项目四 凸轮、齿轮、蜗轮机构
2024版机械设计基础课件凸轮机构H(精品)
01凸轮机构概述Chapter凸轮机构定义与分类凸轮机构定义凸轮机构分类凸轮机构工作原理凸轮机构工作过程在凸轮机构工作过程中，从动件的位移、速度和加速度等运动参数会随着凸轮的转动而发生变化。
自动机械内燃机纺织机械印刷机械02凸轮机构基本构件与术语Chapter凸轮定义凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作等速回转运动或往复直线运动。
作用在凸轮机构中，凸轮通过与从动件的接触，将连续的旋转运动或往复直线运动转换为从动件的间歇或连续的往复直线运动。
类型根据形状和运动方式的不同，凸轮可分为盘形凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮等。
定义作用类型030201从动件机架定义作用类型近休止角在回程结束后，从动件停留在靠近凸轮的某一位置时，凸轮所转过的角度称为近休止角。
从动件在凸轮的驱动下返回起始位置的过程称为回程。
远休止角在推程结束后，从动件停留在远离凸轮的某一位置时，凸轮所转过的角度称为远休止角。
基圆以凸轮的转动中心为圆心，以凸轮的最小向径为半径所作的推程相关术语解析03凸轮机构设计基础Chapter凸轮轮廓曲线设计等速运动规律01等加速等减速运动规律02余弦加速度运动规律03从动件运动规律设计滚子从动件尖底从动件通过滚子与凸轮轮廓线接触，减小磨损，适用于中速中载场合。
平底从动件压力角与自锁现象分析压力角自锁现象设计实例及案例分析设计实例以某型号内燃机配气机构为例，详细介绍凸轮机构的设计过程、注意事项及优化方法。
案例分析针对实际工程中的凸轮机构设计问题，进行深入分析并给出解决方案。
例如，如何处理凸轮磨损、减小噪音和振动等问题。
04凸轮机构性能评价与优化Chapter1 2 3运动学性能动力学性能精度保持性01020304优化设计变量优化算法求解建立优化模型仿真验证优化设计实例及案例分析实例一实例二案例分析05凸轮机构在机械系统中的应用Chapter内燃机配气系统中的应用凸轮轴驱动气门开闭在内燃机中，凸轮轴通过驱动气门挺杆，使气门按一定规律开启和关闭，实现气缸的换气过程。
课程设计-连杆机构、凸轮机构和齿轮机构（可编辑）
课程设计-连杆机构、凸轮机构和齿轮机构牛头刨床设计说明书姓名学号组别第三组指导老师7>2013年6月目录一概述3二设计项目4机构简介4设计数据5三设计内容6导杆机构设计6凸轮机构设计12齿轮机构设计16四参考文献20一概述1机械原理课程设计目的机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节熟悉机械系统设计的步骤及方法其中包括选型运动方案的确定运动学和动力学的分析和整体设计等机械原理课程设计方法机械原理课程设计方法大致可以分为图解法和解析法图解法几何概念较清晰直观解析法精度较高本设计主要用图解法进行设计二设计项目1 机构简介机构简介图如下牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床如图1电动机经皮带和齿轮传动带动曲柄2 和固接在其上的凸轮8刨床工作时由导杆机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动要求工作行程时滑枕6应速度较低且近似等速移动而空回行程时滑枕具有较高速度实现快速返回另外齿轮等速转动时通过四杆机构带动棘轮G转动棘轮与丝杆相连实现自动进刀2设计数据①牛头刨床导杆机构设计参数表rmin mm mm 64 15 500 430 032②凸轮机构设计参数表运动规律度度毫米度度度推程回程15 4565 150 100 90 100 正弦加速等加等减③齿轮机构设计参数表mm 度16 48 12 20符号说明曲柄转速与齿轮凸轮飞轮为同一运动单元行程速比系数滑枕6冲程齿轮12的齿数齿轮12的模数和压力角摆杆O9D最大摆角凸轮推程回程许用压力角凸轮推程回程运动角凸轮远休止角三设计内容1导杆机构的运动分析一导杆机构设计要求概述已知曲柄每分钟的转速各机构尺寸且刨头导路x-x位于导杆端头B所作圆弧的平分线上要求作机构的运动简图并作机构一个位置的速度加速度多边形以及刨头线图画在1号图上二设计参数rmm mm mm 64 15 500 430 032三计算过程由已知数据n2 64rmin得ω2 2π×6460 rads 67rads求C点的速度⑴确定构件3上A点的速度构件2与构件3用转动副A相联所以υA3 υA2又υA2 ω2lO2A 133×67ms 891ms⑵求的速度选取速度比例尺μv 02 ms mmυA4 υA3 υA4A3方向⊥BO4 ⊥AO2 ‖BO4大小用图解法求解如图1式中υA3υA4表示构件3和构件4上 A点的绝对速度υA4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度其方向平行于线段BO4大小未知构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4大小未知在图上任取一点P作υA3 的方向线pa3 方向垂直于AO2指向与ω2的方向一致长度等于υA3μv其中μv为速度比例尺过点p作直线垂直于BO4 代表υA4的方向线再过a3作直线平行于线段BO4 代表υA4A3的方向线这两条直线的交点为a4则矢量pa4和a3a4分别代υA4和υA4A3由速度多边形得VA4 μv x pa4 814ms求BO 4的角速度曲柄位于起点1时位置图如设计指导书图1此时为90°-18° 72°将曲柄圆周作12等分则当曲柄转到10位置时如图118°lA02 13288mm lO2O4 430mmlAO4 306mm杆BO 4的角速度VA4 814306 rads 275 rads杆BO 4的速度V4V4 × 275×809ms 222475ms⑷求C点的速度υcυc υB υCB方向‖X-X ⊥BO4 ⊥BC大小ω4lO4B速度图见图2式中υc υB 表示点的绝对速度υCB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB大小未知点C的速度方向平行于X-X大小未知图上任取一点p作代表υB的矢量pb其方向垂直于BO4指向于转向相反长度等于为速度比例尺过点p作直线平行于X-X代表υc的方向线再点b作直线垂直于BC 代表υCB的方向线这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表υcυCB 则C点的速度为υc μv×pc μv× 110 22 msυCB μv×cb μv× 14 28ms此时C点位置如下图选取长度比例尺为μ 5mmmm则此时C点的位移为Xc μx cˊc 290mm5拆分杆组该六杆机构可看成由Ⅰ级机构一个RPRⅡ级基本组和一个RRPⅡ级基本组组成的即可将机构分解成图示三部分6作出刨头位移图2凸轮机构设计凸轮设计要求根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径30mm凸轮基圆直径大于或等于轴径的2倍凸轮滚子半径等于基圆半径的02倍绘制凸机构从动件位移速度加速度线图根据反转法原理绘制凸轮轮廓设计参数运动规律度度毫米度度度推程回程15 4565 150 100 90 100 正弦加速等加等减根据运动规律得推程运动方程Ψ h[ б∕б0 -sin 2лб∕б0 2л ]每隔十度进行角位移求解带入得Ψ1 15°[ 10∕100 -sin 2л×10∕100 2л ]Ψ2 15°[ 20∕100 -sin 2л×20∕100 2л ]Ψ3 15°[ 30∕100 -sin 2л×30∕100 2л ]Ψ4 15°[ 40∕100 -sin 2л×40∕100 2л ]Ψ5 15°[ 50∕100 -sin 2л×50∕100 2л ]Ψ6 15°[ 60∕100 -sin 2л×60∕100 2л ]Ψ7 15°[ 70∕100 -sin 2л×70∕100 2л ] Ψ8 15°[ 80∕100 -sin 2л×80∕100 2л ]Ψ9 15°[ 90∕100 -sin 2л×90∕100 2л ]Ψ10 15°[ 100∕100 -sin 2л×100∕100 2л ] 等加速回程运动方程Ψ h-2hб2б′б0′2б 0～б0′2每隔十度进行角位移求解带入得Ψ1 15°-2x15°x1021002Ψ2 15°-2x15°x2021002Ψ3 15°-2x15°x3021002Ψ5 15°-2x15°x4021002Ψ4 15°-2x15°x5021002等减速回程运动方程Ψ 2h б0′-б 2б0′2бб0′2～б0′每隔十度进行角位移求解带入得Ψ6 2x15°x 100-60 21002Ψ7 2x15°x 100-70 21002Ψ8 2x15°x 100-80 21002Ψ9 2x15°x 100-90 21002Ψ10 2x15°x 100-100 21002按照推程回程的公式分别计算作出位移线图速度图加速度图画出基圆半径r0 30mm推程阶段根据ψ－φ曲线图每隔5°在图上画出对应的角位移连接每个滚子的圆心为理论廓线回程阶段同理画出凸轮图3齿轮机构设计设计参数mm 度16 48 12 20 齿轮设计要求要求齿轮不根切且实际中心距的尾数取为0或5设计该传动并完成计算和验算绘制齿轮啮合区图可以不绘制齿廓形状标出基圆齿顶圆节圆啮合角啮合起始点B2B1和啮合极限点N1N2并注明单齿啮合区和双齿啮合区用图上量取的实际啮合线段B2B1确定重合度并与公式计算值进行比较齿轮计算计算过程已知Z1 16 Z2 48 m 12 ɑ 20°ha 1 c 025分度圆直径d1 mz 192mm d2 mz 576mm标准中心距 a m z1z2 2 384mm实际中心距a a 384mm啮合角ɑɑ 20°变位系数x1x2 0 x1 17-z1 17 01 x2 -01中心距变动系数 y ɑ-ɑ m 0齿顶高降低系数Δy x1x2 y 0节圆 d1 d1cosɑ cosɑ 192mmd2 d2cosɑ cosɑ 576mm齿顶圆直径da1 d12ha d12 hax1-Δy m 218mmda2 d22ha d22 hax2-Δy m 598mm齿根圆直径df1 d1-2hf1 d1-2 hac-x1 m 164mmdf2 d2-2hf2 d2-2 hac-x2 m 544mm基圆 db1 d1cosɑ 180mmdb2 d2cosɑ 540mm绘制啮合图齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数并可借助图形做必要的分析渐开线的绘制渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制如图以齿轮轮廓线为例其步骤如下按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆半径 r1 r2r1 r2 ra1 ra2rb1 rb2画出各相应圆因为要求是标准齿轮啮合故节圆与分度圆重合连心线与分度圆节圆的叫点为节点P过节点P作基圆切线与基圆相切与N1则即为理论啮合线的一段也是渐开线发生线的一段．四参考文献[1] 孙恒陈作模机械原理第版北京高等教育出版社20015[2] 李笑刘福利陈明机械原理课程设计指导书试用稿哈尔滨哈尔滨工业大学出版社20047[3] 牛鸣歧王保民王振甫机械原理课程设计手册重庆重庆大学出版社2001[4]王知行李瑰贤机械原理电算程序设计哈尔滨哈尔滨工业大学出版社2003[5] 孟宪源姜琪机构构型与应用北京机械工业出版社2003[6] 申永胜机械原理教程北京清华大学出版社1999[7 ] 陈明等机械系统方案设计参考图册机械原理课程设计1。
机械设计基础 第4章 凸轮机构
机械设计基础——凸轮机构
4-1 凸轮机构的组成及分类
一、组成
• 动画１、动画2
• 由三个构件组成的一种高副机构 • 凸轮cam：具有曲线轮廓或凹槽的构件 • 推杆/ 从动件follower: 运动规律由凸轮
廓线和运动尺寸决定 • 机架 frame
凸轮 推杆
机械设计基础——凸轮机构
二、特点
优点： • 实现各种复杂的运动要求 • 结构简单、紧凑 • 设计方便
机械设计基础——凸轮机构
第4章 凸轮机构
4-1 凸轮机构的应用及分类 4-2 推杆的运动规律 4-3 凸轮轮廓曲线的设计 4-4 凸轮机构基本尺寸的确定
机械设计基础——凸轮机构
基本要求: • 了解凸轮机构的类型及特点 • 掌握从动件常用运动规律的特点 • 掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则 • 熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计
缺点： • 点、线接触，易磨损 • 不适合高速、重载
凸轮 推杆
机械设计基础——凸轮机构
三、分类
1 按凸轮的形状分
凸轮
2 按从动件的形状分
推杆
3 按从动件的运动形式分
4 按从动件的布置形式分
5 小结
机械设计基础——凸轮机构
1 按凸轮的形状分
盘形凸轮, 实例
• 凸轮呈向径变化的盘形 • 结构简单, 应用最广泛
s
A’
h
02 D
0’
A
r0 0
01
B
C
0
0
推程
01
远休止
t
0’
02
回程
近休止
• 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
凸轮机构及其他常用机构PPT课件
方向之间所夹锐角
α称为凸
4.4.3 基圆半径的确定
基圆半径一般可根据经验公式选择
即
r0≥0.9ds+（7～9）mm
依据选定的r0设计出凸轮轮廓后，应进行
压力角的检验，若发现αmax>［α］，则应适
当增大凸轮基圆半径，重新设计。
两部分加速度的绝
对值相等，这种运
动规律称为等加速
等减速运动规律。
等加速等减速运动规律的
位移、速度、加速度线图
•15
4.2.2 从动件的常用运动规律
3.简谐运动规律
质点在圆 周上做等速运 动时，它在这 个圆的直径上 的投影所构成 的运动称为简 谐运动。
简谐运动规律的位移
速度、加速度线图
•16
4.3 盘形凸轮的设计方法
根据工作条件要求，确定从动件的运动规律， 选定凸轮的转动方向、基圆半径等，进而可以对 凸轮轮廓曲线进行设计。
凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。 图解法简便易行、直观，但精度较低，可用于设 计一般精度要求的凸轮机构。解析法精度高，但 计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。
•17
4.3.1 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线
1.凸轮理论轮廓的内凹部分 由图(a)可得
ρa=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。
由图(b)～图(d)可得
ρa=ρmin-rT
•23
4.4.1 滚子半径的选择
2.凸轮理论轮廓的外凸部分
当ρmin>rT时，则有ρa>0，实际轮廓曲线为一
例如，自动机床进刀机构、上料机构， 内燃机配气机构，印刷机、纺织机和各种电 气开关中的凸轮机构等。
第4章凸轮机构课件
在此图中R=h/2， 当凸轮转角φ=Φ时，θ＝π，则θ/π=φ/Φ。 将R, θ代入上式并对φ求一阶和二阶导数，可得从动件在推程中 作简谐运动时的运动方程为
s
h 2
1
c
os
v
h
2
sin
(4-4)
a
2h
22
2
cos
当从动件按简谐运动规律运动时，如图4-1１所示，其加速 度曲线为余弦曲线，故又称为余弦加速度运动规律。由加速度 线图可知，这种运动规律在开始和终止两点处加速度有突变， 也会产生柔性冲击，只适用于中速场合。只有当加速度曲线保 持连续(如图4-1１中的虚线所示)时， 才能避免柔性冲击。
可以作出从动件的速度线图(v—φ线图)和从动件的加速度线图
(a—φ线图)， 它们统称为从动件的运动线图。
图4-7 尖顶移动从动件凸轮机构
4.2.1
1.
从动件在推程作等速运动时，其位移、速度和加速度的运 动线图如图4-8所示。在此阶段，经过时间t0(相应的凸轮转角为
Φ)，从动件完成升程h，所以从动件的速度v0＝h／t0为常数， 速
(2) 对从动件的运动规律有特殊要求，而凸轮转速又不高 时，应首先从满足工作需要出发来选择从动件的运动规律，其 次考虑其动力特性和是否便于加工。例如，对于图4-3所示的自 动机床上控制刀架进给的凸轮机构，为了使被加工的零件具有 较好的表面质量，同时使机床载荷稳定，一般要求刀具进刀时 作等速运动。在设计这一凸轮机构时，对应于进刀过程的从动 件的运动规律应选取等速运动规律。但考虑到全推程等速运动 规律在运动起始和终止位置时有刚性冲击，动力学特性较差， 可在这两处作适当改进，以保证在满足刀具等速进刀的前提下， 又具有较好的动力学特性。
凸轮机构和齿轮机构
rmin rr
rmin<rr
一般推荐rT≤0.8ρ min。 为了避免出现尖点，一般要求ρ a>3～5mm。 为了结构紧凑可采用滚动轴承。
2、压力角
不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力） 与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。
有效分力：F2 Fn cos 有害分力：F 1 F n sin
（1）按从动件运动规律作出位移线图 （图b），并将横坐标等分分段。 （2）沿1反方向取角度t、h、 S，等分，得C1、C2、...点。连接 OC1、OC2、...便是从动件导路的各个 位置。 （3）取B1C1=11’、B2C2=22’、 ...得反转后尖顶位置 B1、B2、 A3、...。 （4）将B0、B1、B2、...连成 光滑的曲线，得要求凸轮轮廓 （图a）。
h s2 2 1 cos 0
h1 v2 sin 2 0 0 2 h 12 a2 cos 2 2 0 0
常用从动见运动规律的比较
凸轮轴: 当凸轮的径向尺寸与轴的直径尺 寸相差不大时，凸轮与轴做成一体
整体式凸轮
可调式凸轮
7.4 CAD方法在凸轮轮廓曲线设计中 的应用
略
7.5 齿轮机构简介
齿轮传动是用来传递任意两轴间的运动和 动力的，它是应用最为广泛的一种机械传动。 (1) 主要优点 1)适用的圆周速度和功率范围广； 2)机械效率高；3)可实现准确的传动比、且传 动平稳；4)寿命长；5)工作可靠；6)可实现平 行轴、相交轴、交错轴之间的传动；7)结构紧 凑。 (2) 主要缺点 1)要求有较高的制造和安装精度， 成本相对较高；2)不适宜于远距离两轴之间的 传动。
常用机构--凸轮机构
已知凸轮的基圆半径rb，角速度和
从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
s
8
7
5
3
1
9 10 11 12
13 14
1 3 5 7 8 9 11 13 15
A
O
120º 60º 90º 90º
设计步骤
①③ 选确比定例反尺转后l，平作底位与移导曲路线中和心
线基的圆交r②b。点等A在分各位等移分曲点线占及据反的向位等置分。各 11 运动角④，作确平定底反直转线后族对及应平于底各直等线分 点族的的从内动包件络的线位。置。
角速度顺时针，从动件的运动规律自拟
38
凸轮轮廓设计
2. 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计
已知凸轮的基圆半径rb，角速度
和从动件的运动规律及偏心距e，
设计该凸轮轮廓曲线。
e
s
8 9 10
7 5 3 1
11 12
13 14
1 3 5 7 8 9 11 13 15
120º 60º 90º 90º
设计步骤
缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线 接触，不便于润滑，易磨损。
应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪 表、控制机构和调节机构中。
20
凸轮机构设计的基本内容与步骤
1)根据工作要求，合理地选择凸轮机构的型式。
2 )根据机构工作要求、载荷情况及凸轮转速等， 确定从动件的运动规律。
3)根据凸轮在机器中安装位置的限制、从动件行 程、许用压力角及凸轮种类等，初步确定凸轮基 圆半径。
凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停” 的运动循环。
凸轮机构工作过程
23
凸轮机构工作过程及从动件运动规律
凸轮机构基本名词术语
机械设计基础之凸轮机构
印刷机传纸机构是利用凸轮机构来实现纸张的传递和定位的机构，它保证了印 刷机的高效稳定运行。
详细描述
在印刷机传纸机构中，凸轮的转动带动曲柄滑块机构的运动，从而实现纸张的 传递。通过合理设计凸轮的形状和尺寸，可以保证纸张传递的准确性和稳定性 ，提高印刷质量和效率。
谢谢聆听
B
C
紧固
使用合适的紧固件和润滑剂将凸轮与其他零 件连接并固定。
调整
对装配好的凸轮机构进行调整，确保其正常 运转和达到预期的性能。
D
凸轮机构的精度检测
径向跳动检测
检查凸轮的径向跳动是否符合要求，以确保 其运转平稳。
轴向窜动检测
检查凸轮的轴向窜动是否在允许范围内，以 确保其正常工作。
表面粗糙度检测
检查凸轮表面的粗糙度是否满足设计要求， 以确保良好的润滑和耐磨性。
运动学分析
通过分析凸轮机构在不同 工作阶段的运动特性，为 后续设计提供依据。
凸轮机构的压力角
定义
01
压力角是指与凸轮接触的推杆在运动方向上所受的力与该力的
作用线到回转中心的连线之间的夹角。
压力角的影响
02
压力角的大小直接影响到凸轮机构的传动效率和使用寿命，因
此设计中需要合理控制压力角的大小。
压力角的计算
机械设计基础之凸轮 机构
目录
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的基本理论 • 凸轮机构的设计 • 凸轮机构的制造与装配 • 凸轮机构的应用实例
01 凸轮机构概述
定义与特点
定义
凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机 架三个基本构件组成的机构，通过凸 轮的轮廓曲线与从动件之间的相互作 用，实现预定的运动规律。
自动机的分度机构
总结词
凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1所示为内燃机配气阀门控制凸轮， 凸轮连续 转动时， 从动件（气门）作断续往复运动， 从而控制 气门的开闭； 图7-2所示为自动车床送料机构， 当圆 柱形凸轮连续转动时， 从动杆——摆动杆作间歇式往 复摆动， 带动滑板往复摆动而完成送料动作。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
4. 按锁合方式分 锁合指保持从动件与凸轮的接触。 (1) 力锁合。 又称外力锁合。 利用弹簧力（见图 7-1）或从动件的重量（见图7-4）达到锁合目的。 (2) 形锁合。 又称几何锁合。 利用凸轮的沟槽形 状与从动件及保持接触（见图7-2）。 凸轮机构的形式与分类见表7-1。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
表7-1
凸轮机构的形式与分类
表7-1 凸轮机构的形式与分类
盘形凸轮机构
圆柱凸轮机构
移动凸轮机构
锁合方式
尖顶对心移动从动件 尖顶偏置移动从动件 尖顶摆动从动件
移动从动件
尖顶移动从动件
形锁合
滚子对心移动从动件 滚子偏置移动从动件 滚子摆动从动件
摆动从动件
滚子移动从动件
＋
平底对心移动从动件 平底偏置移动从动件 平底摆动从动件
s v
第7章 凸轮机构和齿轮机构
上式中， 由于v、 ω均为常数， 则s与δ成正比关系。 由此函数式可画出从动件的s-δ曲线（从动件位移线）， 见图7-5(b)。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
经过轮廓的CD段， 从动件由最高位置回到最低位置， 这个行程称为回程， 凸轮的转角δ2也称为回程角。 从 动件经过圆弧DA段又静止不动， DA称为近停程， 对 应的凸轮转角δ′2称为近停程角。
凸轮机构及其他常用机构ppt课件
11
4.1.2 凸轮机构的分类
3.按从动件的运动方式分类 (1)移动从动件，从动件做往复直线移动。 (2)摆动从动件，从动件做往复摆动。 4.按锁合方式分类 使从动件与凸轮轮廓始终保持接触的特性称为 锁合。 (1)力锁合 利用重力、弹簧力或其他力锁合。 凸轮机构利用弹簧力锁合。 (2)形锁合 利用凸轮和从动件的特殊几何形状 锁合。
从动件的端部结构精选形pp式t
10
4.1.2 凸轮机构的分类
(2)滚子从动件
从动件端部装有可以自由转动的滚子， 滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，借以减小 与凸轮轮廓接触表面的磨损。
(3)平底从动件
从动件的端部是一平底，这种从动件与
凸轮轮廓接触处在一定条件下易形成油膜，
利于润滑，能传动较大的作用力。
精选ppt
滚子半径的精选选pp择t
23
4.4.1 滚子半径的选择
1.凸轮理论轮廓的内凹部分
由图(a)可得
ρa=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。
由图(b)～图(d)可得
ρa=ρmin-rT
精选ppt
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4.4.1 滚子半径的选择
凸轮加给从动件
的作用力F沿凸轮轮 廓的法线n-n方向传
递。从动件上受到
的力F的方向与该力 作用点的线速度v的
方向之间所夹锐角
α称为凸轮机构在
该位置的压力角。
精选ppt 凸轮机构压力角
27
4.4.3 基圆半径的确定
基圆半径一般可根据经验公式选择
即
r0≥0.9ds+（7～9）mm
依据选定的r0设计出凸轮轮廓后，应进行
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
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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
中职机械基础课件凸轮机构
2023中职机械基础课件凸轮机构ppt•凸轮机构概述•凸轮机构的基本类型•凸轮机构的工作过程及实例分析•凸轮机构的特性与设计目•凸轮机构在机械中的应用及改进方案录01凸轮机构概述凸轮机构是一种广泛应用于各种机械中的一种机构，它由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。
凸轮机构中，凸轮通常是主动件，它按照一定的规律转动，同时使从动件做相应的运动。
1 2 3凸轮机构可以实现复杂的运动规律，并且结构简单、紧凑。
凸轮机构的凸轮与从动件之间的接触面积较小，因此可以承受较大的载荷。
凸轮机构的缺点是接触应力较大，容易造成磨损和疲劳损坏。
03在液压泵中，凸轮机构用于控制阀门的开启和关闭，从而实现液体的吸入和排出。
01凸轮机构广泛应用于各种机械中，如内燃机、液压泵、汽车变速器等。
02在汽车变速器中，凸轮机构用于控制离合器的接合和分离，从而实现动力的传递和切断。
02凸轮机构的基本类型尖顶直动从动件凸轮机构是一种常见的凸轮机构，其特点是从动件在凸轮轴向运动时，其尖顶始终与凸轮保持接触。
这种机构的优点是结构简单，适用于高速传动。
但由于从动件尖顶与凸轮直接接触，容易磨损，因此不适用于重载传动。
滚子直动从动件凸轮机构的特点是从动件上的滚子在凸轮轴向运动时，滚子与凸轮之间通过滚动摩擦传递运动。
这种机构的优点是可以承受较大的载荷，适用于重载传动。
同时，由于滚子与凸轮之间的滚动摩擦，其磨损较小，因此可以延长机构的使用寿命。
滚子摆动从动件凸轮机构的特点是从动件上的滚子在凸轮轴向运动时，滚子与凸轮之间通过滚动摩擦传递运动，同时从动件绕其轴线摆动。
这种机构的优点是可以同时实现轴向运动和摆动，适用于需要同时实现这两种运动的场合。
由于滚子与凸轮之间的滚动摩擦，其磨损较小，因此可以延长机构的使用寿命。
平面凸轮机构是一种常见的凸轮机构，其特点是在一个平面上配置凸轮和从动件。
这种机构的优点是结构简单，易于加工和安装。
但由于其运动轨迹在同一平面上，因此适用于需要实现简单运动的场合。
凸轮机构、带传动和链传动、齿轮传动
齿轮各部分名称
1、齿顶圆：da、ra 2、齿根圆： df、rf 3、齿厚： sk 4、齿槽宽： ek 5、齿距 ： pk= sk +ek 6、齿顶高ha 7、齿根高 hf 8、齿全高 h= ha+hf 9、分度圆：人为规定的计算基准圆
➢ 啮合带传动： 靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。
带传动的类型 按传动带的截面形状分：
（1）平带： 平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。
带传动的类型 按传动带的截面形状分：
（2）V 带： 截面形状为梯形，两侧面为工作表面。
（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。 （4）圆形带： 横截面为圆形。只用于小功率传动。 （5）齿形带（同步带）： （6）齿孔带 ：
齿轮传动的特点
优点 1)由于采用合理的齿形曲线，所以齿轮传动能
保证两轮瞬时传动比恒定，传递运动准确可靠。 2)适用的传动功率和圆周速度范围较大。 3)传动效率较高，一般圆柱齿轮的传动效率可
达98%，使用寿命也较长。 4)结构紧凑、体积小。
缺点 1)当两传动轴之间的距离较大时，若采用齿轮传动
结构就会复杂，所以齿轮传动不适用于距离较远的传 动。
m=1 z=16
渐开线齿轮传动特点 理论上可作为齿轮齿廓的曲线有许多种，但实际上由于轮齿的加工、测量和强度等方面的原因，可选用
的齿廓曲线仅有渐开线、摆线、圆弧线和抛物线等几种，其中渐开线齿廓应用最广。
直线BK沿半径为rb的圆作纯滚 动时,直线上任意一点K的轨迹称 为该圆的渐开线。该圆称为渐开 线的基圆.
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三、齿轮传动的无侧隙啮合条件及标准中心距
一对齿轮节圆与分度圆重合的安装称为标准安装，标准安装时的 中心距成为标准中心距，以α表示。对于外啮合传动标准齿轮的 安装：s1=e1=s2=e2=1/2 π m （能实现无侧隙啮合:理论状况） 标准中心距：a=r1+r2==r1’+r2’=1/2m(z1+z2)
渐开线齿轮的几何尺寸
3、齿制参数：齿顶高系数ha* 和顶隙系数c*
标准齿轮的尺寸与模数成正比
ha= ha*m； hf= (ha*+ c*)m h = (2ha*+ c*)m
正常齿制 短齿制
ha*
1.0
0.8
c*
0.25
0.3
标准齿轮：标准齿轮是指m、α、 ha* 、c* 均取标准值， 具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽 宽的齿轮
内 燃 机 配 气 机 构
由于凸轮机构结构紧凑，能使工作件实现较复杂的 运动，因此在机械、电子、自动控制、计算机等许多 领域中被广泛应用。
凸轮
主动件
凸轮机构概述
凸轮机构的组成 从动件
低副？ Or 高副？
机架
连杆
机架
实现较复杂的工作运动
凸轮
凸轮机构作用：将凸轮的连续转动或移动转换成 从动件的移动或摆动
凸轮机构概述
凸轮机构的应用 (Application of Cams)
凸轮 推杆 机架
内燃机配气系统-汽车发动机
凸轮机构概述
当圆柱凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件 往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出 一个毛坯，送到加工位置。
凸轮机构概述
盘形凸轮
一）按凸轮的形状分： 移动凸轮
渐开线齿轮的几何尺寸
一、直齿圆柱齿轮各部分的名称
分度圆 为了便于设计、制造及互 换，在齿顶圆和齿根圆之 间规定了一个圆，作为计 算齿轮各部分尺寸的基准， 这个圆就称为分度圆，以d 表示。
分度圆是一个十分重要的圆，各参数的代号不带下标。
渐开线齿轮的几何尺寸
一、直齿圆柱齿轮各部分的名称
齿顶高：在轮齿上，介于齿顶圆和分 度圆之间的部分称为齿顶，其径向高 度称为齿顶高，用ha表示。 齿根高：介于齿根圆和分度圆之间的 部分称为齿根，其径向高度称为齿根 高，用hf表示。 全齿高：齿顶圆与齿根圆之轮齿的径 向高度称为全齿高，用h表示，h=ha+hf。
从动件的运动规律由凸轮的轮廓曲线所决定的 运动线图：用函数或直角坐标系表示从动件与凸轮关系的 线图。
从动件的常用运动规律
1、如何确定从动件的运动规律？
（1）工作行程（推程）：从动件的运动规律由机器工作过 程的要求来决定； （2）空行程（回程）：从动件的运动规律可根据机械的动 力性能或缩短空回时间的要求确定
从动件工作规律 （已知）
绘制运动线图
设计凸轮轮廓曲线
在设计凸轮机构以前，必须先了解从动件的运动规律
从动件的常用运动规律
等速运动规律 从动件等速运动时，加速度为零。 在开始和终止运动的瞬间，速度突变，加速度趋于无
穷大，理论上会产生无穷大的惯性力，使从动件与凸轮产 生冲击（刚性冲击）。
等速运动规律只适用于低速、轻载的凸轮机构
一. 渐开线齿轮的加工方法
齿轮的加工方法很多，有铸造、热轧、冲压、模 锻、粉末冶金和切削法等。
切削法加工也有多种方法，但从加工原理看，可 概括为仿形法和范成法两种。
1、仿形法
齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力， 以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮 的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。
齿廓啮合基本定律
啮合：一对轮齿相互接触并进行 相对运动的状态称为啮合。 主 动 齿 轮 1 的 齿 廓 C1 与 从 动 齿 轮2的齿廓C2在K点啮合，要保 证两齿轮齿廓高副接触，它们 在K点的速度沿公法线N1N2方 向的分量应相等。即
已知一对正确安装的标准渐开线正常齿轮的ɑ=20°， m=4mm，传动比i=3，中心距a=144mm。 试求两齿 轮的齿数、分度圆半径、齿顶圆半径、齿根圆半径、 基圆半径。
已知一正常齿标准渐开线直齿轮，其齿数为39，外径 为102.5mm,欲设计一大齿轮与其相啮合，现要求安装 中心距为116.25mm,试求这对齿轮主要尺寸。
凸
圆柱凸轮
轮
尖顶从动件
机
构 的
二）按从动件上高副元 滚子从动件 素的几何形状分： 平底从动件
分
类
对心移动从动件
三）按从动件的运动分 移动从动件 偏置移动从动件 摆动从动件
凸轮机构概述
凸轮机构的分类
盘形凸轮
1、按凸轮形状分
移动凸轮
圆柱凸轮
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
凸轮机构概述
2、按从动件端部结构分
渐开线齿轮的几何尺寸
一、直齿圆柱齿轮各部分的名称
齿槽宽：相邻两齿之间的空间 称 为 齿 槽 ， 在 任 意 dk 的 圆 周 上 ， 轮齿槽两侧齿廓之间的弧线上 称为该圆的齿槽宽，用ek表示； 齿厚：轮齿两侧齿廓之间的弧 长称为该圆的齿厚，用sk表示； 齿距 ：相邻的两齿同侧齿廓之 间的弧长称为该圆的齿距，用 pk表示。所以pk = sk + ek。
渐开线齿轮齿廓的形成
渐开线的性质：
③渐开线的形状取决于基圆的大 小。如果基圆越大那么渐开线就 越平直，当基圆的半径无穷大时， 那么渐开线就是直线了； ④基圆内无渐开线
渐开线齿轮的几何尺寸
一、直齿圆柱齿轮各部分的名称
齿数：Z，齿轮圆周上轮齿的数 目； 齿宽：在齿轮轴线方向量得的齿 轮宽度，用B表示； 齿顶圆：齿顶所确定的圆称为齿 顶圆，其直径用da表示； 齿根圆：由齿槽底部所确定的圆 称为齿根圆，其直径用df表示；
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
凸轮机构概述
3、按从动件运动方式分
对心移动从动件 移动从动件
偏置移动从动件
摆动从动件
凸轮机构概述
4、按锁合方式分
锁合：保持从动件与凸轮的接触
力锁合：重力、弹簧力 形锁合（几何锁合）
凸轮机构概述
凸轮机构优缺点 优点：
构件少，运动链短，结构简单紧凑，易于设计；
vK1 cosK1 vK2 cosK2
齿廓啮合基本定律
由于 vK1 1O1K vK2 2 O2 K
那么
1 O2 K c os K2
2
O1K c os K1
故两轮的瞬时Βιβλιοθήκη 动比为i121 2
O2K cosK2 O1K cosK1
O2 N2 O1N1
O2C O1C
C为连心线 O1 O2与公法线 N1N2的 交点，称为啮合节点，简称节点。
m1 = m2 = m α1 = α2 = α 这样齿轮的传动比计算可为：
二、渐开线齿轮连续传动的条件
两齿轮的实际啮合线两齿轮的实际啮合线B1B2 应大于 或等于齿轮的基圆齿距pb。通常B1B2与pb 的比值,称为 重合度重合。度即表：明ε同=时B参1B与2/啮pb合≥1轮。齿的对数。 ε大表明同时参与
练习题
已知一标准直齿圆柱齿轮的齿数z=36，顶圆 da=304mm。试计算其分度圆直径d、根圆直径df、齿距 p以及齿高h。
渐开线齿轮的啮合传动
一、 一对渐开线齿轮的正确啮合条件 两齿轮要想正确啮合，它们的法向齿距必须相等。法向齿距和基圆齿距相等， 即K1K2=Pb。 由于 pb1=pb2 而 且pb=pcosα 故 pb1= pcosα1=πm1cosα1 pb2= pcosα2=πm1cosα2 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合的（必要）条件为：
注意：齿轮不同圆周上的模数是不同的，只有分度圆上的模数才是标准
渐开线齿轮的几何尺寸
2、压力角α
在渐开线上不同点K1、K2处的压力 角各不相同，接近基圆渐开线上压力 角小，远离基圆渐开线上压力角大。
分度圆上的压力角简称为压力角， 以α表示。
大，传力特性变差。
小，传力特性好，但齿根变薄，弯曲强度差。
为便于设计、制造、维修，规定分度圆上的压力角为标准值 标准值 20o
凸轮、齿轮、蜗轮机构及轮系
项目任务
任务一 凸轮机构
凸轮机的应用 凸轮机从动件的规律
任务二 齿轮机构
齿轮传动的类型和特点 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸 齿轮传动的失效形式和材料
任务三 蜗杆机构
蜗杆传动的类型及特点 蜗杆传动的主要参数 蜗杆传动的失效形式
任务四 轮系
凸轮机构
凸轮机构
齿廓啮合基本定律
共轭齿廓： 满足预定传动比要求的一对齿廓称为共轭齿廓。
齿廓啮合基本定律： 相互啮合传动的一对齿廓，在任意瞬时的传动比，必
等于该瞬时两轮连心线被齿廓接触点公法线所分割的两线 段长度的反比。
分别以 O1 和O2 为圆心、 O1C O2C 为半径作圆，这两个 圆分别称为两轮的啮合节圆，简称节圆。 两轮齿廓在节点啮合时,相对速度为零，即一对齿轮的啮 合传动相当于它们的节圆作纯滚动。
应用范围最广
齿廓硬度：软齿面、硬齿面
齿轮轮廓曲线：渐开线、摆线、圆弧齿轮
齿轮机构概述
渐开线齿轮
齿轮机构概述
圆弧齿轮
摆线齿轮
齿轮机构概述
对齿轮传动的基本要求：
齿轮用于传递运动和动力，必须满足以下两个要求: 1. 传动准确、平稳
齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避 免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这与齿轮的齿廓形状、 制造和安装精度有关。 2. 承载能力强
渐开线齿轮的几何尺寸
三、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算(外啮合)
分度圆直径 d=mz 齿顶高 ha= ha*m= m 齿根高hf= (ha*+ c*)m=1.25m 全齿高 h=ha+hf=2.25m 齿顶圆直径 da=d+2ha=(z+2)m 齿根圆直径df=d-2hf=(z-2.5)m 基圆直径 db=dcosα 齿距 P=πm； 基圆齿距Pb=πmcosα。 齿厚和齿槽宽 s=e=1/2 π m 一对标准齿轮：中心距 a=1/2(d1+d2)=1/2 m(z1+z2)