凸轮机构解说分析PPT课件
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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
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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
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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
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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
凸轮机构(机械原理)ppt课件
(1) 尖顶移动从动件盘形凸轮机构的设计
S y
-
S
B1
2
S
rb B0
B
S0
O e C0 C
x
xBcos()xB1sin()yB1 yBsin()xB1cos()yB1
尖顶移动从动件盘形凸轮机构
y
B1
-
平面旋转矩阵
xB yB
R
xB1 yB1
S0 S
rb B0
B
cos() sin()
R
AB
O
C F D E
改进型等速运动规律
梯形加速度运动规律
三、从动件运动规律设计：
1、从动件的最大速度vmax要尽量小； 2、从动件的最大加速度amax要尽量小； 3、从动件的最大跃动度jmax要尽量小。
从动件常用基本运动规律特性
运动规律
Vmax
amax
(h /) (h 2/2)
冲击特 性
3）凸轮机构曲线轮廓的设计
4）绘rb制凸e轮机构工作图 rb
§3-2从动件常用运动规律
一、基本运动规律 二、组合运动规律简介 三、从动件运动规律设计
运动循环的类型
S ()
S ()
ΦΦ S Φ '
2π
Φ' S
升-停-回-停型 (RDRD)
S ()
Φ Φ'
2π
Φ' S
升-回-停型 (RRD)
S ()
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。
1、n=1的运动规律 等速运动规律
第六章凸轮机构分析PPT课件
•已知从动件的运动规律[s =s()、v=v()、a=a()]及凸轮
机构的基本尺寸（如r0、e）及转向，作出凸轮的轮廓曲线。
•反转法原理 -
-
B1
s
r0
B0
B
e
假想给正在运动着的整个凸
轮机构加上一个与凸轮角速度
s 大小相等、方向相反的公共角速 度（- ），这样，各构件的相对
运动关系并不改变，但原来以角
以凸轮的转角（或对应的时间）为横坐标， 以从动件的位移为纵坐标所作的曲线，称为从 动件的位移曲线。同样可以作出从动件的速度 曲线、加速度曲线。
设计凸轮机构时，通常只需根据工作 要求，从常用运动规律中选择适当的运 动曲线。在一般情况下，推程是工作行 程，要求比较严格，需要进行仔细研究。 回程一般要求较低，受力情况也比推程 阶段有利，故不作专门讨论。
4' o
3'
2'
1'
12
34
5
6
v
78
性可适冲a用击于、2 高又2h 速没2凸有s轮柔i机性n2 构冲(。击)，
o 123 456 7 8
a
56 78
o 123 4
-amax
当根据工作要求和结构条件选定凸轮机构型式、 从动件运动规律和凸轮转向，并确定凸轮基圆半径 等基本尺寸之后，就可以进行凸轮轮廓设计了。凸 轮轮廓设计的方法有图解法和解析法。
尖顶从动件：尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持接触， 因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸轮呈点 接触，易磨损，只宜用于受力不大的场合。
滚子从动件：改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件， 耐磨损，可承受较大载荷，在工程实际中应用最为广 泛。
平底从动件：它只能与全部外凸的凸轮轮廓作用。其 优点是压力角小，效率高，润滑好，常用于高速运动 场合。
凸轮机构完整ppt课件
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36
滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：
（1）画出滚子中心的轨
迹（称为理论轮廓曲线）
（2）以理论轮廓上的点为
圆心，滚子半径rT为半径作 一系列的滚子圆，再画滚子
圆的内包络线，则为从动件
β′
凸轮的实际轮廓曲线。
理论轮廓曲线
注意：
n
rT r0
B C
n
实际轮廓曲线
β
（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；
44
（2）压力角的校核
凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方
向之间所夹的锐角a称为压力角。
F1Fcoas
F2Fsina
自锁：当α增大到一定程度后，以
至于导路的摩擦阻力大于有效分力 时，无论凸轮给予从动件多大的力， 从动件都不能运动。
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45
4.4.2 压力角的校核
推荐压力角数值 移动从动件[a]=30°
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0
0 0
∞
26
1.等速运动规律
从动件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加 速度趋于无穷大，从而产生无限值惯性力，并 由此对凸轮产生冲击 —— 刚性冲击
因此只适用于低速、轻载的场合。
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27
s h
1.等加速-等减速运动规律
h/2
从动件在一个行程h中，前 半行程做等加速运动，后半 行程作等减速运动的运动规 律。
对心移动从动件
偏置移动从动件
精品
13
（一）凸轮机构的应用及分类
3）按从动件的运动形式分： 摆动从动件
精品
14
（一）凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：力锁合
精品
15
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2021
4.3 盘形凸轮轮廓的设计
设计方法：
1.图解法 2.解析法 设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精 度凸轮，则必须用解析法，但计算复杂。本节主要讨论 图解法。
基本原理：
反转法原理
从动件的运动规律：是指其位移s、速度v和加速度a
等随凸轮转角 而变化的规律。常用的从动件运动规律
有等速运动规律、等加速-等减速运动规律、余弦加速度 运动规律、正弦加速度运动规律等。
2021
1.等速运动规律：
从动件在推 程或回程过程 中的运动速度 为常数的运动 规律。
s
v
h 0
h 0
a 0
从动件在推程始末两处，速度
有突变，瞬时加速度理论上为无
穷大，因而产生理论上无穷大的
惯性力，对机构造成强烈的冲击，
这种冲击称为“刚性冲击”。因
此，等速运动规律只能用于低速
轻载的场合。
2021
2.等加速等减速运动规律
从动件在一个行程中，前半 行程作等加速运动，后半行程 作等减速运动的运动规律。
在推程的始末点和前、后 半程的交接处，产生“柔性 冲击”或“软冲”。因此这 种运动规律只适用于中速、 中载的场合。
第四章 凸轮机构
§4.1 概述 §4.2 常用从动件的运动规律 §4.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法 §4.4 凸轮机构基本尺寸的确定
2021
（一）教学要求 1、了解凸轮机构的特点、类型及应用。 2、掌握凸轮机构的从动件的常用运动规律 3、掌握凸轮轮廓曲线的设计。 4、熟悉凸轮机构基本尺寸的确定。 （二）教学的重点与难点 凸轮机构的从动件的常用运动规律及凸轮轮 廓曲线的设计。
（3）圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体， 可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动
件得到较大的行程。
2021
2.按从动件末端形状分
（1）尖顶从动件凸轮机构 实现预期的运动规律。但从 动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速场合。
（2）滚子从动件凸轮机构 其磨损显著减少，能承受较 大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故 仍不宜用于高速，只能用于中低速。
弧面凸轮式间歇运动机构 自动机床上的走刀机构 2021
4.1.2 凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分
（1）盘形凸轮 1 、2、3盘形凸轮机构简单，应用广泛， 但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较 短。
（2）移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移 动的构件，可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。
2021
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。
2021
4、正弦加速度运动规律
s
h
从动件加速度按正 弦规律变化的运动规律。
2021
4.1 概述
4.1.1 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往复移动 或摆动。2021
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 构简单、紧凑、运动可靠。
（3）平底从动件凸轮机构 若不计摩擦，凸轮对从动件 的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平 底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故 可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
2021
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。
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：
2021
一、凸轮机构的工作过程 1推程、2远休止、3回程、4近休止
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
2021
4.2.2 常用的从动件运动规律
凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规 律，反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状 的轮廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确 定从动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。
运动特征：没有冲击， 故可用于高速。
r
B
s
A A0 1 2
v
34
5 6 ,t
,t a
,t
2021
§1-2 从动件常用运动规律
三、从动件运动规律的选择
1、在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求 来确定。
2、对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。
3、对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦 加速度运动规律或其他改进型的运动规律。
4 2
3
靠模车削机构
2021
2
刀具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。这样一个复杂的运动规律是由一个
作的等。速其回运1 转 动运规动律的完圆全柱取凸决轮于通凸过轮摆凹动槽从曲动线件形来状控。制实现
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
2021
移动从动件
2021
摆动从动件
4.2 凸轮机构的运动特性
4.2.1 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
缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良 好的润滑，容易磨损。 3. 应用：
凸轮机构通常适用于传递动力不大的机械中。尤其广 泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
2021
2
1 1— 凸 轮 ； 2— 从 动 件
内燃机配气凸轮机构
2021
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。
4.3 盘形凸轮轮廓的设计
设计方法：
1.图解法 2.解析法 设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精 度凸轮，则必须用解析法，但计算复杂。本节主要讨论 图解法。
基本原理：
反转法原理
从动件的运动规律：是指其位移s、速度v和加速度a
等随凸轮转角 而变化的规律。常用的从动件运动规律
有等速运动规律、等加速-等减速运动规律、余弦加速度 运动规律、正弦加速度运动规律等。
2021
1.等速运动规律：
从动件在推 程或回程过程 中的运动速度 为常数的运动 规律。
s
v
h 0
h 0
a 0
从动件在推程始末两处，速度
有突变，瞬时加速度理论上为无
穷大，因而产生理论上无穷大的
惯性力，对机构造成强烈的冲击，
这种冲击称为“刚性冲击”。因
此，等速运动规律只能用于低速
轻载的场合。
2021
2.等加速等减速运动规律
从动件在一个行程中，前半 行程作等加速运动，后半行程 作等减速运动的运动规律。
在推程的始末点和前、后 半程的交接处，产生“柔性 冲击”或“软冲”。因此这 种运动规律只适用于中速、 中载的场合。
第四章 凸轮机构
§4.1 概述 §4.2 常用从动件的运动规律 §4.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法 §4.4 凸轮机构基本尺寸的确定
2021
（一）教学要求 1、了解凸轮机构的特点、类型及应用。 2、掌握凸轮机构的从动件的常用运动规律 3、掌握凸轮轮廓曲线的设计。 4、熟悉凸轮机构基本尺寸的确定。 （二）教学的重点与难点 凸轮机构的从动件的常用运动规律及凸轮轮 廓曲线的设计。
（3）圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体， 可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动
件得到较大的行程。
2021
2.按从动件末端形状分
（1）尖顶从动件凸轮机构 实现预期的运动规律。但从 动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速场合。
（2）滚子从动件凸轮机构 其磨损显著减少，能承受较 大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故 仍不宜用于高速，只能用于中低速。
弧面凸轮式间歇运动机构 自动机床上的走刀机构 2021
4.1.2 凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分
（1）盘形凸轮 1 、2、3盘形凸轮机构简单，应用广泛， 但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较 短。
（2）移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移 动的构件，可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。
2021
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。
2021
4、正弦加速度运动规律
s
h
从动件加速度按正 弦规律变化的运动规律。
2021
4.1 概述
4.1.1 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往复移动 或摆动。2021
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 构简单、紧凑、运动可靠。
（3）平底从动件凸轮机构 若不计摩擦，凸轮对从动件 的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平 底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故 可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
2021
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。
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：
2021
一、凸轮机构的工作过程 1推程、2远休止、3回程、4近休止
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
2021
4.2.2 常用的从动件运动规律
凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规 律，反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状 的轮廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确 定从动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。
运动特征：没有冲击， 故可用于高速。
r
B
s
A A0 1 2
v
34
5 6 ,t
,t a
,t
2021
§1-2 从动件常用运动规律
三、从动件运动规律的选择
1、在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求 来确定。
2、对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。
3、对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦 加速度运动规律或其他改进型的运动规律。
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3
靠模车削机构
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2
刀具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。这样一个复杂的运动规律是由一个
作的等。速其回运1 转 动运规动律的完圆全柱取凸决轮于通凸过轮摆凹动槽从曲动线件形来状控。制实现
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
2021
移动从动件
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摆动从动件
4.2 凸轮机构的运动特性
4.2.1 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
缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良 好的润滑，容易磨损。 3. 应用：
凸轮机构通常适用于传递动力不大的机械中。尤其广 泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
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2
1 1— 凸 轮 ； 2— 从 动 件
内燃机配气凸轮机构
2021
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。