凸轮机构的设计和计算专业知识讲座共32页
凸轮机构的设计和计算
凸轮机构的设计和计算凸轮机构是机械传动中常用的一种机构，它可以将旋转运动转化为直线或者非圆轨迹运动。
在机械设计中，凸轮机构的设计和计算是一个重要的环节，下面将从凸轮的选择、轮廓线的设计、凸轮刚度的计算以及凸轮与连接杆的配合等方面进行详细探讨。
一、凸轮的选择凸轮的选择主要考虑两个因素，一是工作台速度要求，二是工作台运动规律要求。
根据工作台速度要求，可以确定凸轮直径或转速，并结合工作台的惯性力矩计算，选取合适的凸轮惯量。
根据工作台运动规律要求，可以确定凸轮的轮廓线类型，如简单凸轮、非圆滚子凸轮等。
二、凸轮轮廓线的设计凸轮的轮廓线设计可以按照几何法或图形法进行。
几何法常用于简单凸轮的设计，通过几何学原理计算得到凸轮的轮廓线。
图形法常用于复杂凸轮的设计，通过图形法绘制凸轮的轮廓线。
对于简单凸轮的设计，可以先确定凸轮的中心轴线，然后根据工作台的运动规律要求，计算得到凸轮相对于中心轴的偏置量。
根据几何关系，可以发现工作台特定点的运动与该点到凸轮中心轴的距离成正比关系，因此可以画出凸轮轮廓线。
对于复杂凸轮的设计，可以根据工作台的运动规律要求，通过图形法绘制凸轮的轮廓线。
首先，在平面上绘制凸轮的中心轴线和工作台的运动轨迹，然后根据几何关系，绘制工作台各点与凸轮中心轴的距离曲线，最后得到凸轮的轮廓线。
三、凸轮刚度的计算凸轮机构在工作过程中会受到惯性力矩的作用，因此需要进行凸轮刚度的计算。
凸轮刚度可以通过应力分析的方法进行计算，可以分为弹性刚度和塑性刚度。
弹性刚度计算可以根据凸轮的材料及几何尺寸进行，通过几何学和材料力学的知识，可以得到凸轮的弹性变形及应力分布。
而塑性刚度计算则需要根据凸轮的材料本构关系及极限变形条件，通过材料损伤理论及极限分析法进行计算。
四、凸轮与连接杆的配合凸轮与连接杆的配合是凸轮机构中的关键问题。
凸轮与连接杆之间要保持一定的配合间隙，以确保运动的精度。
配合间隙的大小应根据凸轮的制造及组装精度、工作台的运动精度要求等因素进行综合考虑。
凸轮机构的设计和计算详解
凸轮机构的设计和计算详解1. 引言凸轮机构是一种常见的机械传动装置，通过凸轮的运动来实现对其他部件的控制和驱动。
凸轮机构广泛应用于发动机、机械加工、自动化设备等领域。
在本文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计和计算方法。
2. 凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和控制件组成。
凸轮通过旋转或移动的方式，驱动从动件进行线性或旋转运动。
不同凸轮形状和运动方式将实现不同的功能。
3. 凸轮的设计要点凸轮的设计涉及凸轮形状、凸轮面积、凸轮运动规律等方面。
在进行凸轮设计时，需要考虑以下要点：•运动要求：根据从动件需要的运动类型（线性或旋转）、速度和加速度要求，确定凸轮的形状和运动规律。
•动态负载：凸轮在运动过程中所承受的动态负载应被考虑在内，以确保凸轮的强度和耐久性。
•材料选择：根据凸轮的工作条件和负载要求，选择适当的材料来制造凸轮，以保证其可靠性和寿命。
4. 凸轮机构的计算方法4.1 凸轮剖面的计算凸轮剖面的计算是凸轮机构设计中的重要一环。
根据凸轮的运动规律和从动件的运动要求，可以进行凸轮剖面的计算。
常用的凸轮剖面计算方法有：•凸轮剖面生成法：根据从动件的运动要求，通过几何构造和插值计算，生成凸轮剖面。
•凸轮运动分析法：通过分析凸轮的运动规律和从动件的运动要求，推导出凸轮剖面的数学表达式。
4.2 凸轮机构的运动学分析凸轮机构的运动学分析是确定凸轮机构各部件的运动规律和参数的过程。
通过运动学分析，可以计算凸轮机构的几何关系、速度和加速度等。
常用的凸轮机构运动学分析方法有：•图形法：通过绘制凸轮机构的运动示意图和运动曲线，分析凸轮机构的运动规律。
•解析法：通过建立凸轮机构的运动学方程，推导出各部件的运动参数，并进行计算。
4.3 凸轮机构的强度计算凸轮机构的强度计算是为了确定凸轮所承受的载荷是否安全，并选择适当的材料和结构来满足设计要求。
在强度计算中，需要考虑凸轮的静载荷、动载荷和疲劳载荷等。
常用的凸轮机构强度计算方法有：•静态强度计算：通过分析凸轮在静态载荷下的应力和变形情况，确定凸轮的强度和刚度。
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思考题 1从动件的常用运动规律是指哪几个物理量的变化规律 ？
位移、速度、加速度
2如何判断某种运动规律从动件是否有冲击？何种性质的冲击？
判断凸轮在某位置时所对应从动件的加速度有无突变。 若加速度存在无穷大突变，则为刚性冲击； 若加速度存在有限值突变，则为柔性冲击
3选择或设计从动件运动规律应考虑那些因素 ？
5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
1凸轮轮廓的压力角 从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力 Fn方向之间所夹的 角称为压力角 将从动件受力F分解为：
推杆驱动力 F1=Fcosα； 导路正压力 F2=Fsinα； 产生的最大摩擦力Ff = F“ f 。当存在 关系Ff F‘ 时，机构发生自锁； 有f tanα 1。 压力角a愈大，有效分力Ｆy愈小。当a角大到某一数值时，会出现Fy<Fx。 不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。为 保证凸轮机构正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。
5-4-1
一般随压力角α增大，机构的磨损加重、传力性能恶化、效
率降低→与工程实践相一致 。 凸轮机构设计时，应满足：αmax≤［α］ 一般许用压 力角[α]的经 验值为：
从动件 推程 回程 移动 [α]= 30～40° 摆动 [α]= 45～50°
[α]=70～80°
凸轮基圆半径r0与其各位置压力角αi 密切相关。增大r0则αi 减小； 减小r0必然导致αi 增大。即结构紧凑与传力性能良好间存在矛盾。 虽然偏距e也能适量减小推程压力角，但却会增大回程压力角。运用时 应注意偏置方位。
5-3-2
作图
取比例尺μ1，先根据已知尺寸作出基圆与偏距圆，然后用 反转法作图设计。逆时针左偏，顺时针右偏
当e=0时，即对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。其设计方法与上述 方法基本相同，不同的是推杆反转时其各导路位置线始终过轴心
总凸轮机构专题知识讲座
第四章 凸轮机构
5. 反凸轮机构
推杆为主动件，凸轮为从动件
9.2 推杆运动规律设计
9.2.1 凸轮机构旳基本概念
基圆─以凸轮轮廓旳最小向径rb所
作旳圆
推程─推杆从距凸轮转动中心近来
点向最远点运动旳过程；
推程运动角δ0─推程凸轮相应所
——工作轮廓方程
注意：e旳正负：
凸轮逆时针，e偏在右侧时——为正；e偏在左侧——为负； 凸轮顺时针，e偏在右侧时——为负；e偏在左侧——为正；
2)对心直动平底推杆盘形凸轮
建立坐标系如图： 反转δ后，推杆移动距离为S，
P点为相对瞬心， 推杆移动速度为：v=vp=OPω
OP= v/ω =(ds/dt)/(dδ/dt)
力锁合对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
其他 形锁合 偏置 摆动
滚子从动件 空间凸轮
类型
平低从动件 移动凸轮
单击鼠标
能够组合出多种类型旳凸轮机构……
继续……
第四章 凸轮机构
二、 凸轮机构旳分类与命名 1. 按凸轮旳形状分类
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮12
盘形凸轮：最基本旳形式，构造简朴，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
对强度和耐磨性要求↑。
对高速凸轮，希望amax 愈小愈好。
第四章 凸轮机构
9.3 凸轮轮廓旳设计
9.3.1 基本原理（反转法）
正转 反转
反转后，推杆尖端旳运动轨迹就是凸轮旳轮廓曲线。
第四章 凸轮机构
2. 直动滚子从动件盘形凸轮 （1）将滚子中心视为尖顶，按尖顶从动杆设计一凸轮轮廓— —理论轮廓。
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右图可用来推导压力角的计算公式，过程如下： 由ΔBCP得 tanα =CP/BC= CP/（s+s0） （1） 由ΔODC得 s0 = r20 +e2
由瞬心法知，P点是瞬心，有 OP=v/ω=ds/dδ CP=OP-e= ds/dδ-e 代入（1）式得
nv
B
s
D
ω r0 α v
O
s0
作者：潘存云教授
r e C P 0
n
ds/dδ
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
压力角计算公式
增大基圆半径 r0 或增大偏距 e 可减小压力角。
当从动件导路和瞬心点分别位于O点两侧时，
按同样思路可推得压力角计算公式
推程运动方程：
s ＝h φ/Φ v ＝ hω/Φ
a＝0 同理得回程运动方程：
s＝h(1-φ/Φ’) v＝-hω/Φ’
a＝0 运动线图如右图所示。
特点：在运动的起始点存在刚性冲击
s
作者：潘存云教授
Φ v
a +∞
h φ
Φ’
φ
－∞
+∞ φ
2）二次多项式（等加速等减速）运动规律 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
行程 ——从动件距凸轮回转中心最近点到最远点的距离h 。
凸轮转角——凸轮以从动件位于最近点作为初始位置而转过的角度φ。 从动件位移——凸轮转过φ 角时，从动件相对于基圆的距离s。 从动件运动规律——从动件的位移、速度、加速度与凸轮转角（或时间）之
4矿山机电设备-凸轮机构(共32张)
e
120 ° 90 ° 90 ° 60 °
2.求内等距线
第18页，共32页。
第三节 图解法设计凸轮轮廓
3.对心直动平底从动件盘形凸轮(tūlún)轮廓的绘制
第19页，共32页。
第三节 图解法设计凸轮轮廓
-
1.按中心等 分运动(yùndòng) 规律
第20页，共32页。
第三节 图解法设计凸轮轮廓
第二节 从动件的运动规律
三、简谐运动(jiǎn xié yùn dònɡ)规律
s2
0
v2
位移 H
1(t)
速度
a2
1(t)
加速度
1(t)
始点和终点有柔性 冲击
适用范围：高速凸轮机构
第10页，共32页。
第二节 从动件的运动规律
四、其他(qítā)运动规律
位移 S2 1(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律
子 可画出正常的
(ɡǔn 实际廓线
zǐ)
半
径
ρ =ρ min-rR
rR
的
确
rR min
实际廓线变尖
定
rR 0.8min, 取（0.1 0.5)r0
rR min
实际廓线干涉， 导致运动失真
第28页，共32页。
第四节 凸轮机构基本参数的确定
三
压力角的许用值
v2
从
直动从动件：
动 件
Fn
Fr
α
[ ] 30 ~ 38
f — 回程运动角
s — 近休止角
第5页，共32页。
第二节 从动件的运动 规律 (yùndòng)
s2
BC
H A r0 A
D 1(t)
凸轮机构的设计和计算
凸轮机构的设计和计算凸轮机构是一种常见的运动机构，由凸轮和从动件组成，通过凸轮的形状和运动来驱动从动件进行指定的运动。
凸轮机构广泛应用于各种机械设备和工业生产中，如发动机、机械传动系统、自动化生产线等。
本文将介绍凸轮机构的设计和计算方法，具体内容如下：一、凸轮机构的设计：1.确定从动件的运动要求：根据机械装置的功能和要求，确定从动件的运动方式，如直线运动、往复运动、旋转运动等。
2.选择凸轮的类型：根据从动件的运动要求和机械结构的特点，选择合适的凸轮类型，如往复凸轮、圆柱凸轮等。
3.设计凸轮曲线：根据从动件的运动要求和凸轮的类型，设计凸轮曲线，使得从动件的运动符合需求。
4.确定凸轮轴的位置和方向：根据凸轮曲线和从动件的位置关系，确定凸轮轴所在的位置和方向。
5.合理布局机构：根据机械装置的空间限制和结构特点，合理布局凸轮机构的各个组成部分。
二、凸轮机构的计算：1.凸轮曲线参数计算：根据从动件的运动要求和机械结构的特点，计算凸轮曲线的参数，如内凸高度、内凸角度、外凸高度、外凸角度等。
2.凸轮轴的定位计算：根据凸轮曲线和从动件的位置关系，计算凸轮轴所在的位置和方向，以确保从动件能够完整地运动。
3.从动件的运动轨迹计算：根据凸轮曲线和凸轮轴的位置，计算从动件在运动轨迹上的坐标点，以确保从动件的运动符合需求。
4.从动件的运动速度和加速度计算：根据从动件的运动轨迹和凸轮轴的角速度、角加速度，计算从动件的运动速度和加速度，以确保运动过程的稳定性和安全性。
三、凸轮机构的优化：1.优化凸轮曲线形状：通过调整凸轮曲线的形状，使得从动件的运动更加平稳、稳定和高效。
2.优化凸轮轴的位置和方向：通过调整凸轮轴的位置和方向，使得整个凸轮机构的布局更加紧凑、简洁，并且符合实际使用要求。
3.优化从动件的设计：通过改进从动件的结构和材料，减小惯性负载和摩擦损失，提高机械装置的性能和使用寿命。
4.优化机构的传动方式：通过改变凸轮机构的传动方式，如采用齿轮传动或者链条传动，来提高传动效率和可靠性。
《凸轮机构设计》课件
VS
自动包装机利用凸轮机构来实现包装物的输送、定位和封口等功能，提高包装效率和自动化程度。
详细描述
在自动包装机中，凸轮机构通常被用来控制包装材料的输送、定位和封口等过程。通过设计合理的凸轮机构，可以实现包装过程的自动化和连续化，提高生产效率和包装质量。
总结词
凸轮机构的发展趋势与展望
05
随着工业自动化程度的提高，凸轮机构正朝着高效化方向发展，以提高生产效率和降低能耗。
凸轮机构要有良好的润滑和散热条件，以降低摩擦和磨损。
根据工作要求，确定从动件的位移、速度和加速度曲线。
确定从动件的运动规律
选择合适的凸轮轮廓
确定凸轮机构的尺寸参数
进行强度和刚度校核
根据从动件的运动规律，选择合适的凸轮轮廓，以满足工作要求。
根据工作要求和从动件的运动规律，确定凸轮机构的尺寸参数，如凸轮半径、推杆长度和宽度等。
总结词：基于运动学原理的设计方法，通过调整凸轮机构运动状态来满足设计要求。
总结词：基于反转原理的设计方法，通过将凸轮机构的运动规律进行反转来求解设计参数。详细描述：反转法设计利用凸轮机构的反转原理，将凸轮的运动规律进行反转，从而得到从动件的运动规律。该方法具有简单易行、计算量较小等优点，适用于中等精度要求的凸轮机构设计。总结词：反转法设计适用于中等精度要求的场合，能够快速得到近似的凸轮廓线方程和相关参数。详细描述：反转法设计相对简单易行，计算量较小，能够快速得到近似的凸轮廓线方程和相关参数。该方法适用于中等精度要求的凸轮机构设计，能够满足大多数实际应用的需求。同时，反转法设计还可以结合其他方法进行优化和改进，进一步提高设计精度和效率。
总结词
凸轮机构可根据不同的分类标准进行分类，如按从动件的运动形式可分为转动凸轮机构、摆动凸轮机构和移动凸轮机构等。
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11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特