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凸轮机构类型及应用

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凸轮机构的类型应及其应用特点

凸轮机构的类型应及其应用特点

凸轮机构的类型应及其应用特点凸轮机构是一种机械传动机构，通过凸轮对其它零部件施加规定的运动规律，实现机械装置的工作功能。

凸轮机构的类型较为多样，根据凸轮的形状和安装方式的不同，可以分为以下几类：平面滚动凸轮机构、空间滚动凸轮机构、球面滚动凸轮机构、曲面专门凸轮机构等等。

平面滚动凸轮机构是指凸轮在平面内做回转运动，是最常见也是应用最广泛的一类凸轮机构。

其应用特点如下：1.运动规律灵活多样：凸轮在回转运动过程中，可以根据需要设定不同的运动规律，如简谐运动、匀速运动、非对称运动等等。

2.传动精度高：凸轮机构的传动比可以通过凸轮的轮廓形状和驱动零件的尺寸比例进行调整，传动精度较高。

3.传动效率较高：由于凸轮和从动零件之间的接触面积较大，传动效率较高。

4.运动平稳性好：凸轮机构的运动平稳性较好，能够满足一些对运动平稳性要求较高的场合。

空间滚动凸轮机构是指凸轮在三维空间内做回转运动，也称为空间凸轮机构。

其应用特点如下：1.自由度更高：与平面滚动凸轮机构相比，空间凸轮机构的自由度更高，可以实现更复杂的运动模式。

2.多轨迹运动：凸轮的轨迹可以是任意的，可以实现多轨迹运动，满足一些特殊要求。

3.结构复杂：空间凸轮机构的结构较为复杂，制造和安装难度较大。

4.应用范围广泛：空间凸轮机构在机械装置、汽车制造、航空航天等领域有着广泛的应用。

球面滚动凸轮机构是指凸轮在球面上做回转运动，其特点如下：1.运动平稳：球面滚动凸轮机构的运动过程中，能够保持较好的平稳性，满足一些高速运动的需求。

2.自由度较高：球面滚动凸轮机构的自由度较高，可以实现更复杂的运动模式，满足一些特殊要求。

3.结构复杂：球面滚动凸轮机构的结构较为复杂，对制造和安装的要求较高。

4.应用范围广泛：球面滚动凸轮机构广泛应用于机械装置、船舶、航空航天等领域。

曲面专门凸轮机构是指凸轮的轮廓曲面为曲线，其特点如下：1.运动规律特殊：曲面专门凸轮机构的凸轮轮廓曲线可以是任意的，可以满足一些特殊运动规律的要求。

凸轮机构

凸轮机构

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
它的缺点是：凸轮轮廓与从动件的接触为点或者线的接触，易于磨损，所以通常用于 凸轮机构的特点是：只需恰当的设计出凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到任意的预期 传递不大的控制机构中。 运动规律，而且结构简单、紧凑，设计方便。
§六、 凸轮机构的应用和类型
平面连杆机构是一种低副机构，一般只能近似地实现给定的运动规律， 而且其设计也较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格的按照 结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。 预定规律变化时，尤其是当原动件作连续运动而从动件必须作周期性件间 歇运动时，则采用凸轮机构最为简便。
2)按推杆形状分(从动件类型）：尖顶、 滚子、 平底从动件。
特点： (1)尖顶从动件 尖顶能与复杂形状的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任 尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；
意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，所以只宜用于受力不大 的低速凸轮机构。 滚子――磨损小，应用广； (2)滚子从动件 如图3—3和图3—4所示，为了克服尖顶从动件的缺点， 在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为 平底――受力好、润滑好，用于高速传动。 滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大载荷，所以是从动件中最常用的一种型式。 (1)盘形凸轮 盘形凸轮是一个绕固定轴转动并且轮廓向径变化的盘形零件，如 (3)平底从动件 如图3—1所示，这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面 (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 为一平面。显然，平底不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是： (3)圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮，如图3—4所示。 当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直。传 动效率较高，且接触面间易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。

凸轮机构的类型应及其应用特点

凸轮机构的类型应及其应用特点

3
凸轮轴调节
凸轮轴的调节可以实现不同工作状 态下的最佳波形和气门正时。
凸轮机构在机械加工中的应用
铣削加工
凸轮机构用于控制铣削刀具 的位置和工
凸轮机构用于控制车削刀具 的位置，使其按照特定曲线 进行加工。
齿轮加工
凸轮机构用于控制齿轮加工 刀具的位置和运动路径，实 现齿轮的精密加工。
凸轮机构用于控制工 具的位置和运动路径， 实现复杂的零件加工。
凸轮机构在自动生产 线中起到关键作用， 如装配、包装和搬运 等。
凸轮机构在发动机中的应用
1
气门控制
凸轮机构控制气门的开闭时间和持
可变气门正时
2
续时间，影响燃烧过程和功率输出。
通过调整凸轮机构的形状和传动装
置的差速来改变气门的开闭时间和
提供更高的燃烧效率。
凸轮机构的类型应及其应 用特点
凸轮机构是一种关键的机械装置，用于转换回转运动为直线或曲线运动的应 用中。本演示将介绍凸轮机构的各种类型、应用领域以及其在发动机和机械 加工中的重要性。
凸轮机构的定义和基本原理
凸轮机构是由凸轮和从动件组成的一种运动装置，通过凸轮的回转运动来控 制从动件的运动。其基本原理是通过凸轮的外形与从动件的接触来控制位置 和速度。
常见的凸轮机构类型及其特点
滚轮式凸轮机构
使用轮形凸轮和滚子从动件，适用于高速运动和重载应用。
滑块式凸轮机构
使用滑块和从动件，适用于高精度和低速运动的应用。
滑块滚轮式凸轮机构
结合滑块和滚轮的优点，广泛应用于工业生产线和机械加工中。
凸轮机构的应用领域
1 汽车工业
2 机械加工
3 工业自动化
凸轮机构在汽车发动 机中控制气门的开闭， 影响燃烧过程和动力 输出。

凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮

凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮
轮廓曲线的设计了。相对运动原理：对整个机构施加一个 凸轮廓线设计的公方法共：运作动图时法，和各解析构法件间的相对运动保 1．凸轮廓线设计持的不基变本。原理
无论是采用作图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。
例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
(2) 空间凸轮机构
圆柱凸轮机构在 机械加工中的应用
凸轮机构在其它机器中的应用
2、按推杆形状分类
• (1)尖顶推杆： • 尖端能与任意复杂凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规
律。 • 尖顶与凸轮呈点接触，易磨损，用于受力不大的场合。 • (2)滚子推杆： • 它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较大载荷，
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b，可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构

最新凸轮机构的应用实例

最新凸轮机构的应用实例
•凸轮机构的应用实例
罐头盒封盖机构
右图所示的罐头盒封盖
机构，是一个圆柱凸轮
机构凸轮机构。
原动件1连续等速转动，
通过带有凹槽的固定凸
轮3的高副导引从动件
2上的端点C沿预期的
轨迹——接合缝S运动 ，
从而完成罐头盒的封
盖任务。
•凸轮机构的应用实例
在右图所示的巧克 力输送凸轮机构中 （圆柱凸轮机构） ，当带有凹槽的圆 柱凸轮1连续等速转 动时，通过嵌于其 槽中的滚子驱动从 动件2往复移动，凸 轮1每转动一周，从 动件2即从喂料器中 推出一块巧克力并 将其送至待包装位 置。
• (3)平底从动件：平底从动件与凸轮轮廓接触为一平 面，显然它只能与全部外凸的凸轮轮廓作用。其优 点是：压力角小，效率高，润滑好，故常用于高速 运动场合。
•凸轮机构的应用实例
根据运动形式的不同
• 以上三种从动件还可分为： • 直动从动件 • 摆动从动件 • 作平面复杂运动从动件
•凸轮机构的应用实例
•凸轮机构的应用实例
Байду номын сангаас
•凸轮机构的应用实例
3）圆柱凸 轮
•凸轮机构的应用实例
2、按从动件运动副元素形状分类
• (1)尖顶从动件：尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持接 触，因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸轮 呈点接触，易磨损，故只宜用于受力不大的场合。
• (2)滚子从动件：为克服尖顶从动件的缺点，在尖顶 处安装一个滚子，即成为滚子从动件。它改善了从 动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较 大载荷，故在工程实际中应用最为广泛。
•凸轮机构的应用实例
• 绕线轴3连续快速转 动，经蜗杆传动带 动凸轮1缓慢转动， 通过凸轮高副驱动 从动件2往复摆动， 从而使线均匀地缠 绕在绕线轴上。

凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的寿命与维护
凸轮机构的寿命与运行条件、材料选择和润滑方式等有关，定期维护和保养可以延长凸轮机构的使用寿 命。
凸轮机构的保养和保养周期
凸轮机构的保养包括润滑、清洁和检查等内容，保养周期根据使用情况和负荷要求进行合理调整。
凸轮机构故障分析与排除
凸轮机构故障的原因多种多样，需要通过仔细分析和维修措施进行故障排除，以确保机械系统的正常运 行。
通过凸轮和滑块的协同运动，实现直线运动 和简单的机构功能。
摆线凸轮机构
通过凸轮的摆线运动，实现平滑且复杂的运 动轨迹和机构功能。
在IC发动机中的应用
凸轮机构在IC发动机中起到控制气门开闭时机和时序的重要作用，影响发动 机的动力性能、燃油经济性和排放控制等方面。
在汽车传动系统中的应用
凸轮机构在汽车传动系统中被广泛应用于离合器、变速器和传动轴等部位，实现动力输出和车速调节等 功能。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械系统中的机构，通过凸轮和可动关节的协同 运动，实现了多种复杂的动作和功能。本文将介绍凸轮机构的应用和分类。
什么是凸轮机构
凸轮机构是一种由凸轮和可动关节组成的机械系统，通过凸轮的旋转运动， 使其上的可动关节产生规定的运动轨迹，从而实现特定的功能和动作。
凸轮机构的技术发展趋势
凸轮机构在现代工程中具有广泛的应用前景，随着技术的发展，凸轮机构将 更加智能化、高效化和可持续化。
注重人性化设计的凸轮机构
在凸轮机构的设计中，需注重人机工程学和人性化设计原理，提高机器操作人员的舒适度和安全性。
生产自动化中凸轮机构的应用
凸轮机构在生产自动化领域中的应用广泛，用于自动化生产线上的工件定位、 传送和操作等。
凸轮机构现代化设计思路

凸轮机构的类型应及其应用特点

凸轮机构的类型应及其应用特点
凸轮机构的类型及其应用特点
汇报人：
单击输入目录标题 凸轮机构的类型 凸轮机构的应用特点
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凸轮机构的类型
尖顶式凸轮机构
特点：尖顶式凸轮机构具有较大的驱动力和较高的精度 应用：广泛应用于汽车、机械、电子等领域 优点：结构简单、易于制造、成本低 缺点：尖顶式凸轮机构容易磨损需要定期维护和更换
滚子式凸轮机构
特点：滚子式凸轮机构是一种常见 的凸轮机构其特点是滚子与凸轮接 触可以承受较大的载荷。
优点：滚子式凸轮机构具有较高的 传动效率和较小的摩擦损失因此具 有较高的精度和稳定性。
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应用：滚子式凸轮机构广泛应用于 各种机械设备中如汽车、机床、印 刷机等。
缺点：滚子式凸轮机构制造成本较 高对加工精度要求较高。
优点：结构简单、制造方便、成本低 缺点：摩擦力大、磨损严重、寿命短
凸轮机构结构简单易于制造和维护 运动平稳噪音小 适用于高速、高精度的场合 适用于需要频繁换向的场合
滚子式凸轮机构的应用特点
结构简单易于制造和维护 运动平稳噪音低 承载能力大适用于重载场合 适用于高速、高精度的场合
平底式凸轮机构的应用特点
结构简单：易于 设计和制造
运动平稳：无冲 击、振动和噪音
定位精度高：可 实现高精度定位
适应性强：适用 于各种场合和工 况
盘形凸轮机构的应用特点
结构简单易于制 造和维护
运动平稳噪音低
适用于高速、高 精度的场合
适用于需要较大 行程的场合
THNK YOU
汇报人：
平底式凸轮机构
特点：凸轮与 从动件接触面
为平面
应用：适用于 低速、轻载、 精度要求不高

凸轮机构的应用及分类

凸轮机构的应用及分类

工作原理
2
车轮构成，常用于汽车传动系统。
凸轮的旋转驱动车轮，通过轮胎
与地面的摩擦力传递动力。
3
应用举例
车轮轮机构广泛应用于汽车传动 系统、自行车传动系统等领域。
曲柄摇杆机构
1 定义
曲柄摇杆机构由曲柄 和与之配合的摇杆构 成，常用于内燃机。
2 工作原理
3 应用举例
曲柄的旋转驱动摇杆， 通过连杆将旋转运动 转化为往复运动。
工作原理
凸轮的运动将动力转化 为直线或摆动运动，通 过导轨控制运动轨迹。
应用举例
曲线轮机构广泛应用于 机床、自动装配线、升 降设备等领域。
曲柄摇杆机构广泛应 用于内燃机、发电机 等领域。
双摇杆机构
定义
双摇杆机构由两个独立的摇 杆组成，常用于机械加工设 备。
工作原理
两个独立的摇杆分别由凸轮 驱动，实现不同的运动路径 和速度。
应用举例
双摇杆机构广泛应用于数控 机床、切割设备等领域。
曲线轮机构
定义
曲线轮机构由凸轮的运 动与曲线配合的导轨构 成，常用于机械驱动系 统。
凸轮机构的应用及分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械领域的重要装置，它能够将旋转运动转化为 直线或摆动运动。本文将介绍凸轮机构的应用及分类，帮助您更好地理解和 应用这一机械原理。
直杆轮机构
1
定义
直杆轮机构由转动的凸轮和与之配合的直杆构成，常用于工程机械。
2
工作原理
凸轮转动时，直杆按一定轨迹往复运动，实现工作机构的运动。
3
应用举例
直杆轮机构广泛应用于冲床、振动筛、旋转机械等领域。交叉摇Fra bibliotek机构定义
交叉摇杆机构由两个交叉配合的摇杆组成，常用于汽车悬挂系统。

第三章凸轮机构

第三章凸轮机构
分析: 点在圆周上作匀速运动, 它在这个圆的直径上 的投影所构成的运动。 凸轮作匀速运动, S2按余弦规律变化→余弦加 速度运动→始点与终点有柔性冲击。
作图:
四.摆线运动规律（正弦运动规律）：
s hh[1/[10 csoisn2(2(//0]0/)/(02)]
a2h12 sin2(/0)/02
速度、加速度均连 续没有突变，无冲击。 可用于高速传动。
冲击。用于中、低
速场合。
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
3 9
:4 :16
作图: (推程)
前半行程(h/2)→等加速 →将每半行程时 →位 1 : 4 : 9 :16 后半行程(h/2)→等减速 间分为χ(4) 份 移 16 : 9 : 4 : 1
3.3 凸轮机构的压力角
凸轮机构中的作用力与凸轮机构压力角
压力角：从动件运动方向与受力方向 夹角的锐角。 压力角越小，机构传动效率越好。 压力角过大，机构将处于自锁状态。 许用压力角：推程[α]=30°-40°
max
压力角与凸轮机构尺寸的关系
tanPCOP OC
BC BC
OCe
BCs r02e2
凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的
§3－2从动件的常用运动规律 p.41
(一)凸轮运动常用术语：图3-5 p.42
基圆：以轮廓的最小向径所作的圆r0－基圆半径 推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。 升程ｈ：推程所移动的距离。
推程运动角φ0 ： 与推程对应的凸轮转角
远休止角φS: 从动件在最远位置不动时对应的凸轮转角

凸轮机构

凸轮机构
四、凸轮机构的优、缺点 优点： 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。 缺点： 凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以 通常多用于传力不大的控制机构。
2 从动件的常用运动规律
一、基础知识
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。
凸轮机构
1
凸轮机构的应用和类型
2
从动件的常用运动规律
1 凸轮机构的应用和类型
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 中应用非常广泛。
一、凸轮机构的组成 主要由： 凸轮、 从动件 机架 三个基本构件的组成。 凸轮机构是由具有曲线轮廓 或凹槽的构件，通过高副接触带 动从动件实现预期运动规律的一 种高副机构
1 凸轮机构的应用和类型
三、类型 2.按从动件的结构形式分 (2)滚子从动件 如图示。为了克服尖顶从动 件的缺点，在从动件的尖顶处安 装一个滚子，即成为滚子从动件。 滚子和凸轮轮廓之间为滚动 摩擦，耐磨损，可以承受较大载 荷，所以是从动件中最常用的一 种型式。 但滚子与转轴之间有间隙， 故不适用于高速的凸轮机构。
2 从动件的常用运动规律
一、基础知识 6.回程: 从动件尖顶以一定运动 规律回到起始位置，这个过 程称为回程。 7.回程运动角δh : 与回程对应的凸轮转角δh。
8.近休止角δs′:从动件在最近位置停留不动，凸轮转角δs′。
9.从动件位移线图:从动件位移S2与凸轮转角δ1之间的关系曲线。
2 从动件的常用运动规律
§3-3
凸轮机构的压力角

第3章 凸轮机构

第3章 凸轮机构

应用：中速、中载。
h s2 1 cos( 1 ) 2 t h1 v2 sin( 1 ) 2 t t h 2 12 a2 cos( 1 ) 2 2 t t
24
余弦加速度运动规律
从动件回程简谐运动方程
25
从动件运动规律的选择
（1）满足机器的工作要求； （2）使凸轮机构具有良好的动力性能； （3）使凸轮轮廓便于加工，尽量采用圆弧、直线等 易加工曲线。
26
3.3 凸轮轮廓设计
根据工作要求合理地选择从动件的运动 规律后，可按照结构允许的空间等具体要求， 初步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的 轮廓。 图解法 解析法
看其中最大值max是否超 过许用压力角[] 。如超过，
应修改，常用的办法是加大
基圆半径。
42
3.4.2 基圆半径的确定
基圆大小影响凸轮机构的尺寸，欲使结构紧 凑，应减小基圆半径；但基圆半径减小会增大压 力角。 先根据凸轮的具体结构条件试选凸轮基圆半 径，对所作的凸轮轮廓校核压力角，若不满足要 求，则增大基圆半径然后再设计校核，直至满足
8’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
e
ω A
k12 k11 k10 k9 kk k1314 15
-ω 1
1 3 5 78
15’ 15 14’ 14 13’
设计过程
1、选比例尺μ
l
=μ s作基圆r0，偏置圆e；
12’
k 13 k21 12 k k8 k4 3 k7k6 k5 11 10 9
27
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制—— 反转法原理 1 对心尖顶移动从动件盘形凸轮 2 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮 3 对心滚子移动从动件盘形凸轮 4 偏置滚子移动从动件盘形凸轮 5 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制

凸轮机构的应用及其分类

凸轮机构的应用及其分类

二）按从动件上高副元素的几何形状分
1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件
三）、根据从动件的运动形式分
1、移动从动件凸轮机构
对
心
偏
心
2、摆动从动件凸轮机构
表中给出了从动件的运动方式及其 与凸轮接触形式的分类和特点。
四)按机构封闭性质分
⑴ 力封闭式 利用弹簧力或
从动件重力使从动件与凸轮 保持接触，如右图所示。
⑵ 形封闭式 利用凸轮或从
动件的特殊形状而始终保持 接触。如下图所示。
五)按从动件导路与凸轮的相对位置分
⑴ 对心凸轮机构
一偏置距离。 从动件导路中心线通过凸轮回转中心。
⑵ 偏心凸轮机构 从动件导路中心线不通过凸轮回转中心，而存在
内燃机
本章完

凸轮机构主要是由机架，凸轮和从动件组 成，凸轮和从动件之间形成高副。 凸轮机构的特点是：结构简单、紧凑，设 计 容易且能实现任意复杂的运动规律。 但 因凸轮与从动件之间系点、线接触， 易于 磨损，故只用于受力不大的场合。

二、凸轮机构的分类
一）按凸轮的形状分
1、盘形凸轮 2、移动凸轮 ３、圆柱凸轮
§3-1
凸轮机构的应用和类型
一、凸轮机构的组成及应用
凸轮机构是一种结构简单且容易实现各种复杂运
动规律的高副机构，广泛应用于自动化及半自动
化机械中。 如图所示为内燃机配气凸轮机构 。凸轮1以等 角速度回转，驱动从动件2按预期的运动规律启闭 阀门。
动画
一、凸轮机构的组成：
机架3 从动件2
1 O1
但易于一按凸轮的形件2滚子从动件3平底从动件二按从动件上高副元素的几何形状分三根据从动件的运动形式分1移动从动件凸轮机构对心偏心2摆动从动件凸轮机构表中给出了从动件的运动方式及其与凸轮接触形式的分类和特点

凸轮机构的应用及其分类

凸轮机构的应用及其分类

凸轮机构在其他领域的应用
除了发动机和机械加工，凸轮机构还被广泛应用于自动化生产线上的物料搬运机器人，实现物料的精确定位和 传递。
凸轮机构的基本构造和原理
凸轮轴
凸轮轴是凸轮机构的核心部件， 用于传递旋转运动和控制运动 轨迹。
凸轮轮廓
凸轮轮廓决定随动件的运动规 律和廓的接触， 实现旋转运动向直线或曲线运 动的转换。
凸轮机构的分类及典型应用
1 按工作特点分类
周期运动凸轮机构、非周期运动凸轮机构、径向平移凸轮机构。
2 按运动形式分类
简单凸轮机构、复杂凸轮机构、单转轴转子式凸轮机构。
3 典型应用
发动机中的配气机构、机械加工中的进给装置、工业生产线上的物料搬运机器人。
常见的凸轮机构分类介绍
周期运动凸轮机构
适用于需要定时、周期性运动 的机械装置，如发动机中的配 气机构。
复杂凸轮机构
由多个凸轮轮廓和随动件组成， 实现多种复杂的运动形式。
单转轴转子式凸轮机 构
用于实现多组凸轮传动的机构， 可实现复杂的运动轨迹。
凸轮机构在发动机中的应用
凸轮机构在发动机中扮演着重要角色，控制气门的开闭，调节燃烧室内气体 流动，实现高效燃烧和动力输出。
凸轮机构在机械加工中的应用
凸轮机构在机械加工中的主要应用是进给装置，通过凸轮的旋转，驱动加工 工件进行线性或曲线运动，实现工件的加工。
凸轮机构的应用及其分类
凸轮机构是一种常用的机械装置，用于将旋转运动转化为直线或曲线运动。 本节将介绍凸轮机构的定义、作用以及基本构造和原理。
凸轮机构的定义和作用
凸轮机构是一种能将旋转运动转化为直线、曲线或往复运动的机械装置。它 以凸轮轴为基础，通过凸轮轮廓和随动件之间的接触与相对运动来实现运动 的转换。

机械基础(凸轮机构)

机械基础(凸轮机构)

s h
3.余弦加速度运动规律：
O
从动件加速度在起点和终点存在 v
有限值突变，故有柔性冲击;
0/2 p h /20
若从动件作无停歇的升－降－升
O
连续往复运动，加速度曲线变为 a
连续曲线，可以避免柔性冲击;
O
可适用于高速的场合。
0/2 p22 h /202
0/2 -p22 h /202
0
0 0
凸轮机构
一.任务资讯
（一）凸轮机构的应用及分类
凸轮：具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。 作等速回转运动或往复移动。 凸轮机构：由凸轮、从动件（推杆）和机架组成的高副机构。
机架3
从动件2
1 O1
凸轮1
（一）凸轮机构的应用及分类
1、凸轮机构的应用(Application of Cams)
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δ0 ' 。 δ0 ' =∠COD
9、近休止：
从动件停留在凸轮最近处。
10、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
11、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或时间t，所画出的图形为位移曲线图。
与推程相应的凸轮转角δ0。 δ0= ∠AOB
O
B'
h
A
δs' D δ0
δ0 ' δs
w
B
C

凸轮机构的类型及应用

凸轮机构的类型及应用
与连杆机构相比，凸轮机构的主要优点是：只要正确 地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动 规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点是： 由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或 线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力 不大的控制机构和调节机构。下面通过实例来说明。
机械设计基础
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凸轮机构的类型及应用
1.1 凸轮机构的特点和应用
凸轮机构是一种常用的机构，它主要是由凸轮、从动 件和机架三部分所组成。由于凸轮与从动件组成的是高副， 所以它属于高副机构。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移 动转换为从动件的移动或摆动。
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凸轮机构的类型及应用
1—凸轮；2—气阀 图7-1 内燃机的配气机构
1—圆柱凸轮；2—从动件 图7-2 送料机构
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凸轮机构的类型及应用
1.2 凸轮机构的类型
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮。如图7-1所示。 （2）圆柱凸轮。如图7-2所示。 （3）移动凸轮。如图7-3所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图7-4 从动件类型
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凸轮机构的类型及应用
3．按从动件的运动方式分类 （1）移动从动件。从动件相对于导路作直线移动。若
导路中心线恰好通过凸轮回转中心，则称为对心移动从动 件，如图7-5（a）；若导路中心线与回转中心有一个偏心 距e，则称为偏置移动从动件，如图7-5（b）。

凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的应用和分类凸轮机构是一种常见于机械工程领域的机构，它被广泛应用于各种机械系统中，如汽车发动机、起重机、工业生产线等。

凸轮机构是一种能够将旋转运动转化为直线运动的装置，它利用凸轮的运动，带动相应的机构运动。

凸轮机构的应用和分类，是一个非常重要的机械工程知识点，下面我们就来详细讨论一下这个问题。

凸轮机构的应用：凸轮机构在机械工程中的应用非常广泛，以下列举几个例子：1.汽车发动机中，凸轮机构用于控制气门的开闭。

2.起重机中，凸轮机构用于控制臂的升降和伸缩。

3.工业生产线中，凸轮机构用于控制机械手臂的运动。

4.印刷机中，利用凸轮机构控制覆盖印刷部件的橡皮辊的平移和压力。

5.普通柴油机中，利用凸轮机构控制喷油泵的柱塞运动。

凸轮机构的分类：凸轮机构可以根据凸轮的类型、传动方式、运动形式等多种方式进行分类，下面我们分别进行介绍：1.按照凸轮类型分类：（1）圆柱凸轮机构：凸轮为圆柱形，常见于发动机的气门机构。

（2）球柱凸轮机构：凸轮为球柱形，常见于重型机械的伸缩臂等。

（3）椭圆凸轮机构：凸轮为椭圆形，可以控制机械构件的速度和加速度，常用于机械加工。

（4）凸缘凸轮机构：凸轮为凸缘形，和环形凸轮不同的是，它的凸轮周长不是圆周，可以通过改变凸轮的外形来控制机构运动。

2.按照传动方式分类：（1）平面副凸轮机构：凸轮的轴线和从动件的轴线在同一平面内，例如喷油泵的凸轮机构。

（2）空间副凸轮机构：凸轮的轴线和从动件的轴线不在同一个平面内，例如空间伸缩臂。

3.按照运动形式分类：（1）转角运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做角度转动，例如喷油泵。

（2）轴向运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做轴向运动，例如发动机气门机构。

（3）直线运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做直线运动，例如冲压机的工作台。

总结：凸轮机构是机械工程中非常常见的机构之一，它具有将旋转运动转化为直线运动的功能，可以控制机械装置的运动，广泛应用于各种机械系统中，如汽车发动机、起重机、工业生产线等。

第三章 凸轮机构

第三章 凸轮机构

3－1 凸轮机构的应用和类型
在机械装置中，尤其是在自动控制机械中，为实现某些特殊 或复杂的运动规律，广泛地应用着各种凸轮机构
二、凸轮机构应用
内燃机凸轮机构 凸轮以等角速度回 转，它的轮廓驱使从 动件（阀杆）按预期 的运动规律打开或关 闭阀门。
3-1 凸轮机构的应用和类型
二、凸轮机构应用
所示为绕线机中用 于排线的凸轮机构， 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， 驱使从动件2往复 摆动，从而使线均 匀地缠绕地绕线轴 上
凸轮1随放音键 上下移动。放音 时，凸轮1处于 图示最低位置， 在弹簧的作用下， 安装于带轮轴上 2 的摩擦轮4紧靠 1 1 卷带轮5，从而 放音键 将磁带卷紧。 放音键
卷带轮 5
3 3 4 4
皮带轮 皮带轮
摩擦 轮
录音机卷带机构
二、凸轮机构应用
当带有凹槽的 凸轮1转动时， 通过槽中的滚 子，驱使从动 件2作往复移动。 凸轮1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。
v o a
δ +∞ δ -∞
o
§3—3
凸轮机构压力角
一、压力角与作用力的关系
二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
一、压力角与作用力的关系
压力角: 从动件上的驱动力与 该力作用点绝对速度之间 所夹的锐角。 凸轮机构的压力角：
1
n
F
3
α
v
2 B
S2 n
e
O C
P
接触点法线与从 动件上作用点速度方 向所夹的锐角。
两滚子中心间的距 离始终保持不变。
缺点：
从动件运动规律的选择受到一定的限制

凸轮机构的类型及应用

凸轮机构的类型及应用

最大压力角max
75 70
25
30
35 40
45
50
55
65 60
15 20
最大压力角max
75 70
25
30 35
40
45
50
55
65 60
15
25 20
30 35 40 50
凸轮转角
60 70 8090 100
25 30 35 40 20
50 607080
Байду номын сангаас15
凸轮转角
90 100
10
5
hro 等速运动
有效分力 Ft=F.cosα 有害分力 Fn=F.sinα
压力角α↓：凸轮机构传力性能愈好。 设计凸轮机构时, 应使最大压力角αmax≤［α］。 式中［α］——许用压力角：
推程时，移动从动件 ［α］=30°～40°, 摆动从动件 ［α］=45°～50°；
回程时，通常取 ［α］=70°～80°。
四、基圆半径的确定
(2) 滚子从动件
优点：滚动摩擦，摩擦阻力小， 不易磨损，承载能力大。 缺点：但滚子轴有间隙，不宜 高速场合。
(3) 平底从动件
优点：凸轮与从动件间的作用力 始终垂直于从动件的平底 ，因此传 动平稳；接触面间容易形成油膜 ， 润滑较好，效率高。
缺点：但运动规律受到一定的限制。 F
常用于高速重载的场合。
0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0
10 200 300 5 350 0.01
hrob 正弦加速度运动
0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0
3、简谐运动规律
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■ 靠模车削机构
工件1回转，凸轮3作为 靠模被固定在床身上, 刀 架2 在弹簧作用下与凸轮 轮廓紧密接触。
当拖板4纵向移动时,刀 架2 在靠模板(凸轮)曲线 轮廓的推动下作横向移动， 从而切削出与靠模板曲线 一致的工件。
■自动送料机构 2
1 3
➢ 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个 基本构件组成的高副机构。
(2) 移动凸轮： 凸轮相对 机架作直线运动。
(3) 圆柱凸轮： 带槽的圆 柱体所形成的凸轮,是一种空 间凸轮。
2. 按从动件形状分类
(1) 尖底从动件 优点：尖顶从动件能与任意复杂的 凸轮轮廓保持接触，因而能使从动 件实现任意的运动规律。 缺点：结构简单, 但磨损快，多用 于受力不大的低速凸轮机构中。
(2) 滚子从动件
优点：滚动摩擦，摩擦阻力小， 不易磨损，承载能力大。 缺点：但滚子轴有间隙，不宜 高速场合。
(3) 平底从动件
优点：凸轮与从动件间的作用力 始终垂直于从动件的平底 ，因此传 动平稳；接触面间容易形成油膜 ， 润滑较好，效率高。
缺点：但运动规律受到一定的限制。 F
常用于高速重载的场合。
➢ 凸轮机构可使从动件实现预期的运动规律。 从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓形状。
➢ 凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适 用于传递动力不大的场合。
因此，凸轮机构广泛用于各动化、半自动化 械中。
二、凸轮机构的分类 1. 按凸轮形状分类 (1) 盘形凸轮： 它是一种有向径变化的绕 固定轴转动的盘形零件。
凸轮机构类型及应用
凸轮机构
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，在运 动时可使从动件获得连续或间歇的任意运动规律。
凸轮机构广泛用于传递动力不大的各种机器和 机构中。
凸轮机构概述
一、凸轮机构的应用
■ 内燃机配气机构
盘形凸轮1匀速转动,通 过其曲线轮廓向径的变化, 驱动从动件2 按内燃机工 作循环的要求有规律地开 启和闭合。
有效分力 Ft=F.cosα 有害分力 Fn=F.sinα
压力角α↓：凸轮机构传力性能愈好。 设计凸轮机构时, 应使最大压力角αmax≤［α］。 式中［α］——许用压力角：
推程时，移动从动件 ［α］=30°～40°, 摆动从动件 ［α］=45°～50°；
回程时，通常取 ［α］=70°～80°。
四、基圆半径的确定
0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0
10 200 300 5 350 0.01
hrob 正弦加速度运动
0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0
200 300 350
5 0.01 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0
3、按从动件运动形式 （1）直动凸轮机构 （2）摆动凸轮机构
4. 按凸轮与从动件的基础方法分类 (1) 力锁合凸轮机构 靠重力、 弹簧力或其他外力使从动件与凸轮 始终保持接触的凸轮机构。（如内燃机配气机构）
(2) 形锁合凸轮机构 利用本身的几何形状,使从动件与凸轮始终 保持接触的凸轮机构。（如圆柱凸轮机构利用 滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来保持接触。）
限制基圆半径的主要条件：
✓结构紧凑； ✓凸轮的基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rS ； ✓最大压力角max许用压力角[]
基圆半径ro↓：压力角α↑ 1、根据凸轮轴的半径来确定→检查压力角
凸轮-轴一体：r0 略大于轴的半径 rs
凸轮-轴分体：r0 = (1.6～2) rs
2、工程上常常借助于诺模图来确定凸轮的 最小基圆半径。
■沟槽凸轮
常用的从动件运动规律
一、 凸轮机构的运动过程 图示为一对心直动尖顶从动
件盘形凸轮机构，凸轮以等角
速度ω1顺时针转动。
以凸轮轮廓最小向径 ro 为半
径所作的圆称凸轮基圆。 r0 ——基圆半径。
■ 凸轮机构的运动过程
二、常用从动件的运动规律 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（或凸轮转角δ） 的变化规律。
确定凸轮基圆半径ro。 作图得 hrb0.26，rb190.2673.08mm
谢谢观赏！
2020/11/5
28
2）只适用于低速轻载的场合。
2. 等加速-等减速运动规律 s
推程的前h/2为等加速, 后半h/2为等减速运动。 ◆ 推程运动方程
v
4
h2
h2
,t
2h
◆位移线图的绘制
,t a 4h2 2
,t
◆ 等加速等减速运动规律运动特性
1）柔性冲击—从动件在某瞬时加速度发生 有限值的突变所引起的冲击。
2）适用于中速轻载的场合。
0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0
200 300 350
5 0.01 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0
10
hrb 等加速等减速运动
85 5 0.01 80 10
0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0
hrb 余弦加速度运动
85 80
15 20
通常用s-δ、υ-δ、a-δ曲线来表示。
常用的从动件运动规律有: 等速运动规律、等 加速-等减速运动规律、余弦加速度运动规律等。
1. 等速运动规律
位移线图
◆ 推程运动方程：
s h
v h
a0
速度线图 加速度线图
◆位移线图的绘制
s
h
,t
v
a
,t
,t
◆ 等速运动规律运动特性 1）刚性冲击—从动件在某瞬时速度突变， 其加速度及惯性力在理论上均趋于无穷大。
最大压力角max
75 70
25
30
35 40
45
50
55
65 60
15 20
最大压力角max
75 70
25
30 35
40
45
50
55
65 60
15
25 20
30 35 40 50
凸轮转角
60 70 8090 100
25 30 35 40 20
50 607080
15
凸轮转角
90 100
10
5
hro 等速运动
3、简谐运动规律
s
加速度按余弦曲线变化 —正弦加速度运动规律。
全行程中无速度和加速 度的突变，因此不产生冲 击——适用于高速场合。
h
,t
v vmax1.57h
,t
a
amax4.93h2Φ 2
,tLeabharlann 三、凸轮机构压力角压力角：从动件接触点的受力方 向与从动件上该点速度方向的夹
角，用α表示。
将从动件受力Ｆ正交分解为：
10
hro 等加速等减速运动
85 5 0.01 80 10
0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0
hro 余弦加速度运动
85 80
15 20
最大压力角max
75 70
25
30
35 40
45 50
55
65 60
15 20
最大压力角max
75 70
25
30
35
40
45
50
55
65 60
例：45º，h19mm，正弦加速度运动，推程压力角 30º，
15
25 20
30 35 40 50
凸轮转角
60 70 8090 100
25 30 35 40 20
50 607080
15
凸轮转角
90 100
10
5
hro 等速运动
0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0
10 200 300 5 350 0.01
hro 正弦加速度运动