第4章 凸轮机构-研究型教学

2、从动件演化 follower
尖顶
tip
滚子
roller
平底
Flat-faced
球状
Spherical-faced
3、从动件运动形式 直动
Rectilinear translation
摆动
rocking
4、相对位置演化 对心
in-line
偏心
eccentric
§4-3 凸轮机构 工作过程
名词术语及符号 基圆 基圆半径rmin 推程 推程运动角 远休止角 回程 回程运动角 近休止角 行程
始末两瞬时：
Rigid impulse
刚性冲击
（2）等加速等减速运动规律 uniformly accelerated
and retarded motion
在始、中、末三瞬时有
柔性冲击 Flexible impact
（3）五次多项式运动规律 quintic polynomial motion
既无刚性冲击， 又无柔性冲击。 无冲击， 适用于高速凸轮。
F / F cos F // F sin
α↑ F/↓
F//↑ 自锁性↑
不计摩擦时，凸轮与从动件在 某瞬时接触点处的公法线方向与从 动件运动方向之间所夹的锐角。
凸轮机构压力角的标示：
n n Fn Fy Fn Fy
α
t Fx s A
α
Fx t A φ
B
B
r0
0 P
rb
φ o
ω
e
n
n
ω
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
课堂研讨：圆珠笔送进机构
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
课堂研讨：多轴凸轮组合机构
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
课程设计：纸盒自动封盖机构
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运动关系
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 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。
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
二．基本形式 Basic form
对心 直动 尖顶 盘状
in-line Rectilinear translation tip disk
二．基本形式 Basic form
三．演化形式
Evolution form
1、凸轮演化 盘状
disk
半径↑
移动
translating
卷绕
圆柱
cylindrical
+∞ δ -∞
1
1
将几种运动规律组合， 以改善运动特性。
正弦改进等速
三．推杆的运动规律的选择
1、对运动规律未要求。
圆弧、直线或其他简单曲线
2、对运动规律有严格要求。
夹紧机构
刀架进刀
§4-5 凸轮轮廓曲线的设计
按运动规律
设 计
一一对应
凸轮轮廓
Cam outline
一、凸轮廓线设计的基本原理
从动件尖顶相对凸轮的运动轨迹形成凸轮轮廓曲线。
作业：(4.3，4.4，4.10) 4.14，4.17，4.19
解析题：
解答:来自同学的奇思妙想
一个循环
B’
h A D
δ’s
δh
s2
rmin
δt δs
o δ t δs
ω1
B
t δh δ’s δ 1C§4-4 从动件的运动规律
一.从动件运动规律
s＝ s( t ) ＝ s( δ ) v＝ v( t ) ＝ v( δ ) a＝ a(t) ＝ a(δ )
凸轮轮廓
一一对应
运动规律
（1）等速 运动规律 uniform motion
第4章 凸轮机构设计
Cam Mechanism and Its Design
内燃机配气机构
§4-1
1．应用 Application
概 述
实例
自动机床进刀机构 等速运动凸轮绕线机构
2．特点 characteristic
适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律， 结构简单，紧凑；但易磨损，传力不大。
3．思考 Thinking
2.凸轮机构的压力角与基圆半径的关系
基圆半径 r0 ↑ 机构传力特性↑ 压力角α↓
机构尺寸↑
原 则：
受力允许的情况下，尽量取 较大压力角，凸轮尺寸小。
3.凸轮基圆半径的确定
r0越小,α越大,凸轮机构紧凑; 但α越大,会造成 αmax > [α],所以r0不能过小.
r0 (1.6 2)d
反转法原理
kinematic inversion
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 已知凸轮基圆半径rmin，角速度ω 1 和从动件的运动规律。
7’ 5’ 3’ 8’
-ω 1
ω1
9’10’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
1’
1 3 5 78
设计步骤小结：
15 14’ 14 13’ 13 12 11 10 9 12’ 11’
设计步骤：
①选比例尺μl 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，从动件平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线。
10’ 9’
§4-6 凸轮机构基本尺寸的确定
1.凸轮机构作用力与压力角 压力角α：推杆受正压力方向与推杆上该点速度方向夹锐角。
滚子半径的确定问题
结论：外凸的凸轮轮廓曲线, 应使 min r0 ，通常取 r0 0.8 min 同时ρa>=1-5mm,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而 也不能做得太小，通常取滚子半径rr=0.4r0 。
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
课堂研讨：凸轮机构组合运动形式
滚子接触
理论廓线－尖点接触
工作廓线－包络线
4.对心直动平底从动件盘形凸轮 凸轮基圆半径rmin，角速度ω 1 和从动件的运动规律。
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
-ω 1
ω1
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
（4）余弦加速度运动规律 simple harmonic motion
在起始和终止处 理论上a2为有限值， 产生柔性冲击。
（5）正弦加速度运动规律 cycloidal motion
（摆线运动） 既无刚性冲击， 又无柔性冲击。
3、改进型运动规律
s2 h o δ δ
t 1
v v2 2
o a2 o
δ
e
ω 1A
k12 k11 k10 k9
k15 k14 k13
-ω 1
15’ 15 14’ 14 13’ 12’
k1 13 k 12 k32 k8 k7k6 k5k4 11 10 9
O
设计步骤小结：
11’
①选比例尺μ l作基圆rmin; 10’ 9’ ②反向等分各运动角; 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。
如何实现活塞往复与气门启闭的正时运动？
4．回顾 Review 平面四杆机构的死点问题？
§4-2
凸轮机构的类型
一．凸轮机构的分类 classification
（1）按凸轮形状 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 （2）按推杆形状及运动形式分 1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆 2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆 （3）按保持高副接触方法分 1）力封闭的凸轮机构 2）几何封闭的凸轮机构
d:安装凸轮处轴径。 r0越大,α越小,凸轮机构传力性能越好, 但机构不紧凑,所以r0尽可能小以使结构紧凑。
4.滚子半径的选择
1）当凸轮理论廓线内凹时 ρa＝ρ＋rr 2）当凸轮理论廓线外凸时 ρa ＝ ρ － r r
若ρ＝rr时， 则ρa＝ 0，变尖 sharpen 若ρ < rr时， 则 ρa < 0， 廓线出现交叉 运动规律出现失真 Real-loss
3.滚子直动从动件盘形凸轮 凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 1 和从动件的运动规律。
7’ 5’ 3’ 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
-ω 1
ω1
理论轮廓
1’
1 3 5 78
设计步骤小结：
实际轮廓
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。 ⑤作各位置滚子圆的内 (外)包络线。
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
课程设计：纸盒填料打包机构
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
机械基础研究型教学典型例题-联动凸轮机构
机构欣赏：Delta机器人运动欣赏
优秀教学基层组织-机械设计与车辆工程系
本章小结
1、概要 凸轮机构－控制用。与连杆机构比，运动 花样不多，但运动规律可任意实现。 2、重点 基圆、冲击、压力角、反转法设计概念， 常见运动规律特性（等速、等加速等减速， 正弦加速度）。 压力角与基圆关系。