机械设计基础 第三章 凸轮机构
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滚子从动件凸轮机构
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构 盘形凸轮机构
按凸轮的形状分类
移动（板状）凸轮机构 圆柱凸轮机构
圆锥凸轮机构
按高副维持接触的方 法分类
力封闭的凸轮机构 形封闭的凸轮机构
形封闭的凸轮机构的 几种型式
等宽凸轮
等径凸轮 d d
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构
e
1 2 3 4
9 8 7
5
6
(3)过交点作偏心圆的 切线，沿偏心圆的切线 从基圆开始量从动件的 位移量，又得到一系列 点1、2、3…
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 °
90 °90 60 ° °
(4)用光滑曲线连 接一系列点1、2、 3…，得到凸轮轮 廓曲线。
3.偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
唯一关系
从动件 运动规 律 根据工艺 要求确定
一、等速运动规律
s2
H
位移
v2
A
B
C
1 (t )
速度
1 (t )
a2
加速度
1 (t )
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 成的运动规律称为简谐运动
s2
H
位移
推程
0
1 (t )
v2
a2
速度
— 回程运动角
从动件的运动规律
s2 H
A
r
r0
1 (t )
s'
D
f
r
s
f
s'
B C
s
从动件的运动：
升 停 降 停，两端休止
当 s 0 或 s 0时，一端休止 当 s s 0时，无休止
从动件运动规律的确定方法
凸轮轮 廓曲线
设计过程
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。
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
1 2 3 4 5
6 7 8 9
送料机构
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 。
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。
从动件的运动规律
s2 H
A
r
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
r0
1 (t )
s'
D
r
s
f
s'
的最小向径 r0
B
s
r0 — 基圆半径，以凸轮廓线
f
为半径的圆称为基圆
H — 升程 : 凸轮转一周从动件移动 的最大距离
C
r AOB — 推程运动角
f
s — 远休止角 s — 近休止角
第三章凸轮机构
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
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。
e
e
e
小 结
按从动件的运动分类
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
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构
平底从动件凸轮机构
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮机构 移动（板状）凸轮 机构 盘形凸轮机构
3 2
1
1
e
总结
直动从动件凸轮机构
按从动件的运动分类
凸 轮 机 构 的 分 类
摆动从动件凹槽凸轮机构
等宽凸轮机构
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
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。
s
e
120 ° 90 ° 90 ° ° 60
1.作滚子中心的 凸轮轮廓曲线
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 ° 90 ° 90 ° ° 60
1.作滚子中心的 凸轮轮廓曲线
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
e
120 ° 90 ° 90 ° ° 60
2.求内等距线
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。
• 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
• 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。
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 这种机构一般仅用于传递 动力不大的场合。
e
小 结
按从动件的运动分类
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
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构
平底从动件凸轮机构
3
在设计机械时，
2 常要求其中某些从动件
的位移、速度、加速度 1 按照预定的规律变化。 此时，通常多采用凸轮机构。
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
1.对心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
1.偏心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
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
sห้องสมุดไป่ตู้
120°
90 ° 90 ° 60 °
1 (t )
回程
加速度
1 (t )
三、其他运动规律
位移
S 2 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
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
1
3机架 高副
2从动件 h
1凸轮
e
凸轮机构 ——由凸轮，从动件 和机架构成的三杆高副机构。 h
e
凸轮机构的分类
h
e
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
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
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构 盘形凸轮机构
按凸轮的形状分类
移动（板状）凸轮机构 圆柱凸轮机构
圆锥凸轮机构
按高副维持接触的方 法分类
力封闭的凸轮机构 形封闭的凸轮机构
形封闭的凸轮机构的 几种型式
等宽凸轮
等径凸轮 d d
形封闭凸轮机构的型式
等径凸轮机构
e
1 2 3 4
9 8 7
5
6
(3)过交点作偏心圆的 切线，沿偏心圆的切线 从基圆开始量从动件的 位移量，又得到一系列 点1、2、3…
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
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120 °
90 °90 60 ° °
(4)用光滑曲线连 接一系列点1、2、 3…，得到凸轮轮 廓曲线。
3.偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
唯一关系
从动件 运动规 律 根据工艺 要求确定
一、等速运动规律
s2
H
位移
v2
A
B
C
1 (t )
速度
1 (t )
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加速度
1 (t )
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 成的运动规律称为简谐运动
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位移
推程
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速度
— 回程运动角
从动件的运动规律
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B C
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从动件的运动：
升 停 降 停，两端休止
当 s 0 或 s 0时，一端休止 当 s s 0时，无休止
从动件运动规律的确定方法
凸轮轮 廓曲线
设计过程
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
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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。
偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s
1 2 3 4 5
6 7 8 9
送料机构
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 。
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。
从动件的运动规律
s2 H
A
r
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
r0
1 (t )
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D
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的最小向径 r0
B
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r0 — 基圆半径，以凸轮廓线
f
为半径的圆称为基圆
H — 升程 : 凸轮转一周从动件移动 的最大距离
C
r AOB — 推程运动角
f
s — 远休止角 s — 近休止角
第三章凸轮机构
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
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。
e
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小 结
按从动件的运动分类
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
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构
平底从动件凸轮机构
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮机构 移动（板状）凸轮 机构 盘形凸轮机构
3 2
1
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总结
直动从动件凸轮机构
按从动件的运动分类
凸 轮 机 构 的 分 类
摆动从动件凹槽凸轮机构
等宽凸轮机构
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
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。
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120 ° 90 ° 90 ° ° 60
1.作滚子中心的 凸轮轮廓曲线
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
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120 ° 90 ° 90 ° ° 60
1.作滚子中心的 凸轮轮廓曲线
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制
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120 ° 90 ° 90 ° ° 60
2.求内等距线
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。
• 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
• 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。
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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 这种机构一般仅用于传递 动力不大的场合。
e
小 结
按从动件的运动分类
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
按从动件的形状分类
尖顶从动件凸轮机构
平底从动件凸轮机构
3
在设计机械时，
2 常要求其中某些从动件
的位移、速度、加速度 1 按照预定的规律变化。 此时，通常多采用凸轮机构。
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
1.对心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
1.偏心尖顶直动从动件 • 已知基圆半径及从动件位移曲线
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
sห้องสมุดไป่ตู้
120°
90 ° 90 ° 60 °
1 (t )
回程
加速度
1 (t )
三、其他运动规律
位移
S 2 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
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。
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3机架 高副
2从动件 h
1凸轮
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凸轮机构 ——由凸轮，从动件 和机架构成的三杆高副机构。 h
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凸轮机构的分类
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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
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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