机械设计基础-凸轮机构
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机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
0
v
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机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
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推程 运动方程:
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4 h
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02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
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推程
01
远休止
rb
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回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构凸轮机构是机械设计中常见的一种机构，用于实现转动运动和直线运动的转换。
它由凸轮和连杆机构组成，具有简单、可靠、紧凑的优点。
本文将介绍机械设计基础凸轮机构的工作原理、应用领域以及设计要点。
一、凸轮机构的工作原理凸轮机构是通过凹凸轮运动对连杆机构施加力，使其发生直线运动。
凸轮的外轮廓形状决定了连杆机构的运动规律。
凸轮可以分为四种基本形状：圆形、椭圆形、心形和指字形。
不同形状的凸轮在工作过程中会给连杆机构带来不同的速度和加速度。
凸轮机构的工作过程可以分为四个阶段：进给段、暂停段、退出段和暂停段。
在进给段，凸轮逐渐使连杆机构向前运动，实现直线运动。
在暂停段，凸轮暂停与连杆机构接触，使连杆机构停止运动。
在退出段，凸轮逐渐使连杆机构向后运动，实现回程。
最后，在暂停段凸轮继续暂停与连杆机构接触，使连杆机构再次停止。
二、凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛应用于机械设计中的各个领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 发动机：凸轮机构用于气门控制，通过凸轮来控制气门的开闭，实现燃烧室内的气体进出，从而实现发动机的工作。
2. 压力机：凸轮机构用于控制压力机的上下运动，实现工件的压制或切割。
3. 包装机械：凸轮机构用于控制包装机械的送料、密封和分切等工作，实现自动化包装的功能。
4. 自动化流水线：凸轮机构用于控制流水线上的传送带、工作台等部件的运动，实现产品的加工和组装。
5. 机床：凸轮机构用于控制机床上的工作台、进给机构等部件的运动，实现加工工件的精确定位和运动控制。
三、凸轮机构的设计要点在设计凸轮机构时，需要注意以下几个要点：1. 凸轮的轮廓形状：根据实际需求选择合适的凸轮轮廓形状，确保连杆机构的运动规律符合设计要求。
2. 凸轮与连杆机构的配合方式：凸轮与连杆机构之间应具有良好的配合性能，避免偏差和间隙过大导致机构失效或运动不稳定。
3. 连杆机构的设计：根据实际应用需求设计连杆机构，包括长度、角度和材料等参数的选择，确保机构的工作性能满足要求。
机械设计基础——凸轮机构
结论:
内凹凸轮廓线： 滚子半径无限制
外凸凸轮廓线： 理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径, 即rmin>rr
一般rr=0.8 rmin实际设计时，应保证rmin -rr [ra] =3~5 mm
故如果不满足要求，可以：增加整个理论轮廓的 曲率半径；缩小滚子半径。
3.6.2. 凸轮机构的压力角 1. 压力角a 与驱动力 F
-
实际廓线
3.6 凸轮机构设计中应注意的几个问题
（1）滚子半径的选择
设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子 的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮 廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的 运动规律。
滚子半径的选择
①.凸轮理论轮廓为内凹时
由图(a)可得
ρ' =ρmin+rT
实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率 半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮 廓曲线。
ω和从动件的运动规律，设计该凸
轮轮廓曲线。
2. 凸轮轮廓设计——作图法 （1）选取适当的比例尺作出
尖顶移动从动件盘型凸轮机构 位移线图； S
B0 B1
c0 c1
B2
o
h 2p
1 234567 8
90º 120º 150º
δ
（2）按基本尺寸作出凸轮机构的
rb
90º c2
初始位置；
c8
B8
c7 c6
B7
移动凸轮
当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动 凸轮，一般作往复移动，多用于靠模仿形机械中 。
形锁合凸轮
为保证凸轮机构能正常工作，必须保持凸轮轮廓与从动件 相接触，该机构是靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保持 两者的接触。
机械设计基础 第六章 凸轮机构
6.2.1 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
术语： 基圆 偏距 近休程 近休止角 推程 推程运动角 远休程 远休止角 回程 回程运动角 行程 推杆运动规律
6.2.2 几种常用的推杆运动规律
等速运动规律：
s h / 0 h 1 / 0 a0
凸轮廓线设计步骤： （1）划分位移曲线；
（2）取长度比例尺，绘出凸轮基圆，偏心距圆；
（3）获取基圆上的等分点； （4）绘出反转过程中的导路位置线；
（5）计算推杆的预期位移；
（6）将从动件尖顶点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓。
理论轮廓线 实际轮廓线
尖顶从动件
滚子从动件
滚子半径的选择
滚子从动件作用： 1、化滑动摩擦为滚动摩擦； 2、降低凸轮与从动件之间的局 部接触应力。
6.3.2 压力角与凸轮机构尺寸的关系
tan
OC e
PC OP OC BC BC
BC s r02 e 2
P为凸轮和从动件的速度瞬心，故：
v OP
即： OP
v
ds d
于是：
tan
ds e d s r02 e 2
增大基圆半径或设置偏置均可减小压力角，
存在速度突变，加速 度及惯性力理论上将无穷 大，称为刚性冲击。用于 低速轻载场合。
等加速等减速运动规律：
s 2h 2 / 02 4h1 / 02 2 a 4h1 / 02
s h 2h( 0 ) 2 / 02 4h1 ( 0 ) / 02 2 a 4h1 / 02
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
s
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
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。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
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。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
机械设计基础第五章凸轮机构
其他应用实例
01
纺织机械
02
包装机械
03
印刷机械
在纺织机械中，凸轮机构被用于控制织 物的引纬、打纬和卷取等运动。通过合 理设计凸轮的形状和尺寸，可以实现织 物的高速、高效织造。
在包装机械中，凸轮机构常用于控制包 装材料的输送、定位、折叠和封口等操 作。通过凸轮的精确控制，可以实现包 装过程的自动化和高效化。
传动比的计算 根据凸轮的轮廓形状和尺寸，以及从动件的运动 规律，可以通过几何关系或解析方法计算出凸轮 机构的传动比。
传动比的影响因素 凸轮机构的传动比受到凸轮轮廓形状、从动件运 动规律、机构中的摩擦和间隙等因素的影响。
凸轮机构的压力角与自锁
压力角的定义
压力角是指从动件受力方向与从动件运动方向之间的夹角。在凸轮机构中，压力角的大小反 映了从动件所受推力的方向与其运动方向之间的关系。
等速运动规律
从动件在推程和回程中均保持匀速运动。
等加速等减速运动规律
从动件在推程和回程中按等加速和等减速规律运动。
简谐运动规律
从动件按简谐运动规律振动。
组合运动规律
根据实际需要，将从动件的运动规律组合成复杂的运动形式。
凸轮机构的尺寸设计
凸轮基圆半径的确定
根据从动件的运动规律和机构的结构要求，确定 凸轮的基圆半径。
03
凸轮机构的类型与特性
盘形凸轮机构
凸轮形状
盘形凸轮是一个具有特定 轮廓的圆盘，其轮廓线决 定了从动件的运动规律。
工作原理
通过凸轮的旋转，驱动从 动件按照预定的运动规律 进行往复直线运动或摆动。
应用范围
广泛应用于内燃机、压缩 机、自动机械等领域。
移动凸轮机构
凸轮形状
移动凸轮是一个在平面上移动的具有特定轮廓的 构件。
机械设计基础第五章凸轮机构
❖ 位移方程： s h / 0 ❖ 速度方程： v h / 0
❖ 加速度方程：a 0
s
h
0 0
v
❖ 运动线图 ❖ 冲击特性：始点、末点刚性冲击 ❖ 适用场合：低速轻载
6/12/2020
机械设计基础
0 a
+
0
-
21
机械设计基础——凸轮机构
等速回程运动（续）
回程(0’0)
s
❖ 运动方程：
❖ 位移方程：s h1 / 0 0
所画出的位移与转角之间的关系曲线。
6/12/2020
O
B'
h
A
δs' D δt
δh δs
w
B
C
s2
BC
h
A
δt
δs
D Aδ1
δh
δs' t
2p
上升—停—降—停
从动件位移线图决定于凸
机轮械设轮计基廓础 曲线的形状。
14
1、推程： AB 2、升程： h 3、 推程运动角： δt 4、 运休止角： δs 5、 回程： CD 6、 回程运动角： δh
❖ 基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径r0 ❖ 推程，推程运动角0 ❖ 远休止，远休止s角01
A’
h
02 D
0’
A
r0 0
01
6/12/2020 C
0
0
推程
01
远休止
0′
回程
t
02
近休止
❖ 回程，回程运动角0′
B ❖
近休止，近休止角02
❖ 行程（升程），h
❖ 运 间机动 t械或线设凸计图轮基:础转从角动j件变的化位关移系、图速度、加速度等随时19
❖ 加速度方程：a 0
s
h
0 0
v
❖ 运动线图 ❖ 冲击特性：始点、末点刚性冲击 ❖ 适用场合：低速轻载
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机械设计基础
0 a
+
0
-
21
机械设计基础——凸轮机构
等速回程运动（续）
回程(0’0)
s
❖ 运动方程：
❖ 位移方程：s h1 / 0 0
所画出的位移与转角之间的关系曲线。
6/12/2020
O
B'
h
A
δs' D δt
δh δs
w
B
C
s2
BC
h
A
δt
δs
D Aδ1
δh
δs' t
2p
上升—停—降—停
从动件位移线图决定于凸
机轮械设轮计基廓础 曲线的形状。
14
1、推程： AB 2、升程： h 3、 推程运动角： δt 4、 运休止角： δs 5、 回程： CD 6、 回程运动角： δh
❖ 基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径r0 ❖ 推程，推程运动角0 ❖ 远休止，远休止s角01
A’
h
02 D
0’
A
r0 0
01
6/12/2020 C
0
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推程
01
远休止
0′
回程
t
02
近休止
❖ 回程，回程运动角0′
B ❖
近休止，近休止角02
❖ 行程（升程），h
❖ 运 间机动 t械或线设凸计图轮基:础转从角动j件变的化位关移系、图速度、加速度等随时19
机械设计基础 凸轮机构
三、对心直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
19
1）按前述方法求得尖顶从动件的 B0、B1、B2、
...... 各点； 2）过 B0、B1、B2、B3、...... 各点作平底的 各个位置； 3）作这些平底的包络线即为对心直动 平底从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 注意：这种凸轮不能设计成 有内凹部分的；
平板移动凸轮： rb —→ ∞
圆柱回转凸轮： 可以看成是绕在圆柱体上的移动凸轮。
工业设计机械基础
2）按从动件端部的形状分： 尖顶从动件： 平底从动件： 滚子从动件：
凸轮机构
4
3）按从动件的运动方式分： 直动从动件：
摆动从动件：
4）按凸轮与从动件的封闭方式分： 力闭合（封闭）： 形闭合（封闭）：
工业设计机械基础
凸轮机构
16
5）确定从动件与凸轮在不同转角处接触点的位置；
过 B’1、B’2、B’3、......各点沿导路方向分别截取线段 B’1B1 = 11’、 B’2B2 = 22’、 B’3B3 = 33’、...... ，所以 B0、 B1、B2、B3、...... 各点就是反
转后尖顶从动件尖端与凸轮接触点的一系列位置。
t 2 t 1 s2 h sin t1 t1 2 h v2 t1 2 t 1 cos t1 2 h 2 t a 2 2 sin 加速度 —→ 正弦 t1 t1
由图知，在从动件行程的始、末位置加速
度均无突变，且为零。 —→ 凸轮机构将不产生任何冲击。 ∴ 摆线运动规律适用于高速凸轮传动。
应保证平底总与
凸轮相切而不相交。
工业设计机械基础
四、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
凸轮机构
19
1）按前述方法求得尖顶从动件的 B0、B1、B2、
...... 各点； 2）过 B0、B1、B2、B3、...... 各点作平底的 各个位置； 3）作这些平底的包络线即为对心直动 平底从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 注意：这种凸轮不能设计成 有内凹部分的；
平板移动凸轮： rb —→ ∞
圆柱回转凸轮： 可以看成是绕在圆柱体上的移动凸轮。
工业设计机械基础
2）按从动件端部的形状分： 尖顶从动件： 平底从动件： 滚子从动件：
凸轮机构
4
3）按从动件的运动方式分： 直动从动件：
摆动从动件：
4）按凸轮与从动件的封闭方式分： 力闭合（封闭）： 形闭合（封闭）：
工业设计机械基础
凸轮机构
16
5）确定从动件与凸轮在不同转角处接触点的位置；
过 B’1、B’2、B’3、......各点沿导路方向分别截取线段 B’1B1 = 11’、 B’2B2 = 22’、 B’3B3 = 33’、...... ，所以 B0、 B1、B2、B3、...... 各点就是反
转后尖顶从动件尖端与凸轮接触点的一系列位置。
t 2 t 1 s2 h sin t1 t1 2 h v2 t1 2 t 1 cos t1 2 h 2 t a 2 2 sin 加速度 —→ 正弦 t1 t1
由图知，在从动件行程的始、末位置加速
度均无突变，且为零。 —→ 凸轮机构将不产生任何冲击。 ∴ 摆线运动规律适用于高速凸轮传动。
应保证平底总与
凸轮相切而不相交。
工业设计机械基础
四、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
机械设计基础第3章凸轮机构
2）运动线图（推程）：表3-1
s
h
3）运动特点：产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时，因速度有突变，则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大，
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力，因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击，这种冲击称为刚
t
性冲击。
4）适用场合：低速运动或不宜单独使用。
B'
h
A Φ Φs′ D
O
r0
Φ′ Φs
ω
BC
s BC
A
D Aψ
Φ Φs Φ′ Φs′ t
2
π 图3-5b
1、等速运动规律 v=常数。
1）运动方程：表3-1
s=hψ/Φ 推程 v=hω/Φ
a=0 s=h-h(ψ-Φ-Φs ) /Φ′ 回程 v= -hω/ Φ′ a=0
注意：回程时，从动件的位移仍由其最低位置算起，所以 s是逐渐减小的。
回程运动角Φ′： 从动件回程时所对应的凸轮转角。
4、近休： 凸轮继续回转时，从动件与凸轮在
基圆DA段圆弧接触，这时从动件在最 近位置静止不动，这一阶段称为近休。
近休止角Φs ′ ： 从动件近休时所对应的凸轮转角。
有的凸轮Φs ′=0 °（无近休）。
▲ 行程h：从动件在推程或回程中所移 动的距离。
最大摆幅ψmax：从动件在推程或回程 中所摆动的角度。 （对摆动推杆而言）
a
ψ
此冲击称为柔性冲击。 4）适用场合：中速运动。
4hω2/Φ 2
m
e
O
ψ
3、余弦加速度（简谐）运动规律 推杆在运动过程中加速度呈余弦曲线规律变化。
机械设计基础-凸轮机构
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
小结
1、凸轮机构的基本组成 2、凸轮机构的应用特点 3、凸轮机构的基本类型
轮廓及从动件运动规律
基本术语 B'
h
1、基圆：凸轮轮廓上最小向径
e
r0为半径的圆
A
2、推程及推程运动角dt，
t
B
行程：h(最大位移) 3、远休止角ds
r0 O
B1 s
s'
h C1
C
4、回程及回程运动角dh D
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
棘轮机构基本结构如图7—l所示， 由棘轮3、棘爪2、4与主动摆杆 1、机架5组成。 主动摆杆1空套在与棘轮3固联 的从动轴上，驱动棘爪2与主动 摆杆1用转动副O1相联，止动棘 爪4与机架5用转动副O2相联， 弹簧6可保证棘爪与棘轮啮合。
当主动摆杆作往复摆动时，从动棘 轮作单向间歇转动。
特点
优点:只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线， 就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所 预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮 机构结构简单、紧凑、运动可靠。
缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保 持良好的润滑，容易磨损。
凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛 应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
5、近休止角ds’
尖底偏置直动推杆
盘形凸轮机构
推杆的运动分析
0°
推杆位移 s=f (t)
t
特别，当凸轮匀速转动时：
B'
s = s (d)；v =v (d)； a =a (d)
推杆位移线图
A
s
t
B
s BC
B1 s
机械设计基础——凸轮机构
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。
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
机械设计基础-凸轮机构设计
(1)取角度比例尺μφ,在横坐标轴上作出凸轮与行程h 对 应的推程角Φ,将其分成若 干等份(图中分为六等份),得到分 点1、2、…、6,过这些分点作横坐标轴的垂直线。
(2)取长度比例尺μl,在纵坐标轴上作出从动件的行程h。 (3)这些平行线与上述各对应的垂直线分别交于点1″、 2″、…、6″,将这些交点连成光 滑的曲线,即为余弦加速度运 动的位移线图。
凸轮机构设计
③ 等径凸轮:如图3-5(c)所示,从动件上装有两个滚子,其 中心线通过凸轮轴心,凸轮 与这两个滚子同时保持接触。这 种凸轮理论轮廓线上两异向半径之和恒等于两滚子的中心距 离,因此等径凸轮只能在180°范围内设计轮廓线,其余部分的 凸轮廓线需要按等径原则确定。
凸轮机构设计
④ 主回凸轮:如图3-5(d)所示,用两个固结在一起的盘形 凸轮分别与同一个从动件 上的两个滚子接触,形成结构封闭。 其中一个凸轮(主凸轮)驱使从动件向某一方向运动, 而另一 个凸轮(回凸轮)驱使从动件反向运动。主凸轮轮廓线可在 360°范围内按给定运动规 律设计,而回凸轮轮廓线必须根据 主凸轮轮廓线和从动件的位置确定。主回凸轮可用于高 精 度传动。
凸轮机构设计
二、 凸轮的分类 1.按凸轮的形状分类 (1)盘形凸轮。如图3-1所示,这种凸轮是绕固定轴转动并
且具有变化向径的盘形构 件,它是凸轮的基本形式。 (2)移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状,如图3-2所示
的凸轮,可视作回转中心位于无穷远时的盘形凸轮,它相对于 机架作直线移动。
凸轮机构设计
凸轮机构设计
(6)远休止:从动件离转轴O 最远处静止不动。凸轮转过 角度Φs 称为远休止角。
(7)回程运动:从动件在弹簧力或重力作用下回到初始位 置,位移由Smax→0,凸轮转 过角度Φ'称为回程运动角。
(2)取长度比例尺μl,在纵坐标轴上作出从动件的行程h。 (3)这些平行线与上述各对应的垂直线分别交于点1″、 2″、…、6″,将这些交点连成光 滑的曲线,即为余弦加速度运 动的位移线图。
凸轮机构设计
③ 等径凸轮:如图3-5(c)所示,从动件上装有两个滚子,其 中心线通过凸轮轴心,凸轮 与这两个滚子同时保持接触。这 种凸轮理论轮廓线上两异向半径之和恒等于两滚子的中心距 离,因此等径凸轮只能在180°范围内设计轮廓线,其余部分的 凸轮廓线需要按等径原则确定。
凸轮机构设计
④ 主回凸轮:如图3-5(d)所示,用两个固结在一起的盘形 凸轮分别与同一个从动件 上的两个滚子接触,形成结构封闭。 其中一个凸轮(主凸轮)驱使从动件向某一方向运动, 而另一 个凸轮(回凸轮)驱使从动件反向运动。主凸轮轮廓线可在 360°范围内按给定运动规 律设计,而回凸轮轮廓线必须根据 主凸轮轮廓线和从动件的位置确定。主回凸轮可用于高 精 度传动。
凸轮机构设计
二、 凸轮的分类 1.按凸轮的形状分类 (1)盘形凸轮。如图3-1所示,这种凸轮是绕固定轴转动并
且具有变化向径的盘形构 件,它是凸轮的基本形式。 (2)移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状,如图3-2所示
的凸轮,可视作回转中心位于无穷远时的盘形凸轮,它相对于 机架作直线移动。
凸轮机构设计
凸轮机构设计
(6)远休止:从动件离转轴O 最远处静止不动。凸轮转过 角度Φs 称为远休止角。
(7)回程运动:从动件在弹簧力或重力作用下回到初始位 置,位移由Smax→0,凸轮转 过角度Φ'称为回程运动角。
03机械设计基础-凸轮机构
2 t
s2 = h
2h
(δ t δ 1 )
2
a2 =
4hω
2 1
δ t2
如图３-8所示。
等加速部分可按下述方法画出：在横坐标 轴上分成若干等份，得1、2、3各点，过这些点 作横轴的垂线。再过点O作任意的斜线OO`，在 其上以适当的单位长度自点O按1：4：9量取对 应长度，得1、4、9各点。连接直线9-3”，并分 别过4、1两点，作其平行线4-2”和1-1”，分别 与S2轴相交于2”、1”点。最后由1”、2”、3”点 分别向过1、2、3各点的垂线投影，得1`、2`、 3`点，将这些点连接成光滑的曲线，同样可得 等减速度段的抛物线。
§３-2 从动件的常用运动规律
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δ与时间t成正比 （δ=ωt），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（δ），v=v（δ），a=a（δ）。 通常用从动件运动线图直观地表述这些关系。
图３-15偏置移动尖顶从动件盘形凸轮
5．摆动从动件盘形凸轮轮廓
已知从动件的角位移线图（图３-16b）， 凸轮与摆动从动件的中心距lOA，摆动从动 件的长度lAB，凸轮的基圆半径rmin，以及凸 轮以等角速度ω1逆时针回转，要求绘出此凸 轮的轮廓。仍用“反转法”求凸轮轮廓 。
图３-16 尖顶摆动从动件盘形凸轮
2．对心移动滚子从动件盘形凸轮
其凸轮轮廓设计方法如图３-13所示。首 先，把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按照 上面的方法画出一条轮廓曲线β0。再以β0上各 点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆， 最后作这些圆的内包络线β，它便是使用滚子 从动件时凸轮的实际轮廓，而β0称为此凸轮的 理论轮廓。由作图过程可知，滚子从动件凸轮 轮廓的基圆半径rmin应当在理论轮廓上度量。
s2 = h
2h
(δ t δ 1 )
2
a2 =
4hω
2 1
δ t2
如图３-8所示。
等加速部分可按下述方法画出：在横坐标 轴上分成若干等份，得1、2、3各点，过这些点 作横轴的垂线。再过点O作任意的斜线OO`，在 其上以适当的单位长度自点O按1：4：9量取对 应长度，得1、4、9各点。连接直线9-3”，并分 别过4、1两点，作其平行线4-2”和1-1”，分别 与S2轴相交于2”、1”点。最后由1”、2”、3”点 分别向过1、2、3各点的垂线投影，得1`、2`、 3`点，将这些点连接成光滑的曲线，同样可得 等减速度段的抛物线。
§３-2 从动件的常用运动规律
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δ与时间t成正比 （δ=ωt），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（δ），v=v（δ），a=a（δ）。 通常用从动件运动线图直观地表述这些关系。
图３-15偏置移动尖顶从动件盘形凸轮
5．摆动从动件盘形凸轮轮廓
已知从动件的角位移线图（图３-16b）， 凸轮与摆动从动件的中心距lOA，摆动从动 件的长度lAB，凸轮的基圆半径rmin，以及凸 轮以等角速度ω1逆时针回转，要求绘出此凸 轮的轮廓。仍用“反转法”求凸轮轮廓 。
图３-16 尖顶摆动从动件盘形凸轮
2．对心移动滚子从动件盘形凸轮
其凸轮轮廓设计方法如图３-13所示。首 先，把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按照 上面的方法画出一条轮廓曲线β0。再以β0上各 点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆， 最后作这些圆的内包络线β，它便是使用滚子 从动件时凸轮的实际轮廓，而β0称为此凸轮的 理论轮廓。由作图过程可知，滚子从动件凸轮 轮廓的基圆半径rmin应当在理论轮廓上度量。
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构在机械设计中，凸轮机构是一种常见且重要的机械传动机构，它利用凸轮的凸缘与从动件（如滚子或柱塞）的凹槽相互作用，将旋转运动转换为直线运动或者其他特定的运动形式，广泛应用于各种机器和设备中。
下面将介绍凸轮机构的基本原理和常见类型，并探讨其在机械设计中的应用。
凸轮机构是一种基于凸轮运动的机械传动机构，其工作原理是通过凸轮的不规则形状使凹槽中的从动件产生预期的运动。
凸轮可以是一个圆柱体的一部分，也可以是一个分离的轴螺栓，并且可以具有各种形状的凸缘。
凹槽中的从动件可以是滚子、柱塞、针杆等。
凸轮机构常见的基本动作包括推动、提升、转动、倾斜、抛射等。
凸轮机构的工作过程中，凸轮的凸缘和从动件的凹槽在运动过程中不断接触和分离，从而实现所需的运动形式。
凸轮的凹槽形状和凸度的大小直接影响从动件的运动形态和速度。
在凸轮机构的设计中，需要考虑凸轮的基本形状、凹槽的形状和尺寸以及凸轮和从动件之间的相对位置等因素。
同时，还需要对从动件的负载、速度和运动惯量等进行估算和计算，以确保凸轮机构可以正常工作并满足设计要求。
凸轮机构在机械设计中有广泛的应用。
最常见的应用是在内燃机中，凸轮机构用于驱动气门的开启和关闭，控制燃气的进出，实现正常的运转。
此外，凸轮机构还可以用于机床上的工件夹持、印刷机上的纸张送纸、纺织机上的细纱传动等。
另外，凸轮机构还可以用于高精度和高速度的机械系统中。
例如，在印刷机上，凸轮机构被用来实现纸张进给、定位和印刷等动作，凸轮的凹槽形状和凸度的大小非常关键，以确保纸张的正确进给和精确的印刷位置。
此外，凸轮机构还可以通过改变凸轮的形状和凹槽的设计，实现多种复杂的运动形式。
例如，通过使用多个凸轮和从动件，可以实现复杂的步进运动、循环运动和连续运动。
这种应用在自动化生产线、工业机器人和动画制作等领域非常常见。
总而言之，凸轮机构作为一种常见的机械传动机构，通过凸轮的运动将旋转运动转换为直线运动或其他特定的运动形式。
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第四章 凸轮机构
机 械 设 计 基 础
本章主要内容： • • • • 凸轮机构的分类和应用 从动件常用运动规律 凸轮轮廓曲线的绘制 凸轮设计中应注意的问题
凸轮机构的应用
机 械 设 计 基 础
凸轮是一种常用机构，在自动化机械当中得到广泛应用
凸轮机构的定义
机 械 设 计 基 础
凸轮是一个具有某种曲线轮廓和凹槽的 构件，当其运动（一般为等速连续运动）时， 可迫使与其构成高副接触的另一构件（从动 件）完成某种所需运动。从动件的运动可以 是等速的，也可以是变速的，可以是连续的， 也可以是间歇的，这决定于凸轮轮廓曲线的 形状。只要恰当地作出凸轮的轮廓，就可以 使从动件实现各种预期的运动规律。
凸轮机构的工作原理
机 械 设 计 基 础
s
B
C
行程
hs rb
A B
近休止角
o
D
S
2
S
e
D
C
推程运动角
远休止角
回程运动角
凸轮的基圆
该位置为初始位置
作业总结
机 械 设 计 基 础
作业总结
机 械 设 计 基 础
凸轮机构的工作原理
机 械 设
摆动从动件凸轮机构 B
B1 A
o
从动件摆角
计
基
础
最大摆角
B C
max
S
近休止角
D
2
S
最大摆角
max
推程运动角
远休止角
回程运动角
O1
摆角
O2
S 从动件常用运动规律
机 械 设 计 基 础
1. 等速运动规律
s c0 c1 v c1 a0
h
O v
推程的运动方程：
0, s 0, , s h
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
4. 有人认为由理论轮廓画一系列滚子，再作包络线求实际 轮廓的方法太麻烦，建议采用图3.8所示作图方法：从理论 廓上A0、A1、A2…沿相应导路截取线段等于滚子半径rT（即 取A0B0=A1B1=A2B2…=rT）得B0、B1、B2…等点，将这些点联 接起来即可找到实际轮廓曲线。然而由图3.9可以看出，当 从动件上升（或下降）时，实际轮廓与滚子的切点B并不在 导路上，因此，上述“简化”作图法是不正确的。
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
3. 教材中所述：“滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的 最小曲率半径ρmin的最小半径确定方法：如图3.7所示， 首先根据观察找出外凸轮廓曲率较大的部位D，在曲线上邻 近D点的地方取M、N两点，再作DM与DN的垂直平分线交于O， 则长度OD即可近似表示该处的曲率半径。将这样求出的几 个曲率半径进行比较，其中最小的即为ρmin。
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
2. 绘制从动件位移线图时，横坐标（代表凸 轮转角或时间）比例尺可任意选取而不影响凸轮 轮廓设计。对于直动从动件，其纵坐标代表位移s， 它的比例尺应与凸轮轮廓图的比例尺取得相同， 以便在位移图上直接截取线段绘凸轮轮廓。对于 摆动从动件，其纵坐标代表从动件的摆角。
（1）按已设计好的运动规律作出 位移线图； （2）按基本 尺寸作出凸轮机构的 初始位置； （3）按- 方向划分偏距圆得 c0、 c1、c2等点；并过这 些点作 偏距圆的切线，即为反转导路线； （4）在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得B1、B2、 等点，即为凸轮轮廓上的点。
B4
B
S
s
假象给正在运动着的整个凸 s 轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的公共角速 度（- ），这样，各构件的相对 运动关系并不改变，但原来以角 速度转动的凸轮将处于静止状 态；机架（从动件的导路）则以 2 o （ - ）的角速度围绕凸轮原来 的转动轴线转动；而从动件一方 面随机架转动，另一方面又按照 给定的运动规律相对机架作往复 运动。
压力角
n
t A
rb
2 v2
n
t s s0
A c p n
o
e
cp n
o
e
摆动从动件盘型凸轮机构压力角
n
v2
B rb p o1 1 3 n K L A B
v2
K
n
2
o2 n
a
0
p
rb o1 O2
压力角
机 械 设 计 基 础
设计基本尺寸时务必使 max[]
许用压力角的推荐值：
rb (0.8 ~ 1.0)d rT
式中d是凸轮轴直径；rT是滚子半径
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
1. 刚性冲击和柔性冲击可根据运动线图中的加 速度线图来判断，即凡加速度线图不连续处（加 速度值突然改变等有限值时），产生柔性冲击； 凡加速度值达到无穷大处，产生刚性冲击。这一 判断原则对其他运动规律也是适用的。
2
2.等加速等减速运动规律
4 1 0 1 2
3
4
5
6
速度对时间的变化率理论上为无穷大。 推程等加速运动的边界条件为： 由此引起的冲击称为柔性冲击。 0, s 0, v 0 适用于中、低速场合。 / 2, s h / 2 推程等加速运动的方程式为： 2h 2 3. n 3的高次多项式运动规律 s 2 适当增加多项式的幂次， 就有可能获得性能良好的运动 4h v 2 规律。但幂次越高，要求的加 工精度也愈高。 4h
其推程的边界条件为：
v
s h / v h /
O a
从动件在运动起始位置和终止 两瞬时的加速度在理论上由零值突 变为无穷大，惯性力也为无穷大。 由此的冲击称为刚性冲击。适用于 低速场合。
a0
O
从动件常用运动规律 4
机 械 设 计 基 础
0 1
s
9
s c0 c1 c2 在运动规律推程的始末点和前后半 v c1 2c2 程的交接处，加速度虽为有限值，但加 a 2c2 2
优 点：
只需要确定适当的凸轮轮廓就可以使 从动件得到任意预期的运动规律，结构简 单，体积较小，易于设计，因此，广泛的 用于各种机器、仪器和控制装置当中。
缺 点：
由于凸轮与从动件是高副接触，压力 较大，易磨损、故不宜用于大功率传动； 又由于凸轮尺寸的限制，凸轮机构也不适 用于要求从动件工作行程较大的场合
B6
B5
凸轮机构设计中应注意的问题
机 械 设 计 基 础
• 滚子半径的选择 • 压力角 • 基圆半径
滚子半径的选择
bmin min rr
min rr
´
min>rr
min
min<rr bmin =min-rr
为避免运动失真，
´
min=rr
bmin =min-rr3mm 建议：rr0.8min，或rr 0.4rb
凸轮机构的应用
机 械 设 计 基 础
凸轮机构的应用
机 械 设 计 基 础
凸轮机构的主要应用场合
凸轮机构的分类
机 械 设 计 基 础
分类方法： • • • • • 按凸轮的形状分 按从动件的形状分 按照从动件的运动形式分 按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分 其他
凸轮机构的特点
机 械 设 计 基 础
v
0
/2
a
0
/2
0
j
/2
a
2
2
机
已知从动件的运动规律[s =s()、v=v()、a=a()]及凸轮 机构的基本尺寸（如rb、e）及转向，求凸轮轮廓曲线上点的 坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。
凸轮轮廓曲线的绘制
设 计 基
械
础
反转法原理
-
- B1
B0
rb e
反转法原理
机 械 设 计 基 础
利用反转法绘制凸轮廓线
（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构
利用反转法绘制凸轮廓线
（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构 -
S
h
o
1 2 3 4 5 6
2
180º
60º 120º
7 8 9 10
B9
B10
B8
B7Байду номын сангаас
B c8 c9 0 c7 rb 120º c10 B1 e c0 O c660º B2 c 180º c1 5 c4 c c2 B3 3
工作行程 对于移动从动件， []=30º ~35º 对于摆动从动件， []=40º ~45º 非工作行程：可在70º 之间选取 ~80º
压力角
机 械 设 计 基 础
基圆半径越大，凸轮机构尺寸越大，如减小基圆半 径，则会增大从动件的压力角。所以，应在保证最 大压力角不超过许用值的条件下，缩小凸轮机构的 尺寸
机 械 设 计 基 础
本章主要内容： • • • • 凸轮机构的分类和应用 从动件常用运动规律 凸轮轮廓曲线的绘制 凸轮设计中应注意的问题
凸轮机构的应用
机 械 设 计 基 础
凸轮是一种常用机构，在自动化机械当中得到广泛应用
凸轮机构的定义
机 械 设 计 基 础
凸轮是一个具有某种曲线轮廓和凹槽的 构件，当其运动（一般为等速连续运动）时， 可迫使与其构成高副接触的另一构件（从动 件）完成某种所需运动。从动件的运动可以 是等速的，也可以是变速的，可以是连续的， 也可以是间歇的，这决定于凸轮轮廓曲线的 形状。只要恰当地作出凸轮的轮廓，就可以 使从动件实现各种预期的运动规律。
凸轮机构的工作原理
机 械 设 计 基 础
s
B
C
行程
hs rb
A B
近休止角
o
D
S
2
S
e
D
C
推程运动角
远休止角
回程运动角
凸轮的基圆
该位置为初始位置
作业总结
机 械 设 计 基 础
作业总结
机 械 设 计 基 础
凸轮机构的工作原理
机 械 设
摆动从动件凸轮机构 B
B1 A
o
从动件摆角
计
基
础
最大摆角
B C
max
S
近休止角
D
2
S
最大摆角
max
推程运动角
远休止角
回程运动角
O1
摆角
O2
S 从动件常用运动规律
机 械 设 计 基 础
1. 等速运动规律
s c0 c1 v c1 a0
h
O v
推程的运动方程：
0, s 0, , s h
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
4. 有人认为由理论轮廓画一系列滚子，再作包络线求实际 轮廓的方法太麻烦，建议采用图3.8所示作图方法：从理论 廓上A0、A1、A2…沿相应导路截取线段等于滚子半径rT（即 取A0B0=A1B1=A2B2…=rT）得B0、B1、B2…等点，将这些点联 接起来即可找到实际轮廓曲线。然而由图3.9可以看出，当 从动件上升（或下降）时，实际轮廓与滚子的切点B并不在 导路上，因此，上述“简化”作图法是不正确的。
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
3. 教材中所述：“滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的 最小曲率半径ρmin的最小半径确定方法：如图3.7所示， 首先根据观察找出外凸轮廓曲率较大的部位D，在曲线上邻 近D点的地方取M、N两点，再作DM与DN的垂直平分线交于O， 则长度OD即可近似表示该处的曲率半径。将这样求出的几 个曲率半径进行比较，其中最小的即为ρmin。
本 章 小 结
机 械 设 计 基 础
2. 绘制从动件位移线图时，横坐标（代表凸 轮转角或时间）比例尺可任意选取而不影响凸轮 轮廓设计。对于直动从动件，其纵坐标代表位移s， 它的比例尺应与凸轮轮廓图的比例尺取得相同， 以便在位移图上直接截取线段绘凸轮轮廓。对于 摆动从动件，其纵坐标代表从动件的摆角。
（1）按已设计好的运动规律作出 位移线图； （2）按基本 尺寸作出凸轮机构的 初始位置； （3）按- 方向划分偏距圆得 c0、 c1、c2等点；并过这 些点作 偏距圆的切线，即为反转导路线； （4）在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得B1、B2、 等点，即为凸轮轮廓上的点。
B4
B
S
s
假象给正在运动着的整个凸 s 轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的公共角速 度（- ），这样，各构件的相对 运动关系并不改变，但原来以角 速度转动的凸轮将处于静止状 态；机架（从动件的导路）则以 2 o （ - ）的角速度围绕凸轮原来 的转动轴线转动；而从动件一方 面随机架转动，另一方面又按照 给定的运动规律相对机架作往复 运动。
压力角
n
t A
rb
2 v2
n
t s s0
A c p n
o
e
cp n
o
e
摆动从动件盘型凸轮机构压力角
n
v2
B rb p o1 1 3 n K L A B
v2
K
n
2
o2 n
a
0
p
rb o1 O2
压力角
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设计基本尺寸时务必使 max[]
许用压力角的推荐值：
rb (0.8 ~ 1.0)d rT
式中d是凸轮轴直径；rT是滚子半径
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1. 刚性冲击和柔性冲击可根据运动线图中的加 速度线图来判断，即凡加速度线图不连续处（加 速度值突然改变等有限值时），产生柔性冲击； 凡加速度值达到无穷大处，产生刚性冲击。这一 判断原则对其他运动规律也是适用的。
2
2.等加速等减速运动规律
4 1 0 1 2
3
4
5
6
速度对时间的变化率理论上为无穷大。 推程等加速运动的边界条件为： 由此引起的冲击称为柔性冲击。 0, s 0, v 0 适用于中、低速场合。 / 2, s h / 2 推程等加速运动的方程式为： 2h 2 3. n 3的高次多项式运动规律 s 2 适当增加多项式的幂次， 就有可能获得性能良好的运动 4h v 2 规律。但幂次越高，要求的加 工精度也愈高。 4h
其推程的边界条件为：
v
s h / v h /
O a
从动件在运动起始位置和终止 两瞬时的加速度在理论上由零值突 变为无穷大，惯性力也为无穷大。 由此的冲击称为刚性冲击。适用于 低速场合。
a0
O
从动件常用运动规律 4
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0 1
s
9
s c0 c1 c2 在运动规律推程的始末点和前后半 v c1 2c2 程的交接处，加速度虽为有限值，但加 a 2c2 2
优 点：
只需要确定适当的凸轮轮廓就可以使 从动件得到任意预期的运动规律，结构简 单，体积较小，易于设计，因此，广泛的 用于各种机器、仪器和控制装置当中。
缺 点：
由于凸轮与从动件是高副接触，压力 较大，易磨损、故不宜用于大功率传动； 又由于凸轮尺寸的限制，凸轮机构也不适 用于要求从动件工作行程较大的场合
B6
B5
凸轮机构设计中应注意的问题
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• 滚子半径的选择 • 压力角 • 基圆半径
滚子半径的选择
bmin min rr
min rr
´
min>rr
min
min<rr bmin =min-rr
为避免运动失真，
´
min=rr
bmin =min-rr3mm 建议：rr0.8min，或rr 0.4rb
凸轮机构的应用
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凸轮机构的应用
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凸轮机构的主要应用场合
凸轮机构的分类
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分类方法： • • • • • 按凸轮的形状分 按从动件的形状分 按照从动件的运动形式分 按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分 其他
凸轮机构的特点
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v
0
/2
a
0
/2
0
j
/2
a
2
2
机
已知从动件的运动规律[s =s()、v=v()、a=a()]及凸轮 机构的基本尺寸（如rb、e）及转向，求凸轮轮廓曲线上点的 坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。
凸轮轮廓曲线的绘制
设 计 基
械
础
反转法原理
-
- B1
B0
rb e
反转法原理
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利用反转法绘制凸轮廓线
（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构
利用反转法绘制凸轮廓线
（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构 -
S
h
o
1 2 3 4 5 6
2
180º
60º 120º
7 8 9 10
B9
B10
B8
B7Байду номын сангаас
B c8 c9 0 c7 rb 120º c10 B1 e c0 O c660º B2 c 180º c1 5 c4 c c2 B3 3
工作行程 对于移动从动件， []=30º ~35º 对于摆动从动件， []=40º ~45º 非工作行程：可在70º 之间选取 ~80º
压力角
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基圆半径越大，凸轮机构尺寸越大，如减小基圆半 径，则会增大从动件的压力角。所以，应在保证最 大压力角不超过许用值的条件下，缩小凸轮机构的 尺寸