第三章 凸轮机构总结
机械设计基础 第三章 凸轮机构
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
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。
凸轮机构的总结范文
一、引言凸轮机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于各种机械设备中。
它主要由凸轮、从动件、机架等部分组成。
本文将对凸轮机构的工作原理、分类、设计方法以及应用领域进行总结。
二、工作原理凸轮机构的工作原理是利用凸轮的旋转运动，使从动件按照预定的轨迹运动。
当凸轮的轮廓与从动件的轮廓接触时，从动件受到凸轮的推动力，从而实现预期的运动。
三、分类1. 按照从动件的类型，凸轮机构可分为尖底从动件凸轮机构、平底从动件凸轮机构和滚子从动件凸轮机构。
2. 按照凸轮的形状，凸轮机构可分为圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮和盘形凸轮。
3. 按照凸轮的旋转方向，凸轮机构可分为右旋凸轮和左旋凸轮。
四、设计方法1. 确定从动件的运动规律：根据实际需求，选择合适的从动件运动规律，如等速运动、等加速运动、等减速运动等。
2. 设计凸轮轮廓：根据从动件的运动规律和凸轮的形状，设计凸轮轮廓。
设计过程中，需要满足从动件的运动轨迹、运动速度和加速度等要求。
3. 选择合适的材料：根据凸轮的工作条件和受力情况，选择合适的材料，以保证凸轮机构的性能和寿命。
4. 进行强度校核：在凸轮机构的设计过程中，进行强度校核，确保凸轮机构在受力时不会发生破坏。
五、应用领域凸轮机构在工业生产、日常生活等领域有着广泛的应用，主要包括：1. 自动化设备：如机床、机器人、自动化生产线等。
2. 家用电器：如洗衣机、空调、电风扇等。
3. 交通工具：如汽车、摩托车、自行车等。
4. 农业机械：如收割机、拖拉机等。
六、总结凸轮机构作为一种常见的机械传动机构，具有结构简单、工作可靠、设计灵活等优点。
在今后的研究和应用中，应继续探索凸轮机构的新设计方法、新材料和新应用领域，以满足不断发展的工业生产和人民生活的需求。
第三章 凸轮机构介绍
凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种 常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就 可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。 §3-1 凸轮机构应用和分类 一、凸轮机构的组成和应用
内燃机
配气机构
凸轮式内燃机配气机构
自动车床上的走刀机构 1、组成：凸轮，从动件，机架 2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)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 (1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损 4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构
推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。
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。
高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。
大质量从动件不宜选用νmax太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律
(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求
4、偏臵直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。 从动画中看，从动件 而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。
在反转运动中依次占 据的位臵将不在是以 凸轮回转中心作出的 径向线,而是始终与O 保持一偏距e的直线, 因此若以凸轮回转中 心O为圆心，以偏距e 为半径作圆（称为偏 距圆）,则从动件在 反转运动中依次占据 的位臵必然都是偏距 圆的切线,(图 中 …)从 动件的位移 ( …) 也应沿切线量取。然 后将 …等点 用光滑的曲线连接起 来，既得偏臵直动尖 顶从动件盘形凸轮轮
按从动件运动形式 可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏臵直动从动件） 和摆动从动件两种。
第三章 凸轮机构总结
第3章凸轮结构§3－1 凸轮机构的应用和类型凸轮结构的构成:凸轮、从动件（推杆）、机架三个基本构件组成。
凸轮结构的类型：（1）按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
（2）按动件（推杆）形状分：尖顶、滚子、平底从动件。
特点：尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子――磨损小，应用广；平底――受力好、润滑好，用于高速传动。
（3) 按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动。
§3－2 从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务:（1）根据工作要求选定凸轮机构的形式;（2）推杆运动规律;（3）合理确定结构尺寸;（4）设计轮廓曲线。
名词术语：基圆、基圆半径、推程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角、行程。
§3－3 凸轮机构的压力角定义：作用在推杆上驱动力与力作用点B速度方向间的夹角α若α大到一定程度时，会有：Ff > F’→机构发生自锁。
压力角与凸轮机构尺寸之间的关系“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；“-”用于导路和瞬心位于中心同侧；由此公式说明，在其他条件不变的情况下，基圆r min越小，压力角α越大。
基圆半径过小，压力角就会超过许用值。
为了减少推程压力角，应当从动件导路向推程相对速度瞬心的同侧偏置用导路偏置法虽可使推程压力角减小，但同时却使回程压力角增大，所以偏距e 不宜过大§3－4 图解法设计凸轮轮廓一、凸轮廓线设计方法的基本原理：反转原理二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮。
①选比例尺μl作基圆rmin②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。
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮（有偏距e）。
①选比例尺μl作基圆rmin(注意直动从动件和偏置直动尖顶从动件的画法区别，后者是切线方向的交点)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。
哈工大机械原理考研-第3章-凸轮机构(理论)
第3章凸轮机构及其设计3.1基本要求1.了解凸轮机构的类型及其特点。
2.掌握从动件的几种常用运动规律及特点。
掌握从动件行程、从动件推程、推程运动角、从动件回程、回程运动角、从动件远（近）休程及远（近）休止角及凸轮的基圆、偏距等基本概念。
3.熟练掌握并灵活运用反转法原理，应用这一原理设计直动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构及平底直动从动件盘形凸轮机构。
4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，根据这些原则确定凸轮机构的的压力角及其许用值、基圆半径、偏距、滚子半径等基本尺寸。
5.掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计的方法。
3.2内容提要一、本章重点本章重点是从动件运动规律的选择及其特点，按预定从动件运动规律设计平面凸轮轮廓曲线和凸轮机构基本尺寸的确定。
涉及到根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、选择或设计从动件的运动规律、合理选择或确定凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。
1 凸轮机构的类型选择选择凸轮机构的类型是凸轮机构设计的第一步，称为凸轮机构的型综合。
凸轮的形状有平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮）和空间凸轮，从动件的形状有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件，而从动件的运动形式有移动和摆动之分，凸轮与从动件维持高副接触的方法又有分为力锁合、形锁合。
故凸轮机构的类型多种多样，设计凸轮机构时，可根据使用场合和工作要求的不同加以选择。
（1）各类凸轮机构的特点及适用场合尖顶从动件凸轮机构：优点是结构最简单，缺点是尖顶处极易磨损，故只适用于作用力不大和速度较低的场合。
滚子从动件凸轮机构：优点是滚子与凸轮廓线间为滚动摩擦，摩擦较小，可用来传递较大的动力，故应用广泛。
平底从动件凸轮机构：优点是平底与凸轮廓线接触处极易形成油膜、能减少磨损，且不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，受力平稳、传动效率较高，故适用于高速场合。
机械设计基础 凸轮机构
3、铰链四杆机构的三种基本形式： 曲柄摇杆机构（1个曲柄） 双曲柄机构（2个曲柄） 双摇杆机构（没有曲柄） 4、铰链四杆机构的演化形式 （1）变转动副为移动副 （2）扩大转动副 （3）更换不同构件为机架
5、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 最短杆加上最长杆小于或等于其它两杆杆长之和。最 短杆或其相邻杆应为机架。 推论： （1）当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度 之和时，只能得到双摇杆机构。 （2）若机构满足杆长之和条件时，取不同杆作为机架 ，可得到不同类型的铰链四杆机构： a.最短杆为机架时，得到双曲柄机构； b.最短杆的相邻杆为机架时，得到曲柄摇杆机构； c.最短杆的对面杆为机架时，得到双摇杆机构。
2.动力特性 对于速度较高的凸轮机构，选择从动件规律时要特别 考虑其动力特性，需要考虑各种运动规律的最大速度 和最大加速度，力求避免产生过大的惯性力，减少冲 击和震动。 （1）尽可能选择加速度连续的运动规律（如正弦加速 度运动规律、余弦加速度运动规律等）。同时应考虑 从动件的运动形式（直动/摆动） （2）对质量较大的从动件应该选择最大速度较小的运 动规律，因为最大速度越大，从动件动量越大，当从 动件突然被阻止时，冲击很大。
压力角与基圆半径关系 一、凸轮机构的压力角 前面已讲过，压力角α（或传动角γ ）的大小反映了机构传动性能的好 坏。α↓( 或γ ↑)，机构的传动性 能越好。 凸轮机构压力角α：推杆在接触点B 所受正压力方向（即沿接触点处的 法线方向）与推杆上点B的绝对速度 方向之间所夹的锐角（不计摩擦）
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力 F″= Fsinα ——有害分力
移动凸轮 凸轮形状呈平板状，可视为回转中心位于无 穷远处的盘形凸轮。 移动凸轮做直线往复运动，从动件在同一平 面内做往复运动。 靠模切削机构 装卸料机构
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).
第三章凸轮机构
作图:
四.摆线运动规律（正弦运动规律）：
s hh[1/[10 csoisn2(2(//0]0/)/(02)]
a2h12 sin2(/0)/02
速度、加速度均连 续没有突变，无冲击。 可用于高速传动。
冲击。用于中、低
速场合。
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
3 9
:4 :16
作图: (推程)
前半行程(h/2)→等加速 →将每半行程时 →位 1 : 4 : 9 :16 后半行程(h/2)→等减速 间分为χ(4) 份 移 16 : 9 : 4 : 1
3.3 凸轮机构的压力角
凸轮机构中的作用力与凸轮机构压力角
压力角：从动件运动方向与受力方向 夹角的锐角。 压力角越小，机构传动效率越好。 压力角过大，机构将处于自锁状态。 许用压力角：推程[α]=30°-40°
max
压力角与凸轮机构尺寸的关系
tanPCOP OC
BC BC
OCe
BCs r02e2
凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的
§3－2从动件的常用运动规律 p.41
(一)凸轮运动常用术语：图3-5 p.42
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。
推程运动角φ0 ： 与推程对应的凸轮转角
远休止角φS: 从动件在最远位置不动时对应的凸轮转角
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，使从动件获得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个基本构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.按照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，并且具有变化的向径。
它是凸轮最基本的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。
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.按照从动件的形状分：（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，使用广泛。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变为滚动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优点：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳定。
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，常用于高速。
缺点：凸轮轮廓必须全部是外凸的。
3.按照从动件的运动形式分：4.按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分：（1）力封闭型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
封闭方式简单，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1、优点： (1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优点是对于任意要求的从动件运动规律都可以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控制阀门的启闭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、加速度及加速度变化率随时间或凸轮转角变化的规律。
机械设计基础复习精要：第3章 凸轮机构
工作段的转角（例如推程角）？ 答：在有偏距的情况下，凸轮轮廓上各工作段起讫点的向径所夹圆心角并不是对应的凸轮在 该工作段的转角。例如：图 3.1(a)中，凸轮从实线位置转动到虚线位置，与尖底接触过的凸
即曲线 (经过 B0 B1 B2 等各点)。如图 3.2（b）中，平底从动件的相对于凸轮的运动轨 迹，相当于尖底在 B 点的尖底从动件相对于凸轮的运动轨迹，即经过 B0 B1 B2 等各点
的曲线。从图中可以看出，有的凸轮理论轮廓和实际轮廓是等距离的曲线，有的则不是。但 运动规律取决于理论轮廓，一滚子摆动从动件盘形凸轮机构,如果滚子坏了,更换一个大小不 同的滚子,从动件的运动规律就要发生变化。
图 3.12 题 3 解答
图 3.13 题 4 解答
4．解：从动推杆的运动规律是等速运动规律，这是由于凸轮匀速转动，而根据渐开线的性
质“从渐开线上一点向基圆所作切线与凸轮已转过的弧长相等”故在任何位置，切线长（在
此就是从动件位移）与凸轮转过弧长相等，而弧长是匀速转过的。根据渐开线三线合一的性
质，从渐开线上一点向基圆所引切线就是渐开线上该点的法线，对于组成高副的两构件而言，
3.3.5 计算作图题
1．补全图 3.3 不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲击，哪 些位置有柔性冲击。
图 3.3 题 1 图 2．在图 3.4 的两个凸轮机构中，凸轮均为偏心轮，转向如图。已知参数 R=30mm,LOA=10mm,
e=15mm,rT=5mm,LOB=50mm,LBC=40mm。E，F 为凸轮与磙子的两个接触点。试作图标出：
3.3.3 选择题
机械设计基础第三章凸轮机构
位移
速度
加速度
推程
回程
2
曲线：
3
改进的等加速等减速运动规律
1
位移
5
高次代数方程
4
正弦运动规律
三、其他运动规律
3-3凸轮压力角
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
120°
°
e
按从动件分：
e
h
摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮
滚子
直动从动件凸轮机构
a.按从动件的运动分类
01
滚子从动件凸轮机构
e
尖顶从动件凸轮机构
e
平底从动件凸轮机构
e
02
03
b.按从动件的形状分类
按从动件的运动分类
摆动从动件凹槽凸轮机构
直动从动件凸轮机构
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
小结
按凸轮的形状分类
移动（板状）凸轮机构
圆柱凸轮机构
盘形凸轮机构
1
e
摆动从动件凹槽凸轮机构
直动从动件凸轮机构
按从动件的运动分类
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
按凸轮的形状分类
盘形凸轮机构
圆锥凸轮机构
圆柱凸轮机构
移动（板状）凸轮机构
按高副维持接触的方法分类
凸轮机构的特点
e
h
按从动件的运动分类
摆动从动件凹槽凸轮机构
直动从动件凸轮机构
第三章凸轮机构(运动规律)
尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点，
特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因 而理论上可实现任意预期的运动规律。尖顶从动件 凸轮机构是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。 但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的 场合。
滚子从动件凸轮
按凸轮的形状分：
盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化 向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广 泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从 动件的行程较短。
生产中对从动件运动的要求是多种多样的。 凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律， 反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮 廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从 动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。
从动件的运动规律是指其位移s、速度v和加速度a等随凸
轮转角 而变化的规律。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
余弦加速度运动规律:是指从动件加速度按余弦规律变化
的运动规律。这种运动规律的运动线图如图所示。其位移曲 线为简谐曲线，故又称为简谐运动规律，速度曲线为正弦曲 线，加速度曲线为余弦曲线。作图方法如图所示。
由图可见，在推程始末 点处仍有加速度的有限 值的突变，即存在“软 冲”，因此只适用于中、 低速。但若从动件作无 停歇的升—降—升型连 续运动，则加速度曲线 为光滑连续的余弦曲线， 消除了“软冲”，故可 用于高速。
第三章 凸轮机构
尖底从动件
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。
滚子从动件
从动件与凸轮之间易形成 油膜，润滑状况好，受力 平稳，传动效率高，常用 于高速场合。但与之相配 合的凸轮轮廓须全部外凸。
平底从动件
三）、按凸轮与从动件的锁合方式分
锁合：指保持从动件与凸轮之间的高副接触。
从动件常用基本运动规律特性比较 v ma amax 冲击特性 适用范围 运动规律
x (h / F ) (h 2/ F 2 )
等 速 等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度
1.0 2.0 1.57 2.00
4.00 4.93 6.28
刚性 柔性 柔性 无
低速轻载 中速轻载 中速中载 高速轻载
第三章
凸轮机构
凸轮机构：是一种高副机构。
广泛应用于各种机械，尤其
是自动机械中。
§31凸轮机构的应用及分类
一、凸轮机构的应用
1、凸轮机构：凸轮是
一个具有曲线轮廓 的构件。含有凸轮 的机构称为凸轮机 构。它由凸轮、从 动件和机架组成。
2、凸轮机构的应用
内燃机配气凸轮机构
进刀凸轮机构
二、凸轮机构的优点：
1
s1
2
1
h
3
e
摆动从动件盘形凸轮机构
已知：= （），rb，L，a， A0
2
1 1 3 2 4 5 6 7 2 3 4 8 5 6 7 8 9
A9 A8
B9
0
B0
C0
B1
C1 1
A1
B2
C2
F S'
O
F
FS
F'
F S'
机械基础下册 第一篇 第三章 凸轮机构和间歇运动机构
◇ 尖顶从动件（图3-3） ◇ 滚子从动件（图3-1b) ◇ 平底从动件（图3-2）
Machinery Foundation
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
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第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
Machinery Foundation
第一篇 机构及机械零件基础
第3章 凸轮机构和间歇性运动机构
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
目录
3.1 凸轮机构的应用和分类 3.2 从动件常用的运动规律及其选择 3.3 用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线 3.4 凸轮机构基本尺寸的确定 3.5 间歇运动机构
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3.2 从动件常用的运动规律及其选择
图3-5 凸轮与从动杆的运动关系
r min： 基圆半径
1 ：匀角速
h ：升距
t ：推程角
：远休止角 s
h ：回程角
' s
：近休止角
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第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
常用从动件运动规律
图3-9 反转法原理
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第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线
（一）尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 几何法步骤 第一步 选择适当的比例尺 ，取横坐标表示凸轮的转角，
纵坐标表示从动件的位移
第二步 按区间等分位移曲线横坐标值，确定从动件的相
优点
结构简单、紧凑，工作可靠
第三章 凸轮机构
凸轮机构的应用和类型 从动件的常用运动规律 图解法设计凸轮轮廓 设计凸轮机构应注意的问题
§3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构是一种常用机构，常用于自动化和 凸轮机构是一种常用机构， 半自动化机械中。 半自动化机械中。 一、凸轮机构的组成
凸轮机构由机架、 凸轮机构由机架、 凸轮和从动件组成。 凸轮和从动件组成。 通常，凸轮为主动件， 通常，凸轮为主动件， 作匀速运动， 作匀速运动，从动件 随主动件按一定规律 运动。改变凸轮形状， 运动。改变凸轮形状， 从动件运动规律改变。 从动件运动规律改变。
常用加大凸轮基圆半 受力分析： F”=F’tgα 受力分析： 有害力 F”=F’tgα 径的方法减小α 径的方法减小αmax F’一定时 一定时， F”↑ 当F’一定时，α↑， F”↑;当α增 大到一定程度时， F’’引起的摩 大到一定程度时，由F’’引起的摩 擦力将大于F’ 擦力将大于F’ ，此时机构发生 自锁”现象。因此，需控制α “自锁”现象。因此，需控制α。 直动从动件 [α]max=30° =30° 摆动从动件 [α]max=45° =45°
§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 设计凸轮机构时， 的运动规律．然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓线。 的运动规律．然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓线。
一、凸轮机构运动 中的基本概念
从动件位移线图: 从动件位移线图: 在以凸轮转角 凸轮转角为 在以凸轮转角为 横坐标, 横坐标, 从动件位移 为纵坐标的直角坐 纵坐标的直角坐 标系中画出从动件 位移和凸轮转角间 的关系曲线。 的关系曲线。
习题讲解
P51： P51：题3-1、3-2
作 业
P51： P51：题3-3、3-4、3-6
06、第三章、凸轮机构(应用、分类;从动件常用运动规律)
①盘形凸轮机构；②移动凸轮机构；③圆柱凸轮机构。 2、按从动件的型式分：
①尖底从动件；②滚子从动件；③平底从动件。
§3-2 从动件常用运动规律
对凸轮机构设计的基本要求： 1、分析从动件的运动规律； 2、按照运动规律设计凸轮轮廓。
B'
A r0 O s 's D ' B1 C B
一、凸轮与从动件的运动关系 1、几个概念： 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构：
适用于中速、中载的场合。
小结：
1、凸轮机构的组成和应用；
2、凸轮机构的分类；按凸轮的形状分：①盘形凸轮机构； ②移动凸轮机构；③圆柱凸轮机构。 按从动件的型式分：①尖底从动件；②滚子从动件；③平底从动件。 3、凸轮轮廓线主要取决于从动件的运动规律，常用的从动件运动 规律有：等速、等加速和等减速、余弦加速度运动规律等。
速度v和位移s分别为：
由图3-6可见，在推程的始末点和前后半程的交接处， 加速度有三次发生突变。
运动特征：柔性冲击——加 速度发生有限值突变而产生 的冲击。
与等速运动相比，柔性冲击虽 然冲击次数增加了一次，但冲击程 度却大为减少，故适用于中速、
轻载的场合。
3、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）
余弦加速度运动规律的从动件其加速度为一条余弦曲线，即：
如右图：加速度曲线为余弦曲线，速度曲线为正弦曲线；位移曲线为简谐 曲线。又称简谐运动规律。 简谐运动的位移曲线图作法如上图示，
从加速度线图可见：在加速度 线图的始末两点其值不为零，说明 这两个位置加速度值有突变，也会 引起柔性冲击。
运动特征：柔性冲击。
布置作业：练习与思考
3-2-1 凸轮机构的基本运动过程分为哪几部分？ 3-2-2 什么是从动件的运动规律？从动件常用的运动规律有哪些？ 如何选择从动件的运动规律？ 3-2-3 从动件与凸轮之间发生刚性冲击和柔性冲击的原因分别是 什么？应如何避免？
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第3章凸轮结构
§3－1 凸轮机构的应用和类型
凸轮结构的构成:凸轮、从动件（推杆）、机架三个基本构件组成。
凸轮结构的类型：
（1）按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
（2）按动件（推杆）形状分：尖顶、滚子、平底从动件。
特点：尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；
滚子――磨损小，应用广；
平底――受力好、润滑好，用于高速传动。
（3) 按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动。
§3－2 从动件的常用运动规律
凸轮机构设计的基本任务:
（1）根据工作要求选定凸轮机构的形式;
（2）推杆运动规律;
（3）合理确定结构尺寸;
（4）设计轮廓曲线。
名词术语：
基圆、基圆半径、推程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角、行程。
§3－3 凸轮机构的压力角
定义：作用在推杆上驱动力与力作用点B速度方向间的夹角α
若α大到一定程度时，会有：
Ff > F’→机构发生自锁。
压力角与凸轮机构尺寸之间的关系
“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；
“-”用于导路和瞬心位于中心同侧；
由此公式说明，在其他条件不变的情况下，基圆r min越小，压
力角α越大。
基圆半径过小，压力角就会超过许用值。
为了减少推程压力角，应当从动件导路向推程相对速度瞬心的同侧偏置
用导路偏置法虽可使推程压力角减小，但同时却使回程压力角增大，所以偏距e 不宜过大
§3－4 图解法设计凸轮轮廓
一、凸轮廓线设计方法的基本原理：反转原理
二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮。
①选比例尺μl作基圆r
min
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。
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮（有偏距e）。
①选比例尺μl作基圆r
min
(注意直动从动件和偏置直动尖顶从动件的画法区别，后者是切线方向的交点)
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。
3.滚子直动从动件盘形凸轮
①选比例尺μl作基圆r。
min
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。
滚子半径的确定：对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρmin> r T
ρa－工作轮廓的曲率半径，ρ－理论轮廓的曲率半径， r T－滚子半径。