(完整版)4.1凸轮机构的应用和分类

机械设计基础课程教案

授课时间第 3 周第 7 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目：

第四章凸轮机构

主要教学方法与手段教学方法：利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。教学手段：

本课次教学目的、要求：1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用

2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用

教学重点及难点：

重点：凸轮机构的从动件的常用运动规律。

难点：立体凸轮机构运动的实现

教学基本内容及过程

4.1 凸轮机构的应用和分类

4.1.1 凸轮机构的应用

凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主要由凸轮、从动件和机架三个构件组成。凸轮通常作连续等速转动，从动件则按预定运动规律作间歇（或连续）直线往复移动或摆动。

请看下图所示的内燃机配气凸轮机构。凸轮1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。

内燃机配气机构

送料机构

上图所示则是自动送料机构。当有凹槽的凸轮1转动时，通过槽中的滚子3，驱使从动件2作往复移动。凸轮每转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯送到加工位置。

4.1.2 凸轮机构的分类

接下来学习凸轮机构的分类。

如果按凸轮的形状分，可以分为：

①盘形凸轮：如下图(a)所示。

②移动凸轮：如下图(b)所示。

③圆柱凸轮：如下图(c)所示。

凸轮的类型

如果按从动件的形状分，可以分为：

①尖顶从动件：如下图(a)所示。

②滚子从动件：如下图(b)所示。

③平底从动件：如下图(c)所示。

从动件的类型

4.2 从动件的常用运动规律

从动件的常用运动规律有下面三种：

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

机械设计基础课程教案

授课时间第 3 周第 8 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目： 4.3 盘形凸轮轮廓的设计

主要教学方法与手段教学方法：教学手段：

本课次教学目的、要求：掌握反转法，能用图解法绘制凸轮轮廓线，能编程设计凸轮廓线。

教学重点及难点：着重讲清“反转法”原理。

重点：着重讲清“反转法”原理。

难点：着重讲清“反转法”原理。

教学基本内容及过程

3.3 图解法设计盘形凸轮轮廓

3.3.1 图解法原理

凸轮轮廓的设计原理

按从动件的已知运动规律绘制凸轮轮廓的基本原理是反转法。根据相对运动原理，若将上图所示的整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的公共角速度（），此时各构件之间的相对运动关系不变。这样，凸轮静止不动，而从

动件一方面随机架和导路一起以等角速度“”绕凸轮转动，另一方面又按已知运动规律在导路中作往复移动（或摆动）。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。

凸轮机构的类型虽然有多种，但绘制凸轮轮廓的基本原理及方法是相同的，凸轮轮廓都按反转法原理绘出。下面以常见的盘形凸轮为例，说明凸轮轮廓曲线的绘制方法。

4.3.2 尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计

我们来看一个例题

设已知凸轮逆时针回转，其基圆半径= 30 mm，从动件的运动规律为

凸轮转角0°～180°180°～300°300°～360°

从动件的运动规律等速上升30 mm 等加速等减速下降回到原

处

停止不动

试设计此凸轮轮廓曲线。

解:设计步骤如下:

1．按一定比例尺= 0.002 m/mm绘制从动件的位移线图（见下图(a)）。

2．按同一比例尺=，以为半径作基圆，基圆与导路的交点即为从动件尖顶的

起始位置。

3．等分位移线图的横坐标和基圆。根据反转法原理，按位移线图中横坐标的等分数，

从开始，沿的方向将基圆圆周分成相应的等分数，以射线，，，…代表机构反转时各个相应位置的导路，各射线与基圆的交点为，，，…。

4．从位移线图量取，，，…，得，，，…。

5．以光滑曲线连接，，，…，即得凸轮的轮廓曲线（见下图(b)）。

如果采用滚子从动件，由于滚子中心是从动件上的一个固定点，它的运动就是从动件的运动。因此，首先把滚子中心看成是尖顶从动件的尖点，此时按尖顶从动件设计得到的轮廓线称为理论轮廓曲线。再以理论轮廓线上各点为圆心画一系列滚子圆，然后绘出此滚子圆的包络线，它就是滚子从动件凸轮机构的实际轮廓线。但须注意，此时凸轮的基圆半径是指理论轮廓线上的最小半径（见下图(c)）。

对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计

机械设计基础课程教案

授课时间第4 周周第 9 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目： 4.4 凸轮机构设计中应注意的问题

主要教学方法与手段教学方法：教学手段：

本课次教学目的、要求：了解凸轮机构基本尺寸的确定

教学重点及难点：

重点：凸轮机构基本尺寸的确定

难点：凸轮机构基本尺寸的确定

教学基本内容及过程

4.4 凸轮机构设计中应注意的问题

3.4.1 凸轮机构的压力角和自锁

压力角是决定凸轮机构能否正常工作的重要参数，确定凸轮机构尺寸时必须考虑对压力角的影响。

凸轮机构的压力角