机械设计基础第三章凸轮机构PPT课件
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03机械设计基础-凸轮机构.
第３章
凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构的应用
凸轮机构能将主动件的连续等速运动变 为从动件的往复变速运动或间歇运动。在自 动机械、半自动机械中应用非常广泛。 图３-1所示为内燃机配气凸轮机构。凸 轮1以等角速度回转时，它的轮廓驱动从动件 2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
内燃机
从动件的运动规律即是从动件的位移s、 速度v和加速度a随时间t变化的规律。当凸 轮作匀速转动时，其转角与时间t成正比 （=t），所以从动件运动规律也可以用 从动件的运动参数随凸轮转角的变化规律来 表示，即s=s（），v=v（），a=a（）。 通常用从动件运动线图直观地表述这些关系。
下面以图3-6为例，介绍凸轮运动参数
录音机卷带机构
5 摩擦轮 4 4
3 3
皮带轮 皮带轮
2
设计：潘存云
3
1 送料机构
图３-３所示为应用于冲床上的凸轮 机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当 冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件 2以一定的规律作水平往复运动，从而 带动机械手装卸工件。
图３-３冲床上的凸轮机构
从以上所举的例子可以看出：凸轮机构 主要由凸轮1、从动件2和机架3三个基本构件 组成。从动件与凸轮轮廓为高副接触传动，因 此理论上讲可以使从动件获得所需要的任意的 预期运动。
•按从动件的运动形式分类：
（1）移动从动件：从动件相对机架作往复直 线运动。 （2）偏移放置：即不对心放置的移动从动件， 相对机架作往复直线运动。 （3）摆动从动件：从动件相对机架作往复摆 动。 为了使凸轮与从动件始终保持接触，可以利用 重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。
§３-2 从动件的常用运动规律
点击 动画
图３-1 内燃机配气凸轮机构
凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构的应用
凸轮机构能将主动件的连续等速运动变 为从动件的往复变速运动或间歇运动。在自 动机械、半自动机械中应用非常广泛。 图３-1所示为内燃机配气凸轮机构。凸 轮1以等角速度回转时，它的轮廓驱动从动件 2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
内燃机
从动件的运动规律即是从动件的位移s、 速度v和加速度a随时间t变化的规律。当凸 轮作匀速转动时，其转角与时间t成正比 （=t），所以从动件运动规律也可以用 从动件的运动参数随凸轮转角的变化规律来 表示，即s=s（），v=v（），a=a（）。 通常用从动件运动线图直观地表述这些关系。
下面以图3-6为例，介绍凸轮运动参数
录音机卷带机构
5 摩擦轮 4 4
3 3
皮带轮 皮带轮
2
设计：潘存云
3
1 送料机构
图３-３所示为应用于冲床上的凸轮 机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当 冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件 2以一定的规律作水平往复运动，从而 带动机械手装卸工件。
图３-３冲床上的凸轮机构
从以上所举的例子可以看出：凸轮机构 主要由凸轮1、从动件2和机架3三个基本构件 组成。从动件与凸轮轮廓为高副接触传动，因 此理论上讲可以使从动件获得所需要的任意的 预期运动。
•按从动件的运动形式分类：
（1）移动从动件：从动件相对机架作往复直 线运动。 （2）偏移放置：即不对心放置的移动从动件， 相对机架作往复直线运动。 （3）摆动从动件：从动件相对机架作往复摆 动。 为了使凸轮与从动件始终保持接触，可以利用 重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。
§３-2 从动件的常用运动规律
点击 动画
图３-1 内燃机配气凸轮机构
机械设计基础课件第三章凸轮机构
第二节 从动件的常用运动规律
• δs—远休止角、δs΄—近休止角、δh—回程运动 角
• 推程——停程——回程——停程
• δt
δs΄
δh
δs
• 图3-5b所示，为从动件位移线图。它反映了 从动件位移s与转角δ之间的关系。所谓从动 件运动规律，是指从动件在运动过程中，其 位移s、速度v、加速度a随凸轮转角δ的变化 规律。
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第一节 凸轮机构的应用和类型
2020/4/24
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第一节 凸轮机构的应用和类型
• 二、凸轮机构的分类 • 按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱
凸轮。 • 按从动件的形式分：尖底、滚子、平底。 • 按从动件的运动形式分：直动从动件（对心、
• 当从动件的运动规律已经选定并作出位移 线图以后，各种平面凸轮的轮廓曲线都可 以用图解法作出。
• 已知：s-δ曲线，基圆半径rmin，ω转向。
• 方法：反转法，如图，设想将整个机构以 角速度（- ω ）绕轴心o转动，此时凸轮将 静止，从动件尖点的运动轨迹就是凸轮的 轮廓曲线。
• 一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 • 尖顶直动从动件盘形凸轮
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第二节 从动件的常用运动规律
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0 第3章 (1-4)凸轮机构
1. 根据凸轮的结构确定rb
当凸轮与轴做成一体时：rb r rr (2 ~ 5) mm
当凸轮装在轴上时： rb rn rr (2 ~ 5) mm
r——凸轮轴的半径，mm； rn——凸轮轮毂的半径，mm；一般rn=(1.5~1.7)r； rr——滚子半径，mm； 2. 根据αmax≤[α]确定rb 已知推程运动角、行程和最大压力角，由诺模图求得。
盘形凸轮的结构设计
三、滚子半径的选择 （1）当滚子半径rr<ρ时，实际轮廓的曲率半径ρ'>0，即比
较圆滑;
（2）当滚子半径rr=ρ时， 实际轮廓的曲率半径ρ'=0， 出现尖点； （3）滚子半径rr>ρ时,实 际轮廓的曲率半径ρ'<0,轮 廓线发生叠交，叠交阴影 部分在实际加工过程中将 被切去。工作时，这一部 分的运动规律无法实现， 这种现象称为运动失真。
盘形凸轮的结构设计
Fx F sin
Fy F cos
由上述关系式知，压力角
α愈大，有效分力Ｆy愈小，有 害分力Ｆx愈大。当a角大到某
一数值时，必将会出现Fy<Fx 的情况。这时，不论施加多大
的Fn力，都不能使从动件运动， 这种现象称为自锁。因此，为
了保证凸轮机构的正常工作，
必须对凸轮机构的压力角进行
盘形凸轮的结构设计
图解法设计凸轮轮廓曲线时，假设凸轮的基圆半径、滚 子半径等尺寸均为已知。而在实际设计时，则需根据机构的 受力情况，并考虑结构的紧凑性、运动的可靠性等因素，合 理确定这些尺寸。
一、压力角
不考虑从动件与凸轮 接触处的磨擦，凸轮对从 动件的作用力F沿接触点 A的法线n方向，直动从动 杆的速度v沿导路方向。 从动件所受作用力F与受 力点速度ν间所夹的锐角 称为凸轮机构的压力角， 用α表示。
当凸轮与轴做成一体时：rb r rr (2 ~ 5) mm
当凸轮装在轴上时： rb rn rr (2 ~ 5) mm
r——凸轮轴的半径，mm； rn——凸轮轮毂的半径，mm；一般rn=(1.5~1.7)r； rr——滚子半径，mm； 2. 根据αmax≤[α]确定rb 已知推程运动角、行程和最大压力角，由诺模图求得。
盘形凸轮的结构设计
三、滚子半径的选择 （1）当滚子半径rr<ρ时，实际轮廓的曲率半径ρ'>0，即比
较圆滑;
（2）当滚子半径rr=ρ时， 实际轮廓的曲率半径ρ'=0， 出现尖点； （3）滚子半径rr>ρ时,实 际轮廓的曲率半径ρ'<0,轮 廓线发生叠交，叠交阴影 部分在实际加工过程中将 被切去。工作时，这一部 分的运动规律无法实现， 这种现象称为运动失真。
盘形凸轮的结构设计
Fx F sin
Fy F cos
由上述关系式知，压力角
α愈大，有效分力Ｆy愈小，有 害分力Ｆx愈大。当a角大到某
一数值时，必将会出现Fy<Fx 的情况。这时，不论施加多大
的Fn力，都不能使从动件运动， 这种现象称为自锁。因此，为
了保证凸轮机构的正常工作，
必须对凸轮机构的压力角进行
盘形凸轮的结构设计
图解法设计凸轮轮廓曲线时，假设凸轮的基圆半径、滚 子半径等尺寸均为已知。而在实际设计时，则需根据机构的 受力情况，并考虑结构的紧凑性、运动的可靠性等因素，合 理确定这些尺寸。
一、压力角
不考虑从动件与凸轮 接触处的磨擦，凸轮对从 动件的作用力F沿接触点 A的法线n方向，直动从动 杆的速度v沿导路方向。 从动件所受作用力F与受 力点速度ν间所夹的锐角 称为凸轮机构的压力角， 用α表示。
机械设计基础 第3章 凸轮机构
图4-16 “反转法”原理
3.3.1 偏置顶尖制动从动件盘形凸轮轮廓绘制
已知凸轮基圆半径rb，偏距e及偏置方位，凸轮以等角速度ω顺时针转动，从动件
的位移线图，试绘制凸轮轮廓。
3.3.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓绘制
理论轮廓曲线η ——
滚子中心当作从动件的尖端，先按绘制 尖端从动件凸轮的步骤和方法绘出一条凸轮 轮廓曲线 。
圆称为基圆，基圆半径用r。表示。(2）推
从动件
程运动角如图3-7所示，主动件凸轮匀速转
动，从动件被凸轮推动直动，从动件的尖顶
以一定运动规律从最近位置运动到最远位置，
这一过程称为推程。从动件位移h称为升程
或升距，凸轮对应 转 过的 角 度币 称 为推 程 运 行程
动角。
远休止角﹐当凸轮继续回转时，由于凸轮的 向径不变，从动件的尖顶在最远位置划过凸 轮表面，保持不动，这一过程称为远停程， 此时凸轮转过的角度。称为远休止角。
s
h
δ0
δ
v
δ a
+∞
δ
刚性冲击 －∞
图4-13 等速运动规律线图
3.2.2 从动件常用的运动规律
2 等加速等减速运动规律
从动件在推程的前半段做等加速运动, 在后半段做等减速运动的运动规律, 称为 等加速等减速运动规律 从动件在推程的前半段为等加速，后半段 为等减速的运动规律，称为等加速等减速运动 规律。通常前半段和后半段完全对称，即两者 的位移相等，加速运动和减速运动加速度的绝 对值也相等。 等加速等减速运动规律的位移线图由两段 抛物线组成，而速度线图由两段斜直线组成。
s
h/2
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2 6δ
第3章 凸轮机构
2 0
02
a
4h12
/
2 0
推程时等减速段
s
h 2h(0 4h1 (0
)2 /
)
/
2 0
2 0
a
4h12
/
2 0
速度连续，加速度不
连续，称为柔性冲击。
用于中、低速场合。
§3 – 2 从动件的常用运动规律
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
§3 – 2 从动件的常用运动规律
凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括：推程、远休程、回 程、近休程四个部分
§3 – 2 从动件的常用运动规律
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。
机械设计基础
机械设计基础
绪论
机械零件设计概论
平面机构的自由度和速度分析
连接
平面连杆机构
齿轮传动
凸轮机构
蜗杆传动
齿轮机构
带传动和链传动
轮系
轴间歇运动机构 机构运转速 Nhomakorabea波动的调节
滑动轴承
滚动轴承
联轴器、离合器和制动器
回转件的平衡
弹簧
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 图解法设计凸轮轮廓 §3 – 5 解析法设计凸轮轮廓*
什么是凸轮机构
机械设计基础课件凸轮机构H(精品)
凸轮机构定义
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 。
凸轮机构分类
根据凸轮形状的不同，可分为盘 形凸轮机构、移动凸轮机构、圆 柱凸轮机构等。
4
凸轮机构工作原理
凸轮机构工作原理
当凸轮转动时，其轮廓曲线会驱动从 动件按预定的运动规律进行往复移动 或摆动。
凸轮机构工作过程
在凸轮机构工作过程中，从动件的位 移、速度和加速度等运动参数会随着 凸轮的转动而发生变化。
采用凸轮机构控制机床各执行部件的协调动作， 实现工件的自动加工。
2024/1/27
24
06
总结与展望
Chapter
2024/1/27
25
课程总结
凸轮机构基本概念
凸轮轮廓设计
介绍了凸轮机构的基本组成、分类、工作 原理和特点，为后续内容打下基础。
详细阐述了凸轮轮廓设计的原则、方法和 步骤，包括反转法、解析法等，以及凸轮 轮廓曲线的选择和优化。
2024/1/27
12
凸轮轮廓曲线设计
2024/1/27
等速运动规律
01
凸轮轮廓为直线或圆弧，从动件匀速运动，但存在刚性冲击。
等加速等减速运动规律
02
凸轮轮廓为抛物线，从动件加速度按线性规律变化，无刚性冲
击，但存在柔性冲击。
余弦加速度运动规律
03
凸轮轮廓为余弦曲线，从动件加速度按余弦规律变化，无冲击
在纺织机械中，凸轮机构可用于 控制织物的引纬、打纬和卷取等 动作。
6
02
凸轮机构基本构件与术语
Chapter
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7
凸轮
定义
类型
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构 件，通常作等速回转运动或往复直线 运动。
机械设计基础第三章凸轮机构PPT课件
1凸轮
e
第8页/共39页
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
第9页/共39页
第10页/共39页
凸轮机构的分类
h
e
第11页/共39页
Байду номын сангаас
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
第12页/共39页
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
第4页/共39页
凸轮机构的特点
凸轮机构的优点：
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线， 便可使从动件获得任意预定的运 动规律，且机构简单紧凑。
h
凸轮机构的缺点：
凸轮与从动件是高副接触， 比压较大，易于磨损，故
这 动种 力e机 不构 大一 的般 场仅 合用 。于传递
第5页/共39页
小 结 按从动件的运动分类
第30页/共39页
1.偏心尖顶直动从动件
• 已知基圆半径及从动件位移曲线
第31页/共39页
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120 90 ° 90 ° 60 °
°
第32页/共39页
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1(t)
速度
回程
1(t)
加速度
1(t)
第26页/共39页
三、其他运动规律
位移 S2 1(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
e
第8页/共39页
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
第9页/共39页
第10页/共39页
凸轮机构的分类
h
e
第11页/共39页
Байду номын сангаас
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
第12页/共39页
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
第4页/共39页
凸轮机构的特点
凸轮机构的优点：
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线， 便可使从动件获得任意预定的运 动规律，且机构简单紧凑。
h
凸轮机构的缺点：
凸轮与从动件是高副接触， 比压较大，易于磨损，故
这 动种 力e机 不构 大一 的般 场仅 合用 。于传递
第5页/共39页
小 结 按从动件的运动分类
第30页/共39页
1.偏心尖顶直动从动件
• 已知基圆半径及从动件位移曲线
第31页/共39页
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120 90 ° 90 ° 60 °
°
第32页/共39页
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1(t)
速度
回程
1(t)
加速度
1(t)
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三、其他运动规律
位移 S2 1(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
机械设计基础—3凸轮机构PPT文档41页
机械设计基础—3凸轮机构
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
26、要使整个人生都ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
41
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
26、要使整个人生都ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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21
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构
主回凸轮机构
等宽凸轮机构
22
3.2 从动件的常用运动规律
• 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。 图3-5为从动件位移线图。
6
凸轮机构的特点
凸 轮 机 构 的 优 点 ：
只 要 适 当 地 设 计 凸 轮 的 轮 廓 曲 线 ， 便 可 使 从 动 件 获 得 任 意 预 定 的 运 动 规 律 ， 且 机 构 简 单 紧 凑 。
h
凸 轮 机 构 的 缺 点 ：
凸 轮 与 从 动 件 是 高 副 接 触 ，
比 压 较 大 ， 易 于 磨 损 ， 故
30
3.4图解法设计凸轮机构
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
31
1.对心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
32
1.偏心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
33
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120° 90 ° 90 ° 60 °
内燃机配气凸轮机构。凸轮以等角速度回转，它 的轮廓驱使从动件(阀杆)按预期的运动规律启闭 阀门。
3
• 绕线机构用于排线的凸轮机构。 如图3-2所示， 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， 驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕 在绕线轴上。
绕线机构
23
从动件的运动规律
s2
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
H
A r0
1 (t )
r
s'
D
r s f
s'
B
s
f
r0 —基圆半径，以凸的 轮最 廓小 线向 r0 径 为半径的圆称为基圆
H—升程 :凸轮转一周从动的件最移大动距离
C
r AO— B 推程运动角 s —远休止角
f —回程运动角
s —近休止角
4
• 自动送料机构如图3-4所示。当带有凹槽 的凸轮5转动时，通过槽中的滚子，驱动 从动件2作往复移动。凸轮每回转一周， 从动件即从储料器中推出一个毛坯，送 到加工位置。
送料机构
5
凸轮机构的组成
• 从以上所举的例子可以看出：凸轮 机构主要由凸轮，从动件和机架三 个基本构件组成。其中凸轮是一个 具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运 动时，通过高副接触可以使从动件 获得连续或不连续的任意预期往复 运动 。
法分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构
滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
盘形凸轮机构
移动（板状）凸轮机构
圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构
力封闭的凸轮机构 形封闭的凸轮机构
18
形封闭的凸轮机构的 几种型式
19
等宽凸轮
等径凸轮 d
d
20
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构 等宽凸轮机构
e
9
高副
3机架
2从动件 h
1凸轮
e
10
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
11
12
凸轮机构的分类
h
e
13
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
14
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
尖顶从动件 凸轮机构
平底从动件 凸轮机构
第三章凸轮机构
1
主要内容： 1. 凸轮机构的类型及应用 2. 从动件常用运动规律 3. 图解法设计盘形凸轮轮廓 4. 滚子半径的选择、压力角的概念及基圆半径对压 力角的影响
重点及难点： 1. 滚子从动件盘形凸轮轮廓的形成原理及作图法
2
3-1凸轮机构的应用和类型
一.凸轮机构的应用
在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。
34
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 ° 90 ° 90 ° 60 °
(1)作基圆r0,偏心圆e，等分从动件 的运动规律曲线
(2)作推程运动角、远休止角、回 程运动角、近休止角并等分各角 得到一系列与基圆的交点。
35
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
1 2
3
4
5
1 23 45 6 7 89
这 种 e机 构 一 般 仅 用 于 传 递
动 力 不 大 的 场 合 。
7
小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
8
3
在 设 计 机 械 时 ， 常 要 求 其 中 某 2 些 从 动 件 的 位 1 移 、 速 度 、 加 速 度 按 照 预 定 的 规 律 变 化 。 此 时 ， 通 常 多 1采 用 凸 轮 机 构 。
29
3-3凸轮压力角
• 在设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期运动规律之 外，还希望机构有较好的受力情况和较小的尺寸，为此，需 要讨论压力角对机构的受力情况及尺寸的影响。
• 压力角α： 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度 之间的锐角称为压力角，如图3-7所示。对于高副机构，压力 角也即是接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。
e
e
e
15
小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
16
移动（板状）凸轮
机构
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮机构
盘形凸轮机构
3
2
1
1
e
17
总结
按从动件的运动分类
凸 轮 按从动件的形状分类 机 构 的 按凸轮的形状分类 分 类 按高副维持接触的方
B
a2
C
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
1 (t )
27
二、简谐运动规律
点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
回程
1 (t )
28
三、其他运动规律
位移 S21(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
24
从动件的运动规律
s2
H
A
r0rຫໍສະໝຸດ s'Dr s f
B
s
f
从动件的运动：
1 (t )
s'
升停降停，两端休止
C
当s 0或s 0时，一端休止
当s s 0时，无休止
25
从动件运动规律的确定方法
凸轮轮 廓曲线
唯一关系
设计过程
从动件 运动规 律
根据工艺 要求确定
26
一、等速运动规律
s2
位移
H
v2 A
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构
主回凸轮机构
等宽凸轮机构
22
3.2 从动件的常用运动规律
• 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。 图3-5为从动件位移线图。
6
凸轮机构的特点
凸 轮 机 构 的 优 点 ：
只 要 适 当 地 设 计 凸 轮 的 轮 廓 曲 线 ， 便 可 使 从 动 件 获 得 任 意 预 定 的 运 动 规 律 ， 且 机 构 简 单 紧 凑 。
h
凸 轮 机 构 的 缺 点 ：
凸 轮 与 从 动 件 是 高 副 接 触 ，
比 压 较 大 ， 易 于 磨 损 ， 故
30
3.4图解法设计凸轮机构
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
31
1.对心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
32
1.偏心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
33
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120° 90 ° 90 ° 60 °
内燃机配气凸轮机构。凸轮以等角速度回转，它 的轮廓驱使从动件(阀杆)按预期的运动规律启闭 阀门。
3
• 绕线机构用于排线的凸轮机构。 如图3-2所示， 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， 驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕 在绕线轴上。
绕线机构
23
从动件的运动规律
s2
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
H
A r0
1 (t )
r
s'
D
r s f
s'
B
s
f
r0 —基圆半径，以凸的 轮最 廓小 线向 r0 径 为半径的圆称为基圆
H—升程 :凸轮转一周从动的件最移大动距离
C
r AO— B 推程运动角 s —远休止角
f —回程运动角
s —近休止角
4
• 自动送料机构如图3-4所示。当带有凹槽 的凸轮5转动时，通过槽中的滚子，驱动 从动件2作往复移动。凸轮每回转一周， 从动件即从储料器中推出一个毛坯，送 到加工位置。
送料机构
5
凸轮机构的组成
• 从以上所举的例子可以看出：凸轮 机构主要由凸轮，从动件和机架三 个基本构件组成。其中凸轮是一个 具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运 动时，通过高副接触可以使从动件 获得连续或不连续的任意预期往复 运动 。
法分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构
滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
盘形凸轮机构
移动（板状）凸轮机构
圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构
力封闭的凸轮机构 形封闭的凸轮机构
18
形封闭的凸轮机构的 几种型式
19
等宽凸轮
等径凸轮 d
d
20
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构 等宽凸轮机构
e
9
高副
3机架
2从动件 h
1凸轮
e
10
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
11
12
凸轮机构的分类
h
e
13
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
14
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
尖顶从动件 凸轮机构
平底从动件 凸轮机构
第三章凸轮机构
1
主要内容： 1. 凸轮机构的类型及应用 2. 从动件常用运动规律 3. 图解法设计盘形凸轮轮廓 4. 滚子半径的选择、压力角的概念及基圆半径对压 力角的影响
重点及难点： 1. 滚子从动件盘形凸轮轮廓的形成原理及作图法
2
3-1凸轮机构的应用和类型
一.凸轮机构的应用
在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。
34
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 ° 90 ° 90 ° 60 °
(1)作基圆r0,偏心圆e，等分从动件 的运动规律曲线
(2)作推程运动角、远休止角、回 程运动角、近休止角并等分各角 得到一系列与基圆的交点。
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偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
1 2
3
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1 23 45 6 7 89
这 种 e机 构 一 般 仅 用 于 传 递
动 力 不 大 的 场 合 。
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小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
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在 设 计 机 械 时 ， 常 要 求 其 中 某 2 些 从 动 件 的 位 1 移 、 速 度 、 加 速 度 按 照 预 定 的 规 律 变 化 。 此 时 ， 通 常 多 1采 用 凸 轮 机 构 。
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3-3凸轮压力角
• 在设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期运动规律之 外，还希望机构有较好的受力情况和较小的尺寸，为此，需 要讨论压力角对机构的受力情况及尺寸的影响。
• 压力角α： 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度 之间的锐角称为压力角，如图3-7所示。对于高副机构，压力 角也即是接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。
e
e
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小 结 按从动件的运动分类
按从动件的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凹槽凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
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移动（板状）凸轮
机构
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮机构
盘形凸轮机构
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总结
按从动件的运动分类
凸 轮 按从动件的形状分类 机 构 的 按凸轮的形状分类 分 类 按高副维持接触的方
B
a2
C
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
1 (t )
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二、简谐运动规律
点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
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v2
a2
1 (t )
速度
1 (t )
加速度
回程
1 (t )
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三、其他运动规律
位移 S21(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
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从动件的运动规律
s2
H
A
r0rຫໍສະໝຸດ s'Dr s f
B
s
f
从动件的运动：
1 (t )
s'
升停降停，两端休止
C
当s 0或s 0时，一端休止
当s s 0时，无休止
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从动件运动规律的确定方法
凸轮轮 廓曲线
唯一关系
设计过程
从动件 运动规 律
根据工艺 要求确定
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一、等速运动规律
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位移
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