动力特性 对于速度较高的凸轮机构，选择从动件规律时要特别 考虑其动力特性，需要考虑各种运动规律的最大速度 和最大加速度，力求避免产生过大的惯性力，减少冲 击和震动。 （1）尽可能选择加速度连续的运动规律（如正弦加速 度运动规律、余弦加速度运动规律等）。同时应考虑 从动件的运动形式（直动/摆动） （2）对质量较大的从动件应该选择最大速度较小的运 动规律，因为最大速度越大，从动件动量越大，当从 动件突然被阻止时，冲击很大。
压力角与基圆半径关系 一、凸轮机构的压力角 前面已讲过，压力角α（或传动角γ ）的大小反映了机构传动性能的好 坏。α↓( 或γ ↑)，机构的传动性 能越好。 凸轮机构压力角α：推杆在接触点B 所受正压力方向（即沿接触点处的 法线方向）与推杆上点B的绝对速度 方向之间所夹的锐角（不计摩擦）
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力 F″= Fsinα ——有害分力
移动凸轮 凸轮形状呈平板状，可视为回转中心位于无 穷远处的盘形凸轮。 移动凸轮做直线往复运动，从动件在同一平 面内做往复运动。 靠模切削机构 装卸料机构
3、铰链四杆机构的三种基本形式： 曲柄摇杆机构（1个曲柄） 双曲柄机构（2个曲柄） 双摇杆机构（没有曲柄） 4、铰链四杆机构的演化形式 （1）变转动副为移动副 （2）扩大转动副 （3）更换不同构件为机架
5、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 最短杆加上最长杆小于或等于其它两杆杆长之和。最 短杆或其相邻杆应为机架。 推论： （1）当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度 之和时，只能得到双摇杆机构。 （2）若机构满足杆长之和条件时，取不同杆作为机架 ，可得到不同类型的铰链四杆机构： a.最短杆为机架时，得到双曲柄机构； b.最短杆的相邻杆为机架时，得到曲柄摇杆机构； c.最短杆的对面杆为机架时，得到双摇杆机构。
2.动力特性 对于速度较高的凸轮机构，选择从动件规律时要特别 考虑其动力特性，需要考虑各种运动规律的最大速度 和最大加速度，力求避免产生过大的惯性力，减少冲 击和震动。 （1）尽可能选择加速度连续的运动规律（如正弦加速 度运动规律、余弦加速度运动规律等）。同时应考虑 从动件的运动形式（直动/摆动） （2）对质量较大的从动件应该选择最大速度较小的运 动规律，因为最大速度越大，从动件动量越大，当从 动件突然被阻止时，冲击很大。
压力角与基圆半径关系 一、凸轮机构的压力角 前面已讲过，压力角α（或传动角γ ）的大小反映了机构传动性能的好 坏。α↓( 或γ ↑)，机构的传动性 能越好。 凸轮机构压力角α：推杆在接触点B 所受正压力方向（即沿接触点处的 法线方向）与推杆上点B的绝对速度 方向之间所夹的锐角（不计摩擦）
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力 F″= Fsinα ——有害分力
移动凸轮 凸轮形状呈平板状，可视为回转中心位于无 穷远处的盘形凸轮。 移动凸轮做直线往复运动，从动件在同一平 面内做往复运动。 靠模切削机构 装卸料机构
机械设计基础第3章
常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失 真现象的前提下，取r0最小。
三,平底与导路中心线的交点为尖顶
四 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知凸轮以等角速w顺时针回转，凸轮基圆半径为r0，凸轮 与摆动从动件的中心距为a，从动件长度l，从动件最大摆角ymax， 以及从动件的运动规律（位移线图y-f），求作此凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l与基圆交点于点 （2）作从动件位移线图，并分成若干等分 （3）以中心矩a为半径，o为原心作图 （4）用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2，…… （5）以l为半径，A1，A2，……，为原心作一系列圆弧、……交于 基圆C1，C2，……点 （6）以l为半径作对应等分角。 （7）以A1C1，A2C2向外量取对应的A1B1，A2B2…… （8）将点B0，B1，B2……连成光滑曲线。
§3-5 凸轮廓线的解析法设计
一 滚子直动从动件盘形凸轮 已知偏距e，基圆半径r0，滚子半径rT，从动件运动规 律s=s( )以及凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
• 已知基圆半径r0，从动件运动规律s=s( )以及 凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
二 平底直动从动件盘形凸轮
第三章 凸轮机构
机架 从动件(推杆)
凸轮
凸轮机构的优点：凸轮具有曲线工作表面， 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得 到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、 设计方便。 凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间是 点接触或线接触，易于磨损，通常用于传力 不大的控制机构。
凸轮和滚子材料的选择
（2）将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分 （图中各为四等分）。 （3）自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止 角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、 C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线 图对应的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8诸点。 （4）过C1、C2、C3、...作偏距圆的一系列切线，它们便是反转 后从动件导路的一系列位置。 注意：射线方向应与凸轮的转动方向相一致。 （5）沿以上各切线自基圆开始往外量取从动件相应的位移量， 即取线段C1B1=11' 、C2B2=22'、...，得反转后尖底的一系列位 置B1、B2、...。 （6）将B0、B1、B2、...连成光滑曲线（B4和B5之间以及B9和 B0之间均为以O为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。 滚子直动从动件盘形凸轮 只要首先取滚子中心为参考点，把它看作为尖顶从动件的尖顶， 则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲 线为圆心，滚子半径rT为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的 曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲线。其中r0指 理论轮廓曲线的基圆半径。
《机械设计基础》答案.. (2)
解：离心力为：
离心力与重力之比为：
8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积 等于 ，方向沿 。由于结构限制，不允许在与 相反方向上加平衡质量，只允许在 和 方向各加一个质径积来进行平衡。求 和 的数值。
解：依题意可得：
于是可解得：
8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知 ， ， ， ， ， ， ， ，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？
解：（1）推程：
推程角：
从动件的位移方程：
从动件的行程：
00
500
1000
1500
（mm）
0
2.01
27.99
30
（2）回程：
回程角：
从动件的位移方程：
00
400
800
1200
（mm）
30
27.99
2.01
0
于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）
5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。
5-2 在题5-2图所示轮系中，已知 ， ， ， ， ， ， （右旋）， ， ，若 ，求齿条6线速度 的大小和方向。
解：
方向为水平向右。
5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，求秒针与分针的传动比 和分针与时针的传动比 。
时
方向如图中所示
当 时
方向如图中所示
第二章 平面连杆机构
2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。
离心力与重力之比为：
8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积 等于 ，方向沿 。由于结构限制，不允许在与 相反方向上加平衡质量，只允许在 和 方向各加一个质径积来进行平衡。求 和 的数值。
解：依题意可得：
于是可解得：
8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知 ， ， ， ， ， ， ， ，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？
解：（1）推程：
推程角：
从动件的位移方程：
从动件的行程：
00
500
1000
1500
（mm）
0
2.01
27.99
30
（2）回程：
回程角：
从动件的位移方程：
00
400
800
1200
（mm）
30
27.99
2.01
0
于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）
5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。
5-2 在题5-2图所示轮系中，已知 ， ， ， ， ， ， （右旋）， ， ，若 ，求齿条6线速度 的大小和方向。
解：
方向为水平向右。
5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，求秒针与分针的传动比 和分针与时针的传动比 。
时
方向如图中所示
当 时
方向如图中所示
第二章 平面连杆机构
2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。
0 第3章 (1-4)凸轮机构
1. 根据凸轮的结构确定rb
当凸轮与轴做成一体时：rb r rr (2 ~ 5) mm
当凸轮装在轴上时： rb rn rr (2 ~ 5) mm
r——凸轮轴的半径，mm； rn——凸轮轮毂的半径，mm；一般rn=(1.5~1.7)r； rr——滚子半径，mm； 2. 根据αmax≤[α]确定rb 已知推程运动角、行程和最大压力角，由诺模图求得。
盘形凸轮的结构设计
三、滚子半径的选择 （1）当滚子半径rr<ρ时，实际轮廓的曲率半径ρ'>0，即比
较圆滑;
（2）当滚子半径rr=ρ时， 实际轮廓的曲率半径ρ'=0， 出现尖点； （3）滚子半径rr>ρ时,实 际轮廓的曲率半径ρ'<0,轮 廓线发生叠交，叠交阴影 部分在实际加工过程中将 被切去。工作时，这一部 分的运动规律无法实现， 这种现象称为运动失真。
盘形凸轮的结构设计
Fx F sin
Fy F cos
由上述关系式知，压力角
α愈大，有效分力Ｆy愈小，有 害分力Ｆx愈大。当a角大到某
一数值时，必将会出现Fy<Fx 的情况。这时，不论施加多大
的Fn力，都不能使从动件运动， 这种现象称为自锁。因此，为
了保证凸轮机构的正常工作，
必须对凸轮机构的压力角进行
盘形凸轮的结构设计
图解法设计凸轮轮廓曲线时，假设凸轮的基圆半径、滚 子半径等尺寸均为已知。而在实际设计时，则需根据机构的 受力情况，并考虑结构的紧凑性、运动的可靠性等因素，合 理确定这些尺寸。
一、压力角
不考虑从动件与凸轮 接触处的磨擦，凸轮对从 动件的作用力F沿接触点 A的法线n方向，直动从动 杆的速度v沿导路方向。 从动件所受作用力F与受 力点速度ν间所夹的锐角 称为凸轮机构的压力角， 用α表示。
当凸轮与轴做成一体时：rb r rr (2 ~ 5) mm
当凸轮装在轴上时： rb rn rr (2 ~ 5) mm
r——凸轮轴的半径，mm； rn——凸轮轮毂的半径，mm；一般rn=(1.5~1.7)r； rr——滚子半径，mm； 2. 根据αmax≤[α]确定rb 已知推程运动角、行程和最大压力角，由诺模图求得。
盘形凸轮的结构设计
三、滚子半径的选择 （1）当滚子半径rr<ρ时，实际轮廓的曲率半径ρ'>0，即比
较圆滑;
（2）当滚子半径rr=ρ时， 实际轮廓的曲率半径ρ'=0， 出现尖点； （3）滚子半径rr>ρ时,实 际轮廓的曲率半径ρ'<0,轮 廓线发生叠交，叠交阴影 部分在实际加工过程中将 被切去。工作时，这一部 分的运动规律无法实现， 这种现象称为运动失真。
盘形凸轮的结构设计
Fx F sin
Fy F cos
由上述关系式知，压力角
α愈大，有效分力Ｆy愈小，有 害分力Ｆx愈大。当a角大到某
一数值时，必将会出现Fy<Fx 的情况。这时，不论施加多大
的Fn力，都不能使从动件运动， 这种现象称为自锁。因此，为
了保证凸轮机构的正常工作，
必须对凸轮机构的压力角进行
盘形凸轮的结构设计
图解法设计凸轮轮廓曲线时，假设凸轮的基圆半径、滚 子半径等尺寸均为已知。而在实际设计时，则需根据机构的 受力情况，并考虑结构的紧凑性、运动的可靠性等因素，合 理确定这些尺寸。
一、压力角
不考虑从动件与凸轮 接触处的磨擦，凸轮对从 动件的作用力F沿接触点 A的法线n方向，直动从动 杆的速度v沿导路方向。 从动件所受作用力F与受 力点速度ν间所夹的锐角 称为凸轮机构的压力角， 用α表示。
第3章 凸轮机构
第三章 凸轮机构
一、凸轮机构的工作过程
1.工作过程： ⑴凸轮转角 ⑵从动件的位移 s ⑶Rb（凸轮轮廓的最短向径）基圆半径 ⑷ h（从动件移动的最大距离）行程 ⑸ 推程 ⑹β1 推程运动角 升高h ⑺β´ 远休止角 ⑻回程 ⑼β2 回程运动角 下降h 不动
⑽β" 近休止角
第三章 凸轮机构
不动
一、凸轮机构的工作过程
第三章 凸轮机构
作业：3-4
第五节 凸轮机构设计中的几个问题
设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现预定的运动规 律，还须使设计的机构传力性能良好，结构紧凑，满足 强度和安装等要求，为此，设计时应注意处理好下述问 题。 设计要求：结构紧凑 传力性能好
Rb、Rr
压力角
一、滚子半径的选择
二、凸轮机构的压力角 三、凸轮基圆半径的确定
机架
第三章 凸轮机构
一、组成、特点及应用
应用 当从动件的位移、速度、加速度必须严格 按照预定规律变化时，常用凸轮机构。
凸轮式间歇运动机构 机床刀架中的 箭杆织机中的
凸轮机构
第六章 第三章 凸轮机构
打纬凸轮机构
一、组成、特点及应用
应用： 送料机构 车床主轴箱
内燃机配气机构
第三章 凸轮机构
录音机卷带机构
⑶注意：
如：
①理论廓线按给定运动规律 绘制Rb在理论廓线上量取 ②实际廓线不等于向径减去滚子半径
③从动件的转动方向
第三章 凸轮机构
3.移动平底从动件盘形凸轮
⑴设计思路： ①平板与导路的交点是尖顶从动件的尖端。 ②任何时刻平板都与廓线相切、与向径垂直，而导路与 向径重合。 ③从动件相对初始位置的移动距 离等于基圆以外到平板之间的 长度。 ⑵设计方法： 在每条向径（反转后的导路）上量取位移得理论廓线 上的点，过这些点作向径的垂线（平板），然后做这 些垂线的包络线（实际廓线）。
机械设计基础 第3章 凸轮机构
图4-16 “反转法”原理
3.3.1 偏置顶尖制动从动件盘形凸轮轮廓绘制
已知凸轮基圆半径rb，偏距e及偏置方位，凸轮以等角速度ω顺时针转动，从动件
的位移线图，试绘制凸轮轮廓。
3.3.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓绘制
理论轮廓曲线η ——
滚子中心当作从动件的尖端，先按绘制 尖端从动件凸轮的步骤和方法绘出一条凸轮 轮廓曲线 。
圆称为基圆，基圆半径用r。表示。(2）推
从动件
程运动角如图3-7所示，主动件凸轮匀速转
动，从动件被凸轮推动直动，从动件的尖顶
以一定运动规律从最近位置运动到最远位置，
这一过程称为推程。从动件位移h称为升程
或升距，凸轮对应 转 过的 角 度币 称 为推 程 运 行程
动角。
远休止角﹐当凸轮继续回转时，由于凸轮的 向径不变，从动件的尖顶在最远位置划过凸 轮表面，保持不动，这一过程称为远停程， 此时凸轮转过的角度。称为远休止角。
s
h
δ0
δ
v
δ a
+∞
δ
刚性冲击 －∞
图4-13 等速运动规律线图
3.2.2 从动件常用的运动规律
2 等加速等减速运动规律
从动件在推程的前半段做等加速运动, 在后半段做等减速运动的运动规律, 称为 等加速等减速运动规律 从动件在推程的前半段为等加速，后半段 为等减速的运动规律，称为等加速等减速运动 规律。通常前半段和后半段完全对称，即两者 的位移相等，加速运动和减速运动加速度的绝 对值也相等。 等加速等减速运动规律的位移线图由两段 抛物线组成，而速度线图由两段斜直线组成。
s
h/2
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2 6δ
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直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120° 90 ° 90 ° 60 °
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 ° 90 ° 90 ° 60 °
(1)作基圆r0,偏心圆e，等分从动件 的运动规律曲线
(2)作推程运动角、远休止角、回 程运动角、近休止角并等分各角 得到一系列与基圆的交点。
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
1 2
3
4
5
1 23 45 6 7 89
9 8 7
6
(3)过交点作偏心圆的 切线，沿偏心圆的切线 从基圆开始量从动件的 位移量，又得到一系列 点1、2、3…
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
120 90 °90 60
e
°
°°
(4)用光滑曲线连
接一系列点1、2
h
凸 轮 机 构 的 缺 点 ：
凸 轮 与 从 动 件 是 高 副 接 触 ， 比 压 较 大 ， 易 于 磨 损 ， 故
这 动 种 力 e机 不 构 大 一 的 般 场 仅 合 用 。 于 传 递
小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
第三章凸轮机构
主要内容： 1. 凸轮机构的类型及应用 2. 从动件常用运动规律 3. 图解法设计盘形凸轮轮廓 4. 滚子半径的选择、压力角的概念及基圆半径对压 力角的影响
重点及难点：
1. 滚子从动件盘形凸轮轮廓的形成原理及作图法
3-1凸轮机构的应用和类型
一.凸轮机构的应用
在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。
内燃机配气凸轮机构。凸轮以等角速度回转，它 的轮廓驱使从动件(阀杆)按预期的运动规律启闭 阀门。
• 绕线机构用于排线的凸轮机构。 如图3-2所示， 当绕线轴3快速转动时，经齿轮带动凸轮1缓慢 地转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用， 驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕 在绕线轴上。
绕线机构
• 自动送料机构如图3-4所示。当带有凹槽 的凸轮5转动时，通过槽中的滚子，驱动 从动件2作往复移动。凸轮每回转一周， 从动件即从储料器中推出一个毛坯，送 到加工位置。
3
在 设 计 机 械 时 ， 常 要 求 其 中 某 2 些 从 动 件 的 位 1 移 、 速 度 、 加 速 度 按 照 预 定 的 规 律 变 化 。 此 时 ， 通 常 多 1采 用 凸 轮 机 构 。
e
高副
3机架
2从动件 h
1凸轮
e
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
、3…，得到凸轮
轮廓曲线。
3.偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
移动（板状）凸轮
机构
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮机构
盘形凸轮机构
3
2
1
1
e
总结
按从动件的运动分类
凸 轮 机 按从动件的形状分类 构 的 分 按凸轮的形状分类 类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构
滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
盘形凸轮机构
移动（板状）凸轮机构
圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构
送料机构
凸轮机构的组成
• 从以上所举的例子可以看出：凸轮 机构主要由凸轮，从动件和机架三 个基本构件组成。其中凸轮是一个 具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运 动时，通过高副接触可以使从动件 获得连续或不连续的任意预期往复 运动 。
凸轮机构的特点
凸 轮 机 构 的 优 点 ：
只 要 适 当 地 设 计 凸 轮 的 轮 廓 曲 线 ， 便 可 使 从 动 件 获 得 任 意 预 定 的 运 动 规 律 ， 且 机 构 简 单 紧 凑 。
二、简谐运动规律
点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构
s成的运动规律称为简谐运动 2
推
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
回程
1 (t )
三、其他运动规律
位移 S21(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
3-3凸轮压力角
• 在设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期运动规律之 外，还希望机构有较好的受力情况和较小的尺寸，为此，需 要讨论压力角对机构的受力情况及尺寸的影响。
• 压力角α： 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度 之间的锐角称为压力角，如图3-7所示。对于高副机构，压力 角也即是接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。
3.4图解法设计凸轮机构
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
1.对心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
1.偏心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
H
A r0
1 (t )
r
s'
D
r s f
s'
B
s
f
r0 —基圆半径，以凸的 轮最 廓小 线向 r0 径 为半径的圆称为基圆
H—升程 :凸轮转一周从动的件最移大动距离
C
r AO— B 推程运动角 s —远休止角
f —回程运动角
s —近休止角
第二节 从动件的运动规律
s2
H
A r0
r
s'
D
r s f
3.2 从动件的常用运动规律
• 设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定从动件的运动规律， 然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓线。
• 下面以尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，说明、从动件的运动 规律与凸轮轮廓线之间的相互关系。 图3-5为从动件位移线图。
从动件的运动规律
s2
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
B
s
f
从动件的运动：
1 (t )
s'
升停降停，两端休止
C
当s 0或s 0时，一端休止
当s s 0时，无休止
从动件运动规律的确定方法
凸轮轮 廓曲线
唯一关系
设计过程
从动件 运动规 律
根据工艺 要求确定
一、等速运动规律
s2
位移
H
v2 A
B
a2
C
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
1 (t )
h
e
二.凸轮机构的类型
凸轮机构的分类
h
e
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h e
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
尖顶从动件 凸轮机构
平底从动件 凸轮机构
e
e
e
小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构