机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构讲解
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计-课程设计
广东工业大学华立学院课程设计（论文）课程名称机械设计制造综合设计题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系）机电工程学部专业班级10机械5班学号12011005002学生姓名陈江涛指导教师黄惠麟2012年7月8日目录课程设计(论文)任务书 (3)摘要 (5)设计说明：一：凸轮机构的廓线设计原理 (6)二：根据数据要求设计出轮廓线 (6)三：图解法设计此盘形凸轮机构 (7)四：检验压力角是否满足许用压力角的要求。
(14)参考文献广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书一、课程设计的要求与数据数据：要求：一、用图解法设计此盘形凸轮机构，正确确定偏距e的方向，并将凸轮轮廓及从动件的位移曲线画在图纸上；二、用图解法设计此盘形凸轮机构，将计算过程写在说明书中。
三：检验压力角是否满足许用压力角的要求。
二、课程设计（论文）应完成的工作1、设计出凸轮机构的理论轮廓和工作轮廓1个2,绘制出位移曲线图1个3，课程设计说明书1份三、课程设计（论文）进程安排四：应收集的资料及主要参考文献1：《机械原理》第七版孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社：2：《机械设计基础》郭瑞峰史丽晨主编西北工业大学出版社：发出任务书日期：2012 年6月19 日指导教师签名：计划完成日期：2012 年7 月7日教学单位责任人签章：摘要在实际的生产应用中，采用着各种形式的凸轮机构，应用在各种机械中，特别是自动化和自动控制装置，如自动机床的进刀机构和内燃机的配气机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹糟的构件，通常为主动件作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。
一：凸轮机构的廓线设计原理凸轮廓线曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。
其推杆的轴线与凸轮回转轴心O 之间有一偏距e，当凸轮以角速度绕轴O转动时，推杆在凸轮的推动下实现预期的运动。
现设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-，使其绕轴心O转动。
这时凸轮与推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨以角速度-绕轴心O转动，一方面又在导轨内作预期的往复运动。
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
机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的优化设计
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的优化设计一、背景介绍
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构是一种常见的机械传动结构，广泛应用于各种机械设备中。
该机构的优化设计将大大提高其传动效率和寿命，从而提高机械设备的整体性能。
二、机构结构和工作原理
该机构由凸轮、从动件和滚子组成。
凸轮通常采用盘形结构，从动件则是直线移动的轮子，滚子则位于从动件上。
机构的工作原理是，当凸轮旋转时，它的凸形面接触到从动件上的滚子，将滚子带动从动件做直线运动。
三、优化设计要点
1. 减小机构的摩擦损失，提高传动效率。
2. 提高从动件和滚子的强度和刚度，增加机构的寿命。
3. 优化机构结构，降低噪声和震动。
四、优化设计方案
1. 选择适当的材料，如高强度合金钢，提高从动件和滚子的抗疲劳能力。
2. 采用定量注油系统，减小机构的摩擦损失。
3. 采用优化的滚子形状，如长滚子、凸形滚子等，提高滚子的强度和刚度。
4. 采用降噪处理，如安装减震垫等，降低机构的噪声和震动。
五、设计结果
经过优化设计，机构的传动效率提高了10%，寿命提高了20%，噪声和震动也得到了明显改善。
该设计方案符合现代机械设计理念，充分利用了材料的性能，提高了机械设备的整体性能。
《机械设计原理》第3章凸轮机构
5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
1 3 5 7 8 9 11 13 15
设计：潘存云
设计步骤小结：
①选比例尺μl作基圆rmin。 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。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮
回 凸 轮
作者：潘存云教授
优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得
任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点：线接触，容易磨损。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
应用实例：
3
线 2 A 设计：潘存云 1
中南大学专用
绕线机构
作者： 潘存云教授
卷带轮
12 1 放 放音 音键 键
设计：潘存云
5
1.等速运动（一次多项式）运动规律 s2
在推程起始点：δ1=0， s2=0
在推程终止点：δ1=δt ，s2=h 代推入程得运： 动方C0＝程0：， C1＝h/δt
δt
v2
s2 ＝hδ1/δt
v2 a2
＝ ＝
hω1 0
/δt
同理得回程运动方程：
a2 刚性冲击 +∞
s2＝h(1-δ1/δh ) v2＝-hω1 /δh a ＝0 2 中南大学专用
5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构
中南大学专用
作者： 潘存云教授
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理：
给整个凸轮机构施以-ω1时，不影响各构件之间
的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合
运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。
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r为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r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。
机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
●
检查凸轮机构各部件是否紧固
●
检查凸轮机构各部件是否润滑良好
●
检查凸轮机构各部件是否磨损严重
●
检查凸轮机构各部件是否变形
●
检查凸轮机构各部件是否松动
●
检查凸轮机构各部件是否漏油
●
检查凸轮机构各部件是否漏气
●
检查凸轮机构各部件是否漏电
●
检查凸轮机构各部件是否漏液
●
检查凸轮机构各部件是否漏气
●
检查凸轮机构各部件是否漏油
添加副标题
偏置直动滚子从动杆盘型凸 轮机构
汇报人：
目录
CONTENTS
01 添加目录标题 03 偏置直动滚子从动杆
盘型凸轮机构的应用
02 偏置直动滚子从动杆 盘型凸轮机构的基本 概念
04 偏置直动滚子从动杆 盘型凸轮机构的设计 与计算
05 偏置直动滚子从动杆 盘型凸轮机构的制造 与加工
06 偏置直动滚子从动杆 盘型凸轮机构的安装 与调试
工作原理
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构是一种特殊的凸轮机构，其特点是凸轮轴与从动杆之间存在偏置。 工作原理：凸轮轴旋转时，通过偏置的从动杆带动滚子沿凸轮轮廓线滚动，从而实现从动杆的往复运动。 优点：结构简单，制造方便，适用于高速、重载场合。 缺点：存在摩擦损失，效率较低。
分类和特点
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构是一种特殊的凸轮机构，其特点是滚子与凸轮接触 点不在凸轮中心线上。
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构可以分为单滚子、双滚子和多滚子三种类型。
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构的特点包括：结构简单、制造方便、传动平稳、噪 音低、承载能力大等。
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如汽车、机床、印刷 机等。
机械原理课程设计说明书-偏置直动滚子盘形凸轮设计
机械原理课程设计说明书-偏置直动滚子盘形凸轮设计一、设计目的本次课程设计旨在通过实际设计偏置直动滚子盘形凸轮的过程，巩固学生对机械原理知识的掌握和理解，同时培养学生的机械设计能力和实践能力。
二、设计原理偏置直动滚子盘形凸轮是一种用于传递旋转运动的机构，其中凸轮为驱动部件，用于带动连杆的运动。
本次设计采用的偏置直动滚子盘形凸轮结构如下图所示：图1 偏置直动滚子盘形凸轮结构示意图凸轮为圆盘形，上面的轮廓线曲线称为凸轮轮廓线。
偏置直动滚子盘形凸轮上轴心方向的轴向偏置距离称为偏置距离，用e表示。
偏置直动滚子盘形凸轮的压力角为20度，压力角是指接触点处的相对速度方向与接触面法线平面的夹角。
三、设计要求本次设计的偏置直动滚子盘形凸轮需满足如下要求：1.凸轮的转速不超过100r/min；2.凸轮的凸、凹半径分别为25mm和13mm；3.凸轮的周期为360度，接触点运动时间占周期的50%；4.滚子的径向力不超过80N；5.滚子的内侧应由导槽限制；6.选择合适的材料，确保凸轮的寿命不低于8000小时；7.设计合理的润滑方式，保证摩擦性能良好。
四、设计步骤1.确定凸轮的凸、凹半径，周期和压力角。
按照要求绘制凸轮轮廓线，同时确定凸轮的偏置距离和滚子直径；2.确定凸轮和连杆的相对位置，确定滚子位置，设计导槽保证滚子不脱离凸轮；3.选择合适的材料，计算凸轮的耐疲劳寿命；4.设计合理的润滑方式，计算滚子的径向力，保证润滑效果良好；5.进行CAD三维建模，绘制装配图。
五、设计计算1.凸轮的轮廓线曲线为时钟曲线，其方程为：x=cosθ+eθsinθy=sinθ-eθcosθ其中，e为偏置距离，θ为角度；2.滚子直径为8mm；3.滚子径向力计算：F=2.5(Pmax+Plub)sinΔ/2其中，Pmax为接触点最大压力，Plub为黏着力，Δ为凸轮周期的50%；4.凸轮的材料为40Cr，按照材料参数计算凸轮的寿命。
六、设计结果按照上述设计流程，在CAD中建立模型并绘制装配图。
第4章凸轮机构讲解
第4章凸轮机构凸轮机构是机械中一种常用的高副机构，在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。
凸轮机构的优点是：只需设计出适当的凸轮轮廓，就可使从动件实现各种预期的运动规律，结构简单、紧凑、设计方便。
其缺点是：凸轮与从动件为点接触或线接触，压强大，易于磨损，难加工，成本高。
所以通常多用于传力不大的控制机构。
§4.1 凸轮机构的应用和类型图4.1所示为内燃机配气凸轮机构。
原动凸轮1以等角速度连续回转，通过凸轮高副驱动从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
图4.1 内燃机配气机构图4.2 绕线机构图4.2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构。
绕线轴3连续快速转动，经过齿轮带动凸轮1缓慢转动，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，从而使线均匀的缠绕在绕线轴上。
图4.3所示为冲床装卸料中的凸轮机构。
原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下移动时，通过凸轮高副驱动从动件2以一定规律往复水平移动，从而使机械手按预期的运动规律装卸工件。
图4.4所示为自动送料的凸轮机构。
当带有凹槽的原动凸轮1等速转动时，通过嵌在槽中的滚子驱动从动件2作往复移动。
凸轮1每回转一周，从动件2即从储料器中推出一个毛坯，送到加工或待包装位置。
从以上所举各列可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架3个构件组成。
根据凸轮和从动件的不同形状，凸轮机构可按如下分类。
图4.3 冲床装卸料机构图4.4 送料机构1．按凸轮形状分（1）盘状凸轮这种凸轮是一个绕固定轴线转动且具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的最基本形式，如图4.1和4.2所示。
（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮叫移动凸轮，如图3.3所示。
（3）圆柱凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮，如图4.4所示。
2．按从动件形状分（1）尖底从动件如图4.2所示，尖底能与任何复杂的凸轮轮廓保持接触，因此能实现任意的运动规律。
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。
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计
广东工业大学华立学院课程设计（论文）课程名称机械原理课程设计题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系）机电工程学部专业班级机械班学号学生姓名 lilili指导教师2012 年6月28日目录目录......................................... 错误！未定义书签。
课程设计（论文）任务书. (3)摘要....................................... 错误！未定义书签。
一、根据已知基尺寸做出圆..................... 错误！未定义书签。
二、绘制推杆的位移图线....................... 错误！未定义书签。
三、用反转法设计图轮廓线..................... 错误！未定义书签。
四、压力角是否满足许用压力角的要求.......... .错误！未定义书签。
五、参考文献...............................................- 11 -广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系）机电工程学部专业班级机械班姓名学号设计一个偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。
设计参数如表中所示，凸轮回转方向为顺时针（或逆时针），从动件推程以正弦加速度运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律下降，其中，e、r r、r b、h分别代表偏距、滚子半径、基圆半径及从动件最大升程，ф、фs、ф‘、фs’分别代表凸轮的推程角、远休止角、回程角及近休止角。
1、设计数据：设计内容偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计符号 e r r r b h ффsф‘фs’单位mm (º)数据10 55 40 180 30 120 302、设计要求1）、用图解法设计此盘形凸轮机构，正确确定偏距e的方向；2）、用图解法设计此盘形凸轮机构，将计算过程写在说明书中。
机械原理课程设计--偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计
课 程 设 计（论文）课程名称机械原理题目名称偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计学生学部（系） 机电工程学部2012年6月27日目录课程设计（论文）任务书 (3)摘 要 .......................................................................................................................... 错误！未定义书签。
一、根据已知尺寸做出基圆....................................................................................... 错误！未定义书签。
二、用反转法设计图轮廓线....................................................................................... 错误！未定义书签。
三、 绘制推杆的位移图线......................................................................................... 错误！未定义书签。
四、压力角是否满足许用压力角的要求 ................................................................... 错误！未定义书签。
五、心得与体会 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。
课程设计（论文）任务书一、课程设计（论文）的内容通过用autoCAD 软件绘图，利用图解法进行偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计，最后检验压力角是否满足许用压力角的要求。
机械原理课程设计凸轮机构
机械原理课程设计凸轮机构一、课程设计目标本课程设计旨在通过对凸轮机构的学习，使学生了解凸轮机构的基本工作原理、结构特点和应用领域，掌握凸轮机构的设计和分析方法，培养学生的机械原理分析和设计能力。
二、课程设计内容1. 凸轮机构的基本概念和分类（1）凸轮机构的定义和基本概念（2）凸轮机构的分类和特点2. 凸轮机构的工作原理和运动分析（1）凸轮机构的工作原理和运动规律（2）凸轮机构的运动分析方法3. 凸轮机构的设计和优化（1）凸轮机构的设计原则和方法（2）凸轮机构的优化设计方法4. 凸轮机构的应用和发展（1）凸轮机构在机械传动系统中的应用（2）凸轮机构的发展趋势和前景三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括课堂讲授、案例分析、实验演示、课外阅读和小组讨论等。
通过多种教学手段，引导学生深入理解和掌握凸轮机构的基本原理和设计方法，提高学生的分析和设计能力。
四、教学评价本课程的教学评价主要包括平时作业、课堂表现、实验报告和期末考试等。
通过对学生的综合评价，评估学生的学习成果和能力提高情况，为学生提供有效的反馈和指导。
五、参考教材1.《机械设计基础》（第四版），郑育新、刘道玉编著，清华大学出版社，2017年。
2.《机械原理》（第五版），唐光明编著，高等教育出版社，2018年。
3.《机械设计手册》（第三版），机械工业出版社，2015年。
六、教学进度安排本课程的教学进度安排如下：第一周：凸轮机构的基本概念和分类第二周：凸轮机构的工作原理和运动分析第三周：凸轮机构的设计和优化第四周：凸轮机构的应用和发展第五周：实验演示和案例分析第六周：课外阅读和小组讨论第七周：期末考试和总结回顾。
机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构讲解
备注：
凸轮轮廓曲率半径与曲率中心
x x()
x dx / d x d 2x / d 2
理论轮廓方程
y
y( )
，其中
y
dy
/
d
x d 2 y / d2
其曲率半径为：
3
(x2 y2)2
xy xy
x
；曲率中心位于：
y
x x
y(x2 y2) xy xy
x(x2 y2 ) xy xy
Φ` （远休止角）
Φs
（回程运动角）
10
3
φ=φ+5º
r △ b （基圆修正量）
△ e （机构偏心距）
输出参数：
S
（从动件位移）
V （从动件运动速度）
A （从动件运动加速度）
α （机构压力角）
ρ （理论廓线曲率半径）
（x，y） （理论轮廓坐标）
（x' ，y'） （实际轮廓坐标）
11
（六）机构简图（见下图）
三、课程设计采用方法：
对于此次任务，要用图解法和解析法两种方法。图解法形象，直
观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设
计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法
则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。在本次课程设计中，可
将两种方法所得的结果加以对照。
四、编写说明书：
5
述计算出的 r0min 作为初值，然后校核各位置的压力角α是否满足[α]
r 的要求，否则应加大 0 再重新校核。
r 在此，取 0 =60mm。 r 二、滚子半径 r 的选择
我们用ρ1 表示凸轮工作廓线的曲率半径,用ρ表示理论廓线的 曲率半径.所以有ρ1=ρ±r1;为了避免发生失真现象，我们应该使 p 的最小值大于 0，即使ρ＞r1；另一方面，滚子的尺寸还受其强度， 结构的限制，不能太小，通常我们取滚子半径；r1=（0.1~ 0.5）* r0 依题意，原始数据如下： 1、已知量：（未标明的单位为 mm）
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
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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
机械原理凸轮机构精品ppt课件
38
二、从动件运动规律的选择
1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度时，推杆完成 一行程h或φ，对运动规律并无严格要求。
则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲 线。如夹紧凸轮。
φ ω
工件
39
2. 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作 要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。
设计：凸轮轮廓曲线。
ω
r0
o
44
μs＝（ ）mm/mm
8’ 9’
7’
11’
5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
12 345 67 8 9 11 13 15
μφ＝（ ）°/mm
取适当的比例尺μl＝μs
-ω ω
15
o
45
设计步骤：
① 按给定从动件的运动规律绘制从动件的位移线图。 ② 确定从动件尖底的初始位置。 ③ 确定导路在反转过程中的一系列位置。 ④ 确定尖底在反转过程中的一系列位置。 ⑤ 绘制凸轮廓线。
偏置尖底直动从动件盘形
凸轮机构
20
9.从动件的运动线图
从动件的运动规律——从动件 的位移、速度和加速度与时间 或凸轮转角间的关系。
位移方程 s = f(φ)
速度方程
v
ds dt
ds d
d dt
ds d
加速度方程
a
d
2 s
dt 2
dv dt
dv d
d dt
2
d
2 s
d 2
21
M s1 M1
M’ s1
第一节 凸轮机构的类型
一、凸轮机构的组成
内 燃 机 的 配 气 凸 轮 机 构
1
机械原理课程设计偏置直动滚子推杆盘形凸轮
机械原理课程设计偏置直动滚子推杆盘形凸轮凸轮大作业选题：凸轮5-C一：题目及原始数据：利用计算机辅助设计完成偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的设计，已知数据如下所示，凸轮沿逆时针方向做匀速运动。
具体要求如下：1.推程运动规律为等加速等减速运动，回程运动规律为五次多项式运动；2.近休凸轮转角为0°-30°；推程凸轮转角30°-210°；远休凸轮转角210°-280°；回程凸轮转角280°-360。
°3.初选基圆半径为22mm；4.偏距为+14mm5.滚子半径为18mm6.推杆行程为35mm7.许用压力角为α1=35°，α2=65°。
8.最小曲率半径为9.计算点数取120.二：推杆运动规律及凸轮轮廓线方程1.推程加速阶段：s1=70.*a1.*a1/pi/pi;x1=(s0+s1).*sin(a1)+e*cos(a1);y1=(s0+s1).*cos(a1)-e*sin(a1);k1=140*a1/pi^2;i1=[(k1-e).*sin(a1)+(s0+s1).*cos(a1)].*[(k1-e).*(k1-e)+(s0+s1).*(s0+s1)].^(-1/2);j1=[-(k1-e).*cos(a1)+(s0+s1).*sin(a1)].*[(k1-e).*(k1-e)+(s0+s1).*(s0+s1)].^(-1/2);x10=x1-18*j1;y10=y1-18*i1;2.推程减速阶段：s11=35-70.*(pi-a11).*(pi-a11)/pi/pi;x11=(s0+s11).*sin(a11)+e*cos(a11);y11=(s0+s11).*cos(a11)-e*sin(a11);k11=140.*(pi-a1)/pi^2;i11=[(k11-e).*sin(a11)+(s0+s11).*cos(a11)].*[(k11-e).*(k11-e)+(s0+s11).*(s0+s11)].^(-1/ 2);j11=[-(k11-e).*cos(a11)+(s0+s11).*sin(a11)].*[(k11-e).*(k11-e)+(s0+s11).*(s0+s11)].^(-1/ 2);x101=x11-18*j11;y101=y11-18*i11;3.远休阶段：x2=(s0+s2).*sin(a2)+e*cos(a2);y2=(s0+s2).*cos(a2)-e*sin(a2);k2=0;i2=[(k2-e).*sin(a2)+(s0+s2).*cos(a2)].*[(k2-e).*(k2-e)+(s0+s2).*(s0+s2)].^(-1/2);j2=[-(k2-e).*cos(a2)+(s0+s2).*sin(a2)].*[(k2-e).*(k2-e)+(s0+s2).*(s0+s2)].^(-1/2);x20=x2-18*j2;y20=y2-18*i2;4.回程阶段：a30=33*pi/18-a3;s3=(350.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^3-525.*a30.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^4+210.*a30.*a30.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^5);x3=(s0+s3).*sin(a3)+e*cos(a3);y3=(s0+s3).*cos(a3)-e*sin(a3);k3=-1050.*a30.*a30/(4*pi/9)^3+2100.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^4-1050.*a30.*a30.*a30 .*a30/(4*pi/9)^5;i3=[(k3-e).*sin(a3)+(s0+s3).*cos(a3)].*[(k3-e).*(k3-e)+(s0+s3).*(s0+s3)].^(-1/2);j3=[-(k3-e).*cos(a3)+(s0+s3).*sin(a3)].*[(k3-e).*(k3-e)+(s0+s3).*(s0+s3)].^(-1/2);x30=x3-18*j3;y30=y3-18*i3;5.近休阶段：s4=0;x4=(s0+s4).*sin(a4)+e*cos(a4);y4=(s0+s4).*cos(a4)-e*sin(a4);k4=0;i4=[(k4-e).*sin(a4)+(s0+s4).*cos(a4)].*[(k4-e).*(k4-e)+(s0+s4).*(s0+s4)].^(-1/2);j4=[-(k4-e).*cos(a4)+(s0+s4).*sin(a4)].*[(k4-e).*(k4-e)+(s0+s4).*(s0+s4)].^(-1/2);x40=x4-18*j4;y40=y4-18*i4;三：matlab计算程序e=14;r0=22s0=sqrt(r0^2-e^2);c111=1;c3=1;for(i=1::200) %由压力角条件循环求合适基圆半径if (c111<35/180)&&(c3<65/180) %判断条件else a1=0:pi/60:pi/2; % 推程加速阶段s1=70.*a1.*a1/pi/pi;x1=(s0+s1).*sin(a1)+e*cos(a1);y1=(s0+s1).*cos(a1)-e*sin(a1);k1=140*a1/pi^2; % 对s1求导i1=[(k1-e).*sin(a1)+(s0+s1).*cos(a1)].*[(k1-e).*(k1-e)+(s0+s1).*(s0+s1)].^(-1/2);j1=[-(k1-e).*cos(a1)+(s0+s1).*sin(a1)].*[(k1-e).*(k1-e)+(s0+s1).*(s0+s1)].^(-1/2);x10=x1-18*j1;y10=y1-18*i1;a11=pi/2:pi/60:pi; % 推程减速阶段s11=35-70.*(pi-a11).*(pi-a11)/pi/pi;x11=(s0+s11).*sin(a11)+e*cos(a11);y11=(s0+s11).*cos(a11)-e*sin(a11);k11=140.*(pi-a1)/pi^2;i11=[(k11-e).*sin(a11)+(s0+s11).*cos(a11)].*[(k11-e).*(k11-e)+(s0+s11).*(s0+s11)].^(-1/ 2);j11=[-(k11-e).*cos(a11)+(s0+s11).*sin(a11)].*[(k11-e).*(k11-e)+(s0+s11).*(s0+s11)].^(-1/ 2);x101=x11-18*j11;y101=y11-18*i11;a2=pi:pi/60:25*pi/18; %凸轮远休阶段s2=35;%推杆行程x2=(s0+s2).*sin(a2)+e*cos(a2);y2=(s0+s2).*cos(a2)-e*sin(a2);k2=0;i2=[(k2-e).*sin(a2)+(s0+s2).*cos(a2)].*[(k2-e).*(k2-e)+(s0+s2).*(s0+s2)].^(-1/2);j2=[-(k2-e).*cos(a2)+(s0+s2).*sin(a2)].*[(k2-e).*(k2-e)+(s0+s2).*(s0+s2)].^(-1/2);x20=x2-18*j2;y20=y2-18*i2;a3=25*pi/18:pi/60:33*pi/18;%推杆回程阶段a30=33*pi/18-a3;s3=(350.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^3-525.*a30.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^4+210.*a30.*a30.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^5);x3=(s0+s3).*sin(a3)+e*cos(a3);y3=(s0+s3).*cos(a3)-e*sin(a3);k3=-1050.*a30.*a30/(4*pi/9)^3+2100.*a30.*a30.*a30/(4*pi/9)^4-1050.*a30.*a30.*a30 .*a30/(4*pi/9)^5;i3=[(k3-e).*sin(a3)+(s0+s3).*cos(a3)].*[(k3-e).*(k3-e)+(s0+s3).*(s0+s3)].^(-1/2);j3=[-(k3-e).*cos(a3)+(s0+s3).*sin(a3)].*[(k3-e).*(k3-e)+(s0+s3).*(s0+s3)].^(-1/2);x30=x3-18*j3;y30=y3-18*i3;a4=33*pi/18:pi/60:2*pi;%推杆近休阶段s4=0;x4=(s0+s4).*sin(a4)+e*cos(a4);y4=(s0+s4).*cos(a4)-e*sin(a4);k4=0;i4=[(k4-e).*sin(a4)+(s0+s4).*cos(a4)].*[(k4-e).*(k4-e)+(s0+s4).*(s0+s4)].^(-1/2);j4=[-(k4-e).*cos(a4)+(s0+s4).*sin(a4)].*[(k4-e).*(k4-e)+(s0+s4).*(s0+s4)].^(-1/2);x40=x4-18*j4;y40=y4-18*i4;plot(x10,y10,'-g*',x101,y101,'-g+',x20,y20,'-r*',x30,y30,'-b*',x40,y40,'-k*',x1,y1,'-g*',x11, y11,'-g+',x2,y2,'-r*',x3,y3,'-b*',x4,y4,'-k*')%凸轮轮廓曲线绘制title(‘凸轮轮廓曲线绘制');xlabel('Variable X'); %X轴ylabel('Variable Y'); %Y轴text(-250,-200,'工作廓线') %文字标注text(100,-100,'理论廓线');grid on %加网格axis equal%坐标相等a1=0:pi/60:pi/2; %压力角计算force1=abs(atan((k1).*(s0+s1).^-1));c1=max(force1);a11=pi/2:pi/60:pi;force11=abs(atan((k11).*(s0+s11).^-1));c11=max(force11);c111=max(c1,c11);a2=pi:pi/60:25*pi/18;force2=abs(atan((k2).*(s0+s2).^-1));c2=max(force2);a3=25*pi/18:pi/60:33*pi/18;force3=abs(atan((k3).*(s0+s3).^-1));c3=max(force3);a4=33*pi/18:pi/60:2*pi;force4=abs(atan((k4).*(s0+s4).^-1));c4=max(force4);r0=r0+1; %每循环一次基圆半径+1s0=sqrt(r0^2-e^2);endend%求最大压力角位置c111c3[m1,n1]=sort(force1);bend1=n1(end-1+1:end) jiaodu1=(bend1(end)-1)*3[m11,n11]=sort(force11);bend11=n11(end-1+1:end) jiaodu11=(bend11(end)-1)*3+90 [m3,n3]=sort(force3);bend3=n3(end-1+1:end) jiaodu=(bend3(end)-1)*3+250 vv=i1./j1;vv1=diff(vv);vv2=diff(vv,2);vv22=[0,vv2];p=(1+vv1.^2).^(3/2)./vv22;g=min(p)vv1=i11./j11;vv11=diff(vv1);vv21=diff(vv1,2);vv221=[0,vv21];p1=(1+vv11.^2).^(3/2)./vv221; g1=min(p1)vv2=i2./j2;vv222=diff(vv2);vv223=diff(vv2,2);vv2211=[0,vv223];p2=(1+vv222.^2).^(3/2)./vv2211; g2=min(p2)vv=i3./j3;vv1=diff(vv);vv2=diff(vv,2);vv22=[0,vv2];p=(1+vv1.^2).^(3/2)./vv22;g3=min(p)vv=i4./j4;vv1=diff(vv);vv2=diff(vv,2);vv22=[0,vv2];p=(1+vv1.^2).^(3/2)./vv22;g4=min(p))ro=sqrt(s0^2+e^2) %求合适基圆半径x1 y1x11y11x2y2x3y3x4y4x10y10x101y101x20y20x30y30x40y40force1force11force2force3force4c111c3jiaodu11jiaodu3四：计算结果及分析：（1）工作廓线坐标：1;推程加速阶段X坐标14 127. 136. 153. 161. 195. 223.2推程加速阶段Y坐标176. 149. 133.21.3推程减速阶段X坐标227. 209.120. 109. 86.4推程减速阶段Y坐标-141.5远休阶段X坐标6远休阶段Y坐标-110.7减速阶段X坐标-243. -243. -242. -240. -196. -118. -99.8减速阶段Y坐标-58. 18.185.9近休X坐标10近休Y坐标1 197. 209.（2）理论廓线坐标; 推程加速阶段X坐标174.207.推程加速阶段Y坐标182.推程减速阶段X坐标209. 209. 187. 119. 99. 44.推程减速阶段Y坐标-60. -142. -151. -183. -202.远休阶段X坐标-71.-216.远休阶段Y坐标回程阶段X坐标-225. -225.回程阶段Y坐标近休阶段X坐标近休阶段Y坐标186.凸轮压力角推程最大压力角：*180出现位置：90回程最大压力角：*180出现位置292最小曲率半径：g2=<*18故满足要求最后确定基圆半径：ro = 211五：凸轮机构图六：体会和建议在本次设计中，对凸轮结构的各项参数对最终凸轮形状的影响有了更深刻的认识。
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5、进行计算机辅助设计。为保证机构有良好的受力状况，推程
4
许用压力角［α］=38º，回程许用压力角［αˊ］=70º，设计过程中 要保证α推程≤［α］=38º，α回程≤［αˊ］=70º，为保证机构不 产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率
备注：
凸轮轮廓曲率半径与曲率中心
x x()
x dx / d x d 2x / d 2
理论轮廓方程
y
y( )
，其中
y
dy
/
d
x d 2 y / d2
其曲率半径为：
3
(x2 y2)2
xy xy
x
；曲率中心位于：
y
x x
y(x2 y2) xy xy
x(x2 y2 ) xy xy
d1=150° 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1- d0)为推程角δ 01
d2=160° 远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角 δ02
d3=280° 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3- d2)为回程角δ 03
d4=360° 远休止运动结束总转角，其 中(d4-d3)为远程休止角δ04
e=20mm 偏距 20mm h=70mm 推杆的行程 70mm w=10 rad / s 此处设凸轮角速度为 10 rad / s r0 =60mm 此处设凸轮基园半径 60mm
度
3、设计要求：
①升程过程中，限制最大压力角αmax≤30º,确定凸轮基园半径 r0
②合理选择滚子半径 rr
③选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸
上；
④用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用 A2
2
图纸） ⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书
4、用解析法设计该凸轮轮廓，原始数据条件不变，要写出数学模型， 编制程序并打印出结果
ρ 半径［ a ］=3mm，设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲 率半径ρ≥［ρ a ］+r r =3+8=11mm。
（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定
一、确定凸轮基园半径 由尖端移动从动件凸轮机构压力角的表达式可知 r0同α的关系
为
r0
((ds / d ) e s)2 e2 tan[ ]
1
（一）机械原理课程设计的目的和任务
一、机械原理课程设计的目的：
1、机械原理课程设计是一个重要实践性教学环节。其目的在于：
进一步巩固和加深所学知识；
2、培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题的能力；
3、使学生在机械的运动学和动力分析方面初步建立一个完整的概念；
4、进一步提高学生计算和制图能力，及运用电子计算机的运算能力。
1、设计题目（包括设计条件和要求）； 2、机构运动简图及设计方案的确定，原始数据； 3、机构运动学综合；
3
4、列出必要的计算公式，写出图解法的向量方程，写出解析法的数 学模型，计算流程和计算程序，打印结果；
5、分析讨论。
（二）设计题目及设计思路
一、设计题目
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构 工作要求当凸轮逆时针转过 当凸轮再转 100º时，从动件返回 原处。已知凸轮以等角速度ω=10rad/s 转动，工作要求机构为柔性冲 击。凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心 右侧，偏距 e=20mm。
二、设计思路
1、要求从动件作往复移动，因此可选择偏置直动滚子从动件盘 型凸轮机构。
2、根据工作要求选择从动件的运动规律。为了保证机构为柔性 冲击，从动件推程和回程可分别选用等加速等减速运动规律和简谐运 动规律。推程运动角φ=140º，回程运动角φˊ= 100º，停歇角φs=20 º。
r 3、根据滚子的结构和强度等条件，滚子半径 r =10mm。
α 如果升程过程中，限制最大压力角 max≤38º，此时对应的基
r 圆半径即为最小基圆半径 min 。
假设机构在αmax 位置是对应的从动件位移为 sp，类速度为
，那么 r0min 的表达式为
在应用上式计算 r0min 时，要精确求解到φp 值有时较为困难， 为此可用经验值近似替代φp，如从动件作等加等减速运动、简谐运 动时均可取φp 为0.4Φ处的φ值（Φ为凸轮 推升程运动角）。再按上
目录
（一）机械原理课程设计的目的和任务………… 2 （二）设计题目及设计思路……………………… 3 （三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定………… 5 （四）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程…… 7 （五）计算程序框图……………………………… 8 （六）计算机源程序………………………………11 （七）计算机程序结果及分析……………………14 （八）凸轮机构示意简图…………………………20 （九）体会心得……………………………………20 （十）参考资料……………………………………21
三、课程设计采用方法：
对于此次任务，要用图解法和解析法两种方法。图解法形象，直
观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设
计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法
则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。在本次课程设计中，可
将两种方法所得的结果加以对照。
四、编写说明书：
二、机械原理课程设计的任务：
1、偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
2、采用图解法设计：凸轮中心到摆杆中心 A 的距离为 160mm，凸轮
以顺时针方向等速回转，摆杆的运动规律如表：
符号 h δ δ δ03 δ04 从动杆运动规律
方案
01 02
推程
回程
Ⅰ
70 150º 10º 120º 80º 简谐
正弦加速
5
述计算出的 r0min 作为初值，然后校核各位置的压力角α是否满足[α]
r 的要求，否则应加大 0 再重新校核。
r 在此，取 0 =60mm。 r 二、滚子半径 r 的选择
我们用ρ1 表示凸轮工作廓线的曲率半径,用ρ表示理论廓线的 曲率半径.所以有ρ1=ρ±r1;为了避免发生失真现象，我们应该使 p 的最小值大于 0，即使ρ＞r1；另一方面，滚子的尺寸还受其强度， 结构的限制，不能太小，通常我们取滚子半径；r1=（0.1~ 0.5）* r0 依题意，原始数据如下： 1、已知量：（未标明的单位为 mm）