摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数

凸轮曲线设计当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。

设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。

几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。

对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。

圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。

本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。

1 几何法反转法设计原理：以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例：凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。

为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。

根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。

由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。

1). 直动从动件盘形凸轮机构尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构：已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。

运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下：1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。

2) 将位移线图s-f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。

时, 说明机构处于回程运动。 此外, 经分析可知, 只要按op、o1p 和 Α的代数值计算, 则上述
各式同样适用于回程段和休止段的计算。
2 凸轮廓线的计算
设计中确定出 A 、L 、rb 和 r0 之后, 即可按图 2 所示流程图编程计算凸轮工作廓线坐 标和压力角。
算例: 某滚子摆动从动件盘形凸轮机构如图 1 所示。已知摆杆长度L = 170 mm , 最大 摆角 Ωm = 30°, 滚子半径 r0= 15 mm , 中心距 A = 200 mm , 推程角为 150°, 远休止角为 60°,
ddΩ∆=
0 (150°≤∆≤210°) - Π8 sin (Π(∆- 210) 120) (210°≤∆≤330°)
0 (330°≤∆≤360°) 据上述公式按图 2 编程, 并取 rb= 70 mm , ∆ 的步长为 1°, 在微机上算出了凸轮工作廓
第 2 期 李建功: 滚子摆动从动件盘形凸轮廓线和压力角的一种计算方法 4 1
回程角为 120°, 近休止角为 30°, 摆杆在推、回程皆做余弦加速度运动, 许用压力角[ Α]= 35°, 试设计该凸轮的工作廓线。
解: 经整理得摆杆做余弦加速度运动时的角位移方程为:
图 2 计算流程图
15°× (1- co s(Π∆ 150) ) (0°≤∆≤150°)
0 引 言
目前, 有关凸轮设计的各种资料中, 关于滚子摆动从动件盘形凸轮的解析法设计, 多 沿袭图解法设计的思路, 利用“反转法”原理先求理论廓线, 然后根据理论廓线再计算工作 廓线 (实际廓线) [1]。 这样, 要想计算凸轮的工作廓线坐标, 必须先计算其理论廓线。 实际 上, 借助于速度瞬心可以不计算理论廓线而直接计算工作廓线上各点的坐标, 也可以不经 计算工作廓线而直接计算加工凸轮时刀具中心的轨迹坐标。 本文利用瞬心的性质建立了 一套计算滚子摆动从动件盘形 凸轮廓线坐标和压力角的解析 式。

MATLAB在摆动滚子从动件盘形凸轮机构设计中的应用摘要：凸轮机构可以使从动件准确的实现某种预期的运动规律，它广泛的应用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。

本文将从凸轮机构的压力角及其基本尺寸的设计、从动件的运动规律、凸轮廓线的设计等方面介绍matlab在摆动滚子从动件盘形凸轮机构设计中的应用。

关键词：摆动滚子从动件盘形凸轮机构 matlabthe application of matlab in the oscillating roller follower disc cam mechanism designli hailong， luo fengming（southwest jiaotong university emei， le shan si chuan province ，614202）abstract：cam mechanism can make the follower accurately realize some expected movement which is widely used in automatic machinery， automatic control equipment and assembly production line. the article will introduce the application of matlab in the oscillating roller follower disc cam mechanism design from the pressure angle of cam and its basic size design， the motion law of the follower and cam profile design etc.key words： disk cam mechanism with oscillating roller follower；matlab1.问题的描述设计一个摆动滚子凸轮机构，要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。

第5章凸轮机构1．从动件的运动规律:等速，等加速等减速，余弦加速度，正弦加速度2．动力特性:刚性冲击，柔性冲击3．设计原理:反转法，比例尺，等分基圆，偏置从动件压力角与自锁条件4．基本参数:基圆半径，滚子半径，平底尺寸【思考题】5-1 凸轮机构的应用场合是什么？凸轮机构的组成是什么？通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触？5-2 凸轮机构分成哪几类？凸轮机构有什么特点？5-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？5-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些？各有什么特点？5-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么？为什么要采用这种原理？5-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓？5-7 设计凸轮应注意那些问题？5-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例，分析其类型和运动规律?A级能力训练题1.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，运动规律产生柔性冲击，运动规律则没有冲击。

2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速的情况，宜用于中速，但不宜用于高速的情况，而可在高速下应用。

3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现凸轮轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。

4.移动从动件盘形凸轮机构，当从动件运动规律一定时，欲同时降低升程的压力角，可采用的措施是。

若只降低升程的压力角，可采用方法。

5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。

6.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采用的措施是__________________________________________。

7.与其他机构相比，凸轮机构的最大优点是。

（1）便于润滑（2）可实现客种预期的运动规律（3）从动件的行程可较大（4）制造方便，易获得较高的精度8.凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角，而凸轮机构的尺寸。

（1）增大（2）减小（3）不变（4）增大或减小9.设计凸轮廓线对，若减小凸轮的基圆半径r b，则凸轮廓线曲率半径将。

凸轮机构基本参数的设计前节所先容的几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线，其基圆半径r0、直动从动件的偏距e或摆动从动件与凸轮的中心距a、滚子半径rT等基本参数都是预先给定的。

本节将从凸轮机构的传动效率、运动是否失真、结构是否紧凑等方面讨论上述参数的确定方法。

1 凸轮机构的压力角和自锁图示为偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构在推程的一个位置。

Q为从动件上作用的载荷（包括工作阻力、重力、弹簧力和惯性力）。

当不考虑摩擦时，凸轮作用于从动件的驱动力F是沿法线方向传递的。

此力可分解为沿从动件运动方向的有用分力F'和使从动件紧压导路的有害分力F''。

驱动力F与有用分力F'之间的夹角a（或接触点法线与从动件上力作用点速度方向所夹的锐角）称为凸轮机构在图示位置时的压力角。

显然，压力角是衡量有用分力F'与有害分力F''之比的重要参数。

压力角a愈大，有害分力F''愈大，由F''引起的导路中的摩擦阻力也愈大，故凸轮推动从动件所需的驱动力也就愈大。

当a增大到某一数值时，因F''而引起的摩擦阻力将会超过有用分力F'，这时无论凸轮给从动件的驱动力多大，都不能推动从动件，这种现象称为机构出现自锁。

机构开始出现自锁的压力角alim称为极限压力角，它的数值与支承间的跨距l2、悬臂长度l1、接触面间的摩擦系数和润滑条件等有关。

实践说明，当a增大到接近alim时，即使尚未发生自锁，也会导致驱动力急剧增大，轮廓严重磨损、效率迅速降低。

因此，实际设计中规定了压力角的许用值[a]。

对摆动从动件，通常取[a]=40～50；对直动从动件通常取[a]=30～40。

滚子接触、润滑良好和支承有较好刚性时取数据的上限；否则取下限。

对于力锁合式凸轮机构，其从动件的回程是由弹簧等外力驱动的，而不是由凸轮驱动的，所以不会出现自锁。

因此，力锁合式凸轮机构的回程压力角可以很大，其许用值可取[a]=70～80。

第5章凸轮机构1．从动件的运动规律:等速，等加速等减速，余弦加速度，正弦加速度2．动力特性:刚性冲击，柔性冲击3．设计原理:反转法，比例尺，等分基圆，偏置从动件压力角与自锁条件4．基本参数:基圆半径，滚子半径，平底尺寸【思考题】5-1 凸轮机构的应用场合是什么？凸轮机构的组成是什么？通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触？5-2 凸轮机构分成哪几类？凸轮机构有什么特点？5-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？5-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些？各有什么特点？5-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么？为什么要采用这种原理？5-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓？5-7 设计凸轮应注意那些问题？5-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例，分析其类型和运动规律?A级能力训练题1.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，运动规律产生柔性冲击，运动规律则没有冲击。

2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速的情况，宜用于中速，但不宜用于高速的情况，而可在高速下应用。

3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现凸轮轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。

4.移动从动件盘形凸轮机构，当从动件运动规律一定时，欲同时降低升程的压力角，可采用的措施是。

若只降低升程的压力角，可采用方法。

5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。

6.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采用的措施是__________________________________________。

7.与其他机构相比，凸轮机构的最大优点是。

（1）便于润滑（2）可实现客种预期的运动规律（3）从动件的行程可较大（4）制造方便，易获得较高的精度8.凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角，而凸轮机构的尺寸。

（1）增大（2）减小（3）不变（4）增大或减小9.设计凸轮廓线对，若减小凸轮的基圆半径r b，则凸轮廓线曲率半径将。

拓展任务
（1）运动失真 从减小接触应力的角度来看，滚子半径越大越好，但是滚子增大后
对凸轮实际轮廓线有很大的影响。 运动失真的概念：凸轮的实际轮廓，不能使从动件实现预期给定的
运动规律的现象。
（2）防止凸轮机构运动失真的条件 ρmin＞rT
二、总结
设计基圆半径
凸轮许用压力角 凸轮基圆半径ro
设计凸轮机构
一、设计凸轮
（二）凸轮轮廓曲线的设计
6.凸轮孔及键槽的设计
在凸轮参数中，输入凸
轮半径20mm，孔直径 20mm，凸轮厚度30mm，
勾选“自定义键槽”，在自 定义键槽”对话框中，直径 输入“20”，点击“保存并 退出”。
一、设计凸轮
（三）凸轮设计结果
凸轮对话框
设计结果
拓展任务
设计一尖顶对心直动凸轮机构，实现：水平、垂直推料顶杆作直线往复运
构产生自锁现象。
凸轮压力角
一、设计凸轮
（一）设计基圆半径
1.凸轮许用压力角
（3）许用压力角[α] 最大压力角αmax≤[α]
对于回程，因载荷很小，且从动件在锁合力作用 下返回，不易出现自锁，通常只需校核推程压力角。
一般设计中，直动从动件推程中的 [α]=30º~38º， 摆动从动件推程[α]=40º~45º。
凸轮压力角
一、设计凸轮
（一）设计基圆半径
2.凸轮基圆半径ro
h/r0= 基圆1 半径r0=20
Байду номын сангаас
凸轮模拟图
一、设计凸轮
（二）凸轮轮廓曲线的设计
1.打开插件
打开今日制造插件，点 击“辅助设计工具”，然后 点击“三维设计”，找到凸 轮项目，“打开插件”。
一、设计凸轮

适用场合：中速、轻载。
A
B
t
S
t

a
t t
c).简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
简谐运动：当一点在圆周上等速
运动时，它在直径上 的投影的运动.
运动特性：这种运动 规律的加速度在起点和终 点时有有限数值的突变， 故也有柔性冲击。
适用场合：中速、中载。
d).正弦加速度运动规律
——摆线运动规律
凸轮和滚子的工作表面要求：硬度高 耐磨 有足够接触强度
经常受冲击的：凸轮芯部有较强的韧性 凸轮材料：40Cr钢（表面淬火，HRC40～45) 20Cr、20CrMnTi（表面淬火,HRC56～62) 滚子材料：①20Cr钢（渗碳淬火，HRC56～62) ②用滚子轴承作为滚子
5.2 常用从动件运动规律
r0↑， α↓， 凸轮机构传力性能越好， 但机构不紧凑。
∴可通过增大基圆半径r0来获得较小的压力角α 。 根据结构条件→基圆半径r0

凸轮轴：r0略 r轴 单独凸轮：r0 （ 1.6 2）r轴
5.4.3 滚子半径的确定
设：滚子半径为rT ，理论廓线的曲率半径为ρ，
实际廓线的曲率半径为ρ’。
已知：基圆半径为r0, ω逆时针，推杆的运动规律如图所示。 设计：对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
2.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构
已知: 基圆半径为r0,滚子半径rT, ω逆时针。 推杆的运动规律如图所示。 设计：对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
3.对心直动平底从动件盘形凸轮机构
◆使凸轮机构具有良好的动力特性；
◆使所设计的凸轮便于加工。 2.根据工作条件确定从动件运动规律 (1)对无一定运动要求,只需对从动件工作行程有要求。

3。要注意推杆在反转时的位移（是 指从基圆向外量起的到理论廓线的 线段）。
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
第9章 思考题
1。在设计直动推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线时，若 机构的最大压力角超出了许用值，试问可采用哪 几种措施来减小最大压力角或增大许用压力角？
2。设计凸轮基圆半径时应考虑哪些因素？
3。若用滚子推杆的凸轮机构，当出现运动失真时， 应采取哪些措施？
（3）图示位置时推杆位移？
8。图示为摆动滚子推杆盘形 凸轮机构：凸轮是一个半 径为R的偏心圆盘，滚子半 径为r,
（1）基圆半径r0? (2)当滚子从C到D点接触过 程中，凸轮转过多大角度？
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
9。为什么要对凸轮机构的压力角加以限制（应对推程和 回程分别讨论）？
10。当直动尖顶推杆盘形凸轮机构发生自锁现象时，应 采取哪些措施？
平底从动件也会出现运动失
真的情况：一方面，要保证从 动件平底 与凸轮总是相切接触，
则平底的尺寸需要足够大，否 则就会出现运动失真；另一方 面，具有平底从动件的凸轮机 构，其凸轮轮廓的向径不能变 化太快，否则也会出现运动失 真，可加大基圆半径来消除这 种失真。
平底尺寸：
l 2lmax (5 ~ 7)mm
讨论压力角：
（1）压力角是推杆与凸轮接触点处 凸轮法线方向与推杆该点的速度 方向所夹的锐角；
（2）当凸轮廓线的不同点与推杆接 触时，压力角也不同；
（3）压力角是对应于凸轮的理论廓 线的。
不同机构压力角的标定：
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
二、凸轮基圆半径的确定
基圆半径与压力角的关系：

试画出下列平面机构的机构简图（示意图），并计算其自由度。

（1）唧筒机构（2）偏心油泵机构试画出下列平面机构的机构简图（示意图），并计算其自由度。

（1）将图示凸轮拨杆机构中的所有构件用数字1，2，3，…在图上标注出来，所有运动副用字母A，B，C，…标注出来。

（2）试分析图示机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。

如有，请明确指出来。

（3）请绘制此机构在图示位置时高副低代后的机构简图。

（4）试计算图示机构高副低代前原高副机构的自由度和高副低代后低副机构的自由度。

1、当偏心圆A为原动件时，此机构能否作确定的相对运动？为什么？2、将机构中的高副用低副来代替；3、此机构为几级机构？为什么？试求出下列各机构在图示位置的全部瞬心。

图示为半自动印刷机的活字移动台机构的运动简图。

已知曲柄的等角速度ω1=3rad/s，试求移动台5的速度大小和方向。

设在图示机构中各构件的尺寸及原动件1的角速度ω1均为已知。

滚子3与机架6，及滚子4与滚子3之间均作无滑动的滚动。

试求构件1与构件5的传动比ω1/ω5。

在图示摆动导杆机构中，∠BAC=135°，l AB=120mm，l AC=240mm，曲柄AB以等角速度ω1=15rad/s转动（方向如图），试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。

在图示铰链四杆机构中，已知：l BC=50mm，l CD=35mm，l AD=30mm，AD为机架，（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄，求l AB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB的取值范围；（3）若此机构为双摇杆机构，求l AB的取值范围。

设计一曲柄摇杆机构，已知其摇杆长度l CD=75mm，机架长度l AD=100mm，摇杆的一极限位置与机架间的夹角ψ=45°，行程速比系数K=1.5。

试确定曲柄长度l AB和连杆长度l BC，只求一解即可，并标出最小传动角γmin。

用图解法设计一偏置曲柄滑块机构。

凸轮设计凸轮机构中，从动件的运动规律与凸轮轮廓曲线存在着对应关系。

要进行凸轮设计，首先需根据工作要求和使用场合，选择从动件运动规律。

从动件远离凸轮回转中心的这一行程称推程，对应的凸轮转角称为运动角；从动件靠近凸轮回转中心的这一行程称回程，对应的凸轮转角称为回程运动角；对应于从动件在离凸轮回转中心最远处停止不动时间凸轮的转角称为远休止角；对应于从动件在离凸轮回转中心最近处停止不动时间凸轮的转角称为近休止角；从动件的最大行程称为升程h。

常用的从动件运动规律包括：等速运动规律：该运动规律的速度曲线不连续，从动件在运动起始和终止位置速度有突变，理论上加速度在此时变为无穷大，从动件产生无穷大的惯性力。

实际上由于材料具有弹性，加速度和惯性力都不会无穷大，但仍会使机构产生刚性冲击。

等加速等减速运动规律：其速度曲线连续，加速度在起始、中间、终止位置有突变，引起惯性力的突然变化，导致柔性冲击。

简谐运动规律：速度曲线连续，加速度在起始、终止位置有突变，引起柔性冲击。

摆线运动规律：速度加速度均连续变化，无冲击。

3－4－5次多项式运动规律：速度加速度均连续变化，无冲击。

此处，仅给出计算等速运动规律的位移、速度、加速度公式，其他运动规律的计算方法见文献【10】。

推程：(2－1)(2－2)(2－3)回程：(2－4)(2－5)(2－6)式中表示由推程起始点算起凸轮的转角。

在实际工作中，应根据不同的工作情况选择从动件不同的运动规律，为了获得更好的运动和动力特性，还可以把几种常用的运动规律组合起来使用，这种组合称运动曲线的拼接。

本文软件中提供了以上五种运动规律曲线。

2.1.1 凸轮校验2.1.1.1 压力角凸轮廓线决定从动件的运动，设计不好，将使从动件不能准确、有效地实现预期的运动规律。

凸轮检验的指标是压力角和实际廓线的曲率半径[10]。

压力角表示凸轮实际廓线上某点与从动件接触时，在不计摩擦的前提下，凸轮廓线在该点上的法线方向与从动件速度方向所夹的锐角。

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

维普资讯
第ｌ 期
毕艳 丽等： 摆动滚 子从 动件 盘形 凸轮 机构设 计的 解析 法
３ ７
２ 机构基本尺寸 的确 定
２ １ 基 本尺 寸确定 的方 法 ． 图 ２中 ０ 为摆杆 的 回转 中心 ， 为滚 子摆 杆的滚 子 中 以 心． 到 Ａ Ａｏ 为按给 定运 动规律 ＝ ， 作 出的摆 杆 各个 （
０ 前
言
摆动 滚 子从 动件盘 形 凸轮 机构 的设计 主要 包 括基 本尺寸 的确 定 和 凸轮 轮 廓 的设计 ． 本尺 寸 主 要 ： 基 是根 据压 力 角确定 的 ， 凸轮 轮廓是 根据 基本尺寸 和从 动件 的运动规律 设 计的． 去这 两部 分的 设计 常常 采 过
用图解法 ， 虽然图解法简单 、 直观， 但精度低， 随着计算机技术的发展和数控机床的普及 ， 凸轮机构设计的 解析 法 正逐 步取 代 传统的 图解法 ．
—
ｚ１一 （
。 ） — １一 ）ｉ ， ｓ ， （ ｓ ｎ 由点斜 式 可写出任 意 斜 线的 方程． 同理 ， 任意 ｎ 斜线 ， 率 为 对 斜
一 ｃｔ［］一 ）各 。 点 的坐标 为 ： 一 （ ）。 ， 一 （ 。（ ， １＋ ｃｓ １＋ ）ｉ 同样可 写出 任意 ｎ 斜 线 ｓ ， ｎ
１ 机构压力角的计算
如图 １ 示 ， 所 为摆 动从 动件 盘形 凸轮 机 构 的压力 角示意 图． 摆杆长 度 Ｄ Ａ ＝ ｆ机 架 ，
长 Ｄｌ ２ ｎ ０ ＝ ．
过瞬心 ｊ作摆杆 ）
延长线 于 Ｂ 点． 则有 ：
ｔ ａｎａ ＝
的垂直线 ， 交
嚣一
ｄ
—
寤
０ｌ Ｐ —Ｐ ＋ Ｏ￣ — ａ

广东工业大学华立学院课程设计（论文）课程名称机械原理课程设计题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系）机电工程学部专业班级机械班学号学生姓名 lilili指导教师2012 年6月28日目录目录......................................... 错误！未定义书签。

课程设计（论文）任务书. (3)摘要....................................... 错误！未定义书签。

一、根据已知基尺寸做出圆..................... 错误！未定义书签。

二、绘制推杆的位移图线....................... 错误！未定义书签。

三、用反转法设计图轮廓线..................... 错误！未定义书签。

四、压力角是否满足许用压力角的要求.......... .错误！未定义书签。

五、参考文献...............................................- 11 -广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系）机电工程学部专业班级机械班姓名学号设计一个偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。

设计参数如表中所示，凸轮回转方向为顺时针（或逆时针），从动件推程以正弦加速度运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律下降，其中，e、r r、r b、h分别代表偏距、滚子半径、基圆半径及从动件最大升程，ф、фs、ф‘、фs’分别代表凸轮的推程角、远休止角、回程角及近休止角。

1、设计数据：设计内容偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计符号 e r r r b h ффsф‘фs’单位mm (º)数据10 55 40 180 30 120 302、设计要求1）、用图解法设计此盘形凸轮机构，正确确定偏距e的方向；2）、用图解法设计此盘形凸轮机构，将计算过程写在说明书中。

轴上。可通过键联接式、销联接式和弹性开口锥套螺母联接式 与轴联接。
2．滚子从动件结构 滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，也可采用滚
动轴承。滚子与从动件顶端可用螺栓联接，应保证滚子相对 从动件能灵活转动。
本章基本内容讲述结束
谢谢配合
①选比例尺μl作基圆rmin;
11’
②反向等分各运动角;
10’
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。
-ω1
三、摆动从动件盘形凸轮机构
摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1，
摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位 移方程，设计该凸轮轮廓曲线。
机械设计基础
单元二 凸轮机构
第一节 概述 第二节 从动件常用运动规律 第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓 第四节 用解析法设计凸轮轮廓曲线 第五节 凸轮机构设计中的几个问题 第六节 凸轮常用材料和结构
第一节 概述
一、凸轮机构的应用和特点
结构：三个构件—凸轮、从动件、机架。 凸轮：具有控制从动件运动规律的曲线轮廓或凹槽的主动件。 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。 缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。 应用：内燃机 、缝纫机挑线机构、自动车床等。
5 6 s2
4
3
h
设计：潘存云
2 1
δ1
1 2 34 5 6
δt v2 Vmax=1.57hω/2δ0
回程：
δ1
s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2
v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)/2δh
a2
a2＝-π2hω21 cos(πδ1/δh)/2δ2h

O
Ov
1
1
2 3 4 5 6 234 56
速度的变化率(即跃度j)在这些 位置为无穷大——柔性冲击
v
O
2
适应场合：中速轻载
O
2
a a0
O 2
j
3.简谐运动(余弦加速度运动)
当质点在圆周上作匀速运动 时，它在该圆直径上的投影所构 成的运动规律—简谐运动
s
h 2
1
cos
π Φ
φ
特点：有柔性冲击
作平底的内包络线，即为所要设计 的凸轮廓线
4.4 解析法设计平面凸轮轮廓曲线
一、直动滚子从动件盘形凸轮
已知：凸轮以等角速度 逆
y
时针方向转动，凸轮基园半
径ro、滚子半径rr，导路和凸
e
轮轴心间的相对位置及偏距e，
B0 ''
n
从动件的运动规律 s s(。)
1. 理论廓线方程: B(x, y)
s0 O
4.1.2 凸轮机构的分类
1. 按凸轮的形状分类
盘形凸轮 移动凸轮
圆柱凸轮
盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛
移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动
圆柱凸轮：空间凸轮机构
2. 按从动件的形状分类
尖端能以任意复杂的凸轮轮廓 保持接触，从而使从动件实现 任意的运动规律。但尖端处极 易磨损，只适用于低速场合。
d
min
s
e
L
rρ
rb r' Cu
O
4.6 圆柱凸轮机构
一、直动从动件圆柱凸轮机构
O
rm 1
O a)
v1
η η
1
η 2
v2

(a)rR <( B )min8
4. 摆动从动件凸轮机构
Φ(δ) 图解法 解析法
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6
5. 平底从动件凸轮机构 可用于高速凸轮机构，如内燃机配气机构
廓线必须为外凸，即ρ>0。 偏置不影响运动规律
图解法 解析法
理论廓线与实际廓线 0
平底宽度
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6. 凸轮机构设计中的基本问题
已知理论廓线求实际廓线的方法：图解法与解析法 外包络线和内包络 线
组合运动规律
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推程运动线图 推程运动线图
3
3. 移动滚子（尖底）从动件盘形凸轮机构 图解法：基圆 反转法 偏距圆 e, 基圆半径 rp
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移动滚子从动件盘形凸轮廓线画法： 实际廓线 理论廓线
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理论廓线的解析求法 正偏置 N=1 and 负偏置 N=-1
凸轮的加工：铣刀中心的轨迹求法
凸轮机构压力角α
S ' ( ) N *e S &#( ) S0 S( )
曲率半径 ρ T =B –rR>0
Pitch curve
rR
B
T
TB
基圆和压力角等都在理论廓线上。
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Cam contour
• (3) 按从动件形状可分为
(a) 尖底从动件凸轮机构
(b) 滚子从动件凸轮机构
(c) 平底从动件凸轮机构
(4) 按维持从动件与凸轮的接触方式可分为 1
(a) 力封闭凸轮机构
(b) 形封闭凸轮机构
(c) 等宽凸轮机构
(d) 等径凸轮机构
2
(e) 共轭凸轮机构