第四章 凸轮机构及设计
§41 应用及分类
一、应用
实现复杂的运动要求
如速度要求、转角对应关系、平面轨迹
优点：结构简单紧凑
缺点：易磨损（点线接触）高付，承载低，作为运动传递。
发展：高速凸轮，CAD等。
二、分类
1．形状、盘形、移动、园柱、园锥
平面凸轮——凸轮、从动件相对运动为平面运动。
空间凸轮——凸轮、从动件相对运动为空间运动。
2．推杆（从动件）
形状（结构）：尖端推杆、滚子推杆、平底推杆
运动形式：直动：心中心轴线不过齿轮回转偏心直动推杆中心轴线过齿轮回转心对心直动推杆,,
摆动：Ψ→δ
保持接触：力封闭——重力、弹簧力等。
形封闭（几何封闭）――等宽、等径、主回、滚子凹槽等（共轭凸轮双盘）。
§9-2 推杆运动规律
两种、直动、摆动（h，δ）
推杆运动规律是对凸轮的要求。也是对凸轮工作的要求。对廓线加工设计的根据。
名词术语
基圆——凸轮最小半径r0做的圆
r0——基圆半径
凸轮——等速回转、主动
推程——从动件从最低端移向最高端，凸轮旋转从D～E。
推程运动角δ。
回程——推杆从最最高端向最低端移动回程运动角δ′
升程——h、推杆移动距离
仃升仃型（仃升仃降，两仃止区间）
升降升（无仃止区间）
仃升降仃型（仃升降仃，一个仃止区间）
推杆运动规律，几个变量位移S、速度V加速度a，时间t、（跃动J）（以上',,00h为常量）
仃止区间为圆弧，故重点讨论升降时即推程、回程的运动情况
位移曲线，以 )(fs 角速度为常数。 速度 )('fv
加速度 )("2fa
跃动 )("'3fj
反求时，可用积分、加常数。类速度，类加速度。
一．常用运动规律
1．等速运动
推杆做等速运动，初始：t=0时,δ＝0，s＝0
推程做等速运动，终了：t=t0时，δ＝δ0，s=h
0000000achthvhtthvdtscthvt
47．在图示直动平底从动件盘形凸轮机构中，请指出：（1 ）图示位置时凸轮机构的压力角。 （2 ）图示位置从动件的位移。（3 ）图示位置时凸轮的转角。（4 ）图示位置时从动件与凸轮的瞬心 。
48．图示偏心圆盘凸轮机构，圆盘半径R=50mm，偏心距e=25mm，凸轮以 rad/s
顺时针方向转过 时，从动件的速度 mm/s 。 试问：（1） 在该位置时，凸轮机构的压力角为多大？（2）在该位置时，从动件的位移为多大？该凸轮机构从动件的行程h 等于多少？
49．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停升停。
50．在图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构中，凸轮转向如图所示。试写出该位置时从动件压力角计算公式，并说明从动件相对凸轮轴心的配置是否合理，为什么？
51．在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过 时从动件的位置及从动件的位移s。
52．画出图示凸轮机构的基圆半径r0及机构在该位置的压力角 。
53．在图示凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过 时凸轮机构的压力角 。
54．某凸轮机构直动从动件的位移线图如图所示，且凸轮以等角速度 转动，要求：
（1）定性地画出推程阶段的速度及加速度线图；（2）说明此运动规律的名称及特点（v、a的大小及冲击性质等）。
55．图示摆动从动件盘形凸轮机构中，已知机构尺寸和凸轮转向。当凸轮转过 时，从动件摆动多大角度？并标出该位置凸轮机构的压力角。
56．按图示的位移线图设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮的部分廓线。已知凸轮基圆半径r0＝25mm，滚子半径rr=5mm，偏距e=10mm，凸轮以等角速度 逆时针方向 转动。设计时可取凸轮转角 ＝0 ，30 ，60 ，90 ，120 ， =0.001m/mm 。
授 课 教 案
授课教师 张三 课程名称 机械设计基础 项目 3
授课项目 凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计
教学目标 知识目标：
了解凸轮机构的应用、特点和分类、凸轮机构中从动件的常用运动规律及存在的冲击情况、掌握凸轮机构的常用术语、从动件常用运动规律的特点、反转法原理图解设计盘形凸轮轮廓曲线的方法和步骤
能力目标：
能够认识凸轮机构中存在的冲击情况、应用反转法原理图解设计盘形凸轮轮廓曲线
素质目标：认识凸轮机构中存在的冲击情况、应用反转法原理图解设计盘形凸轮轮廓曲线
重点
难点 重点：凸轮机构中从动件的常用运动规律及存在的冲击情况、掌握凸轮机构的常用术语、从动件常用运动规律的特点、反转法原理图解设计盘形凸轮轮廓曲线的方法和步骤
难点：反转法原理图解设计盘形凸轮轮廓曲线的方法和步骤
教学地点 普通教室□ 一体化教室□ 多媒体教室 实训室□
实验室 □ 企业现场□ 其他
教学方法及手段 常规教学□ 启发式教学□ 现场教学□ 案例教学□ 问题教学□
项目教学□ 多媒体教学□ 演示教学 其他
教
学
过
程
设
计 一、复习
复习上次课学习的内容。
二、课程导入：本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。运用图解法设计了滚子对心直动从动件盘形外凸轮轮廓。
三、课程设计过程（4学时）
教师指导 学生活动 时间
分钟
任务3.1 凸轮机构的认识
复习上次课学习的内容。
提问+讨论 学生发言汇报、记录学习笔记 10
教师导课：学习提示
【任务引入】以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，试分析了凸轮机构中存在的柔学生发言汇报、记录学习笔记 15 性冲击与刚性冲击。
第3章 凸轮机构及其设计
3.1 基本要求
1. 了解凸轮机构的类型及其特点。
2. 掌握从动件的几种常用运动规律及特点。掌握从动件行程、从动件推程、推程运动角、从动件回程、回程运动角、从动件远（近） 休
程及远（近）休止角及凸轮的基圆、偏距等基本概念。
3. 熟练掌握并灵活运用反转法原理，应用这一原理设计直动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构及平底直动从动件盘形凸轮机构。
4. 掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，根据这些原则确定凸轮机构的的压力角及其许用值、基圆半径、偏距、滚子半径等基本尺寸。
5. 掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计的方法。
3.2 内容提要
一、本章重点
本章重点是从动件运动规律的选择及其特点，按预定从动件运动规律设计平面凸轮轮廓曲线和凸轮机构基本尺寸的确定。涉及到根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、选择或设计从动件的运动规律、合理选择或确定凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。
1 凸轮机构的类型选择
选择凸轮机构的类型是凸轮机构设计的第一步，称为凸轮机构的型综合。凸轮的形状有平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮）和空间凸轮，从动件的形状有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件，而从动件的运动形式有移动和摆动之分，凸轮与从动件维持高副接触的方法又有分为力锁合、形锁合。故凸轮机构的类型多种多样，设计凸轮机构时，可根据使用场合和工作要求的不同加以选择。
（1）各类凸轮机构的特点及适用场合
尖顶从动件凸轮机构：优点是结构最简单，缺点是尖顶处极易磨损，故只适用于作用力不大和速度较低的场合。
滚子从动件凸轮机构：优点是滚子与凸轮廓线间为滚动摩擦，摩擦较小，可用来传递较大的动力，故应用广泛。
平底从动件凸轮机构：优点是平底与凸轮廓线接触处极易形成油膜、能减少磨损，且不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，受力平稳、传动效率较高，故适用于高速场合。故缺点是仅能与轮廓曲线全部外凸的凸轮作用。
