第九章凸轮

Translating camtranslating follower 移动凸轮
2.shape of the follower end 按推杆末端形状分类 Knife-edge follower 尖顶推杆 Roller follower 滚子推杆 Flat-faced follower 平底推杆
angle for return （回程角）
B0
S
w
S
D
inner dwell 近停
angle for dwell （近停角）s D0
s
outer dwell 远停

S
360º

S
,t
基圆 基圆
从动件的运动线图(Diagram of motion) 位移线图 (Displacement diagram)— 反映了从动件的位 移s 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 速度线图(Velocity diagram)—反映了从动件的速度v 随 时间t 或凸轮转角 变化的规律。 加速度线图(Acceleration diagram)—反映了从动件的加 速度a 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 跃度线图线(Jerk diagram)—反映了从动件的跃度j 随时 间t 或凸轮转角 变化的规律。 结论 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从 动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲 线。
⑴ Law of constant velocity (等速运动规律)
Rise：
h h v w a0 s
s DiLeabharlann Baiduplacement diagram h

Velocity diagram v
,t
Rigid impulse (刚性冲击)
Application: low-speed condition (低速场合)
⑶ Simple Harmonic Motion---SHM 余弦加速度运动规律
Rise:
h s 1 cos 2 hw v si n 2 2 hw 2 a cos 2 2
§9-3 按预定运动规律用作图法设计盘形凸轮廓线 一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计 1. 尖顶从动件
1) 凸轮机构相对运动分析
机架上的观察结果
凸轮上的观察结果
2) 反转法设计原理
A2 A3 A4
-ω
A1
A3 A2
A4
A4 S2 A1 A2 A3
S3 A1
A1
A2
A3
A4
S4
ω
ω
ω
形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism
等径凸轮机构 Conjugate yoke radial cam mechanism 共轭凸轮机构 Conjugate cam mechanism
5.Follower Arrangement 按从动件的位置分类 对心从动件 偏置从动件
Acceleration diagram
a
,t
,t

⑵ Law of constant acceleration and deceleration (等加速等减速运动规律)
Rise first half
s 2h
s h 2 h 2
second half
s h 2h
2 ( ) 2
disk cam
Plate cam
Grooved cam
Cylindrical cam （圆柱凸轮）
End cam （端面凸轮）
4.Force and form closure 按凸轮高副的锁合方式分类
Force closure（力封闭） 重力封闭 弹性力封闭 Form closure（形封闭）
Knife-edge follower 尖顶推杆
Roller follower 滚子推杆
Flat-faced follower 平底推杆
3.Cam Shape 按凸轮形状分类 Plate cam or disk cam(盘凸轮) Grooved cam (槽凸轮) Cylindrical cam （圆柱凸轮） End cam （端面凸轮）
实际的工况
⑴ 当机器的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而 凸轮的转速不太高时，应首先从满足工作需要出发来选择或 设计从动件的运动规律，其次考虑动力特性和便于加工。
ww

h
刀架进给凸轮机构
⑵ 当机器的工作过程只要求从动件实现一定的工作行 程，而对其运动规律无特殊要求时，对于低速凸轮机构，主 要考虑便于加工；对于高速凸轮机构，首先考虑动力特性。
v
s h
a
,t

无冲击 ;
Application: high-speed （高速场合）
（6) combined motion 组合运动规律
s
h
O v O a a O

,t
,t

,t
Sinusoidal Motion＋ constant velocity motion
3. 从动件运动规律的选择 考虑因素: 制造方便 具有良好的动力学特性
凸轮和从动件 Cam and Follower
凸轮是一个具有局限轮廓或凹槽的构件，通常作等速转
动,也有作往复摆动或移动的。被凸轮直接推动的构件称 为从动件.
2. 凸轮机构 3 frame 2 follower 1 cam
1 ─ cam 2 ─ follower 3 ─ frame

Higher-pair mechanism
rb
对心式尖顶从动件 盘形凸轮机构
base circle 基圆 rise 推程
cam angle for rise （推程角）
radius（基圆半径）rb follower travel（升距 ）h
位移曲线
B B rb

angle for outer dwell （远停角）s
h O
return 回程
s h

v
,t
vmax2hw
无冲击 ; Application: high-speed （高速场合）
a amax
6.28hw2 2
,t
,t
⑸ Law of polynomial motion 3–4–5次多项式运动规律 Rise:
4 5 3 s h10 15 6 2 3 4 hw v 30 60 30 2 3 hw 2 a 2 60 180 120
自动机床进刀凸轮机构
绕线机凸轮机构
圆柱凸轮分度机构
Compare with the linkage, what kind of condition is more suitable to use cam mechanism?
§9-2 凸轮机构的分类
按两活动构件之间的相对运动特性分类 按推杆末端形状分类 按凸轮形状分类 按从动件的位置分类 按凸轮高副的锁合方式分类

力封闭型凸轮机构 Force-closed cams 弹簧力封闭 Force-closed by preloaded spring 重力封闭 Force-closed by gravity
形封闭型凸轮机构 Form-closed cams 凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism 等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism


w
工件
夹紧凸轮机构
⑶ 当机器对从动件的运动特性有特殊要求，而凸轮的转 速又较高，并且只用一种基本运动规律又难于满足这些要求 时，可以考虑采用满足要求的组合运动规律。 ⑷ 在设计从动件运动规律时，除了要考虑其冲击特性之 外，还要考虑从动件的最大速度vmax、最大加速度amax以及最 大跃度jmax，这一点对于高速凸轮机构尤其重要。 vmax 从动件动量mvmax 从动件惯性力mamax
s
h

v vmax1.57hw
,t
,t
a
Soft impulse (柔性冲击)
amax4.93hw2Φ 2
Application: low and intermediate speed（中低速场合）
,t
⑷ Sinusoidal Motion 正弦加速度运动规律
1 2 si n Rise: s h 2 hw 2 v 1 cos 2hw 2 2 a si n 2

v
,t
4hw 4 hw v 2 ( ) v 2 4hw 2 4 hw 2 a a 2 2 Soft impulse (柔性冲击)

2
2
2 hw
,t
a 4hw2 2
,t
Application: low and intermediate speed（中低速场合）
应用场合
等速
等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度
∞
4.00 4.93 6.28
低速轻负荷
中速轻负荷 中低速中负荷 中高速轻负荷
柔性 柔性
3-4-5多项式
改进型等速 改进型正弦加速度 改进型梯形加速度
1.88
1.33 1.76 2.00
5.77
8.38 5.53 4.89
高速中负荷
低速重负荷 中高速重负荷 高速轻负荷
3.特点
优点:
1) 结构简单。 2)能够较精确的实现输入和输出的运动规律。
缺点: 1)制造较困难。
2) 高副，不宜重载。
4. 应用
凸轮机构在对开印刷机中的应用
凸轮机构在胶印机中的应用
凸轮机构在内燃机中的 应用
4. 应用
齿轮凸轮组合机构
内燃机配气凸轮机构
双凸轮机构
凸轮连杆组合机构
圆柱凸轮输送机
In-line follower
Offset follower
Can you tell the name of this cam mechanism?
对心直动平底从动件 盘状凸轮机构
§９-3 从动件运动规律
1.凸轮机构的基本名词术语 以尖顶从动件为对象予以介绍
h
w d′S d0 dS d′ 0
1.Modes of Input/Output Motion 按两活动构件之间的相对运动特性分类
转动凸轮直动推杆 转动凸轮摆动推杆 移动凸轮
Rotating camtranslating follower 转动凸轮直动推杆
Rotating camRotating follower 转动凸轮摆动推杆
Chap.9 Cam Mechanism
第九章 凸轮机构及其设计
内容:
凸轮机构的分类和应用
从动件运动规律极其选择.
凸轮机构基本尺寸的确定. 凸轮轮廓的设计.
难点 :
理解如何用反转法设计凸轮轮廓 。 理解一些凸轮机构的基本概念,如压力角。
§9-1 概述
1 什么是凸轮? Simple Cam experiment:
2.从动件运动规律 从动件的运动规律(Law of motion)，由凸轮轮廓曲线(Cam profile)形状决定。从动件不同的运动规律，要求凸轮具有不 同形状的轮廓曲线。 正确选择和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的 重要环节。 运动规律:
位移 速度 加速度 跃度
s=f()
d s d s d ds v w d t d d t d 2 d v d v d d s a w2 2 d t d d t d 3 d a d a d d s j w3 d t d d t d 3
amax
对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；
对于高速凸轮机构，宜选择 amax值较小的运动规律。
Comparision of some motion events
运动规律
( hw / d 0 )
1.00
2.00 1.57 2.00
vmax
a max ( hw 2 / d 0 )
2
冲 击 刚性