第三章 凸轮机构设计
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
第三章 凸轮机构及其设计
O
等速运动规律 a
o
v
1
2
a
正弦加速度运动规律
五、从动件运动规律(Law of Motion of Follower ) 设计应考虑的问题 （1）应满足机器工作的要求； （2）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好 的运动和动力性能；
（3）设计从动件运动规律时，应考虑到凸轮轮廓
§3-1凸轮机构的应用及分类
3）按从动件的运动形式分： 摆动从动件 (Oscillating Follower)
§3-1凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：力锁合 (Force Closure)
§3-1凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：形锁合(Profile Closure)。
0
/2
0
/2
a
等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法一
S
0 1
4
9 4
1
o
1
2
δ1
3
4
5
6Hale Waihona Puke t δ等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法二
S
6 5 4 3 2
1
o
1
2
δ1
3
4
5
6
t δ
三、从动件常用运动规律
4'
s
5'
6'
（二）三角函数类基本运动规律 1.余弦加速度运动规律（推程）
的工艺性要好。 从动件动量 mvmax 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 amax 从动件惯性力 ma 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 max 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。 对于重载凸轮机构，应选择 值较小的运动规律； max
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。
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
机械设计基础----凸轮机构设计(第三章)
-ω
ω
步骤:
1)—5 ) 同上
1 3 5 78
O
6) 以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径 rs为半径作一系列滚子圆，过滚子圆作一 内包络线，即为滚子从动件凸轮的实际轮 廓曲线。 注意：凸轮基圆仍为理论轮廓的基圆。
实际轮廓
理论轮廓
凸轮轮廓曲线的设计
四、摆动从动件盘形凸轮机构
摆动从动件凸轮机构中， 已知凸轮的基圆半径r0，角速 度ω，摆杆长度l以及摆杆回转 中心与凸轮回转中心的距离d， d 摆杆角位移方程。 设计该凸轮轮廓曲线。 A8
●从动件的加速度：
v2
由运动线图可知： 在行程起点、中点和终点，存在加 a2 4hω2/δt2 速度突变，但突变为有限值，引起的惯 性力为有限值，在机构中产生有限冲击， 称为柔性冲击。 ∴等加速等减速运动规律可用于中、低速轻载场合。
d
从动件常用运动规律
位移线图的几何作图法：由s2 与 t2的关系作图。
0 1
4Байду номын сангаас9 4 1 0 1 2
s
3
4
5
6
s
3’ 2’ 1’
h/2
h/2
6 d
O
1 2 3 4 5 dt
从动件常用运动规律
四、余弦加速度运动规律
又称简谐运动规律,从动件加速度 按余弦规律变化。
s 5 6
4 3 2 1 1 h
推程中从动件位移： s2=h[1-cos(πδ/δt)]/2 加速度曲线为一余弦曲线。 由其运动线图可知： 在行程的起始和终止处加速 度有突变，但突变为有限值， 故产生柔性冲击。
3.1 凸轮机构的应用和分类 3.2 从动件的运动规律 3.3 盘状凸轮轮廓的设计 3.4 设计凸轮机构应注意的问题
上海理工大学 机械原理与机械零件 第三章 凸轮机构
s2= h(θ –cosθ ) /2
推 程 运 动 规 律 图
a2|t =0= 0 a2|t =T =0 无冲击，适用于 高速场合。
§3-3 盘形凸轮轮廓的设计
根据工作要求合理地选择从动件的运动规律, 然后 根据机构的空间要求和其它具体要求, 设计凸轮轮廓 (图解法/解析法)。 ( ) s( )
绕轴心O 顺时针转动, lOA=30 mm, 滚子半径rT=12mm, 试求：
1) 凸轮的基园半径r0；
2) 从动件的升程h ；
3) 推程运动角δt ，回程运动
角δh，远休止角δs 和近休 止角δs’ ； 4) 在图中标出B点的从动件 位移S 和压力角α 。
5/5
滚子直动从动件盘形凸轮 已知：从动件位移线图，凸
rmin 在理 论轮廓上
轮的基圆半径rmin , 凸轮角速 度ω1 , 滚子半径rT 设计说明： 1) 将滚子中心看作尖顶，然 后按尖顶推杆凸轮廓线的设 计方法确定滚子中心的轨迹, 称其为凸轮的理论廓线; 2) 以理论廓线上各点为圆心， 以滚子半径rr为半径，作一 系列圆；
摆动从动件的结构型式
习题讲解
P54~55：题3-7、3-9~11、 3-13~15
作 业
P54：题3-8、3-12
复习与练习
一、填空： 1、凸轮机构按凸轮形状可分为 、 和 。按从动件型式可分为 、 和 三种。 2、在图解法设计滚子从动件凸轮中，把滚子中心的轨 迹称为凸轮 ；为使凸轮型线在任何位 置既不变尖，更不相交，就要求滚子半径必须小于 的最小曲率半径。 3、凸轮机构中，从动件采用等加速等减速运动规律时, 将引起 冲击，采用等速运动规律时会引 起 冲击。
第三章凸轮机构设计凸轮机构应注意问题
第三章凸轮机构设计：凸轮机构应注意问题凸轮机构被广泛应用于机械系统中，包括重型机械、工业制造设备、汽车和飞机等。
凸轮机构可以将圆周运动转化为直线或曲线运动，从而实现机械运动的复杂控制。
在设计凸轮机构时，应注意以下几个问题。
凸轮的几何形状凸轮的几何形状直接决定了机构的性能和运动轨迹。
通常有三种形状的凸轮：1.圆形凸轮：这是最简单的凸轮形状，运动平稳，适合于低速运动。
而在高速运动中，由于离心力作用导致动力不稳定，需要额外的稳定措施。
圆形凸轮还可以分为单凸轮和双凸轮两种；2.椭圆形凸轮：这是最常用的凸轮形状之一，可以在高速运动中提供更好的稳定性。
椭圆形凸轮可以分为圆弧椭圆型和平面椭圆型两种；3.自由曲线凸轮：自由曲线凸轮是一种任意形状的凸轮，可以提供更高级别的运动轨迹和动力控制。
自由曲线凸轮设计需要结合机械系统的特点和实际需求，因此设计难度较大。
凸轮曲线的生成方法凸轮曲线的生成方法有许多，常见的有以下几种：1.几何生成法：利用解析几何的方法生成凸轮曲线，包括线性生成法、圆弧生成法、曲线生成法等；2.求解法：利用微积分的方法求解凸轮曲线，包括傅里叶级数展开法、有限差分法、有限元法等；3.经验公式法：利用经验公式生成凸轮曲线，如圆弧凸轮半径的选择、凸轮顶点的高度和角度等，但只适用于简单的凸轮机构。
在选择凸轮曲线生成方法时需要考虑凸轮机构的几何形状、运动速度和运动轨迹等因素。
凸轮机构的传动比传动比是凸轮机构中输出角度与凸轮角度之比，可以影响机构的输出速度和力矩。
对于相同外径的凸轮，传动比越大，输出速度越低，输出力矩越大。
因此，在设计凸轮机构时需要根据实际需求选择适当的传动比。
凸轮机构的磨损和寿命凸轮机构在长期运行中会发生磨损，这会导致凸轮曲线的变化和机构性能的降低。
为了保证凸轮机构的寿命和稳定性，应注意以下几个问题：1.使用耐磨材料：凸轮机构中凸轮部分是最容易磨损的，因此需要选择耐磨性能良好的材料，如工程塑料、铜、铬等；2.加强润滑：润滑可以减少机械元件间的摩擦，降低磨损，因此应加强润滑措施；3.定期维护：定期检查和维护机器可以预防机械故障，延长机器使用寿命。
08、第三章、凸轮机构(设计凸轮机构应注意的问题)
∵凸轮基圆半径rb越大，则凸 轮廓线的最小曲率半径ρ min也 越大； ∴也可按凸轮的基圆半径rb进
行选取凸轮的滚子半径rT； 常取rT = 0.4rb
四、凸轮的结构与材料
1、凸轮的结构 基圆半径较小时，做 成凸轮轴；
凸轮与轴的联接方式 常用有几种： 平键联接—如右图示：
圆锥销联接—如左图示：
弹性锥套和螺母联接—如右图示：
三、滚子半径的选择
设： ρ ’ — 凸轮实际轮廓曲率半径； ρ min —凸轮理论轮廓上的最小曲率半径；
rT —滚子半径。 rT取大一些，有利于减小凸轮
与滚子间的接触应力，提高滚子及 其心轴的强度和寿命。但rT过大， 机构尺寸会增大，导致从动件“运 动失真”。∴ rT的选择与ρ min有 关。 1、当理论廓线内凹时，如右图示： ρ ’ = ρ min+
第三章 凸轮机构
（设计凸轮机构应注意的问题）
机械科教师：马少萍
2005年8月制作
复习旧课：
1、按给定运动规律设计凸轮廓线的方法有哪几类？ 图解法，解析法。
2、图解法设计凸轮廓线的基础是反转法，其含义是什么？
反转法的含义是：给凸轮机构施加一个与凸轮的ω等值反向的 - ω ，使凸轮相对固定不动，从动件在随同导路以- ω绕凸轮 轴心转动并相对导路按预定规律运动时，其尖端的运动轨迹 就是凸轮的廓线。 3、图解法可以设计哪几类凸轮廓线？ （1）、尖底对心移动从动件盘形凸轮； （2）、滚子对心移动从动件盘形凸轮； （3）、平底对心移动从动件盘形凸轮； （4）、偏置移动从动件盘形凸轮； （5）、摆动从动件盘形凸轮机构。
3、为保证凸轮机构有良好的传力性能，避免产生自锁现象， 必须限制： α max≤[α] 一般推荐：推程运动 回程运动 移动从动件：[α]=30° [α]=70°~80° 摆动从动件：[α]=35°~45° 4、压力角的校核
第三章 凸轮机构
3－1 凸轮机构的应用和类型
在机械装置中，尤其是在自动控制机械中，为实现某些特殊 或复杂的运动规律，广泛地应用着各种凸轮机构
二、凸轮机构应用
内燃机凸轮机构 凸轮以等角速度回 转，它的轮廓驱使从 动件（阀杆）按预期 的运动规律打开或关 闭阀门。
3-1 凸轮机构的应用和类型
二、凸轮机构应用
所示为绕线机中用 于排线的凸轮机构， 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， 驱使从动件2往复 摆动，从而使线均 匀地缠绕地绕线轴 上
凸轮1随放音键 上下移动。放音 时，凸轮1处于 图示最低位置， 在弹簧的作用下， 安装于带轮轴上 2 的摩擦轮4紧靠 1 1 卷带轮5，从而 放音键 将磁带卷紧。 放音键
卷带轮 5
3 3 4 4
皮带轮 皮带轮
摩擦 轮
录音机卷带机构
二、凸轮机构应用
当带有凹槽的 凸轮1转动时， 通过槽中的滚 子，驱使从动 件2作往复移动。 凸轮1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。
v o a
δ +∞ δ -∞
o
§3—3
凸轮机构压力角
一、压力角与作用力的关系
二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
一、压力角与作用力的关系
压力角: 从动件上的驱动力与 该力作用点绝对速度之间 所夹的锐角。 凸轮机构的压力角：
1
n
F
3
α
v
2 B
S2 n
e
O C
P
接触点法线与从 动件上作用点速度方 向所夹的锐角。
两滚子中心间的距 离始终保持不变。
缺点：
从动件运动规律的选择受到一定的限制
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6.为了避免运动失真并减少接触应力和磨损,滚子半 为了避免运动失真并减少接触应力和磨损, 为了避免运动失真并减少接触应力和磨损 和凸轮理论廓线上的最小曲率半径ρ 应满足__. 径rr 和凸轮理论廓线上的最小曲率半径 min 应满足 .
答案
5.凸轮的基圆半径就是凸轮理论轮廓线上的最小曲 凸轮的基圆半径就是凸轮理论轮廓线上的最小曲 率半径 . 6.滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓 滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓 的等距曲线,因此, 的等距曲线,因此,实际轮廓上各点的向径就等于 理论轮廓上各点的向径减去滚子半径 . 7.当从动件采用等速运动规律时,则机构自始至终 当从动件采用等速运动规律时, 当从动件采用等速运动规律时 工作平稳不会产生刚性冲击 . 8.一般说来,在凸轮机构中,尖顶从动件可适应任 一般说来,在凸轮机构中, 一般说来 何运动规律而不致发生运动失真 .
典型例题分析
例3-1 图3-1 所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮 机构中,凸轮的实际轮廓线为一圆,其圆心在A点 机构中,凸轮的实际轮廓线为一圆,其圆心在 点, 半径R=40mm,凸轮转动方向如图所示, 半径 ,凸轮转动方向如图所示, lOA=25mm,滚子半径 r=10mm,试 ,滚子半径r ,
1. 作出凸轮的理论轮廓线; 作出凸轮的理论轮廓线; 2. 作出凸轮的基圆,并标出其基圆半径 b; 作出凸轮的基圆,并标出其基圆半径r 3. 求从动件的升程 ; 求从动件的升程h; 4. 标出图示位置的压力角 ; 标出图示位置的压力角α; 5. 若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子半径改为 若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子半径改为15mm ,从 动件的运动规律有无变化? 动件的运动规律有无变化?
A.可实现各种预期的运动规律 B. 便于润滑 可实现各种预期的运动规律 C. 制造方便易获得较高的精度 D. 从动件的行程可较大
3.凸轮机构中,若从动件按等速运动规律运动,则 凸轮机构中,若从动件按等速运动规律运动, 凸轮机构中 最大加速度理论上为________. 最大加速度理论上为 .
A. amax=∞ C. amax=有限值 有限值 B. amax=0 D. amax=不定值 不定值 答案
答案
三, 选择题 1.与连杆机构相比,凸轮机构最大的缺点是___ . 与连杆机构相比,凸轮机构最大的缺点是 与连杆机构相比
A. 惯性力难以平衡 C. 设计较为复杂 B. 点线接触易磨损 D. 不能实现间歇运动
2.与其它机构相比,凸轮机构最大的优点是 _____. 与其它机构相比, 与其它机构相比 .
4.位移曲线图是表示 位移曲线图是表示_____与____之间关系的曲线. 之间关系的曲线. 位移曲线图是表示 与 之间关系的曲线 当从动件为等速运动规律时, 当从动件为等速运动规律时,其位移曲线是一条 ____线;若为等加速等减速运动规律时,其位移曲 线 若为等加速等减速运动规律时, 线是一条____线. 线是一条 线 5.在凸轮机构从动件的常用运动规律中,______运 在凸轮机构从动件的常用运动规律中, 在凸轮机构从动件的常用运动规律中 运 动规律有刚性冲击; 运动规律有柔性冲击; 动规律有刚性冲击;_____运动规律有柔性冲击; 运动规律有柔性冲击 _____运动规律无冲击 . 运动规律无冲击 6.凸轮轮廓的形状是由 凸轮轮廓的形状是由________决定的 . 凸轮轮廓的形状是由 决定的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
amax 愈大,不仅从动件系统的激振力愈大,而且当 愈大,不仅从动件系统的激振力愈大, 它为正值时, 它为正值时,将使从动件与凸轮轮廓接触处的法向 压力增大;当它为负值时, 压力增大;当它为负值时,又使力封闭的弹簧负荷 增大.在确定从动件运动规律时, 增大.在确定从动件运动规律时,一般先由动力特 性确定加速度运动规律, 性确定加速度运动规律,然后再确定相应的速度与 位移变化规律. 位移变化规律. 2.用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点: 用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点: 用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点 (1)直动从动件 曲线图中,纵坐标比例尺 l 最好 直动从动件s-δ曲线图中 纵坐标比例尺 曲线图中, 直动从动件 与绘制凸轮图的比例尺一致, 与绘制凸轮图的比例尺一致,这样在基圆各向径 线上作截线位移时,不必换算,以免出错. 线上作截线位移时,不必换算,以免出错.
第三章
凸轮机构设计
教学基本要求 重点与难点分析 典型例题分析 自测试题
教学基本要求
1. 了解凸轮机构的组成,分类,特点及应用,掌握凸 了解凸轮机构的组成,分类,特点及应用, 轮机构从动件常用运动规律的特点, 轮机构从动件常用运动规律的特点,以及选择运动规 律时应考虑的因素. 律时应考虑的因素. 2. 掌握凸轮机构设计的反转法原理,能根据给定的运 掌握凸轮机构设计的反转法原理, 动规律设计出各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线. 动规律设计出各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线. 3. 掌握压力角与自锁的关系,基圆半径对压力角的影 掌握压力角与自锁的关系, 响,以及滚子半径选择的原则 .
(2)位移线图横坐标等分数应与基圆等分数相等,且 位移线图横坐标等分数应与基圆等分数相等, 位移线图横坐标等分数应与基圆等分数相等 排序号码一一对应. 排序号码一一对应. (3)偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心, 偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心, 偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心 反转后各移动中心线均与偏距圆相切, 反转后各移动中心线均与偏距圆相切,从动件的位 移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的, 移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的, 也即偏距圆的切线就是导路反转后各位置的方位线. 也即偏距圆的切线就是导路反转后各位置的方位线.
自测试题
判断题(正确: ,错误: ) 一, 判断题(正确:T,错误:F) 1.凸轮机构是一种低副机构 . 凸轮机构是一种低副机构 2.凸轮机构中,凸轮基圆半径越大,说明从动件的 凸轮机构中, 凸轮机构中 凸轮基圆半径越大, 位移越大 . 3.在运动规律一定时,凸轮的基圆越大,则从动件 在运动规律一定时,凸轮的基圆越大, 在运动规律一定时 就越不容易发生自锁卡死 . 4.凸轮机构采用等加速等减速运动规律时,由于在 凸轮机构采用等加速等减速运动规律时, 凸轮机构采用等加速等减速运动规律时 起始点加速度出现有限值的突然变化, 起始点加速度出现有限值的突然变化,因而产生惯 性力的突变, 性力的突变,结果引起刚性冲击 .
重点与难点分析
本章重点:从动件常用运动规律及其特性; 本章重点:从动件常用运动规律及其特性;平面 凸轮轮廓曲线的设计和凸轮机构压力角与机构基本 尺寸的关系; 尺寸的关系; 本章难点: 本章难点:用反转法设计平面凸轮轮廓曲线 . 1.从动件的运动规律:凸轮以等角速度转动时,从 从动件的运动规律:凸轮以等角速度转动时, 从动件的运动规律 动件的位移s, 速度v,和加速度a随时间 随时间t或凸轮转 动件的位移 , 速度 ,和加速度 随时间 或凸轮转 变化的规律, 角δ变化的规律,称为从动件运动规律 .四种常用 变化的规律 的运动规律特性及使用场合如表3-1 所示. 所示. 的运动规律特性及使用场合如表
图3-1
解: 1,滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线 , 与实际廓线是两条法向等距的曲线, 与实际廓线是两条法向等距的曲线,该法向距离 等于滚子半径r 等于滚子半径 r ,故理论廓线为半径为 40+10=50mm的圆,如图所示. 的圆, 的圆 如图所示. 2,凸轮理论轮廓线的最小向径称为凸轮的基圆半 , 因此,连接偏心圆的圆心A和凸轮转动中心 径rb,因此,连接偏心圆的圆心 和凸轮转动中心 O,并延长使其与理论廓线相交于 点,则OC即 ,并延长使其与理论廓线相交于C点 即 为凸轮的基圆半径r 由图可知: 为凸轮的基圆半径 b.由图可知:rb=lAC- lOA =40+10-25=25mm 3,图示,h=(lOA+R+rr)-rb=25+40+10-25= 50 mm ,图示,
4,凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动 ,凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动 理论廓线 件接触点的法线AB 与从动件上对应点速度方向 件接触点的法线 OB之间所夹的锐角,如图所示. 之间所夹的锐角, 之间所夹的锐角 如图所示. 5,当凸轮的实际廓线保持不变而将滚子半径rr 由 ,当凸轮的实际廓线保持不变而将滚子半径 10mm 增大至 增大至15mm后,lAB将随之由 将随之由50mm 增至 后 55mm ,因此从动件 的运动将随之变化;若希 因此从动件3 的运动将随之变化; 望从动件3 的运动规律保持不变, 望从动件 的运动规律保持不变,则应让理论廓 线保持不变, 线保持不变,作该理论廓线的法向等距曲线并使 之距离等于15mm 得到新的实际廓线. 得到新的实际廓线. 之距离等于
7.凸轮机构几种常用的从动件运动规律中,_____ 凸轮机构几种常用的从动件运动规律中, 凸轮机构几种常用的从动件运动规律中 只宜用于低速情况; 只宜用于低速情况;______宜用于中速但不宜用 宜用于中速但不宜用 于高速的情况; 于高速的情况;而_______可在高速下应用 . 可在高速下应用 8.反转法绘制凸轮廓线是给 反转法绘制凸轮廓线是给_____加上一个与凸轮的 反转法绘制凸轮廓线是给 加上一个与凸轮的 角速度等值反向并绕凸轮轴心转动的角速度. 角速度等值反向并绕凸轮轴心转动的角速度. 9.设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时,若 设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时, 设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时 发现凸轮廓线有变尖现象, 发现凸轮廓线有变尖现象,则在尺寸参数上应采取 的措施是____或____. 的措施是 或 . 10.凸轮基圆半径越小,则凸轮机构的压力角越____, 凸轮基圆半径越小,则凸轮机构的压力角越 凸轮基圆半径越小 , 而凸轮机构的尺寸越_____. 而凸轮机构的尺寸越 .