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凸轮机构重点

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机械原理：第6章 凸轮机构

机械原理：第6章 凸轮机构
试求： 1.标出基圆半径r0？ 2.标出图示位置从动件位移s 和机构
的压力角α ？ 3.求出r0 、s 和α之间的关系式？
本题目主要考察对基圆、压力角及位移等 基本概念的理解和压力角的计算方法。 解
（1）图示位置的r0 、s 和α如图。
（2）r0 、s 与α之间的关系式为：
tan
v e
lOP e 1
r02 e2 s s r02 e2
例3 图示为摆动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮为偏心圆盘， 且以角速度ω逆时针方向回转。
试在图上标出： 1. 凸轮基圆；
2. 升程运动角和回程运动角；
3. 图示位置时从动件的初始位置角
0和角位移 ；
4. 图示位置从动件的压力角α；
5. 从动件的最大角位移max 。
r0min
( d s)2 e2 tan[ ]
直动滚子从动件盘 形凸轮机构
凸轮基圆半径
r0
m in
s
d2s
d 2
式中
（[ dx )2 ( dy )2 ]3/ 2
d
dx
d
.
d2 y
d 2
d
dy
d
.
d2x
d 2
条件 min
直动平底从动件盘 形凸轮机构
滚子半径的设计
考虑运动失真： rr 0.8min 考虑强度要求： rr (0.1 ~ 0.5)r0
以凸轮转动中心为圆心，以凸轮理论轮廓曲线上的 最小半径为半径所画的圆。半径用r0表示。 从动件从距凸轮转动中心的最近点向最远点的运动过程。 从动件从距凸轮转动中心的最远点向最近点的运动过程。 从动件的最大运动距离。常用 h 表示行程。
基本名词术语
（5）推程角 从动件从距凸轮转动中心的最近点运动到最远点时， 凸轮所转过的角度。用Φ表示。

机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计

机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计

授课教案No任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟复习上次课学习内容二、教师导课与课程学习：（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟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。

教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理（2）分小组学习: 40分钟3.1.1常用设备中的凸轮机构1. 凸轮机构的组成如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。

2.凸轮机构应用实例自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。

3.1.2凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种：1.按凸轮形状分类(1）盘形凸轮（2）移动凸轮。

（3）圆柱凸轮2.按从动件形式分类（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件从动件的结构形式3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记学生发言汇报并记录学习笔记阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记No（1）直动从动件直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。

直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。

（2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。

4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触，（2）形锁合利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。

3.1.3凸轮机构的常用术语如下：1.凸轮基圆与基圆半径b r2.凸轮的转角δ凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。

具体包括推程运动角0δ、远停程运动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角Sδ'。

凸轮机构-不会的一学就会-很详细的介绍。

凸轮机构-不会的一学就会-很详细的介绍。
能小。
试在凸轮机构简图上标出图示位置的压力角α。
第三十八页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-3 凸轮机构的压力角
第三十九页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓 凸轮机构设计的根本任务：
是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式及从动件的运动规律，并合理地确定基圆等基本尺寸，然后根据选定的 从动件的运动规律设计出凸轮应具有的凸轮轮廓曲线。其中，根据工作要求选定从动件的运动规律，乃是凸轮轮廓 设计的前提。
第四十页，编辑于星期六：十三点 十六分。
一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理
当凸轮机构工作时，凸轮和从动件都 是运动的，我们要绘制凸轮轮廓就需 要凸轮与图纸相对静止。为此，我们 在图解设计中采用反转法。反转法原 理如右图所示。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
第四十一页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
议取许用压力角[]=30°；对于摆动从动件凸轮机构，建议取许用压力角[]=45°。
第三十五页，编辑于星期六：十三点 十六分。
二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
如图偏置尖顶从动件盘形凸轮机构可知，凸轮机构的
压力角与基圆半径rmin和偏心距e的关系为：
§3-3 凸轮机构的压力角
F
F′
F″
rmin
v2 e
ds e
§3-1 凸轮机构的应用和类型
类 型5
沟槽凸轮机构
等宽凸轮机构
第六页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-1 凸轮机构的应用和类型 类型6
等径凸轮机构
主回(共厄)凸轮机构
第七页，编辑于星期六：十三点 十六分。
（四）根据从动件的运动形式分
1.移动从动件凸轮机构（对心、偏置）

哈工大机械原理考研-第3章-凸轮机构(理论)

哈工大机械原理考研-第3章-凸轮机构(理论)

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。

机械原理考研讲义八(凸轮机构及其设计)

机械原理考研讲义八(凸轮机构及其设计)

第九章凸轮机构及其设计9.1本章知识点串讲本章的重要知识点在于：1．推杆常用运动规律的特点及其选择原则；常用的运动规律有：多项式运动规律和三角函数运动规律。

其中多项式运动规律又可分为一次多项式运动规律，二次多项式运动规律等；三角函数运动规律又可分为余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律。

对于这些运动规律的特点，特别是冲击的情况大家要知道。

2．凸轮机构运动过程的分析；3．凸轮轮廓线的设计；凸轮廓线设计的反转法原理是本章的重点内容之一。

无论是用图解法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理。

该原理可归纳如下：在凸轮机构中，如果对整个机构绕凸轮转动轴心O加上一个与凸轮转动角速度ω大小相等、方向相反的公共角速度(-ω)，这时凸轮与从动件之间的相对运动关系并不改变。

4．凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系。

在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径r0，可减小压力角α。

对于平底垂直于推杆的凸轮机构，其压力角恒等于零。

5．设计凸轮时常见问题的解决方法。

在设计移动滚子从动件盘形凸轮机构时，若发现其压力角超过了许用值，可以采取以下措施：(1) 增大凸轮的基圆半径rb。

(2) 选择合适的从动件偏置方向。

在设计凸轮机构时，若发现采用对心移动从动件凸轮机构推程压力角过大，而设计空间又不允许通过增大基圆半径的办法来减小压力角时，可以通过选取从动件适当的偏置方向，以获得较小的推程压力角。

即在移动滚子从动件盘形凸轮机构的设计中，选择偏置从动件的主要目的，是为了减小推程压力角。

当出现运动失真现象时，可采取以下措施：(1) 修改从动件的运动规律。

(2) 当采用滚子从动件时，滚子半径必须小于凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径ρmin。

若由于结构、强度等因素限制，滚子半径r r不能取得太小，而从动件的运动规律又不允许修改时，则可通过加大凸轮的基圆半径r b，从而使凸轮廓线上各点的曲率半径均随之增大的办法来避免运动失真。

机械设计基础第五章凸轮机构学习教案

机械设计基础第五章凸轮机构学习教案

机械设计基础第五章凸轮机构学习教案教案内容：一、教学内容：本节课的教学内容选自机械设计基础第五章，主要涉及凸轮机构的相关知识。

教材的章节包括：凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。

具体内容有：凸轮的形状、凸轮的运动规律、凸轮机构的压力角、基圆半径的计算、凸轮轮廓曲线的绘制等。

二、教学目标：1. 使学生了解凸轮机构的组成和分类，理解凸轮的工作原理。

2. 使学生掌握凸轮的运动规律，能够进行凸轮的设计和计算。

3. 培养学生的动手能力，学会绘制凸轮轮廓曲线。

三、教学难点与重点：重点：凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。

难点：凸轮的运动规律的计算和凸轮轮廓曲线的绘制。

四、教具与学具准备：教具：黑板、粉笔、多媒体教学设备。

学具：教材、笔记本、尺子、圆规、橡皮擦。

五、教学过程：1. 实践情景引入：观察生活中常见的凸轮机构，如洗衣机脱水装置、汽车雨刷等，引导学生思考凸轮机构的作用和原理。

2. 知识讲解：讲解凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。

3. 例题讲解：分析典型凸轮机构的设计案例，讲解凸轮的运动规律的计算和凸轮轮廓曲线的绘制。

4. 随堂练习：让学生动手绘制简单的凸轮轮廓曲线，巩固所学知识。

六、板书设计：凸轮机构1. 组成：凸轮、从动件、支撑件2. 分类：盘形凸轮、圆柱凸轮、球形凸轮3. 工作原理：凸轮的运动规律1. 线速度与角速度2. 加速度与减速度3. 压力角与基圆半径凸轮轮廓曲线的绘制七、作业设计：1. 题目：设计一个盘形凸轮，使其能够实现某个特定的动作。

答案：根据动作要求，计算凸轮的参数，绘制凸轮轮廓曲线。

2. 题目：计算一个给定参数的凸轮的运动规律。

答案：根据凸轮的参数，计算出线速度、角速度、加速度、减速度等运动规律。

八、课后反思及拓展延伸：本节课通过观察生活中的凸轮机构，让学生了解凸轮机构的作用和原理。

通过例题讲解和随堂练习，使学生掌握凸轮的设计方法和轮廓曲线的绘制。

在教学过程中，要注意引导学生思考，培养学生的动手能力。

机械设计基础复习精要：第3章 凸轮机构

机械设计基础复习精要：第3章 凸轮机构
图 3.2 理论轮廓 3.3.3 凸轮轮廓上各工作段（例如推程）起讫点的向径所夹圆心角是否就是对应的凸轮在该
工作段的转角（例如推程角）？ 答：在有偏距的情况下，凸轮轮廓上各工作段起讫点的向径所夹圆心角并不是对应的凸轮在 该工作段的转角。例如：图 3.1(a)中，凸轮从实线位置转动到虚线位置，与尖底接触过的凸
即曲线 (经过 B0 B1 B2 等各点)。如图 3.2（b）中，平底从动件的相对于凸轮的运动轨 迹，相当于尖底在 B 点的尖底从动件相对于凸轮的运动轨迹，即经过 B0 B1 B2 等各点
的曲线。从图中可以看出，有的凸轮理论轮廓和实际轮廓是等距离的曲线，有的则不是。但 运动规律取决于理论轮廓，一滚子摆动从动件盘形凸轮机构,如果滚子坏了,更换一个大小不 同的滚子,从动件的运动规律就要发生变化。
图 3.12 题 3 解答
图 3.13 题 4 解答
4．解：从动推杆的运动规律是等速运动规律，这是由于凸轮匀速转动，而根据渐开线的性
质“从渐开线上一点向基圆所作切线与凸轮已转过的弧长相等”故在任何位置，切线长（在
此就是从动件位移）与凸轮转过弧长相等，而弧长是匀速转过的。根据渐开线三线合一的性
质，从渐开线上一点向基圆所引切线就是渐开线上该点的法线，对于组成高副的两构件而言，
3.3.5 计算作图题
1．补全图 3.3 不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲击，哪 些位置有柔性冲击。
图 3.3 题 1 图 2．在图 3.4 的两个凸轮机构中，凸轮均为偏心轮，转向如图。已知参数 R=30mm,LOA=10mm,
e=15mm,rT=5mm,LOB=50mm,LBC=40mm。E，F 为凸轮与磙子的两个接触点。试作图标出：
3.3.3 选择题

凸轮机构基本知识

凸轮机构基本知识

按从动件形状分：
1）尖顶从动件
但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的场 合。
2）滚子从动件
由于从动件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显 著减少，能承受较大载荷，应用较广。但端部重量 较大，又不易润滑，故仍不宜用于高速。
3）平底（或弧底）从动件
ห้องสมุดไป่ตู้
若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底， 传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑油 膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点是不 能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
凸轮机构
第十九章 凸轮机构
主要内容：
1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用； 2.从动件的常用运动规律
凸轮机构的应用与分类
1. 组成
凸轮机构由凸轮、从动件、机架三 个基本构件组成。是一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹 槽的构件，通常作连续等速转动， 从动件则在凸轮轮廓的控制下按预 定的运动规律作往复移动或摆动。
由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突 变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上 亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的 弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但 仍会对机构造成强烈的冲击，这种冲击称为“刚性 冲击”或“硬冲”。因此，单独采用这种运动规律 时，只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。
等加速等减速运动规律:是指从动件在一个行程中，前半行
程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛 物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。作图方法如 图所示。 由图可见，在推程的始末 点和前、后半程的交接处， 加速度有突变，因而惯性力 也产生突变，但它们的大小 及突变量均为有限值，由此 将对机构造成有限大小的冲 击，这种冲击称为“柔性冲 击”或“软冲”。在高速情 况下，柔性冲击仍会引起相 当严重的振动、噪声和磨损， 因此这种运动规律只适用于 中速、中载的场合。

机械设计基础-凸轮机构要点

机械设计基础-凸轮机构要点

第四章 凸轮机构凸轮机构在机械工程领域中有着广泛的应用，特别在印刷机、包装机械、纺织机以及各种自动机中应用更加普遍。

凸轮机构具有传动、导向和控制等功能。

当它作为传动机构时可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，则可以使执行机构的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可以控制执行机构的工作循环。

凸轮机构还具有如下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，结构紧凑体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。

随着工业自动化程度的不断提高，凸轮机构的应用也日益广泛。

本章从讨论凸轮机构的特点和应用入手，介绍凸轮机构的分类，从动件常用的运动规律，凸轮轮廓设计及凸轮机构设计的几个基本问题。

4.1 凸轮机构的应用及分类凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它与从动件通过高副接触，使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。

4.1.1 凸轮机构的应用与构成在自动机械中，广泛应用着各种凸轮机构，它的作用主要是将凸轮(主动件)的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。

例如：（1）图4-1所示的为单张纸胶印机中用于输送纸张的分纸吸嘴机构，当凸轮连续转动时，从动件(吸嘴)上下往复移动。

当吸嘴下降到接近纸堆表面时，旋转气阀控制吸嘴吸气从而吸住纸堆最上面的一张纸，当凸轮继续转动时，吸嘴带纸上升并将纸交给递纸吸嘴，如此反复，完成纸张的逐张分离。

（2）图4-2所示的为一自动车床的进刀机构。

当圆柱凸轮1回转时，经滚子4带动从动件2绕A 点作往复摆动，通过扇形齿轮和齿条的啮合使刀架3进刀或退刀。

进刀和退刀的运动规律取决于凹槽曲线的形状。

从以上实例可以看出，凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架构成，通常凸轮作匀速转动。

当凸轮作匀速转动时，从动件的运动规律(指位移、速度、加速度与凸轮转角(或时间)之间的函数关系)1234图4-1 胶印机分纸吸嘴机构 1—凸轮；2—从动摆臂；3—分纸吸嘴；4—弹簧 312A4图4-2 进刀机构 1—圆柱凸轮；2—从动件；3—刀架；4—滚子取决于凸轮的轮廓曲线形状。

凸轮机构

凸轮机构

机械基础一轮复习资料(凸轮机构)【复习要求】1.了解凸轮机构的分类、应用及特点；2.了解凸轮轮廊曲线的画法，熟悉常用位移曲线的画法；3.掌握基圆半径、行程、压力角等基本参数的概念及它们对工作的影响；4.掌握凸轮从动件的常用运动规律及其特点和应用。

【知识网络】【知识精讲】一、凸轮机构的基本概念1.凸轮：具有控制从动件运动规律的曲线轮廓的构件。

2.凸轮机构：由凸轮、从动件和机架组成的传动机构，该机构中凸轮作主动件并作等速转动(往复移动)。

3.基圆(基圆半径)：以凸轮回转中心为圆心，以凸轮理论廓线的最小回转半径为半径所作的圆称为基圆。

该圆的半径称为基圆半径，用r0表示。

4.凸轮理论廓线：凸轮从动件的参考点(尖端或滚子中心或平底中点)在凸轮平面内的运动轨迹。

5.凸轮实际廓线：直接与从动件接触的凸轮廓线。

6.位移及行程：凸轮转过一个角度，从动件对应移动的距离，称为从动件的位移S。

在凸轮一转中，从动件所能达到的最大位移称为行程，用符号h表示。

7.压力角(α)：凸轮理论廓线上某点的法线方向(即从动件的受力方向)和从动件运动速度方向之间所夹的锐角。

8.S—δ曲线：表达从动件位移S与凸轮转角δ关系的曲线。

9.转角(运动角)δ：凸轮转过的角度。

二、凸轮机构的应用特点1.高副机构易磨损，结构简单、紧凑，传动力较小。

2.能严格实现从动件的运动要求，从动件的运动规律可任意拟定。

3.可高速起动，但高速凸轮精确设计困难。

4.加工方便容易，广泛用于自动化机械中。

三、凸轮机构的分类(见表)四、凸轮机构从动件的常用运动规律及工作特点、应用场合(见表)五、凸轮机构有关参数对工作的影响(见表)为使运动不“失真”r T＜ρmin一般取r T＜0.8ρmin【边缘知识】一、运动角二、理论轮廓线与实际轮廓线的关系尖顶接触的理论轮廓线与实际轮廓线重合；平底接触两曲线接近；滚子接触两曲线为法向等距曲线(此两曲线只有在休止角区域内才是相似曲线)。

第4章凸轮机构讲解

第4章凸轮机构讲解

推程、推程运动角： ? o
远休、远休止角：
?s
回程、回程运动角： ? h
近休、近休止角：
?j
行程：
h
位移：
s ? r ? r0
从动件的运动规律： 是指推杆在运动过程中，其位移、速度和
加速度随时间变化（凸轮转角θ变化）的规律。
4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律
4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律
从动件的位移s与凸轮转角θ的关系可以用从动件的位移线图 来表示，如图所示。
图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复 升—停—降—停的运动循环。
4.1 凸轮机构的类型及应用
从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状,即凸轮轮廓决定了从动 件的运动规律。
4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律
4.2.2 从动件的常用运动规律
在运动起始和终止位置，加速度曲 线不连续，存在 柔性冲击 。
从动件位移方程
s
?
h 2
? ?1 ?
?
cos????
? ?0
?????
? ? ?
4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律
从动件推程运动方程式
从动件回程运动方程式
s?
h 2
? ?1 ?
?
cos??? ?
? ?0
?
????? ??
?
?
? h? 2? 0
来求得，为什么 ? 4、凸轮机构的压力角是如何定义的 ?为什么要规定许
用压力角 ? 5、你所学过的三种基本运动规律各有何特点，适用于
何种场合?什么是刚性冲击和柔性冲击，如何避免 ?
第4章 凸轮机构
6、盘形凸轮基圆半径的选择与哪些因素有关 ? 7、通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触 ? 8、如果两个凸轮的实际轮廓线相同，则从动件的运

第4章凸轮机构讲解

第4章凸轮机构讲解

第4章凸轮机构凸轮机构是机械中一种常用的高副机构，在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。

凸轮机构的优点是：只需设计出适当的凸轮轮廓，就可使从动件实现各种预期的运动规律，结构简单、紧凑、设计方便。

其缺点是：凸轮与从动件为点接触或线接触，压强大，易于磨损，难加工，成本高。

所以通常多用于传力不大的控制机构。

§4.1 凸轮机构的应用和类型图4.1所示为内燃机配气凸轮机构。

原动凸轮1以等角速度连续回转，通过凸轮高副驱动从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。

图4.1 内燃机配气机构图4.2 绕线机构图4.2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构。

绕线轴3连续快速转动，经过齿轮带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摆动，从而使线均匀的缠绕在绕线轴上。

图4.3所示为冲床装卸料中的凸轮机构。

原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下移动时，通过凸轮高副驱动从动件2以一定规律往复水平移动，从而使机械手按预期的运动规律装卸工件。

图4.4所示为自动送料的凸轮机构。

当带有凹槽的原动凸轮1等速转动时，通过嵌在槽中的滚子驱动从动件2作往复移动。

凸轮1每回转一周，从动件2即从储料器中推出一个毛坯，送到加工或待包装位置。

从以上所举各列可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架3个构件组成。

根据凸轮和从动件的不同形状，凸轮机构可按如下分类。

图4.3 冲床装卸料机构图4.4 送料机构1．按凸轮形状分（1）盘状凸轮这种凸轮是一个绕固定轴线转动且具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的最基本形式，如图4.1和4.2所示。

（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮叫移动凸轮，如图3.3所示。

（3）圆柱凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮，如图4.4所示。

2．按从动件形状分（1）尖底从动件如图4.2所示，尖底能与任何复杂的凸轮轮廓保持接触，因此能实现任意的运动规律。

凸轮学习指南

凸轮学习指南

1. 了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和应用场合，能根据工作要求和使用场合选择凸 轮机构的类型。 2. 掌握从动件几种基本运动规律的特点和适用场合，能根据工作要求选择或设计从动件的运动 规律。 3. 熟练掌握凸轮轮廓曲线的设计原理与方法。 4. 掌握凸轮机构基本参数对机构工作性能的影响关系及其确定原则，并能根据这些原则确定凸 轮机构有关尺寸参数。 5. 了解凸轮机构承载能力计算和结构设计的基本问题。
心，直线 AC⊥BD ， O1O = OA / 2 ，圆盘半径 R = OA = 60mm 。(1) 根据图(a)及上述条件确定基圆 半径 r0 、行程 h，C 点压力角 α C 和 D 点接触时的位移 hD 、压力角 α D ；(2) 若偏心圆盘凸轮几何 尺寸不变，仅将从动件由尖底改为滚子，见图(b)，滚子半径 rT = 10mm 。试问上述参数 r0 、h、α C 和 hD 、 α D 有否改变？对于有改变的参数试分析其增大还是减小？
3. 凸轮轮廓曲线的设计 在学习用几何法设计凸轮轮廓曲线时，重点掌握尖底从动件盘形凸轮轮廓的绘制。其绘制 方法（反转法）所依据的原理为相对运动原理，即从动件相对于凸轮作相对运动，从动件的尖 底在凸轮运动平面上的轨迹形成了凸轮的轮廓线。采用反转法时，使整个机构以角速度( − ω )绕 凸轮回转轴线 O 转动，其结果是凸轮静止不动，机架和从动件一方面以( − ω )绕 O 转动，同时从 动件又以原有的运动规律相对于机架运动，但从动件与凸轮的相对运动并不改变。因为凸轮静 止，故可以方便地在凸轮平面上绘制出从动件尖底的轨迹，即凸轮廓线。 在绘制滚子从动件凸轮轮廓时，首先把滚子中心视为尖底从动件的尖底，作为凸轮轮廓， 此轮廓为滚子从动件凸轮的理论轮廓。然后作出滚子圆族及其包络线，此包络线即为滚子从动 件的凸轮实际轮廓。实际上，滚子或平底从动件凸轮机构的凸轮实际轮廓，都是从动件相对于 凸轮作相对运动时其滚子或平底所形成的曲线的包络线。因此反转法适用于各种凸轮轮廓的设 计。 几何法设计中应注意以下几点： (1) 在用几何法设计直动从动件凸轮机构时，绘制凸轮轮廓曲线的长度比例尺最好取为与从 动件位移曲线的纵坐标比例尺相同，这样凸轮轮廓曲线设计图上从动件的位移量就可以从从动 件位移曲线图上直接量取，而无须进行比例尺的折算，给作图带来很大方便。 (2) 在滚子从动件凸轮机构中，基圆半径是指理论轮廓曲线的最小矢径；理论轮廓曲线与实 际轮廓曲线为一对法向等距曲线，两者之间的法向距离等于滚子半径。无论是对心或偏置直动 滚子从动件，由于凸轮某一转角时的从动件位置线一般不是轮廓曲线的法线，它夹于两条轮廓 曲线之间的线段长度在不断变化，与滚子半径无直接关系，所以沿着从动件的位置线截取一个 滚子半径来求实际轮廓曲线的方法是错误的。 (3) 在偏置直动从动件凸轮机构中，推程运动角和回程运动角并不等于相应的轮廓角，如图 所示，推程运动角应为 Φ = ∠B ′OB (= ∠AOB1 ) ，而非 ∠AOB ；回程运动角应为 Φ ′ = ∠C1OD ，而 非 ∠COD 。

第五章 凸轮机构资料重点

第五章 凸轮机构资料重点

2、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮
偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知
e
凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1和从动
ω 件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮
廓曲线。
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
1 3 5 78
9’ 11’ 12’
13’ 14’
9 11 13 15
15’15 14’14
13’ 12’
13 12
若α大到一定程度时，会有：
Ff > F’ 机构发生自锁。
为了保证凸轮机构正常工作，要求：
α < [α]
n
F
α
F’
F” B
ω1 O
n
[α]= 30˚ ——直动从动件； [α]= 35°～45°——摆动从动件；
[α]= 70°～80°——回程。
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系
于是：tanα = ds2/dδ1 ± e
滚子 磨损小，应用广
平底 受力好、润滑好，用于高速传动
图 5 - 1 内燃机配气凸轮机构模型
1 4
2 3
图 5 – 3 车削手柄机构
应用实例： 3
线 2 A 设计：潘存云 1
绕线机构
卷卷带带轮轮
12 1 放放音音键键
设计：潘存云
5
3
3
摩摩擦擦轮轮
4 4
录录音音机机卷卷带带机机构构
皮皮带带轮轮
rT－滚子半径
rT 内凹
外凸
轮廓正常
轮廓正常
ρ
ρ
ρa＝ρ＋rT ρa
轮廓变尖
ρ
rT
ρa
ρaρ＝>ρr－T rT
轮廓失真
ρ
rT

机械设计基础——凸轮机构

机械设计基础——凸轮机构

3.余弦加速度（简谐运动）规律：
从动件加速度在起点和终点存在有限值O
v
突变，故有柔性冲击;
若从动件作无停歇的升－降－升连续往
0/2 p h /20
复运动，加速度曲线变为连续曲线，可
O
以避免柔性冲击;
a
可适用于高速的场合。
O
0/2 p22 h /202
0/2
机械设计基础
-p22 h /202
0
机械设计基础
直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制
机械设计基础
直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制
-
机械设计基础
实际廓线
3.6 凸轮机构设计中应注意的几个问题
（1）滚子半径的选择
设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子 的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮 廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的 运动规律。
机械设计基础
1、图解法的原理 -
-
B1
s
rb
B0 B
e
假想给整个凸轮机构加上 一个与凸轮角速度大小相等 、方向相反的角速度（- ）， 凸轮将处于静止状态；机架则 以（ - ）的角速度围绕凸轮 原来的转动轴线转动；而从动 件一方面随机架转动，另一方 面又按照给定的运动规律相对 机架作往复运动。 ——反转法
机械设计基础
机械设计基础
第三章 凸轮机构
• 学习重点：
1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用 2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应 用
学习难点
凸轮机构运动的实现
机械设计基础
当从动件的位移、速度、加速度必须严格按预 定规律变化，特别是当原动件作连续运动时从动件必 须作间歇运动下，采用凸轮机构设计最为简便

凸轮机构基本知识

凸轮机构基本知识

2021/2/4
1
12
等加速等减速运动规律:是指从动件在一个行程中，前半行
程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛 物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。作图方法如 图所示。
由图可见，在推程的始末
点和前、后半程的交接处，
加速度有突变，因而惯性力
平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦， 凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且 凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高， 故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
2021/2/4
1
7
按锁合方式分：
所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。 力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁 合，如内燃机配气凸轮机构。 形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。
由图可见，在推程始末 点处仍有加速度的有限 值的突变，即存在“软 冲”，因此只适用于中、 低速。但若从动件作无 停歇的升—降—升型连 续运动，则加速度曲线 为光滑连续的余弦曲线， 消除了“软冲”，故可 用于高速。
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1
14
谢谢观赏
形构件。盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸轮径
向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较短。
移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动的构
件，它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。
圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体，可看成
是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动件得到
较2021大/2/4的行程。
也产生突变，但它们的大小
及突变量均为有限值，由此
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第3章 凸轮机构
§3－1 凸轮机构的应用和类型 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 凸轮机构的压力角 §3－4 图解法设计凸轮的轮廓 §3－5 解析法设计凸轮的轮廓
§3－1 凸轮机构的应用和类型
结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。 作用：将连续回转 => 从动件直线移动或摆动。 优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。 实例 缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。 应用：内燃机 、牙膏生产等自动线、补 鞋机、配钥匙机等。 分类：1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。 2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底从动件。 特点： 尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构； 滚子――磨损小，应用广； 平底――受力好、润滑好，用于高速传动。
3) 按推杆运动分：直动(对心、偏置)、 摆动 4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等）
几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)
刀架
o 1
2
内燃机气门机构
机床进给机构
凹 槽 凸 轮
等 宽 凸 轮
W
等 径 凸 轮 r1+r2 =const
r1 r2
主 回 凸 轮
作者：潘存云教授
优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得 任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。 缺点：线接触，容易磨损。
提问：对于平底推杆凸轮机构：
α＝？ 0
v2 n
ω1
rmin
设计：潘存云
O
n
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
1.凸轮廓线设计方法的基本原理 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)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 3)滚子直动从动件盘形凸轮 4)对心直动平底从动件盘形凸轮 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构
hω 2
1
t 2 t
s2 h δ
1
sin(2π δ 1/δ t)/δ
v2
δ
t
+sin(2π δ 1/δ h)/2π ] a2 v2＝hω 1[cos(2π δ 1/δ h)-1]/δ h
h
回程： s2＝h[1-δ 1/δ
δ
1
δ
a2＝-2π hω 21 sin(2π δ 1/δ h)/δ
1
h
2
无冲击
三、改进型运动规律 将几种运动规律组合，以改善 运动特性。
一、凸轮廓线设计方法的基本原理 反转原理： 给整个凸轮机构施以 -ω 1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。 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： 尖顶凸轮绘制动画 滚子凸轮绘制动画
3’ 2’ 1’
-ω 1 1
2 ω1 O 1 2 3
设计：潘存云
3
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮 对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知 凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 1和从动 件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
7’ 8’
-ω 1
ω1
5’
3’ 1’ 1 3 5 78
9’10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
Dα r
min
C
O
设计：潘存云
P
n
“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧； e ds2/dδ 1 “-” 用于导路和瞬心位于中心同侧； 显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。 正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向ω 1相反的位置。 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。
2
1+…+Cnδ
n
1
(1)
n-1
v2 = ds2/dt = C1ω 1+ 2C2ω 1δ 1+…+nCnω 1δ 求二阶导数得加速度方程：
1
a2 =dv2/dt =2 C2ω 21+ 6C3ω 21δ 1…+n(n-1)Cnω 21δ
n-2
1
其中：δ 1－凸轮转角，dδ 1/dt=ω 1－凸轮角速度, Ci－待定系数。 边界条件：
设计：潘存云
设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还希望凸 轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系。
Ff > F’
→机构发生自锁。
n
为了保证凸轮机构正常工作，要求：
α < [α]
[α]= 30˚ ----直动从动件； [α]= 35°～45°----摆动从动件； [α]= 70°～80°----回程。
凸轮转过推程运动角δ t－从动件上升h 凸轮转过回程运动角δ h－从动件下降h
s2 = C0+ C1δ 1+ C2δ 21+…+Cnδ n1 v2 = C1ω + 2C2ω 1δ +…+nCnω 1δ n-11 a2 = 2 C2ω21+ 6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21 1.等速运动（一次多项式）运动规律 s2 在推程起始点：δ 1=0， s2=0 在推程终止点：δ 1=δ t ，s2=h δ t 代入得：C0＝0， C1＝h/δ t v2 推程运动方程： s2 ＝hδ1/δt v2 ＝ hω1 /δt a2 a2 ＝ 0 刚性冲击 +∞ 同理得回程运动方程： s2＝h(1-δ1/δh ) v2＝-hω1 /δh a2＝0
v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)δ1/2δh a2＝-π2hω21 cos(πδ1/δh)/2δ2h
1
在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。
2.正弦加速度（摆线）运动规律 推程： s2＝h[δ 1/δ t-sin(2π δ 1/δ t)/2π ] v2＝hω 1[1-cos(2π δ 1/δ t)]/δ a2＝2π
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δ2h v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δ2h a2 ＝4hω21/δ2h
3.五次多项式运动规律 位移方程： s2=10h(δ 1/δ t)3－15h (δ 1/δ t)4+6h (δ 1/δ t)5
无冲击，适用于高速凸轮。
v2 a2
s2
h
δ 1 δ
t
s2 二、三角函数运动规律 6 5 1.余弦加速度(简谐)运动规律 4
推程减速上升段边界条件： 中间点：δ 1=δ t/2，s2=h/2 终止点：δ 1=δ t ，s2=h，v2＝0
s2
h/2
设计：潘存云
求得：C0＝－h， C1＝4h/δt ， C2＝-2h/δ2t 减速段推程运动方程为：
h/2 6δ
1
1 2 3 4 5 δt v2 2hω /δ
t
s2 ＝h-2h(δt –δ1 t v2 ＝-4hω1(δt-δ1)/δ2t a2 ＝-4hω21 /δ2t
推程： s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2 v2 ＝πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δt a2 ＝π2hω21 cos(πδ1/δt)/2δ2t
3 2 1
h
设计：潘存云
v2 V =1.57hω /2δ max
1 2 3 4 5 δ t
6
0
δ
1
δ a2 δ
1
回程： s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2
s2 h o
设计：潘存云
δ
1
v v2 2
o a2 o
δ
t
δ +∞ δ -∞
1
1
正弦改进等速
§3－3 凸轮机构的压力角
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α Ff 一、压力角与作用力的关系 不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。 n F F’ F’----有用分力, 沿导路方向 α F”----有害分力，垂直于导路 B F” F”=F’ tg α F’ 一定时， α↑ → F”↑， ω1 若α大到一定程度时，会有： O
滚子半径的确定 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 外凸 内凹 rT 轮廓正常 轮廓正常
ρ
ρa
ρ
ρ ρ
a
rT
ρa＝ρ＋rT
轮廓变尖
rT
ρ > rT ρa＝ρ－rT
轮廓失真
rT
ρ
设计：潘存云
ρ ＝ rT ρ <r T ρa＝ρ－rT<0 ρa＝ρ－rT＝0 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： ρ min> rT
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78
e
ω 1A
k15 k14 k13
-ω 1
8’
9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
14’ 14
13’ 12’
15
k1 13 k 12 k32 k8 k7k6 k5k4 11 10 9
设计：潘存云
k12 k11 k10 k9
O
设计步骤小结： 11’ ①选比例尺μ l作基圆rmin; 10’ ②反向等分各运动角; 9’ 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。
设计：潘存云
设计步骤小结： ①选比例尺μ l作基圆rmin。 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。
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 偏置直动尖顶从动件凸轮机构中， 已知凸轮的基圆半径rmin，角速度 ω 1和从动件的运动规律和偏心距e， 设计该凸轮轮廓曲线。 15’
和加速度a2 随时间t 的变化规律。
S2=S2(t) V2=V2(t) a2=a2(t)
形式：多项式、三角函数。