机械原理凸轮结构
机械原理凸轮机构设计
凸轮机构的设计一、简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。
因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。
凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。
二、凸轮机构的工作原理由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。
凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。
从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。
尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。
为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。
具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。
多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。
凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。
它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。
但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。
一、工作过程和参数在凸轮机构中最常见的运动形式为凸轮机构作等速回转运动，从动件往复移动。
以图6-8为例（对心外轮廓盘形凸轮机构）。
首先介绍一下本图中各构件的名称。
1，运动分析：停CA4ϕ2、参数①推程（升程）-- 从动件自最低位置升到最高位置的过程 ②推程角（升程角）--推动从动件实现推程时的凸轮转角（ϕ1） ③回程 -- 从动件自最高位置升到最低位置的过程 ④回程角 --从动件从最高位置回到最低位置时的 凸轮转角（ϕ3）⑤远停角（远休止角）从动件在最高位置停止不动，与此对应的凸轮转角。
机械原理大作业凸轮机构设计
机械原理大作业凸轮机构设计一、凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的传动机构，它通过凸轮的旋转运动，带动相应零件做直线或曲线运动。
凸轮机构具有结构简单、运动平稳、传递力矩大等优点，在各种机械设备中得到广泛应用。
二、凸轮基本结构1. 凸轮凸轮是凸起的圆柱体，通常安装在主轴上。
其表面通常为圆弧形或其他曲线形状，以便实现所需的运动规律。
2. 跟随件跟随件是与凸轮配合的零件，它们通过接触面与凸轮相互作用，并沿着规定的路径做直线或曲线运动。
跟随件可以是滑块、滚子、摇臂等。
3. 连杆连杆连接跟随件和被驱动部件，将跟随件的运动转化为被驱动部件所需的运动。
连杆可以是直杆、摇杆等。
三、凸轮机构设计要点1. 几何参数设计设计时需要确定凸轮半径、角度和曲率半径等参数，这些参数的选择将直接影响凸轮机构的运动规律和性能。
2. 运动规律设计根据被驱动部件的运动要求，选择合适的凸轮曲线形状，以实现所需的运动规律。
3. 稳定性设计在设计凸轮机构时，需要考虑其稳定性。
例如，在高速旋转时，可能会发生跟随件脱离凸轮或者产生振动等问题，因此需要采取相应措施提高稳定性。
4. 材料和制造工艺设计在材料和制造工艺方面，需要考虑凸轮机构所承受的载荷和工作环境等因素，选择合适的材料和制造工艺。
四、几种常见凸轮机构及其应用1. 摇臂式凸轮机构摇臂式凸轮机构由摇臂、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现直线运动或旋转运动，并且具有结构简单、运动平稳等优点。
摇臂式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如发动机气门控制系统、纺织设备等。
2. 滑块式凸轮机构滑块式凸轮机构由凸轮、滑块、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现直线运动，并且具有结构简单、运动平稳等优点。
滑块式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如冲压设备、印刷设备等。
3. 滚子式凸轮机构滚子式凸轮机构由凸轮、滚子、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现圆弧形运动，并且具有运动平稳、传递力矩大等优点。
滚子式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机气门控制系统等。
机械原理第三章 凸轮机构及其设计
第三章凸轮机构及其设计§3-1 概述1 凸轮机构的基本组成及应用特点组成：凸轮、从动件、机架运动特征：主动件（凸轮）作匀角速回转，或作匀速直线运动，从动件能实现各种复杂的预期运动规律。
尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构端面圆柱凸轮机构、内燃机配气凸轮机构优点：（1）从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。
（2）结构简单、紧凑。
（3）便于设计。
缺点：（1）高副机构，点或线接触，压强大、易磨损，传力小。
（2）加工制造比低副机构困难。
应用：主要用于自动机械、自动控制中（如轻纺、印刷机械）。
2 凸轮机构的分类1．按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱2．按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面（P197）3．按从动件运动形式分：直动、摆动4．按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭3 凸轮机构的工作循环与运动学设计参数§3-2凸轮机构基本运动参数设计一．有关名词行程－从动件最大位移h。
推程－S↑的过程。
回程－S↓的过程。
推程运动角－从动件上升h，对应凸轮转过的角度。
远休止角－从动件停留在最远位置，对应凸轮转过的角度。
回程运动角－从动件下降h，对应凸轮转过的角度。
近休止角－从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。
一个运动循环凸轮：转过2π，从动件：升→停→降→停基圆－以理论廓线最小向径r0作的圆。
尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。
滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其内包络线为实际廓线。
从动件位移线图——从动件位移S与凸轮转角 （或时间t）之间的对应关系曲线。
从动件速度线图——位移对时间的一次导数加速度线图——位移对时间的二次导数 统称从动件运动线图 度量基准（在理论廓线上）1）从动件位移S ：推程、回程均从最低位置度量。
2）凸轮转角δ：从行程开始对应的向径度量（以O 为圆心，O 至行程起始点为半径作弧与导路中心线相交得P 点，∠POX=δ）。
机械原理第三章凸轮机构(杨家军版)
2h s h 2 ( ) 2 4 h v 2 ( ) 4h 2 a 2
s
从动件加速度 a0 = 常数
从动件前半推程速度 v = a0 t 1 2 s = a t 从动件的位移 0 2
h
δ
v
δ
特点：存在柔性冲击
δ
a a0
位置：发生在运动的起始点、 中间点和终止点
位移
S f ()
dS dS d dS v dt d dt d
类速度
速度
类加速度
加速度
2 dv dv d d S 2 a dt d dt d 2
类跃动度
跃动度
da da d 3 d S j 3 dt d dt d
3
1.从动件的基本运动规律 （一） 多项式运动规律 位移方程为： s=c0 + c1 + c22 + c33 + ……+ cnn v=( c1 + 2c2 + 3c32 + ……+ncnn-1) a=2(2c2 + 6c3 +12c42 + ……+n(n-1)cnn-2) j=3(6c3 + 24c4 + ……+n(n-1)(n-2)cnn-3)， 式中，为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2，… ， 为n+1个待定系数。
f. 光滑连接i′ 得凸轮廓线。
2. 滚子从动件 1) 分析
ω
ω
ω
2) 设计
-ω
′ 1 1 2′ 2 3 ′ 1 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′ 1 2′ 2 3
-ω
3′
3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′
机械原理凸轮机构 ppt课件
a dv / dt 2C2
★注意：
为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h 中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加 速度和减速度的绝对值相等。
推杆的等加速等减速运动规律
ppt课件
19
2. 等加速等减速运动规律
★推程运动方程
推程等加速段边界条件：
运动方程式一般表达式：
机架
ppt课件
凸轮 推杆
4
二、特点
优点： 可以使从动件准确实现各种预期的复杂的运动规律 易于实现多个运动的相互协调配合。 结构简单、紧凑 设计方便 缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、重载 凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置
和装配生产线。
弹簧力封闭
重力封闭
ppt课件
11
形封闭型凸轮机构
凹槽凸轮机构
等宽凸轮机构
ppt课件
12
形封闭型凸轮机构
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
ppt课件
13
9-2 推杆的运动规律
一、基本术语 凸轮概念
★基圆：以凸轮最小半径 r0所作的圆，r0称为凸轮 的基圆半径。
★推程、推程运动角：d0
★远休、远休止角：d 01 ★回程、回程运动角：d 0 ★近休、近休止角：d 02
生无穷大惯性力，引起刚性冲击。 ppt课件
推程运动线图
17
1. 一次多项式运动规律——等速运动
★回程运动方程
一次多项式一般表达式：
s v
C0 ds
C1d
/
dt
C1
边界条件
a
机械原理-第9章凸轮机构及其设计
①等加速推程段：
s = 2hδ2/δ02 v = 4hω δ /δ02 a = 4h ω 2/ δ02
②等减速推程段： s = h－2h(δ0－δ)2/δ02 v = 4hω(δ0－δ)/ δ02 a = －4hω2/δ02
由图知，有柔性冲击。
凸轮机构的适用场合： 广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置
和装配生产线。
2.凸轮机构的分类
盘形凸轮 (1)按凸轮的形状分：移动凸轮 (板凸轮 )
圆柱凸轮
尖端推杆 (2)按从动件端部型式分 滚子推杆
平底推杆
直动推杆 (3)按从动件的运动方式分 摆动推杆
凸轮机构的命名：
从动件
原动件
对心
• 沿-w方向将基圆作相应等分；
• 沿导路方向截取相应的位移， 得到一系列点；
• 光滑联接。
2)对心直动滚子推杆盘形凸轮机构
s
h
h/2
w
O 1 2 3 /2 5 6 7 5 /4 10 11 127 /4 2
4
89
13 14
14 1
取长度比例尺l绘图
13
2
12 w
3
实际廓线
11
4
10
5
9
6
7
A5
C
6
2
B B180°B
6 5
4C
C
5
4φ3
C
φ3 2
A1Leabharlann R(3)按-w 方向划分圆R得 A0、A1、A2等点； 即得机架 反转的一系列
位置；
A4 A3
A2
(4)找从动件反转后的一系
机械原理-凸轮机构及其设计
第六讲凸轮机构及其设计（一）凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1．组成：凸轮，推杆，机架。
2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。
缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮2．按推杆的形状分尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。
易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。
（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。
4．根据凸轮与推杆接触方法不同分：（1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构② 等径凸轮机构③共轭凸轮（二）推杆的运动规律一、基本名词：以凸轮的回转轴心O 为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0 称为基圆半径。
推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止：推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。
机械原理凸轮机构
凸轮的基本形状及曲线方程
凸轮的形状决定了其运动特性和传动效果。常见的凸轮形状包括圆形凸轮、椭圆形凸轮、正弦形凸轮等， 每种形状都对应着特定的曲线方程。
凸轮机构的工作原理
凸轮机构的工作原理是利用凸轮的旋转运动，通过凸轮与其他机构之间的接 触或耦合，将输入的连续旋转运动转化为间断的直线或曲线运动。
凸轮机构的应用领域
循环式凸轮机构
循环式凸轮机构通过凸轮的旋转运动，实现循环运动的输出，常见应用于曲 柄连杆机构等。
直线往复式凸轮机构
直线往复式凸轮机构将旋转运动转化为直线往复运动，常用于自动化生产设 备中的往复运动部件。
内锥式凸轮机构
内锥式凸轮机构是一种特殊的锥形凸轮机构，通过凸轮的内锥轮廓形状，实现运动输出的变化。
凹槽式凸轮机构及其构成要素
凹槽式凸轮机构是一种常见的凸轮机构形式，由凹槽形状的凸轮、滚子或滑块以及传动杆等构成，用于 实现复杂的直线运动。
锥形凸轮机构的分类
锥形凸轮机构根据凸轮轮廓的变化规律进行分类，常见的类型包括线性锥形凸轮机构、径向锥形凸轮机 构等。
Hale Waihona Puke 摆动式凸轮机构摆动式凸轮机构利用凸轮的旋转运动，驱动摆动杆实现往复摆动运动，常见应用于钟摆、发动机连杆等 系统。
全逆截面凸轮机构
全逆截面凸轮机构通过凸轮轨迹的全逆截面形状，实现输出运动的复杂变化， 常用于工业机械传动装置等。
凸轮机构的性能分析方法
凸轮机构的性能分析涉及动力学、运动学和结构力学等方面，常用的方法包 括虚功原理、图解法、仿真模拟等。
凸轮机构的设计与制造
凸轮机构的设计与制造需要考虑传动比、凸轮轮廓形状、制造精度等因素，采用CAD技术和先进的制造 工艺。
了解机械原理的基本概念和原理是理解凸轮机构的重要前提。机械原理涉及 力学、动力学和材料科学的基础理论，是机械工程的核心。
机械原理课件9 凸轮机构
1、凸轮廓线设计的基本原理
• 解析法、作图法 • 相对运动原理法:(也称反转法) • 此时，凸轮保持不动
• 对整个系统施加 -ω
运动
• 而从动件尖顶复合运动的 轨迹即凸轮的轮廓曲线。
-ω
A A A A A A A A
1 2
3’ 2’ 1’
ω
r0
1
O
2 3
3
2.用作图法设计凸轮廓线
1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮
e
对心平底推杆凸轮机构
平底摆杆凸轮机构
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 必须全部外凸。
偏心平底推杆凸轮机构
滚子摆杆凸轮机构
e
§9－2 推杆的运动规律
一.推杆常用的运动规律
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。
a
2h 2
02
2 sin 0
R= 2
h
A 0 1 v
2
3 4
5
6
7
8
回程： s＝h[1-δ /δ
0
′)/2π
0
′
+sin(2π δ /δ
0
0
]
v＝hω [cos(2π δ /δ 0’)-1]/δ a＝-2π
hω 2 sin(2π δ /δ
′
FI ma 0
(1).对心直动尖顶从动件盘形凸轮
s
h
对心直动尖顶从动件凸轮机构 中，已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω和从动件的运动规律， 设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤小结：
机械原理课程设计凸轮机构
Part Three
机械原理课程设计 凸轮机构方案
设计目的和要求
设计目的：掌握凸轮机构的基本原 理和设计方法
设计内容：包括凸轮机构的设计、 制造、装配和调试
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
设计要求：满足凸轮机构的运动要 求，如速度、加速度、行程等
设计步骤：明确设计任务、选择设 计方案、进行设计计算、绘制设计 图纸、制作模型、进行实验验证等
凸轮轮廓曲线的设计方法包括解析法、图 解法和计算机辅助设计等。
凸轮轮廓曲线的设计需要满足凸轮机构 的运动规律、负载、速度、加速度等要 求，同时需要考虑到凸轮的制造工艺和 成本等因素。
凸轮机构压力角计算
压力角定义：凸轮与从动件接触点 处法线与凸轮轮廓线之间的夹角
压力角影响因素：凸轮轮廓线形状、 从动件形状、凸轮半径、从动件半 径
凸轮机构工作原理
凸轮机构通过凸轮与从动件 的接触，实现从动件的位移 和运动
凸轮机构由凸轮、从动件和 机架组成
凸轮机构的工作原理是利用 凸轮的轮廓曲线，使从动件
产生预定的运动
凸轮机构的应用广泛，如汽 车、机床、机器人等领域
凸轮机构分类
按照凸轮运动规律分类：等 速运动凸轮、等加速运动凸 轮、等减速运动凸轮等
Part Six
凸轮机构运动仿真 与优化
运动仿真模型的建立
确定凸轮机构的类型和参数 建立凸轮机构的三维模型 设定运动仿真的初始条件和边界条件 设定运动仿真的时间步长和仿真时间 设定运动仿真的输出变量和观察点 运行运动仿真，观察仿真结果，并进行优化
运动仿真结果分析
凸轮机构运动仿 真结果：包括位 移、速度、加速 度等参数
凸轮从动件的类 型：滚子从动件、 滑块从动件、圆 柱从动件等
机械原理第3章 凸轮机构(第二版)
二、凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分 (1) 盘形凸轮机构
盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件，绕固定转轴回转。 它是凸轮的基本型式，应用最为广泛。
（2）移动凸轮机构
移动凸轮相对机架作往复直线运动。 凸轮与从动件的相对运动是平面运动，属于平面凸轮机构。
（3）圆柱凸轮机构
圆柱凸轮是一个在圆柱上开有曲线槽或是在 圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。 凸轮与从动件的相对运动是空间运动，属于 空间凸轮机构.
凸轮廓线上任意 两条平行切线间 的距离都等于框 架内侧的宽度。
两滚子中心间 的距离始终保 持不变。
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
两滚子中心间的距离 始终保持不变。
主凸轮推动从动件——正行程， 从凸轮推动从动件——反行程。 克服了等宽、等径凸轮的缺点， 结构复杂，制造精度要求高。
从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180º范围内的 凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180º内的凸轮廓 线必须符合等宽、等径原则。
2. 按从动件形状及运动形式分
（1）按从动件形状： 尖顶、滚子和平底从动件
尖顶从动件
尖端能以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，只适用于低速场合。
滚子从动件
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。
平底从动件
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。
三、 凸轮机构的特点
●运动特点：连续回转 → 往复运动。 ●优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。 ●缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。 ●应用：传力不大的场合。
凸轮机构机械原理
凸轮机构机械原理凸轮机构是一种重要的动力机构，常被用于驱动各种机械传动机构，如进气门、凸轮磨床等。
它是由凸轮、滑块、连杆等零件组成的，通过凸轮的回转运动，使滑块做直线或曲线运动，从而驱动其他机械零件进行工作。
凸轮机构具有结构简单、运动规律稳定、传动效果可靠等优点，因此在许多机械装置中得到了广泛应用。
凸轮机构的工作原理是凸轮的凸顶腔和滑块之间的相互作用。
常见的凸轮形状主要有圆形、椭圆形和正弦形等，在机械传动中起到不同形式的转动和直线动作。
在凸轮机构中，凸轮通过旋转或者平行移动来改变滑块的运动状态，使其在各个工作阶段完成不同的工作。
凸轮机构的运动是由凸轮的运动形状和滑块的连接方式共同决定的。
滑块的运动有直线运动和曲线运动两种形式。
当凸轮为圆形或椭圆形时，滑块呈现直线运动，这种凸轮机构被称为滚子机构；当凸轮为正弦形时，滑块呈现曲线运动，这种凸轮机构被称为滑块机构。
凸轮机构的滑块运动可分为快速行程和慢速行程两个阶段，通过凸轮的不同形状设计，可以实现不同的行程和速度要求。
凸轮机构的传动效果可靠并且具有一定的精度，这主要是由于滑块的运动轨迹是凸轮形状决定的。
滑块与凸轮之间的配合要求较高，一般要求其紧密配合，并采用润滑措施以减少磨损和噪声。
为了保证凸轮机构的正常运行，一般还需要加装一些辅助装置，如导向装置、回程装置等。
凸轮机构在应用中有很多种工作形式，如单凸轮、双凸轮、三凸轮等。
在设计凸轮机构时，需要考虑到工作的特点和要求，选择合适的凸轮形状和运动轨迹，以及相应的滑块、连杆等零件的结构参数。
凸轮机构的设计和制造需要考虑到许多因素，如传动比、工作精度、传动效率等。
为了使传动效果更好，一般会采用润滑措施，并且对关键部位进行加工和装配精度控制。
总之，凸轮机构是一种重要的动力机构，其工作原理是通过凸轮的回转运动，使滑块做直线或曲线运动，从而驱动其他机械零件进行工作。
凸轮机构具有结构简单、运动规律稳定、传动效果可靠等优点，因此在各种机械传动中得到了广泛的应用。
机械原理-凸轮
第二节 凸轮机构的传力特性 G
传力特性分析目的 确定构件之间相互的作用力，为 解决磨损及强度尺寸设计提供可靠的 数据。
压力角—不计摩擦时，凸轮对
从动件作用力方向线nn与从动件上 力作用点的速度方向之间所夹的锐 角。
FR2 2
d
vl
F2R1
n
tb
B
t
1 F
n
传力特性分析
Fx 0 F sin( 1) (FR1 FR2 )cos2 0
(二) 组合运动规律
为了克服单一运动规律的某 些缺陷，获得更好的运动和动力 特性，可以把几种运动规律拼接 起来，构成组合运动规律(Law of combined motion)。
组合原则 位移曲线、速度曲线必须连 续，高速凸轮机构加速度曲线也 必须连续。
各段运动规律的位移、速度 和加速度曲线在连接点处其值应 分别相等。
构将产生刚性冲击(Rigid impulse)。等速运动规律适 加速度线图
a
,t
用于低速轻载场合。
,t
⑵ 等加速等减速运动规律 (Law of constant acceleration and deceleration)
推程
前半程
后半程
s
2h
2
2
s
h
2h
2
(
)2
v
4h 2
v
4h 2
(
)
4h 2 a 2
B
远停
h B
远停角s
回程
B0 S
rb
O
S S
360º
,t
回程角
近停
近停角s
S
D
D0
从动件的运动线图(Diagram of motion)
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摆杆为主动件，凸轮为从动件
机械原理—凸轮机构
3.1.3 凸轮机构的应用
例1：实现变速操纵
机械原理—凸轮机构
例2：实现自动进刀、退刀
机械原理—凸轮机构
例3：控制阀门的启闭
机械原理—凸轮机构
例4：印刷机的吸纸吸头
机械原理—凸轮机构
3.2 从动件运动规律设计
3.2.1 凸轮机构的工作情况
机械原理—凸轮机构
(逆 时 针 )旋 转 。
机械原理—凸轮机构
机械原理—凸轮机构
（2）滚子从动件
已知： rb， , e, 滚子半径 rr，s - 曲线。
反转法
滚子中心将描绘一条与凸轮廓线 法向等距的曲线—理论廓线。Rb 指的是理论廓线的基圆。
机械原理—凸轮机构
作内包络线，得到凸轮的 实际廓线；
若同时作外包络线，可形 成槽凸轮廓线。
避免运动失真
机械原理—凸轮机构
从动件偏置方向的选择
从动件偏置并不影响凸轮廓线的形状，选 择偏置的主要目的是为了减小从动件在推程阶 段所受的弯曲应力。
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平地宽度的确定
3.5 凸轮机构的计算机辅助设计(略)
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(2) 凸轮基圆半径的确定
tgα
ds e dφ s r e
2 b 2
基圆半径越大，压 力角越小，但结构尺寸 较大
机械原理—凸轮机构
(3) 从动件偏置方向的选择
tgα
ds e dφ s r e
2 b 2
凸轮逆时针回转，从动件右偏置 凸轮顺时针回转，从动件左偏置
适应场合：低速轻载
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2.等加速等减速(抛物线)运动
特点：加速度曲线有突变， 加速度的变化率(即跃度j) 在这些位置为无穷大 —— 柔性冲击 适应场合：中速轻载
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3.简谐运动(余弦加速度运动)
当质点在圆周上作匀速运 动时，它在该圆直径上的投 影所构成的运动规律 — 简谐 运动 h π
摆动从动件
移动从动件：从动件作往复移动，其运动 轨迹为一段直线； 摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动 轨迹为一段圆弧。
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4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类
(1) 力锁合─弹簧力、从动件重力或其它外力
(2) 型锁合─利用高副元素本身的几何形状
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槽凸轮机构
槽两侧面的距离
3.4.1 移动滚子从动件盘形凸轮
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(1) 压力角与许用值
F ' F cos F '' F F sin
F fF 自锁 1 1 即： tg max [ ] f
' ''
推程： [ ] 30(移动)， [ ] 45(摆动) 回程： [ ] 80
等于滚子直径。
优点：锁和方式结构简单 缺点：加大了凸轮的尺寸和重量
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等宽凸轮机构
凸轮廓线上任意两条 平行切线间的距离都等于 框架内侧的宽度。
缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，
当180º范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定 后，其余180º内的凸轮廓线必须符合等宽原则
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3.1.2 凸轮机构的类型
1. 按凸轮的形状分类
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛 移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动
圆柱凸轮：空间凸轮机构
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2. 按从动件的形状分类
尖端从动件
尖端能以任意复杂的凸轮 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 用于低速场合。 磨损比尖端从动件小。
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（3）平底从动件
取平底从动件表面 上的点B0作为假想的尖 端从动件的尖端。
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包络线
为了保证在所有位置从动 件平底都能与凸轮轮廓曲线相 切，凸轮廓线必须是外凸的。
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2. 摆动从动件盘形凸轮
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3.3.3 解析法(略)
3.4 凸轮机构基本尺寸的确定
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3.3 凸轮轮廓的设计
3.3.1 基本原理（反转法）
反转法
反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的 轮廓曲线。
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3.3.2 图解法设计凸轮轮廓
1. 移动从动件盘形凸轮
(1)尖底从动件
已知：基圆半径 rb， s - 曲 线 ， 从 动 件 偏 置于凸轮轴心右侧， 偏距为 e， 等 角 速 度
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第3章 凸轮机构
凸轮机构的组成与类型 从动件运动规律设计 凸轮轮廓的设计 凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构的计算机辅助设计
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3.1 凸轮机构的组成与类型
3.1.1 凸轮机构的组成
1 ─凸轮 2 ─从动件 3 ─机架
高副机构
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基圆─以凸轮轮廓的最 小向径rb所作的圆
升程─从动件上升的最 大距离h 推程运动角Φ 0 远休止角Φ s 回程运动角 ' 0 近休止角 's 从动件运动规律（从动件位移线图）
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3.2.2 从动件常用运动规律
1.等速运动
特点：速度有突变，加速 度理论上由零至无穷大， 从而使从动件产生巨大的 惯性力，机构受到强烈冲 击——刚性冲击
滚子半径的选择 考虑结构、强度与运动规律等因素
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3.4.2 移动平底从动件盘形凸轮 凸轮出现过度切割的现 象，从动件无法完全实现预 期的运动规律。
原因？？？
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减小升程h
增大基圆rb
增大偏心e
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基圆半径过小
运动失真
从动件升程过大
基圆半径的确定
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5. 3-4-5多项式运动(简介)
4 5 φ 3 φ φ s h10 15 6 Φ Φ Φ
特点：无刚性冲击、柔性冲击 适用场合：高速、中载
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3.2.3 从动件运动规律的选择
1. 常用运动规律性能比较
s 1 cos φ 2 Φ
特点：有柔性冲击 适用场合：中速轻载 ( 当从 动件作连续运动时，可用于 高速)
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4.摆线运动(简介) 半径R=h/2π的滚圆沿纵座标 作纯滚动，圆上最初位于座标原 点的点其位移随时间变化的规 律—摆线运动
特点：无刚性、柔性冲击 适用场合：适于高速
等径凸轮机构
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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主回凸轮机构(共轭凸轮机构)
一个凸轮推动从 动件完成正行程运动， 另一个凸轮推动从动 件完成反行程的运动
优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点 缺点：结构复杂，制造精度要求高
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5. 反凸轮机构
实际廓线出现交叉，从动 件不能准确地实现预期的 运动规律—运动失真
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内凹凸轮廓线
无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出 实际轮廓。
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运动失真
原因：
0 min r
减小滚子半径 r (r 0.8 ρ0 min ) 避免方法： 增大 rb 增大 0 min
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(4)凸轮轮廓形状与滚子半径的关系
外凸凸轮廓线
ρ0min r ρmin ρ0min r 0
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ρ0min r ρmin
实际廓线出现尖点 ρ0min r 0
机械原理—凸轮机构
ρ0min r ρmin
ρ0min r 0
曲面从动件
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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
平底从动件
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。
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3. 按从动件的运动形式分类
移动从动件
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2.从动件运动规律的选择原则
考虑因素：
对运动规律的要求
凸轮的转速（动力特性和便于加工）
3.2.4 从动件运动规律的组合
1.满足工作对运动规律的特殊要求； 而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。 3. 尽量减小速度和加速度的最大值。
Байду номын сангаас
2. 为避免刚性冲击，位移曲线和速度曲线必须连续；