机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计
机械设计基础-盘形凸轮轮廓的设计与加工
凸轮转角
0°～180°
180°～300°
300°～360°
从动件的运动规律
等速上升30 mm
等加速等减速下降回到原处
停止不动
试设计此凸轮轮廓曲线。
解:设计步骤如下:1．按一定比例尺 =0.002 m/mm绘制从动件的位移线图（见下图(a)）。
对心直尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
二、凸轮机构基本尺寸的确定
1.凸轮机构的压力角
2.基园半径的确定教学方法：利用动画演示作图法设计凸轮轮廓曲线的方法和步骤
课程作业或思考题：1、用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？
参考资料或常用网址：韩玉成.机械设计基础.北京.电子工业出版社；庄宿涛.成都.西南交通大学出版社；徐刚涛.北京.高等教育出版社；http//
教具：多媒体
基本教材：陈立德《机械设计基础》（第四版）
课时安排：4
教学目的（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1.了解凸轮轮廓“反转法原理”的设计方法；2.熟悉作图法设计凸轮轮廓曲线的方法；3.掌握凸轮机构基本尺寸的确定。
教学重点、难点#
重点：作图法设计凸轮轮廓曲线
难点：作图法设计凸轮轮廓曲线
凸轮轮廓的设计原理按从动件的已知运动规律绘制凸轮轮廓的基本原理是反转法。根据相对运动原理，若将上图所示的整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的公共角速度（ ），此时各构件之间的相对运动关系不变。这样，凸轮静止不动，而从动件一方面随机架和导路一起以等角速度“ ”绕凸轮转动，另一方面又按已知运动规律在导路中作往复移动（或摆动）。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。
机械设计与实践教案 项目2 凸轮机构设计 (教案)
项目2 凸轮机构设计1．教学目标（1）了解凸轮机构的分类及应用；（2）了解推杆常用运动规律的选择原则；（3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题；（4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2．教学重点和难点（1）推杆常用运动规律特点及选择原则；（2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；（3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
难点：“反转法原理”与压力角的概念。
3．讲授方法多媒体课件4．讲授时数8学时任务一凸轮机构的应用【任务导入】凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。
受奥拓汽车零部件制造有限公司委托带领学员分析汽车内燃机凸轮机构的工作过程。
【任务分析】在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构，汽车机构也不例外，如图2.1是汽车内燃机凸轮机构的工作简图。
【力学知识】平面汇交力系的简化与平衡方程按照力系中各力的作用线是否在同一平面内，可将力系分为平面力系和空间力系。
若各力作用线都在同一平面内并汇交于一点，则此力系称为平面汇交力系。
按照由特殊到一般的认识规律，我们先研究平面汇交力系的简化与平衡规律。
设刚体上作用有一个平面汇交力系F 1、F 2、…、F n ，各力汇交于A 点（图2.2a ）。
根据力的可传性，可将这些力沿其作用线移到A 点，从而得到一个平面共点力系（图2.2b ）。
故平面汇交力系可简化为平面共点力系。
连续应用力的平行四边形法则，可将平面共点力系合成为一个力。
在图2.3b 中，先合成力F 1与F 2（图中未画出力平行四边形），可得力F R1，即 F R1＝F 1+ F 2；再将F R1与F 3合成为力F R2，即F R2＝F R1+ F 3；依此类推，最后可得F R ＝F 1+ F 2+…+ F n ＝∑F i （2－1）式中 F R 即是该力系的合力。
最新机械设计基础教案——第5章 凸轮机构
第5章凸轮机构（一）教学要求1．了解凸轮机构的工作原理2．掌握常用从动件运动规律及特性3．掌握盘形凸轮轮廓的设计4．了解凸轮机构的尺寸的确定（二）教学的重点与难点1．凸轮的工作原理2．用反转法设计凸轮轮廓3．凸轮的尺寸对其机构的影响（三）教学内容5.1概述5.1.1 概念1．凸轮机构的组成：凸轮是由从动件、机架、凸轮三部分组成的高幅机构。
2．凸轮：是一种具有曲线轮廓或凹糟的构件，它通过与从动什的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
3．特点：结构相当简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。
但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
4．凸轮机构的应用例：内燃机配气机构（如下图所示）靠模车削机构（如下图所示）自动送料机构（如下图所示）分度转位机构（如下图所示）5.1.2 凸轮机构的分类1、按照凸轮的形状分为：(1)盘形凸轮凸轮中最基本的形式。
凸轮是绕固定铂转动且向径变化的盘形零件，凸轮与从动件互作平面运动，是平面凸轮机构。
(2)移动凸轮可看作是回转半径无限大的盘形凸轮，凸轮作往复移动，是平面凸轮机构。
(3)圆柱凸轮可看作是移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的，从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动，是一种空间凸轮机构。
(4)曲面凸轮当圆柱表面用圆弧面代替时，就演化成曲面凸轮，它也是一空间凸轮机构。
2、按锁合方式的不同凸轮可分为：(1)力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；(2)几何锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。
3、按从动件型式分为：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件根据从动件运动型式不同分为直动从动件和摆动从动件。
5.1.3 凸轮和滚子的材料凸轮机构的主要失效形式：磨损和疲劳点蚀要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度。
对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。
机械设计对心直动滚子从动件盘形凸轮的设计
机械设计对心直动滚子从动件盘形凸轮的设计摘要：本文主要介绍了机械设计中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计，包括设计原理、设计方法、设计流程和设计实例等内容。
通过本文的学习，读者可以了解到机械设计中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计技术，从而为机械设计工作提供参考和借鉴。
关键词：机械设计；中心直动滚子从动件；盘形凸轮；设计一、引言在机械设计中，中心直动滚子从动件盘形凸轮是一种常见的传动机构，其主要作用是将旋转运动转换为直线运动。
因此，对于机械设计师来说，掌握中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计技术是非常重要的。
本文将介绍机械设计中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计原理、设计方法、设计流程和设计实例等内容，希望能为机械设计工作者提供参考和借鉴。
二、设计原理中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计原理是利用凸轮的轮廓形状，使滚子在其上滚动，从而实现直线运动。
具体来说，凸轮的轮廓形状可以是圆弧、椭圆、抛物线等，而滚子的数量和大小则根据实际需要进行设计。
在运动过程中，凸轮的轮廓形状决定了滚子的运动轨迹，而滚子的直线运动则通过滑块和导轨等部件实现。
因此，在设计中心直动滚子从动件盘形凸轮时，需要考虑凸轮的轮廓形状、滚子的数量和大小以及滑块和导轨等部件的设计。
三、设计方法中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计方法主要包括以下几个步骤：1. 确定传动比和运动要求：首先需要确定传动比和运动要求，包括传动比、滚子数量和大小、滑块和导轨的设计等。
2. 计算凸轮的轮廓形状：根据运动要求和传动比，计算出凸轮的轮廓形状。
具体来说，可以利用数学模型或计算机模拟等方法进行计算。
3. 设计滑块和导轨：根据凸轮的轮廓形状和滚子的运动轨迹，设计滑块和导轨等部件。
其中，滑块的设计需要考虑其密封性、耐磨性和承载能力等因素。
4. 完善设计：在完成初步设计后，需要进行完善设计，包括进行力学分析、动态模拟和优化设计等。
同时，还需要考虑制造工艺、材料选择和装配等问题。
四、设计流程中心直动滚子从动件盘形凸轮的设计流程主要包括以下几个步骤：1. 确定传动比和运动要求：首先需要确定传动比和运动要求，包括传动比、滚子数量和大小、滑块和导轨的设计等。
机械设计基础第五章凸轮机构
其他应用实例
01
纺织机械
02
包装机械
03
印刷机械
在纺织机械中，凸轮机构被用于控制织 物的引纬、打纬和卷取等运动。通过合 理设计凸轮的形状和尺寸，可以实现织 物的高速、高效织造。
在包装机械中，凸轮机构常用于控制包 装材料的输送、定位、折叠和封口等操 作。通过凸轮的精确控制，可以实现包 装过程的自动化和高效化。
传动比的计算 根据凸轮的轮廓形状和尺寸，以及从动件的运动 规律，可以通过几何关系或解析方法计算出凸轮 机构的传动比。
传动比的影响因素 凸轮机构的传动比受到凸轮轮廓形状、从动件运 动规律、机构中的摩擦和间隙等因素的影响。
凸轮机构的压力角与自锁
压力角的定义
压力角是指从动件受力方向与从动件运动方向之间的夹角。在凸轮机构中，压力角的大小反 映了从动件所受推力的方向与其运动方向之间的关系。
等速运动规律
从动件在推程和回程中均保持匀速运动。
等加速等减速运动规律
从动件在推程和回程中按等加速和等减速规律运动。
简谐运动规律
从动件按简谐运动规律振动。
组合运动规律
根据实际需要，将从动件的运动规律组合成复杂的运动形式。
凸轮机构的尺寸设计
凸轮基圆半径的确定
根据从动件的运动规律和机构的结构要求，确定 凸轮的基圆半径。
03
凸轮机构的类型与特性
盘形凸轮机构
凸轮形状
盘形凸轮是一个具有特定 轮廓的圆盘，其轮廓线决 定了从动件的运动规律。
工作原理
通过凸轮的旋转，驱动从 动件按照预定的运动规律 进行往复直线运动或摆动。
应用范围
广泛应用于内燃机、压缩 机、自动机械等领域。
移动凸轮机构
凸轮形状
移动凸轮是一个在平面上移动的具有特定轮廓的 构件。
机械基础凸轮机构教案
机械基础凸轮机构教案第一章：凸轮机构概述1.1 凸轮机构的定义凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的机械传动机构。
凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的旋转构件，用于转换转动运动为线性或其他形式的运动。
1.2 凸轮的分类按形状分类：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等。
按工作原理分类：正凸轮、逆凸轮、复合凸轮等。
1.3 凸轮机构的特点和应用特点：简单、紧凑、易于控制和调节。
应用：印刷机械、包装机械、机床、汽车等。
第二章：凸轮的轮廓设计2.1 凸轮轮廓的基本参数基圆半径：凸轮与从动件接触点的圆的半径。
顶圆半径：凸轮最高点或最低点的圆的半径。
工作圆半径：凸轮轮廓的最小圆的半径。
2.2 凸轮轮廓的计算按运动规律计算：正弦、余弦、直线等运动规律。
按压力角计算：凸轮轮廓的压力角与基圆压力角的关系。
2.3 凸轮轮廓的设计方法按运动要求设计：确定凸轮的升程、降程和回程。
按力学要求设计：计算凸轮的强度和刚度。
按加工要求设计：选择合适的加工方法和刀具。
第三章：凸轮机构的从动件设计3.1 从动件的分类和特点按形状分类：摆动从动件、直线从动件、滚子从动件等。
按驱动方式分类：曲柄摇杆机构、摆线机构、蜗轮蜗杆机构等。
3.2 从动件的设计要点确定从动件的运动规律和运动要求。
选择合适的从动件形状和尺寸，满足力学和运动要求。
考虑从动件与凸轮的接触条件和磨损情况。
3.3 从动件的设计实例以摆动从动件为例，介绍其设计步骤和注意事项。
分析不同形状和尺寸的从动件对凸轮机构性能的影响。
第四章：凸轮机构的动力特性4.1 凸轮机构的压力角和啮合角压力角：凸轮和从动件接触点处的压力角。
啮合角：凸轮和从动件啮合点处的啮合角。
4.2 凸轮机构的动态特性冲击和振动：凸轮和从动件的接触冲击和振动。
传动误差：凸轮和从动件的啮合误差。
4.3 凸轮机构的动力分析和优化分析凸轮机构的动力特性对整个机械系统的影响。
优化凸轮的形状和参数，减小冲击和振动，提高传动效率。
第五章：凸轮机构的应用实例5.1 印刷机械中的凸轮机构介绍印刷机械中凸轮机构的作用和应用。
机械设计基础第五章
3.余弦加速度运动规律
从动件加速度按余弦规律变 化的运动规律。 在推程始末点处仍存在“软 冲”，因此只适用于中、低速。 但若从动件作无停歇的升— 降—升型连续运动，则加速度曲 线为光滑连续的余弦曲线，消除 了“软冲”，故可用于高速。
4、正弦加速度运动规律
从动件加速度按正 弦规律变化的运动规律。 运动特征：没有冲击， 故可用于高速。
3.按锁合方式分
（1）力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来 保证锁合，如内燃机配气凸轮机构。
（2）形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来锁合。
4.按从动件相对机架的运动方式分
（1）移动从动件凸轮机构 按其从动件导路是否通过凸 轮回转中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮 机构。 （2）摆动从动件凸轮机构
移动从动件
摆动从动件
二、常用的从动件运动规律
（一）平面凸轮机构的基本尺寸及运动参数
一对心直动尖顶从动件盘 形凸轮机构，凸轮上有一最小 向径，以最小向径r。为半径 所作的圆称凸轮基圆，r。称 基圆半径，凸轮以等角速度ω1 逆时针转动。凸轮机构运动过 程如下：
升—停—降—停
凸轮机构的运动过程
（二）常用的从动件运动规律
一、概述
（一）凸轮机构的应用 1. 组成
凸轮机构由凸轮1、从动件2、机 架3三个基本构件组成，是一种高副 机构。其中凸轮是一个具有曲线轮 廓或凹槽的构件，通常作连续等速 转动，从动件则在凸轮轮廓的控制 下按预定的运动规律作往复移动或 摆动。
2. 特点： 优点:只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能实 现从动件所预期的复杂运动规律的运动；凸轮机构结构
（一）凸轮机构的压力角
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。 将从动件所受力F分解为两个 力：
第6章 凸轮机构 (教案)
第6章 凸轮机构1．教学目标（1）了解凸轮机构的分类及应用；（2）了解推杆常用运动规律的选择原则；（3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题；（4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2．教学重点和难点（1）推杆常用运动规律特点及选择原则；（2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；（3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
难点：“反转法原理”与压力角的概念。
3．讲授方法多媒体课件4．讲授时数8学时6.1 凸轮机构的应用及分类6.1.1凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。
在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。
下面我们先看两个凸轮使用的实例。
图6.1所示为内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气门3开启和关闭（关闭时借助于弹簧4的作用来实现的），以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
图6.2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。
刀具的一个进给运动循环包括：1）刀具以较快的速度接近工件；2）刀具等速前进来切削工件；3）完成切削动作后，刀具快速退回；4）刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。
然后重复上述运动循环。
这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。
其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。
由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。
同时，凸轮机构的从动件是在凸轮控制下，按预定的运动规律运动的。
这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。
但是，由于是高副机构接触应力较大，易于磨损，因此，多用于小载荷的控制或调节机构中。
6.1.2 凸轮机构的分类根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种：1．按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮：如图6.1所示，这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。
机械设计基础第五章凸轮机构学习教案
机械设计基础第五章凸轮机构学习教案教案内容：一、教学内容：本节课的教学内容选自机械设计基础第五章，主要涉及凸轮机构的相关知识。
教材的章节包括：凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。
具体内容有：凸轮的形状、凸轮的运动规律、凸轮机构的压力角、基圆半径的计算、凸轮轮廓曲线的绘制等。
二、教学目标：1. 使学生了解凸轮机构的组成和分类，理解凸轮的工作原理。
2. 使学生掌握凸轮的运动规律，能够进行凸轮的设计和计算。
3. 培养学生的动手能力，学会绘制凸轮轮廓曲线。
三、教学难点与重点：重点：凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。
难点：凸轮的运动规律的计算和凸轮轮廓曲线的绘制。
四、教具与学具准备：教具：黑板、粉笔、多媒体教学设备。
学具：教材、笔记本、尺子、圆规、橡皮擦。
五、教学过程：1. 实践情景引入：观察生活中常见的凸轮机构，如洗衣机脱水装置、汽车雨刷等，引导学生思考凸轮机构的作用和原理。
2. 知识讲解：讲解凸轮机构的组成、分类、工作原理及其设计方法。
3. 例题讲解：分析典型凸轮机构的设计案例，讲解凸轮的运动规律的计算和凸轮轮廓曲线的绘制。
4. 随堂练习：让学生动手绘制简单的凸轮轮廓曲线，巩固所学知识。
六、板书设计：凸轮机构1. 组成：凸轮、从动件、支撑件2. 分类：盘形凸轮、圆柱凸轮、球形凸轮3. 工作原理：凸轮的运动规律1. 线速度与角速度2. 加速度与减速度3. 压力角与基圆半径凸轮轮廓曲线的绘制七、作业设计：1. 题目：设计一个盘形凸轮，使其能够实现某个特定的动作。
答案：根据动作要求，计算凸轮的参数，绘制凸轮轮廓曲线。
2. 题目：计算一个给定参数的凸轮的运动规律。
答案：根据凸轮的参数，计算出线速度、角速度、加速度、减速度等运动规律。
八、课后反思及拓展延伸：本节课通过观察生活中的凸轮机构，让学生了解凸轮机构的作用和原理。
通过例题讲解和随堂练习，使学生掌握凸轮的设计方法和轮廓曲线的绘制。
在教学过程中，要注意引导学生思考，培养学生的动手能力。
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
机械原理教案12凸轮机构轮廓曲线的设计
二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。
例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。
从动件运动规律如下表所示：推程 远休止 回程 近休止运动角1120δ=260δ=903=δ490δ=从动件运动规律等速运动正弦加速度运动设计步骤：1、建立推程段的位移方程：18120s δ=，回程段的位移方程：12π181sin 902π90s δδ⎡⎤⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份，并求得对应点的位移。
2、画基圆和从动件的导路位置3、画反转过程中从动件的各导路位置4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。
需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。
如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。
2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。
以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。
显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。
在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。
如图6-19。
r0a A0A1OB0B1内 容3．直动滚子从动件盘形凸轮机构例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。
设计该机构。
设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。
再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。
如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17图6-16图6-17图6-18图6-19内 容5．摆动尖顶从动件盘形凸轮机构已知：基圆半径0r ，摆动从动件的杆长为L （从尖点到从动件回转中心的距离），凸轮回转中心到从动件回转中心的距离a 。
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
《机械设计基础》课程教案主题03 凸轮机构
主题3 凸轮机构一、教学目标了解凸轮机构的应用和分类、从动件的常用运动规律二、课时分配本章绪论共 4 个单元，本章安排 5 个学时。
其中理论学时 4 个学时，实践学时 1 个学时。
三、教学重点从动件的常用运动规律，凸轮机构基本尺寸的确定四、教学难点凸轮机构基本尺寸的确定五、教学内容单元1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构应用如图所示为内燃机控制气阀开闭的凸轮机构，当主动件凸轮1匀速转动时，它的轮廓驱使从动件阀杆2做上下往复移动，从而按预定的时间打开或关闭气阀，以控制燃气准时进入汽缸或废气准时排出汽缸。
如图所示为自动车床刀架进给机构，当凸轮4转动时，其轮廓迫使从动杆3往复摆动，通过固定在从动杆上的扇形齿轮2带动刀架下部的齿条，使刀架1前、后移动，完成所需要的进刀和退刀运动。
由以上两例可知，凸轮机构通常由机架1、从动件2、凸轮3组成，如图33所示。
当凸轮匀速转动时，通过凸轮轮廓与从动件高副接触，驱使从动件做往复移动或摆动。
凸轮机构结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意的运动规律。
在自动化机械中，凸轮机构常与其他机构组合使用，充分发挥各自的优势，扬长避短。
由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，磨损后会影响运动规律的准确性，因此通常用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类1、按凸轮形状分类（1）盘形凸轮（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮2、按从动件形状分类（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件3、按从动件的运动形式分类（1）直动从动件（2）摆动从动件4、按锁合方式分类（1）力锁合（2）形锁合单元2 从动件的常用运动规律一、从动件常用运动规律1、等速运动规律2、等加速等减速运动规律3、简谐运动（余弦加速度运动）规律4、摆线运动（正弦加速度运动）规律单元3 凸轮的轮廓曲线一、反转法原理在整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（－ω1），于是凸轮静止不动，而从动件则与机架（导路）一起以角速度（－ω1）绕凸轮转动，且从动件仍按原来的运动规律相对导路移动（或摆动），如图所示。
机械设计基础-凸轮机构设计
(2)取长度比例尺μl,在纵坐标轴上作出从动件的行程h。 (3)这些平行线与上述各对应的垂直线分别交于点1″、 2″、…、6″,将这些交点连成光 滑的曲线,即为余弦加速度运 动的位移线图。
凸轮机构设计
③ 等径凸轮:如图3-5(c)所示,从动件上装有两个滚子,其 中心线通过凸轮轴心,凸轮 与这两个滚子同时保持接触。这 种凸轮理论轮廓线上两异向半径之和恒等于两滚子的中心距 离,因此等径凸轮只能在180°范围内设计轮廓线,其余部分的 凸轮廓线需要按等径原则确定。
凸轮机构设计
④ 主回凸轮:如图3-5(d)所示,用两个固结在一起的盘形 凸轮分别与同一个从动件 上的两个滚子接触,形成结构封闭。 其中一个凸轮(主凸轮)驱使从动件向某一方向运动, 而另一 个凸轮(回凸轮)驱使从动件反向运动。主凸轮轮廓线可在 360°范围内按给定运动规 律设计,而回凸轮轮廓线必须根据 主凸轮轮廓线和从动件的位置确定。主回凸轮可用于高 精 度传动。
凸轮机构设计
二、 凸轮的分类 1.按凸轮的形状分类 (1)盘形凸轮。如图3-1所示,这种凸轮是绕固定轴转动并
且具有变化向径的盘形构 件,它是凸轮的基本形式。 (2)移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状,如图3-2所示
的凸轮,可视作回转中心位于无穷远时的盘形凸轮,它相对于 机架作直线移动。
凸轮机构设计
凸轮机构设计
(6)远休止:从动件离转轴O 最远处静止不动。凸轮转过 角度Φs 称为远休止角。
(7)回程运动:从动件在弹簧力或重力作用下回到初始位 置,位移由Smax→0,凸轮转 过角度Φ'称为回程运动角。
机械设计基础第4版教学课件第4章 凸轮机构
柔性冲击
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2
6δ
δ
a 4hω2/δ02
δ
第4章 凸轮机构
图4-14 等加速等减速运动规律线图
5 6s
4
3
h
3.简谐运动规律
质点在圆周上作等速运 动时，它在该圆直径上的投 影所构成的运动称为简谐运 动。按简谐运动的定义可作 出其位移线图如图4-15所 示。
b）空间凸轮机构
图4-2 凸轮机构运动简图
第4章 凸轮机构
图图4配-44-气3靠的用模凸于车轮内削机燃加构机工机构 第4章 凸轮机构
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绕线轴
引线杆
A 盘形凸轮
图4-5 绕线机的引线机构 第4章 凸轮机构
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刀架
扇形齿轮
圆柱凸轮
点击播放 图4-6 机床自动进给机构 第4章 凸轮机构
机械设计基础
（第4版）
柴鹏飞 万丽雯 主编
第4章 凸轮机构
第4章 凸轮机构
4.1 凸轮机构的应用及类型 4.2 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 4.3 图解法设计盘形凸轮轮廓 4.4* 凸轮机构设计中的几个问题 4.5* 凸轮的结构与材料
实例分析
第4章 凸轮机构
教学要求
能力目标
1.凸轮机构工作原理分析的能力。 2.图解法绘制凸轮轮廓的能力。
知识要素
1.凸轮机构的结构、特点、应用及分类。 2.从动件常用运动规律及其选择。 3.反转法原理、滚子半径的选择、压力角、基 圆半径的确定。 4．图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法。
第4章 凸轮机构
机械原理-凸轮设计(偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计)
中国地质大学课程论文题目偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计指导老师__ _____________姓名班级学号专业机械设计制造及其自动化院系机电学院日期 2015 年 5 月 30 日解析法分析机构运动——MATLAB辅助分析摘要：在各种机械，特别是自动化和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构，例如盘形凸轮机构在印刷机中的应用，等经凸轮机构在机械加工中的应用，利用分度凸轮机构实现转位，圆柱凸轮机构在机械加工中的应用。
凸轮机构的最大优点是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，而且响应快速，机构简单紧凑。
正因如此，凸轮机构不可能被数控，电控等装置完全代替。
但是凸轮机构的缺点是凸轮轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损，凸轮制造较困难。
在这些前提之下，设计者要理性的分析实际情况，设计出合理的凸轮机构，保证工作的质量与效率。
本次设计的是偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，推杆是滚子推杆，这种推杆由于滚子与凸轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，可用来传递较大动力，因而被大量使用，通过设计从根本上了解这种凸轮机构的设计原理，增加对凸轮机构的认识。
通过用MATLAB软件进行偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，得出理论廓线和工作廓线，进一步加深对凸轮的理解。
一、课程设计（论文）的要求与数据设计题目：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计试设计偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的理论轮廓曲线和工作廓线。
已知凸轮轴置于推杆轴线右侧，偏距e=20mm，基圆半径r0=50mm，滚子半径r r=10mm。
凸轮以等角速度沿顺时针方向回转，在凸轮转过δ2=120°的过程中，推杆按正弦加速度沿顺时针方向回转，在凸轮转过δ2=30°时，推杆保持不动；其后，凸轮在回转角度δ3=60°期间，推杆又按余弦加速度运动规律下降至起始位置；凸轮转过一周的其余角度时，推杆又静止不动。
求实际和理论轮廓线，验算压力角，验算失真情况，确定铣刀中心轴位置。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标及基本要求1.了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。
2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。
3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。
4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。
5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。
二、教学内容及学时分配第一节概述第二节凸轮机构基本运动参数设计第三节凸轮机构基本尺寸设计（第一、二、三节共2学时）第四节凸轮轮廓曲线设计（1.5学时）第五节凸轮机构从动件设计（1学时）第六节凸轮机构的计算机辅助设计（0.5学时）三、教学内容的重点和难点重点：1.凸轮机构的型式选择。
2.从动件运动规律的选择及设计。
3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。
4.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。
难点：凸轮轮廓曲线设计的图解法四、教学内容的深化与拓宽空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。
要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
六、主要参考书目1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：机械工业出版社，20102申永胜主编．机械原理教程（第2版）．北京：清华大学出版社，20053孙桓，陈作模、葛文杰主编．机械原理（第七版）．北京：高等教育出版社，20064石永刚，徐振华．凸轮机构设计．上海：上海科学技术出版社，1995七、相关的实践性环节凸轮机构运动参数测试实验。
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授课教案
No
任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟
复习上次课学习内容
二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。
15分钟
本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。
教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理
（2）分小组学习: 40分钟
3.1.1常用设备中的凸轮机构
1. 凸轮机构的组成
如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。
2.凸轮机构应用实例
自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。
3.1.2凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种：
1.按凸轮形状分类
(1）盘形凸轮（2）移动凸轮。
（3）圆柱凸轮
2.按从动件形式分类
（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件
从动件的结构形式
3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No
（1）直动从动件
直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。
直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。
（2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。
4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合
利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触，
（2）形锁合
利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。
3.1.3凸轮机构的常用术语如下：
1.凸轮基圆与基圆半径b r
2.凸轮的转角δ
凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。
具体包括推程运动角0δ、远停程运
动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S
δ'。
3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。
3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图
在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。
从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运
动规律）等常用运动规律。
1.等速运动规律
No
2.等加速等减速运动规律
3.余弦加速度运动规律（简谐运动规律）
3.1.4凸轮机构的结构形式
凸轮机构的结构形式具体包括凸轮的结构形式和滚子从动件的结
构形式。
1.凸轮的结构形式
常见凸轮的结构形式：对基圆小的凸轮，常常与轴做成一体，称为
凸轮轴。
对基圆较大的凸轮，则做成套装结构，即把凸轮开孔，套装在
轴上。
2.滚子从动件的结构形式
滚子从动件的滚子，可以是专门制造的圆柱体；也可以采用滚动轴
承。
滚子与从动件顶端可采用螺栓联接，也可以采用小(胀)轴联接，应
保证滚子相对从动件能灵活转动。
3.1.5凸轮机构的常用材料及热处理
对低速、轻载的盘形凸轮机构，可以选用HT250、HT300、QT900
－2等作为凸轮材料。
对中速、中载的凸轮机构，凸轮常使用45、40Cr、20Cr、20CrMn
等材料，从动件可以用20Cr等低碳合金钢，并经过表面淬火处理，低
碳合金钢主要应进行渗碳淬火。
对高速、重载凸轮机构，通常选用无冲击的从动件运动规律。
凸轮
可以选用40Cr等中碳合金钢。
No
No
授 课 内 容
任务3.2 直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
一、复习10分钟
复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。
15分钟 根据从动件运动线图（运动规律），运用图解法设计滚子对心直动从动件盘形外凸轮轮廓。
教师介绍本任务的学习内容：盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理；尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计；滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计；偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计；对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计。
（2）分小组学习: 40分钟
3.2.1盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理
凸轮轮廓设计图解法的基本原理是“反转法”原理，根据这一原理可以做出盘形凸轮的轮廓曲线。
反转法原理
3.2.2尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 假设尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径为b
r ，凸轮的角速度为 ，方向为顺时针方向，从动件运动线图（运动规律）如图所示，则凸轮轮廓设计步骤如下：
1.选取适当比例μ1＝1，将从动件位移线图的推程转角180°和回程运动角90°所对应的范围分别作若干等分。
2.取相同的比例尺μ1＝1，以
b
r 为半径作基圆，基圆与导路的交点
()
00C B 即为从动件尖顶的起始位置。
学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT 、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No
从动件运动线图若干等分图 图解法设计尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓
3.在基圆上自0OC 开始，沿“ω-” 方向依次取0
0180=δ，
030=S δ，00
90='δ，060='S δ，并将0δ、0δ'分成与位移线图对应的若干等份，得1C ，2C ，…，9C 各点，连接1OC ，2OC ，…，9
OC 各个径向线并延长，得到从动件导路在反转过程中的一系列位置线。
4.沿着各个位置线自基圆的径向，向外量取C 1B 1=11′，C 2B 2=22′，…，
C 9B 9=99′，由此得到尖顶从动件反转过程中的一系列位置1B ，…，9B 。
5.将1B ，2B ，…，9B 各点依次连接成光滑的曲线，即得到所求的凸轮轮廓曲线。
3.2.3滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计
1.把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法做出一条轮廓曲线0η，称为凸轮的理论轮廓曲线，
是滚子中心相对于凸轮轮廓的运动轨迹。
2.以理论轮廓曲线0η上的点为圆心，以滚子半径T r 为半径作一系列
滚子圆（取与基圆相同的长度比例
尺），再作这些滚子圆的内包络线η，称为凸轮的实际轮廓曲线，η是滚子从动件直接接触的凸轮轮廓（凸轮的工作轮廓），故称之为凸轮的实际轮廓曲线。
3.2.4偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计
，从动件导路偏离凸轮回转中心的距离e 为偏心距（简称为偏距）。
以O 为圆心、偏距e 为半径所作的圆称为偏距圆。
应用反转法原理设计凸轮轮廓。
学生在老师的指导下分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报
No
3.2.5对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计
平底从动件凸轮轮廓曲线的绘制与滚子从动件相仿，如图3-21所
示，也要分两步进行图解法绘制：
1.把从动件的平底与从动件的导路中心线的交点0B 看作尖顶从动件的尖顶，按
照尖顶从动件凸轮轮廓曲线的画法，求出导路中心线与平底的各交点1B ，2B ，3B …； 2.过以上各交点1B ，2B ，3B …作一系列表示平底的直线，然后作此直线族的包络线，即得到盘形凸轮的轮廓曲线。
（3）任务实施10分钟
【任务内容】：已知凸轮的基圆半径为b r ，凸轮的角速度为 ，方向为顺时针方向，试运用图解法设计滚子对心直动从动件盘形外凸轮轮廓。
解法设计滚子从动件盘形外凸轮轮廓时，可以把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法做出一条轮廓曲线0η，以理论轮廓曲线0η上的点为圆心，以滚子半径T r 为半径作一系列滚子圆，再作这些滚子圆的内包络线η，η就是所求的外凸轮的实际轮廓曲线。
（4）教师点评任务实施情况并进行评价。
5分钟
（5）教师小结，解析本任务的重点和难点。
布置作业与下次课预习内容。
10分钟
盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理； 尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计 三、课后任务
1.完成作业：课后练习。
2.让学生在生活中去发现本任务讲解的内容。
3.复习并预习下次课内容：任务
4.1
学生在老师的指导下
分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报。