第2章凸轮机构
凸轮机构
一、滚子半径的选择
滚子半径 rT 过大，导致实际轮 廓线变尖或交叉，如b、c所示。 ' rT , '实际轮廓曲率半径；
理论轮廓曲率半径； rT 滚子半径；
当 rT， ' 0，实际轮廓线为 光滑连续的曲线，没问 题； 当 rT， ' 0，实际轮廓线交叉， ，加工时被切除，导致 从动件运动
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
移动凸轮
1.按凸轮的形状
当盘形构件的回 转中心趋于无穷 大时，绕轴转动 的盘形凸轮就变 成相对于机架作 往复直线移动的 凸轮。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
圆柱凸轮
1.按凸轮的形状
凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，它可以看作是把移动凸轮 卷成圆柱体而得。
（1）力封闭：利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与 凸轮保持接触，如图6-1所示。 （2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮 接触，如图6-2所示。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类 3.按凸轮与从动件保持接触的方式分
（2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从 动件与凸轮接触，下图是常用的形封闭凸轮机构。
2.对心滚子直动从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rb 、滚子半径rT 、角速度 ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
8’
-ω
ω
7’ 5’ 3’ 1’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓η
1 3 5 78
设计步骤小结： 实际轮廓η’ ①选比例尺μ l作基圆rb。 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。
机械原理例题第二章机构分析
12
基本概念题
13
1.选择题：
1）当机构的自由度F>0，且 有确定的相对运动。
B 原动件数，则该机构即具
A.小于
B.等于 C.大于 D.大于或等于
2）有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰
链的运动构件将他们串成一个平面机构，则其自由度等 于 B。
A.0 B.1 C.2
3）机构中的构件是由一个或多个零件所组成，这些零件间 B产生任何相对运动。
选取比例尺作机构运动简图， 如图所示。
求自由度： n = 3, Pl = 4, ph =0,
F = 3n - 2pl - ph = 3×3－2×4－0 = 1
21
2-16：计算图示机构的自由度： （a）齿轮——连杆组合机构
4
A 3
B
C 2
4
1
D
解：
A点是三构件相铰接的复 合铰链；
n = 4, pl = 5, ph = 1 F = 3n - 2pl - ph
= 3×8－2×11－1 = 1 高副低代
n = 9, pl = 13, ph = 0 F = 3n - 2pl - ph = 3×9－2×13 = 1 机构的组成： 该机构为Ⅲ级机构。
30
n = 9, pl = 12, ph = 2 F = 3n - 2pl - ph
= 3×9－2×12－2 =1
3
例3：图示机构中，AB∥=EF ∥=CD，试计算机构自由度。
G H
C D
I
解：
C处为复合铰链， m=3；
E
B G处为局部自由度；有一个
虚约束。
F A
I处有一个高副虚约束。
机构ABCDEF为平行四边形机 构，构件EF及引入的约束为虚 约束。
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构是一种通过凸轮运动来控制机械装置的工作的机构。
其原理是利用凸轮的几何形状和运动来实现间歇动作。
其结构包括凸轮、摇杆、推杆、活导杆等部件。
凸轮通常呈圆柱体形状，并固定在轴上。
凸轮的中心轴线与某一特定的点称为基准点，通过凸轮的旋转运动，基准点与凸轮的接触点会随着凸轮的旋转而改变。
摇杆是凸轮间歇机构中的重要组成部分，其一端与推杆相连，另一端与凸轮接触。
摇杆的作用是将凸轮的旋转运动转化为推杆的线性运动。
推杆是连接摇杆和活导杆的部件，其运动由摇杆的运动决定。
当凸轮旋转时，通过摇杆和推杆的传动，使得活导杆执行特定的间歇动作。
活导杆则负责在凸轮和工作装置之间传递动力或执行具体的工作。
凸轮的运动使得活导杆在不同的时间间隔内执行不同的运动，从而实现间歇动作的控制。
通过调整凸轮的形状和摆动角度，可以使得凸轮间歇机构实现不同的运动规律和间歇动作。
凸轮间歇机构广泛应用于各种机械装置中，如自动化生产线、机床等领域，实现不同工序的协调和控制。
西北工业大学机械原理课后答案第2章
第二章 机构的结构分析题2-11 图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案。
设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。
(图2-11a)2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。
尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件，故 3=n 3=l p 1=h p01423323=-⨯-⨯=--=h l p p n F原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。
分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。
故需增加构件的自由度。
3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。
(1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-11b)。
(2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-11c)。
(3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-11d)。
11(c)题2-11(d)54364(a)5325215436426(b)321讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。
用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。
题2-12 图a 所示为一小型压力机。
图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。
在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。
最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。
电子课件-《机械基础(少学时 第二版)》-A02-3983 2第2章 常用机构
§2—1 平面连杆机构
（1）曲柄摇杆机构
LAD+LAB≤LBC+LCD
连架杆之一为最短杆
§2—1 平面连杆机构
（2）双曲柄机构
LAD+LAB≤LBC+LCD
机架为最短杆
§2—1 平面连杆机构
（3）双摇杆机构
LAD+LAB≤LBC+LCD
连杆为最短杆
LAD+LAB＞LBC+LCD
不论哪个杆为机架， 都无曲柄存在
§2—2 凸轮机构
三、从动件端部形状
1．尖顶从动件
2．滚子从动件
能准确实现任意的 运动规律，构造最 简单，但易磨损
凸轮与从动件为滚 子接触，利于润滑
§2—2 凸轮机构
3．平底从动件
4．曲面从动件
易于形成楔形 油膜，润滑较好
可避免因安装位置偏 斜或不对中而造成的表 面应力过大和磨损增大
§2—2 凸轮机构
1—凸轮 2—推杆 3—弹簧 4—阀杆
§2—2 凸轮机构
一、凸轮机构概述
1．凸轮机构的组成及应用
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
盘形凸轮
移动凸轮
§2—2 凸轮机构
2．凸轮机构的特点 （1）优点
结构简单紧凑，工作可靠，设计适当的凸轮 轮廓曲线可使从动件获得任意预期的运动规律
四、凸轮机构工作过程
凸轮回转时，从动件作“升—停—降—停”的运动循环
1．升
2．停
3．降
4．停
§2—2 凸轮机构 五、从动件常用的运动规律
从动件位移曲线
§2—2 凸轮机构
1．等速运动规律
从动件由静止开始，然后以速度v上升运动，
凸轮机构
机械设计基础
3.4 凸轮设计中的几个问题 设计凸轮机构时，不仅要保证从动件能实 现预定的运动规律，还要求整个机构传力性能 良好、结构紧凑。这些要求与凸轮机构的压力 角、基圆半径、滚子半径等因素相关。 3.4.1 凸轮机构的压力角问题 如图3-15所示为凸轮机构在推程中某瞬时 位置的情况，为作用在从动件上的外载荷，在 忽略摩擦的情况下，则凸轮作用在从动件上的 力将沿着接触点处的法线方向。此时凸轮机构 中凸轮对从动件的作用力（法向力）方向与从 动件上受力点速度方向所夹的锐角即为机构在 该瞬时的压力角，如图3-15所示。将力正交分 解为沿从动件轴向和径向两个分力，即
min
3.4.2 基圆半径的确定
从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增大。由图315得压力角的计算公式
ds e d arctan
r02 e2 s
机械设计基础
其中，“-”为导路在凸轮轴的右侧，“+”为导路在凸轮轴的左侧。
显然，如果从动件位移s已给定，代表运动规律的
机械设计基础
2）滚子从动件凸轮机构 在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件，这样通过 将滑动摩擦转变为滚动摩擦，克服了尖顶从动件易磨损的缺点。滚子从 动件耐磨损，可以承受较大载荷，是最常用的一种从动件型式，如图35（b）所示。缺点是凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，从 而影响实现预期的运动规律。 3）平底从动件凸轮机构 在从动件的尖顶处固定一个平板，即成为平底从动件，这种从动 件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，所以它不能与凹陷的凸轮轮廓 相接触，如图3-5（c）所示。这种从动件的优点是：当不考虑摩擦时， 凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高， 且接触面易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。 在凸轮机构中，从动件不仅有不同的形状，而且也可以有不同的 运动形式。根据从动件的运动形式不同，可以把从动件分为直动从动件 （直线运动）和摆动从动件两种。在直动从动件中，若导路轴线通过凸 轮的回转轴，则称为对心直动从动件，否则称为偏置直动从动件。将不 同形式的从动件和相应的凸轮组合起来，就构成了种类繁多的各种不同 的凸轮机构。
《汽车机械基础》第二章 常用机构
（1）等速运动规律
（2）等加速等减速运动规律
（3）简谐运动规律
四、凸轮轮廓设计
1.反转法原理
凸轮机构工作时，通常凸轮是运动的。用图解法绘制凸轮 轮廓曲线时，却需要凸轮与图面相对静止。
一、 概述
凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。从动 件与凸轮轮廓为高副接触。
凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件 得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。
它的缺点是：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于 磨损，高精度凸轮机构制造也比较困难。
二、 凸轮机构的分类
（1）按其用途可分为：
①传力螺旋 ②传动螺旋 ③调整螺旋
（2）按摩擦性质可分为
①滑动螺旋：螺旋副作相对运动时产生滑动摩擦的螺旋。 ②滚动螺旋：螺旋副作相对运动时产生滚动摩擦的螺旋。 ③静压螺旋：将静压原理应用于螺旋传动中。
二、滑动螺旋机构
滑动螺旋结构比较简单，螺母和螺杆的啮合是连续的，工 作平稳，易于自锁，这对起重设备，调节装置等很有意义。 但螺纹之间摩擦大、磨损大、效率低（一般在0.25～0.70之 间，自锁时效率小于50%）；
一、 棘轮机构
1．工作原理：
2．棘轮机构的分类：
3．棘轮机构的特点与应用
棘轮机构结构简单、易于制造、运动可靠，改变棘轮转 角方便(如改变摇杆的摆角)，可实现“超越运动’’(原动件 不动而从动件继续运动的现象叫超越运动)。但棘轮机构工作 时存在较大的冲击与噪声，运动精度不高，所以常用在传力 不大、转速不高的场合下以实现步进运动、分度、超越运动 和制动等要求。
设计凸轮机构的步骤
设计凸轮机构的步骤1.引言1.1 概述概述部分的内容如下：引言部分是文章的开端，旨在向读者介绍关于设计凸轮机构步骤的基本概念和重要性。
设计凸轮机构是指在机械传动中用于转化运动的一种重要装置，广泛应用于各种机械设备中，如发动机、制造机械、自动化机械等。
凸轮机构的设计直接关系到机械传动的性能和效率，因此在机械设计中具有重要的地位。
本文将介绍设计凸轮机构的具体步骤，帮助读者了解如何更好地应用凸轮机构设计各类机械装置。
首先，我们将介绍凸轮机构的基本原理和功能，为后续内容的理解奠定基础。
然后，我们将详细讲解设计凸轮机构的步骤，包括凸轮曲线的选择、凸轮的参数计算、凸轮机构的布局设计等内容。
在每个步骤中，我们都将提供详细的方法和注意事项，帮助读者更好地理解和掌握凸轮机构的设计过程。
通过本文的学习，读者将能够系统地掌握设计凸轮机构的方法和技巧，提高机械设备的传动效率和性能。
同时，文章还将展望未来凸轮机构设计领域的发展趋势，激发读者的思考和创新意识。
在下文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计步骤，希望读者能够通过本文的学习，对凸轮机构的设计有更深入和全面的了解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在设计凸轮机构之前，了解凸轮机构的基本概念及其作用是非常重要的。
凸轮机构可以将圆周运动转化为直线或间歇运动，广泛应用于各个领域的机械设计中。
本文将介绍设计凸轮机构的步骤，以帮助读者了解如何有效地进行设计过程。
文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分将首先概述凸轮机构的作用和重要性。
凸轮机构作为一种重要的机械传动装置，在现代机械设计中起着不可替代的作用。
随后，将介绍本文的结构和内容安排，以帮助读者快速了解文章的组织结构和各个部分的内容。
正文部分将详细介绍设计凸轮机构的步骤。
首先，步骤一将介绍凸轮机构的设计前准备工作，包括确定凸轮的基本参数、选择凸轮的类型和形状等。
然后，步骤二将详细讲解凸轮机构的设计过程，包括凸轮的轮廓设计、凸轮与从动件的配合设计等。
机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析
2
1 1 2
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3. 运动链
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。 工业 机器人
闭式链、
开式链
4. 机构能够用来传递运动和动力的可动装置。 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.虚约束 －－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。 ∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
1.杆组的各个外端副不可以同时加在同
一个构件上，否则将成为刚体。如：
2.机构的级别与原动件的选择有关。
§2－8 平面机构中的高副低代
高副低代：为了使平面低副机构的结构分析和运动
分析的方法能适用于含有高副的平面机构，根据一 定条件将机构中的高副虚拟地以低副代替的方法。 高副低代条件：
1、代替前后机构的自由度不变
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
机械原理：第二章机构的结构分析
斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。
凸轮机构
速度曲线也必须连续。
③尽量减小速度和加速度的最大值。
特点: amax 最小 → 惯性力小。
0
起、中、末点有软性冲击. 适于中低速、中轻载.
低速轻载凸轮机构：
采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓
曲线，如气门开闭。
高速重载凸轮机构：
①首先考虑动力特性，以避免产生过
大的冲击。 ②为避免刚性冲击，位移曲线和速度 曲线必须连续；而为避免柔性冲击，加
s
2
S
s
2
O
S
O
S
（1）升-停-回-停型（RDRD型） （2）升-回-停型（RRD型）
s
2
s
2
O
S
O
（3）升-停-回型（RDR型）
（4）升-回型（RR型）
二、凸轮从动件的运动规律
• 常用的从动件的运动规律有等速运动规律 和等加速等减速运动规律。
一、等速运动规律 (直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
8.3凸轮机构工作过程及从动件运动规律
• 一、凸轮机构的工作过程 • 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作 等速回转运动，从动件作往复移动。凸轮 回转时，从动件作升—停—降—停的运动 循环。
圆弧段
圆弧段
圆弧段
基圆（rmin）——以最短向径所作的圆
600 rmin 1200
1200 600
S2
对心尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
偏置尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
滚子摆动从动件盘形 凸轮机构
沟 槽 凸 轮 重力锁合凸轮
弹 力 锁 合 凸 轮
机械设计实用机构运动仿真图解
目 录前言第一部分 常用基本机构介绍1.平面连杆机构1）铰链四杆机构2）单移动副四杆机构3）双移动副四杆机构2.凸轮机构1）凸轮机构的组成及特点2）凸轮机构的分类3.齿轮机构1）齿轮机构的组成2）齿轮机构的类型4.轮系1）定轴轮系2）周转轮系3）混合轮系第二部分 运动仿真应用实例例1 雨刷器例2 扇形齿轮做摇杆的停歇送料机构例3 搅拌撒草机构例4 插秧机例5 划桨机构例6 曲柄摇杆与曲柄滑块串接机构例7 齿轮副连接曲柄摇杆与摆动导杆机构例8 利用连杆上一点近似直线轨迹的皮革抛光机构例9 割草机驱动机构例10 双面刀刃割草机驱动机构例11 肘杆夹紧机构1例12 肘杆夹紧机构2例13 双肘杆联动夹紧机构例14 不自锁推拉夹紧机构例15 多轴钻例16 平行四杆机构用于带轮涨紧机构例17 电动机皮带轮涨紧机构例18 平行四杆机构做停歇送料机构例19 六组平行四杆机构例20 梨爪伸缩机构例21 孔销联轴器例22 十字滑块联轴器例23 可逆转坐席机构例24 砂箱翻转机构例25 开关炉门机构例26 前轮转向机构例27 卸料小车挡料板自动开启机构例28 转动导杆与摆动导杆串接机构例29 转动导杆与停歇运转的摆动导杆机构例30 转动导杆切纸机构例31 曲柄摇杆与正弦串接机构例32 曲柄摆动导杆与正弦串接机构例33 曲柄摇块滑块三级机构例34 曲柄摇杆滑块三级机构例35 双曲柄与曲柄滑块串接机构例36 斜直槽双移动副机构例37 摆动导杆与双滑块机构例38 曲柄双滑块机构用于金属丝（片）成型机构例39 偏置曲柄滑块机构（弓锯床运动机构）例40 曲柄滑块与转动导杆串接机构例41 增大滑块行程机构例42 曲柄摇块机构实现近似直线轨迹例43 输出摆杆有停歇的铰链连杆机构例44 双摇杆搬运机构例45 双曲柄与转动导杆串接机构例46 转动导杆机构应用实例例47 机架长度可调的摆动导杆机构例48 摆杆极限位置可调节的铰链六杆机构例49 深拉压力机例50 用转动导杆调节切纸速度的机构例51 输入/输出均为转动的导杆机构例52 输入/输出均为转动的导杆机构应用实例例53 直线运动机构例54 双连杆送料机构例55 可实现单侧停歇的摆动导杆机构例56 从动件在极限位置有较长时间停歇的机构例57 六杆压力机机构例58 双摇杆夹紧机构例59 组合夹紧机构例60 凸轮连杆组合输送薄板机构例61 热合联动机构例62 双凸轮与铰链四杆组合的步进输送机构例63 两个相同的曲柄摇杆组合的步进输送机构例64 输出构件做停歇摆动机构例65 等宽凸轮移动间歇机构例66 蜗轮蜗杆用于挑膜机构例67 齿轮齿条用于拉膜机构例68 风扇摇头机构例69 正反转销驱动摆杆机构例70 翻转机构例71 双偏心轮驱动导杆机构例72 凸轮与转动导杆组合机构例73 切膜（纸）机构例74 气钻行星齿轮机构例75 对开螺母机构例76 齿轮升降机构例77 凸轮调节锥齿轮周转轮系输出轴转速机构例78 凸轮调节输出轴转速机构例79 手动夹爪机构例80 量筒开盖落料机构例81 保持工件姿势不变的运转机构例82 手动搅拌器例83 开门机构例84 摆动式油泵例85 手动双联行星机构例86 双凸轮控制二维移动机构例87 增大凸轮升程角转动导杆机构例88 桨轮机构例89 转动导杆与正弦机构组合的机构例90 电磁夹紧机构例91 夯土机例92 抛光机构例93 四导杆机构例94 增大摆角的摆动导杆机构例95 凸轮齿轮机构例96 螺杆充填机例97 齿轮连杆组合机构例98 两偏心齿轮往复运动机构例99 一组锥齿轮传动机构例100 双发动机速度指示机构例101 后面夹紧机构例102 螺母驱动转动压板夹紧机构例103 翻转压板与楔夹紧机构例104 针孔传动机构例105 齿轮正弦机构例106 送膜机构例107 封膜机构例108 固定槽凸轮与摆动从动杆机构例109 移动夹紧机构例110 凸轮夹紧机构例111 可调行程的凸轮绕线机构例112 开袋热合机构例113 开锁机构例114 切膜机构例115 摆动齿轮行星减速机构例116 单万向联轴器例117 双万向联轴器例118 有缺口的齿轮传动机构例119 直线导轨组合机构例120 装载机例121 从动件在极限位置有较长停歇的机构例122 移动导杆有单侧停歇的机构例123 输出摆杆有双侧停歇的机构例124 连杆上一点直线轨迹平行于机架的四杆机构例125 车制椭圆机构例126 调整刀具车制八边形机构例127 加工卵形零件的车床夹具例128 机床尾座运动机构例129 双摆杆挠性件差动机构（抛磨机）例130 平衡吊直线引导机构例131 热合夹紧机构例132 实现精确直线行星轮系连杆机构例133 实现精确直线移动的双滑块机构例134 无导轨虎钳例135 主从动轴线重合的齿轮连杆机构例136 深拉压力机机构例137 齿轮-连杆组合机构例138 带轮驱动的导杆机构例139 带固定凸轮的凸轮连杆机构例140 移动导杆近似等速移动机构例141 锁扣眼机构例142 摆动式飞剪机构例143 封罐机例144 可变节距扭绞金属线机构例145 连轧机差动减速器例146 导杆行星齿轮组合机构例147 调位-对中机构例148 拉膜辊调节机构例149 齿轮-螺旋差动机构例150 用行星齿轮实现微量进给机构例151 宽三角带式机械无级调速器例152 直线引导机构例153 平行钳口的夹钳例154 简易平口钳例155 滑槽杠杆式抓取机构结构1例156 滑槽杠杆式抓取机构结构2例157 连杆杠杆式抓取机构结构1例158 连杆杠杆式抓取机构结构2例159 连杆杠杆式抓取机构结构3例160 平板式抓取机构例161 平面平行移动连杆式抓取机构例162 手臂伸屈机构例163 圆锥齿轮行星机构机械手1例164 圆锥齿轮行星机构机械手2例165 开袋机构机械设计实用机构运动仿真图解朱金生 凌云 编著電子工業出版社Publishing House of Electronics Industry 北京·BEIJING本书是作者多年实践经验的结晶，通过对精选的典型实用运动机构的三维仿真、图解、分析，让读者轻松、快速掌握其运动原理、特点，开拓设计思路，在工作中举一反三。
凸轮机构工作原理
凸轮机构工作原理
凸轮机构是一种常用于机械传动的装置，主要由凸轮轴和凸轮组成。
凸轮是一种特殊形状的轴，在其表面上具有凸起的凸轮形状。
当凸轮轴旋转时，凸轮的凸起部分会与其他部件接触，从而产生一定的动作。
凸轮机构的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 凸轮轴旋转：当凸轮轴被驱动时，凸轮随着轴的旋转而一起旋转。
2. 凸轮形状引导：凸轮的凸起部分会与其他部件（例如推杆、摇臂等）接触。
凸轮的形状通常根据工作需求而设计，可以是圆形、椭圆形、正弦曲线形等。
凸轮的形状决定了其他部件的运动规律。
3. 动作传递：当凸轮的凸起部分与其他部件接触时，凸轮会传递动作给这些部件。
这些部件根据凸轮的形状进行相应的运动，例如推动活塞、打开或关闭阀门等。
凸轮机构的优点是能够将旋转运动转换为线性运动或非规律的运动。
通过设计不同形状的凸轮，凸轮机构可以实现复杂的运动轨迹。
凸轮机构广泛应用于各种机械装置中，例如发动机的气门控制系统、纺织机械的工作机构等。
凸轮机构
23
尖 端 能 与 任 意复 杂 的 凸 轮 轮 廓 保 持接 触 ， 从 而 使 从 动 件实 现 任
意的运动规律。但尖
端处极易磨损，只适 用 于 低 速 、 传动 灵 敏 的场合。
机械基础部分
24
凸轮与从动件之间为滚动摩 擦，因此摩擦磨损较小，可 用于传递较大的动力。滚子 轴处有间隙，不宜高速。
机械基础部分
35
3.3.2 从动件的常用运动规律
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮基圆 ： 以凸轮轴心为圆心,以 其轮廓最小向径rb为半径的圆；
偏 距 : 凸轮回转中心与从动件导路 间的偏置距离，用e表示。
偏距圆：以O为圆心，偏距e为半径 的所作的圆。
e
36 机械基础部分 从动件推程：简称推程，从动件在凸轮推动下远离凸
凸轮1、从动件2、机架、锁合装置4
机械基础部分 2 .应用：
8
凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求 的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广 泛的应用。
凸轮机构在机床中的应用
凸轮机构印刷机中的应用
9 机械基础部分 凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化 和半自动化机械中应用非常广泛。
当凸轮等速回转 时，利用其轮廓向径 变化，迫使从动件(气 门挺杆)作上、下移动， 以控制气门的打开或 关闭(关闭是靠弹簧的 作用)，从而按预定的 运动规律吸入燃气或 排出废气。
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 移动从动件 对心移动从动件 偏置移动从动件
二）按从动件上高副元 素的几何形状分：
三）按从动件的运动分
摆动从动件
（四）按凸轮与从动件维持接 触（锁合）的方式分： 力锁合
形锁合
机械基础部分 不同类型的凸轮与从动件组合：
凸轮机构
二凸轮机构的分类 : 1.按凸轮的形状分类
(1)盘形凸轮 通过径向尺寸的变化构成曲线廓线。结构简单，易于加工，在工程中应用广泛。
(2)移动凸轮 呈板状，相对机架作往复直线移动，并通过其曲线轮廓推动从动件2 实现预期的上下往复移 动。它可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成。
盘形凸轮和移动凸轮与从动件产生的相对运动为平面运动，故统称为平面凸轮机构。
组合型运动规律是分段函数。在各段的连接点处，需建立邻接条件，以保证各分段函数在连接点处具有相同的 位移、速度、加速度（甚至更高阶的导数）。构造组合型运动规律的难点在于：选取什么样的分段函数，才能 使设计出的运动规律具有良好的综合指标。
图a)所示修正正弦运动规律。在运动起始 的AB段和终止的CD段，采用周期相同的正弦 函数；在两段中间的BC段则采用一段周期较长 的简谐函数。该组合运动规律具有较好的综合 动力特性指标。 图b)所示修正梯形运动规律。它可视为对 等加速等减速运动规律的改进。为了避免加速 度的突变，用几段简谐函数使加速度成为连续 曲线。加速段和减速段的加速度曲线是对称的。 这两种组合运动规律均具有较好的综合特 性指标，因此广泛应用于各种中、高速分度凸 轮机构的凸轮曲线设计。
在前面介绍的各种形式的凸轮机构中，都是将凸轮作为主动件，推动从动件实现预期 的运动。在工程实际中也有将凸轮作为从动件的，这种凸轮机构称为反凸轮机构。
第二节 从动件的运动规律
一.凸轮机构的基本概念
图7-9 从动件运动示意图(a)凸轮机构 (b)从动件位移
1.从动件的运动规律 从动件的运动规律是指在凸轮廓线的推动下，从动件的位 移、速度、加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表 示，又称为从动件运动曲线。 2.凸轮的基圆 盘形凸轮廓线的径向尺寸是在以半径r0为圆的基础上变化而形成 曲线轮廓的。显然r0为盘形凸轮的最小半径，我们将凸轮上具有最小半径r0的圆称 为凸轮的基圆，r0称为基圆半径。 3.推程与推程角B0B1当凸轮廓线上的曲线段 与从动件接触时，推动从动件沿 导路由起始位置B0运动到离凸轮轴心最远的位置B＇。从动件的这一运动行程称为 推程。此过程对应凸轮所转过的角度称为推程角Φ，从动件沿导路移动的最大位移 称为升距h。 4.远休止与远休止角 当凸轮廓线上对应的圆弧段B1B2与从动件接触时，从动 件在距凸轮轴心的最远处B＇静止不动。这一过程称为远休止，此过程对应凸轮所 转过的角度称为远休止角Φs。 5.回程与回程角 当凸轮廓线上的曲线段B2B3与从动件接触时，引导从动件由 最远位置返回到位移的起始位置B3(B0)。从动件的这一运动行程称回程，此过程对 应凸轮所转过的角度称为回程角Φ＇。 6.近休止与近休止角 当凸轮廓线上对应的圆弧段B3B0与从动件接触时，从动 件处于位移的起始位置B0，静止不动，这一过程称为近休止。此过程对应凸轮所转 过的角度称为近休止角Φs。
凸轮机构02
O Φ
O
Φ
D
E
第三节 图解法设计平面凸轮轮廓
一、直动从动件盘状凸轮机构 y
B1 S
-ω ω
B0
S ϕ
x
2π π
S
ω O e
K0 K1
S0
ϕ
C1
B1
ϕ
L = bmax+b’max+(4~10)mm
• 凸轮轮廓的向径不能变化太快 3 4 5 5’
4’
2
3’
1
2’ 1’
二 摆 动 从 动 件 盘 状 凸 轮 机 构
式中， 为凸轮的转角（ 式中，ϕ为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2，… ，为 ）； n+1个待定系数。 个待定系数。 个待定系数 1、n=1的运动规律 、 的运动规律 h S = ϕ s = c0+c1ϕ Φ v = hω Φ v= c1 ω ϕ=0, s=0; ϕ =Φ, s=h Φ a=0 a=0
1）应满足机器的工作要求； ）应满足机器的工作要求； 2）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好的运 ）对于高速凸轮机构， 动和动力性能。 动和动力性能。 3）设计从动件运动规律，应考虑到凸轮轮廓具有良 ）设计从动件运动规律， 好的工艺性。 好的工艺性。
第四节 用解析法设计平面凸轮轮廓曲线
x θA A0 一、移动从动件盘形凸轮机构 1、尖顶从动件 、
由 ∆ OO 1' A 可求得向径 rA
-ω ω B1 B x
rA = l 2 + a 2 − 2al cos(ψ 0 + ψ )
ω O rb
l +a −r cos ψ 0 = 2 al A点的极角 θ A = δ 0 + ϕ − δ 点的极角
凸轮机构的应用与分类
1.（判断题） 由于工作阻力小，不易磨损，故滚子式凸轮机构特别 适用于高速场合。﹝× ﹞ 2.（选择题）传动的承载力较大，速度要求不高的凸 轮机构常应用的从动件形式为 ﹝ B ﹞ A.尖顶式 B. 滚子式 C. 平底式 D. 曲面式
• 【巩固练习】
1.含有 凸轮 的机构称为凸轮机构。凸轮机构主要由 凸轮 、 从动件 和 机架 三个基本构件组成。在凸轮机构中，凸轮通常 为 主动件 件并作 等速转动 或 移动 。 2.仅具有 径向 尺寸变化并绕其 轴线 旋转的凸轮称为盘形凸 轮,盘形凸轮分为 盘形外轮廓凸轮 和 盘形槽凸轮 两种。 3.当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动凸轮,移动凸 轮通常作 往复直线移动 运动，多用于 靠模仿形机械机械中。 4. 圆柱 凸轮和 端面 凸轮统称柱体凸轮。
2.如图2所示为缝纫机的挑线机构，试分析该机构的
工作原理。
该装置应用了柱体凸轮机构。其工作原理为：从动件挑线杆2末 端
A的滚子嵌在圆柱凸轮1的槽中，当凸轮1转动时，迫使杆2绕定点
A 上下摆动，不断地把杆上B处孔中的线挑出一定长度，供缝纫使 用。
二、 凸轮机构的分类 2、按从动件端部型式分：尖顶式、滚子式、平底式和曲面式四种 3、按从动件运动形式分：移动式和摆动式
常用传动机构之二
凸轮机构
本章节知识体系框架
本章节知识体系框架
传动机构之二——凸轮机构
一、考试要求
专业 了 解 理解 掌 握
机械
1.了解凸轮机构的分类、理解压力角、基 特点和应用。 圆半径、滚子半 2.了解压力角、基圆半 径、行程等参数 径、滚子半径、行程等 的概念。 参数对机构工作性能的 影响。 1.了解凸轮机构的分类、理解压力角、基 特点和应用。 圆半径、滚子半 2.了解压力角、基圆半 径、行程等参数 径、滚子半径、行程等 的概念。 参数对机构工作性能的 影响。
第2章 服机械常见机构及传动原理
第二章服机械常见机构及传动原理2.1有关机构的基本概念一、机器的特征：1、任何机器都是人为的实物组合体。
2、各构件之间具有确定的相对运动。
3、能完成能量的转换，做有用功。
注：机构的特征为第1、2点。
二、机构：具有确定相对运动的刚性体的组合系统。
（机械：在工程上，机器和机构的总称）三、（机构的）构件：机构中，参与运动的刚性体。
（一）构件与零件的区别：1、零件是指机器的制造单元，是单一的实物体。
2、构件是机器的运动单元，可以是一个零件，也可以是若干个零件组成的刚性体。
（二）构件与机构的区别：机构是由构件组成的，但是若干个构件并不一定都能组成机构（如三杆）。
（三）机构中的构件可分为三类：机架、原动件、从动件。
1、机架：机架是机构中视作固定不动的构件，它支承这其他可动构件。
在机构图中，机架上常标有斜线以示区别2、原动件：原动件是机构中接受外部给定运动规律的可动构件，原动件又称输入构件。
在机构图中，常标有箭头以示区别。
3、从动件：从动件是机构中岁原动件而运动的可动构件。
当从动件输出运动或实现其功能时，便称其为输出构件或执行件。
四、运动副的种类及代表符号（一）概述1、运动副：两构件相互接触而又保持一定相对运动的连接。
2、运动副的作用：用来约束构件的自由运动，即去除构件不需要的运动，而留下我们期望的运动。
3、运动副的理解：（1）运动副是一种连接；（2）运动副由两个机构组成；（3）组成运动副的两个构件之间有相对运动。
（二）运动副的分类1、按运动的范围分类：平面运动副和空间运动副。
（1）平面运动副：运动副只允许相邻两构件在同一平面或相对平行的平面内做相对运动。
（2）空间运动副：运动副允许相邻两构件的相对运动不只局限在平行的平面内。
2、按两构件的接触情况分类：低副和高副。
（1）低副：两构件通过面接触组成的运动副。
如转动副、移动副、球面副。
①转动副：只允许两构件相对转动的运动副。
若两构件之一是固定不动的，则称为固定铰链；若组成转动副的两构件都是运动的，则称为活动铰链。
机械原理习题卡答案
4 试计算图 4 所示机构的自由度。不要求 解 该机构为空间机构，且公共约束 m=0，n=3，p5=2（A 处为转动副，C 处为移动副），p3=2 （B，D 处为球面副）；又由图可知，连杆 2 及 3 绕自身转动为局部自由度 F’=1。由式（1.3） 求得
F=6n – 5p5 – 3p3 – F’=6×3 – 5×2 – 3×2 – 1=1 故该机构的自由度为 1。
图8
8
第二章 机构的结构分析
9 试计算图 9 所示运动链的自由度，如有复合铰链、局部自由度、虚约束需明确指出，并判 断是否为机构。 解 齿轮 2’及 4’引入虚约束，A 处为复合铰链，得
F=3n –（2pl + ph – p’）– F’= 3×7 – (2×7+8 – 2) –0=1
图9
9
第二章 机构的结构分析
F=3n –（2pl + ph – p’）– F’= 3×8 – (2×12+0 – 1) –0=1
图7
7
第二章 机构的结构分析
8 试计算图 8 所示机构的自由度。 解 n=5，pl=7（B 处为复合铰链），ph=0，则
F=3n –（2pl + ph – p’）– F’= 3×5– (2×7+0 – 0) –0=1
三简答题1何谓凸轮机构的压力角它在凸轮机构的设计中有何重要意义2直动从动件盘形凸轮机构压力角的大小与该机构的哪些因素有关3在直动从动件盘形凸轮机构中若凸轮作顺时针方向转动从动件向上移动为工作行程则凸轮的轴心应相对从动件导路向左偏置还是向右偏置为好为什么若偏置得太多会有什么问题产生4在直动从动件盘形凸轮机构中试问同一凸轮采用不同端部形状的从动件时其从动件运动规律是否相同为什么5图示为一凸轮机构从动件推程位移曲线oabcab平行横坐标轴
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凸轮机构的类型
3 ）按从动件的运动形式分类 往复移动凸轮机构 reciprocating 摆动凸轮机构 oscillating 4）按锁合方法分类 力封闭（弹簧 、重力） 形封闭（槽形、等宽矩形、等径、共轭） 5）反凸轮机构
凸轮机构的特点
1）结构简单，紧凑、构件少 2）可实现复杂的从动件运动规律 3）高副接触、不能承受较大的力
2.3.4 凸轮设计实例分析
1）问题的提出：（图2-24） 绕线机：绕线时，线需沿着轴向匀速移动 2）问题的分析 绕线移动速度的求解 3）运动规律 凸轮转速与主轴速比的求解 4）设计方法与步骤
作业：
2-7
2.2.5 3-4-5 多项式运动规律
位移曲线方程：
s =c0+c1ϕ +c2ϕ2+...+cnϕn
2.3 凸轮轮廓的设计
2.3.1 反转法的基本原理 2.3.2 用作图法设计凸轮轮廓 2.3.3凸轮设计中的几个问题 2.3.4 凸轮设计实例分析
凸轮机构的设计步骤
1、合理选择凸轮和从动件的形式，确定 、合理选择凸轮和从动件的形式， 从动件的运动规律 2、确定凸轮的基圆半径 、 3、设计凸轮的轮廓 、 4、分析凸轮轮廓是否合理 、 5、设计结构和材料选择。 、设计结构和材料选择。
2.2.3 简谐运动规律
质点在圆周上作匀 速运动时，它在 这个圆的直径上 的投影所构成的 运动。
特点：有柔性冲击，适 用于中速场合。
2.2.4 摆线运动规律(正弦加速度运动规律)
一个滚圆在直线上匀速纯 滚动时，圆周上一点所 描摆线轨迹在直线上投 影点的运动规律。 特点：无刚性冲击、柔 性冲击，适用于高速场 合
2.2.1 基础概念 推程、推程角 （rise , rise angle） 停歇 （dwell） 从动件升距 （stroke） 回程、 回程角 （return, return angle） 基圆 (base circle) 压力角 (pressure angle)
2.2.1 等速运动规律
2.2.2 等加速等减速运动规律
盘状凸轮 plate cam 1） 按凸轮的形状分类 楔形移动凸轮wedge cam 柱状凸轮 cylindrical cam 2）按从动件与凸轮的接触形式分类 尖底从动件 曲面从动件 滚子从动件 平底从动件 a a a a knife edge follower curved-shoe follower roller follower flat-face follower
凸轮机构的应用
1）进行位置的操纵控制 2）实现特定的运动规律 3）实现运动与动力的双重要求 4）实现复杂的运动轨迹
2.2 从动件的常用运动规律
2.2.1 等速运动规律 2.2.2 等加加速度运动 ( 规律) 2.2.5 3-4-5 多项式运动规律
第二章 凸轮机构
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 凸轮机构的组成、类型、特点及应用 从动件常用运动规律及选择 凸轮轮廓的设计 用解析法设计凸轮廓线 凸轮机构基本尺寸的确定
2.1 凸轮机构的组成、类型、及应用 凸轮机构的组成、类型、
组成
凸轮、从动件、 凸轮、从动件、机架 类型
特点 应用
凸轮机构的类型
2.3.2 用作图法设计凸轮轮廓
设计规律
1）做出基圆，选定从动件初始位置 2）等分圆与位移-转角曲线 3）求出外廓的一系列位置 4）连结并平滑，得到凸轮轮廓 5）检查几个问题（压力角…...）
2.3.3 凸轮设计中的几个问题
1）凸轮机构的压力角与自锁 （图2-22） 2）凸轮机构的压力角与基圆半径 （图2-23） 3）从动件运动失真 （图2-24）