凸轮机构
9凸轮机构
E
2π
δ
小结
• 对推杆的基本运动规律及其选择有明确的概念， 了解推杆几种常用运动规律运动线图的变化特点 和适用场合。
• 在学习推杆常用的运动规律这一部分内容时，应 侧重理解和掌握各种运动规律的位移、速度及加 速度线图的变化特点和适用场合,如各线图是按什 么规律变化的?哪些有刚性冲击?哪些有柔性冲击? 它们发生在什么位置?而对于它们的运动方程不用 去硬记,只要会正确应用即可。
D
s B’ B’ B’ B’ A
δ02
δ’0
h
形式：多项式、三角函数。
o
rmin
δ0 δ01
δ0 δ01 δ’0 δ02
ω
B
C
（一）多项式运动规律
一般表达式：s = C0+ C1δ + C2δ 2+…+Cnδ 求一阶导数得速度方程： v = ds/dt = C1ω + 2C2ω δ +…+nCnω δ
v 0
h/2
中间点：δ=δ0 /2，s=h/2
s
h
0/2
0
0/2
4hωδ/δ02 FI
0/2 4hω2/δ02
ma
0 a 0
加速段推程运动方程为：
s ＝2hδ2/δ02 v ＝4hωδ/δ02 a ＝4hω2/δ02
0
柔性冲击 (soft impact)
方法一
0
0 1 2 0/2
回程运动角δ’0：对应从动杆的 回程，凸轮多转过的角度
δ’0 δ01
B
近休止角 δ02 ：对应从动杆处于最低 位置而静止不动，凸轮转过的角度
C
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。
第三章凸轮机构
第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮：具有曲线轮廓或沟槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件取得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个大体构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.依照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，而且具有转变的向径。
它是凸轮最大体的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相关于机架作直线移动。
盘形凸轮转轴位于无穷远处。
空间凸轮机构：圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。
2.依照从动件的形状分：（1）尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触，使从动件实现任意运动规律。
结构简单，但尖端易磨损，适于低速、传力不大场合。
（2）曲面从动件：从动件端部做成曲面，不易磨损，利用普遍。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变成转动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优势：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳固。
不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，经常使用于高速。
缺点：凸轮轮廓必需全数是外凸的。
3.依照从动件的运动形式分：4.依照凸轮与从动件维持高副接触的方式分：（1）力封锁型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终维持接触。
封锁方式简单，对从动件运动规律没有限制。
5、其它反凸轮机构：摆杆为主动件，凸轮为从动件。
应用实例：自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点一、优势：(1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优势是关于任意要求的从动件运动规律都能够毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
2、缺点：由于是高副接触，易磨损，因此多用于传力不大的场合。
二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例：船用柴油机中利用凸轮机构操纵阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度及加速度转变率随时刻或凸轮转角转变的规律。
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。
第三章 凸轮机构
图3-9 等加速、等减速 运动规律线图
3.2.2.3 简谐运动规律(余弦加速度运动规律)
图3-10 简谐运动线图 当一质点在圆周上作匀速运动时，该点在这个圆的直径上
的投影所构成的运动，称为简谐运动。从动件的位移按简 谐运动变化的运动规律，称为简谐运动规律。 如图3-10所 示，设从动件升程h为直径，其从动件的位移方程为 h (3-4) s (1 cos ) 2 由图3-10可知，当θ=π时，φ=φ0，故θ=πφ/φ0代入上式可导 出从动件推程时简谐运动方程为
单，是凸轮最基本的形式。盘形凸轮分为两种：利用外轮 廓推动从动件运动的称为盘形外轮廓凸轮，如图3-1、图3-2 所示；利用曲线沟槽推动从动件运动的称为盘形槽凸轮， 如图3-4所示。 盘形凸轮作等速回转时，从动件在垂直于凸轮轴线的平面 内运动(往复移动或摆动)，因此，盘形凸轮机构属于平面凸 轮机构。由于从动件的行程或摆动太大会引起凸轮径向尺 寸变化过大，不利于机构正常工作。因此，盘形凸轮机构 一般用于从动件行程或摆动较小的场合。
凸轮轮廓，便可得到从动件所需的运动规律。 缺点：凸轮与从动件属高副接触，压强大，易磨损。适用 于传力不大的控制机构和调节机构中。
3.1.2 凸轮机构的类型
3.1.2.1 按凸轮的形状分类
按凸轮的形状可分为盘形凸轮、移动凸轮和柱体凸轮3类。
(1) 盘形凸轮。是一个具有变化半径的圆盘形构件，结构简
图3-10 简谐运动线图
3.余弦加速度运动规律
5 特点: 4 加速度变化连续平缓. 3 始、末点有软性冲击. 2 6
S
7
8 H
d0
1 0
1 V
2
3
4
5
6
7
机械原理 第3章 凸轮机构
2
26
§3.3 凸轮轮廓曲线的设计 一、凸轮轮廓曲线设计是根据凸轮参数如 基圆半径、推程和推程运动角、回程及回程 运动角、远、近休止角、偏距等参数，用反 转法设计凸轮轮廓曲线。
27
二、1-对心反转图解法设计凸轮廓线，见下图：
28
29
2-偏心反转 图解法设计凸轮轮廓
主要介绍已知从动件运动规律线图设计凸轮轮廓。 一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 分别介绍以下两种类型。 1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 已知从动件位移线图如图3-8 (b)所示，基圆半径 r0，凸轮行程h，推程运动角Φ=1800，休止角 Φs=300，回程角Φ'=900，按图示画出凸轮轮廓线。 作图步骤按反转法如下： 1）将Φ、Φ'各平为4等份，如图(b)中1-1';...8-8'。 并以偏距e和r0画圆，如图（a）所示。基圆与导 路的交点B0（C0）即为从动件的起始点。 2）以OC0为起点，在基圆上平分Φ=180和Φ'=90 分别得C1、C2、C3、和C6、C7、C8各点，并过 C0、C1 . . . 各点向偏距圆作切线，这些切线就是 反转法导路在此点的位置。 3）在各对应的切线上，取C1B1=11' ；C2B2=22' ....得从动件尖顶位置B1、B2、B3... 4）将B0、B1、B2…连接成光滑的曲线就是凸轮 轮廓线（注意：B4、B5是圆弧，B9、B0之间是基 圆） 最后画出图纸进行加工。 30 当e=0时，各切线变成通过O点的射线。
10
一、从动件的运动规律的描述与术语
从动杆位移线图的作图方法及基本名词术语
首先应确认，从动件的运 动规律是由主动件凸轮的轮 廓形状决定的。在图 3-5 中， 回转中心 O 到半径最小点 A 的 K' 圆叫基圆。图 3-5 中凸轮的轮 ϕk 廓规律是，弧 AB 间的半径逐 渐变大，对应的圆心角为 ϕ； 弧 BC 间半径保持不变，对应 K ϕk 的圆心角为 ϕ s ；弧 CD 间半径 逐步变小到基圆半径，对应 的圆心角为 ϕ ' ；弧 DA 间半径 保持基圆半径不变，对应的 圆心角为ϕs'。现凸轮以ω速度 顺时针转动，以 φ=ωt 为横坐 标，从动杆的移动 S为纵坐标， 则从动杆的移动曲线展开图 图3-12：凸轮轮廓与从动件位移线图 如（b）所示。其中： h--升程；ϕ--推程运动角；ϕs--远休止角； ϕ‘--回程运动角；ϕ's--近休止角。这 些角度总和为360˚。从图中可知，当凸轮从A点转过ϕk角到K点时，从动杆升高 到K’点；当凸轮从A点转过ϕ角度，从动杆升高了h到B点。其他各点作图方法 11 一样，然后将各点连成光滑的曲线，就是从杆的位移线图(b).
凸轮机构
机械技术应用基础
(3) 平底从动件 凸轮与从动件间的作用始 终垂直于从动件的平底，因 此传动平稳； 接触面间容易形成油膜， 润滑较好,传动效率高，常用 于高速凸轮机构。 运动规律受到一定的限制。
机械技术应用基础
3、按从动件运动形式 、 （1）移动凸轮机构 ） （2）摆动凸轮机构 ）
机械技术应用基础
B6 B7 e
－ω
B8 B8 ′ B′ 7 B′ 6
B9
B0 B1 B1 ′ K K8 K9 K6 7 K0 K5 K1 K4 K K2
3
B2 B′ 2
B3 ′ B′ 4
B3
B′ 5
ω
B4
B5
机械技术应用基础
二、凸轮机构压力角的校核 凸轮对从动件作用力的方向 与从动件上力作用点的速度方 向之间所夹的锐角，用α表示。 将从动件所受力Ｆ沿接触点 的法线n-n方向和切线t-t方向分 n-n t-t 解为 Ft=Fcosα Fn=Fsinα
机械技术应用基础
（2）作基圆取分点
为圆心， 任取一点O为圆心，以点B为从动件 尖顶的最低点, 尖顶的最低点,由长度比例尺取rb=15 mm作基圆。 点始, mm作基圆。从B点始,按(－ω）方向取 作基圆 推程角、回程角和近停程角， 推程角、回程角和近停程角，并分成 与位移线图对应的相同等分， 与位移线图对应的相同等分，得分点 点重合。 B1、B2、…、B11与B点重合。 、
■ 凸轮机构的运动过程 机械技术应用基础
二、常用从动件的运动规律 推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、 速度和加速度随时间变化（凸轮转角δ变化）的规律。 常用的从动件运动规律有等速运动规律、 等加速等减速运动规律、 余弦加速度运动规律等。 1. 等速运动规律 从动件推程或回程的运动速度为常数的运动规律。即： 等速上升和等速下降（两个速度不不一定相等）。 其运动方程和运动线图所示。
《机械设计原理》第3章凸轮机构
5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
1 3 5 7 8 9 11 13 15
设计：潘存云
设计步骤小结：
①选比例尺μl作基圆rmin。 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。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮
回 凸 轮
作者：潘存云教授
优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得
任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点：线接触，容易磨损。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
应用实例：
3
线 2 A 设计：潘存云 1
中南大学专用
绕线机构
作者： 潘存云教授
卷带轮
12 1 放 放音 音键 键
设计：潘存云
5
1.等速运动（一次多项式）运动规律 s2
在推程起始点：δ1=0， s2=0
在推程终止点：δ1=δt ，s2=h 代推入程得运： 动方C0＝程0：， C1＝h/δt
δt
v2
s2 ＝hδ1/δt
v2 a2
＝ ＝
hω1 0
/δt
同理得回程运动方程：
a2 刚性冲击 +∞
s2＝h(1-δ1/δh ) v2＝-hω1 /δh a ＝0 2 中南大学专用
5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构
中南大学专用
作者： 潘存云教授
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理：
给整个凸轮机构施以-ω1时，不影响各构件之间
的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合
运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。
常用机构-凸轮机构
02 凸轮机构的工作原理
Байду номын сангаас
凸轮机构的运动规律
凸轮机构是一种常见的机械机构，其工作原理是通过凸轮的转动来驱动从动件按照 预定的运动规律进行往复运动或周期性摆动。
凸轮机构通常由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成，其中凸轮通常是主动件， 其转动通过从动件传递到执行机构，实现所需运动。
凸轮机构的运动规律取决于凸轮的轮廓形状和从动件的位移、速度、加速度等运动 参数。通过合理设计凸轮的轮廓，可以使得从动件实现预期的运动规律。
凸轮机构的工作过程
当凸轮转动时，其轮廓与从动件之间 产生接触力，推动从动件按照预定规 律运动。
在凸轮机构的工作过程中，凸轮与从 动件之间的接触力会随着凸轮的转动 而变化，从而影响从动件的加速度、 速度和位移等运动参数。
常用机构-凸轮机构
contents
目录
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的工作原理 • 凸轮机构的设计与优化 • 凸轮机构的常见问题与解决方案 • 凸轮机构的发展趋势与展望
01 凸轮机构概述
定义与特点
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，主要用于实现从动件预期的往复运动规律或特定运动 形式。
从动件可以是平面或空间的，其运动 形式可以是往复直线运动、摆动或复 杂的曲线运动。
凸轮机构的设计要素
凸轮机构的性能和可靠性取决于多个 设计要素，包括凸轮和从动件的形状、 尺寸、材料、润滑、摩擦和热处理等。
从动件的设计应确保其运动稳定、可 靠，同时与凸轮的接触应力在允许范 围内，以防止过度磨损和破坏。
选择合适的凸轮形状
根据运动规律，选择合适的凸轮形状， 如平底、曲面或滚子凸轮。
第3章 凸轮机构
应用：中速、中载。
h s2 1 cos( 1 ) 2 t h1 v2 sin( 1 ) 2 t t h 2 12 a2 cos( 1 ) 2 2 t t
24
余弦加速度运动规律
从动件回程简谐运动方程
25
从动件运动规律的选择
（1）满足机器的工作要求； （2）使凸轮机构具有良好的动力性能； （3）使凸轮轮廓便于加工，尽量采用圆弧、直线等 易加工曲线。
26
3.3 凸轮轮廓设计
根据工作要求合理地选择从动件的运动 规律后，可按照结构允许的空间等具体要求， 初步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的 轮廓。 图解法 解析法
看其中最大值max是否超 过许用压力角[] 。如超过，
应修改，常用的办法是加大
基圆半径。
42
3.4.2 基圆半径的确定
基圆大小影响凸轮机构的尺寸，欲使结构紧 凑，应减小基圆半径；但基圆半径减小会增大压 力角。 先根据凸轮的具体结构条件试选凸轮基圆半 径，对所作的凸轮轮廓校核压力角，若不满足要 求，则增大基圆半径然后再设计校核，直至满足
8’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
e
ω A
k12 k11 k10 k9 kk k1314 15
-ω 1
1 3 5 78
15’ 15 14’ 14 13’
设计过程
1、选比例尺μ
l
=μ s作基圆r0，偏置圆e；
12’
k 13 k21 12 k k8 k4 3 k7k6 k5 11 10 9
27
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制—— 反转法原理 1 对心尖顶移动从动件盘形凸轮 2 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮 3 对心滚子移动从动件盘形凸轮 4 偏置滚子移动从动件盘形凸轮 5 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
凸轮机构
凸轮机构第一节、凸轮机构概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。
凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮轮廓决定。
凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。
凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。
汽车内燃机的配气机构，当凸轮转动时，依靠凸轮的轮廓，可以迫使从动件气阀向下移动打开气门（借助弹簧的作用力关闭），这样就可以按预定时间，打开或关闭气门，完成内燃机的配气动作。
凸轮机构可以蒋主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。
优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点是：凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。
因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。
第二节、凸轮机构的分类与特点一、凸轮机构的分类：1、按凸轮的形状分：（1）盘形凸轮：也叫平板凸轮。
这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。
（2）移动凸轮：当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。
通常称这种凸轮为移动凸轮。
（3）圆柱凸轮：凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。
曲线轮廓可以在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。
2、按从动件的形式分：（1）顶级按从动件：结构简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。
（2）滚子从动件：在从动件的一端有一个可自由转动的滚子。
由于棍子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。
因此，可用来传递较大动力，应用也最广泛。
（3）从动件一端做成平底（即平面），在凸轮轮廓与从动件地面之间易于形成油膜，故润滑条件较好，磨损小。
当不计较摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。
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
凸轮机构设计
随着现代制造技术的不断进步，凸轮机构正向着高精度、高效率、高可靠性、 低噪音等方向发展。同时，为了满足不同领域的需求，凸轮机构的类型也在不 断增加和完善。
02
凸轮机构设计基础
设计目标与要求
实现预期的运动规律
01
根据工作要求，设计凸轮轮廓以实现从动件预期的运动规律，
如匀速、匀加速、简谐运动等。
结构优化方法探讨
优化设计理论
运用优化设计理论和方法，对凸轮机构的结构参数进行优化设计 ，提高机构的性能。
有限元分析
利用有限元分析技术对凸轮机构进行应力、应变和疲劳寿命分析， 为结构优化提供依据。
试验验证
通过试验验证优化设计的有效性，对优化前后的凸轮机构性能进行 对比分析，确保优化设计的可行性。
06
装配与调试
将加工完成的凸轮机 构各部件进行装配， 并进行调试以确保机 构运转顺畅。
关键工艺参数控制
热处理温度和时间
严格控制淬火、回火等热处理 的温度和时间，确保材料达到
所需的机械性能。
切削用量和切削速度
合理选择切削用量和切削速度 ，以保证加工效率和加工质量 。
磨削参数
根据凸轮机构的材质和精度要 求，选择合适的磨削参数，如 砂轮类型、磨削深度等。
速度分析
通过求导得到从动件的速 度表达式，进而分析速度 的变化规律。
加速度分析
对速度表达式进行求导， 得到从动件的加速度表达 式，用于分析加速度的变 化规律。
动力学建模与求解
建立动力学模型
根据凸轮机构的结构特点和工作 原理，建立相应的动力学模型， 包括质量、刚度、阻尼等参数。
求解动力学方程
采用数值计算方法（如龙格-库 塔法、欧拉法等）对动力学方程 进行求解，得到从动件在任意时
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
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
§ 12.1.2 凸轮机构的应用
自动机床进刀凸轮机构
当圆柱凸轮绕其轴线 转动时，通过其沟槽 与摆杆一端的滚子接 触，并推动摆杆绕固 定轴按特定的规律作 往复摆动，同时通过 摆杆另一端的扇形齿 轮驱动刀架实现进刀 或退刀运动。
1-圆柱凸轮 2-摆杆 3-滚子
绕线机凸轮机构
这种凸轮在运动中能 推动摆动从动件2实 现均匀缠绕线绳的运 动学要求。
为保证凸轮机构在整个运动周期中均 能满足 max [ ] ，应选取计算结果
中的最大值作为凸轮的基圆半径。
2.借助诺模图
4.许用压力角[α]及从动件的运动规律
s
Bmax v D2 K d 2' d 2' d1 δ1 D1 B0 O d2 d 1' d 1'
- [ α2 ] 90 ° 90 ° - [ α2 ] 90 ° -[ α2 ] -[ α 2 ] 90 °
δ2
- [ α1 ] 90 ° -[ α1 ] 90 ° 90 ° - [ α1 ] -[ α1 ] 9 0°
s'
5.滚子半径的选择
为保证滚子及转动轴有足够的强度和寿命, 应选用较 大的滚子半径rT, 然而滚子半径rT的增大受到理论轮廓曲线 上最小曲率半径ρmin的制约, 如图所示。
第十二章 凸轮机构
概 述
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，在运动时可以获得连续或不 连续的任意预期运动。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。 由于凸轮机构具 有多用性和灵活性, 因此广泛应用于机械、 仪器、 操 纵控制装置和自动生产线中, 是自动化生产中主要的驱 动和控制机构。但由于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。
凸轮机构
从动件的运动规律
从动件的运动规律
• 远休止与远休止角： 当凸轮廓线上对应的圆弧段与
从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。 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 。
从动件的运动规律
• 回程与回程角: 当凸轮廓线上的曲线段与从动件接
触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。 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/。
1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体
如图所示为自动机床中 的进刀凸轮机构。
凸轮机构的应用和分类
当圆柱凸轮绕其轴线转动 时，通过其沟槽与摆杆一 端的滚子接触，并推动摆 杆绕固定轴按特定的规律 作往复摆动，同时通过摆 杆另一端的扇形齿轮驱动 刀架实现进刀或退刀运动。
1-圆柱凸轮 3-滚子
2-摆杆
凸轮机构的应用和分类
平面凸轮机构基本尺寸的确定
2、常见的盘形凸轮机构的压力角
平面凸轮机构基本尺寸的确定
3、压力角对凸轮机构受力的影响
其他条件相同时，压力角 越大，推动从动件所需的 作用力越大；
当压力角非常大时，理论 上作用力为无穷大时才能 推动从动件，此时凸轮机 构将发生自锁。
平面凸轮机构基本尺寸的确定
二、基圆半径对压力角的影响
增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；
增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大 在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较 小的基圆半径。
平面凸轮机构基本尺寸的确定
三、滚子半径的选择 1、滚子半径对实际廓线的影响
平面凸轮机构基本尺寸的确定
r
可画出正常的实际廓线
r
实际廓线变尖
r
实际廓线干涉，导致 运动失真。
名词解释凸轮机构
名词解释凸轮机构
凸轮机构是一种机械机构,用于驱动汽车、摩托车和其他车辆的引擎和其他动力装置。
凸轮机构由一组相互连接的齿轮和轴组成,这些齿轮和轴在工厂中制造,然后被安装到发动机外壳上。
凸轮机构的作用是将燃料的燃烧转化为动力的传递。
在凸轮机构中,每个齿轮都对应着一个节气门或进气道,当发动机需要增加燃料时,凸轮机构会通过齿轮的旋转将燃料传递到节气门或进气道中。
当发动机需要减少燃料时,凸轮机构会通过齿轮的旋转将燃料传递到节气门或进气道中,以控制进气量。
除了控制燃料的输入,凸轮机构还起着控制引擎转速的作用。
通过调整凸轮机构的齿轮数量和位置,可以控制引擎的转速。
在汽车行驶过程中,凸轮机构会根据车速和引擎负荷等因素来调整齿轮的数量和位置,从而使引擎达到其最佳的转速和输出功率。
凸轮机构在汽车制造中扮演着至关重要的角色,其设计和制造对于引擎的性能和可靠性有着重要的影响。
随着汽车技术的发展,凸轮机构也在不断地进行改进和优化,以提供更好的性能和可靠性。
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考点1、凸轮机构的命名
凸轮机构组成：凸轮（原动件）、推杆（从动件）、机架；
形状：尖顶推杆、平底推杆、滚子推杆
运动：直动推杆（对心、偏置）、摆动推杆。
（1）推杆：
（2）凸轮：盘形、移动、圆柱
考点2、凸轮机构的参数
廓线：反映的是推杆的运动规律
实际廓线、理论廓线：实际廓线=工作廓线；理论廓线：针对平底和滚子从动件，视为尖顶时，尖顶的运动轨迹注意顺序：
（2）滚子从动件，理论廓线是实际廓线法向等距曲线，距离为滚子半径；（考判断）注：（1）滚子推杆，压力角、位移、行程等参数建立在理论廓线上
命名：
推杆（运动+形状）+
凸轮
考：[填空题]维持凸轮与从动杆高副接触封闭的方法有 （）和（）。
力封闭、几何封闭
判断：知道理论廓线求实际廓线，能否利用从理论廓线上各点向径减去滚子半径
？命名、参数
2020年3月11日23:51
基圆：以凸轮转动中心为圆心，理论廓线到转动中心最短的距离为半径做的圆；个人总结：
（1）最小半径对应推杆的最低点，故基圆用来衡量位移和推程；
如果只绕着基圆=推杆一直处于最低点静止不动，此处对应的近休止
（2）问：研究推杆时，起始位置是A 点么？起点，默认为运动规律即将发生变化的点。
对心直动推杆： ，所以
起始位移S0，：偏置直动推杆： ；则 ；
不可以，因为“从理论廓线上各点向径减去滚子半径”没有考虑到滚子相互间的干涉。
取局部视图：
直角 ；
原因： ； ；
证明：凸轮廓线上的位移从基圆向外量取；
偏距圆：
（1）偏置直动从动件
（2）推杆轴线与凸轮回转中心存在偏距e ；偏置直动推杆轴线与偏距圆相切；且偏向一致（3）回转中心为圆心，偏距e
做的圆；完毕找两个全等的三角形相当于刚体的移动（转动），用作度量；
见第二节西工大真题总结：别看笔记复杂，后边的题都会遇到。