机械设计基础课件!凸轮机构H(公开课)
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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
机架
2020/4/13
编制：吕亚清
内燃机配气机构 4
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
缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、
重载
凸轮 推杆 机架
2
10
1
2
3
4
V
pHw 2d0
34 2
1
5 6
7
2020/4/13
0
p2Hw2 2d02
8 012 34
a
10 2 3
4
01 2 3 4
5
6
7
编制：吕亚清
8
56 56 56
H
d0 78 d
d0 78 d
d0 d 78
18
4.正弦加速度运动规律
a
Sine Acceleration
2
1
3
pHw2 0
4
2020/4/13
编制：吕亚清
5
三、分类及应用
1. 按凸轮的形状分 2. 按从动件的形状分 3. 按从动件的运动形式分 4. 按从动件的布置形式分 5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方
法分 6. 小结
2020/4/13
编制：吕亚清
凸轮 推杆 机架
6
1 . 按凸轮的形状分
盘形凸轮plate, 应用
➢ 对整个系统施加-ω运动
特点：设计简单、匀速进给、amax 最大。
∞
始点、末点有刚性冲击。
2020/4/13
编制：吕亚清
16
2. 等加速等减速运动规律Constant Acceleration and Deceleration
(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)
S
V
2Hw
a
H
d0
4Hw2
d0
d d0
d d0
d0 d
力封闭型（力锁合） Force-closed 形封闭型（形锁合）
Fo2020r/4/m13 -closed
编制：吕亚清
11
6. 小结
一般凸轮机构的命名原则: 布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状
对心直 动尖顶 推杆盘 形凸轮 机构
偏置直 动滚子 推杆盘 形凸轮 机构
摆动平底 推杆盘形 凸轮机构
2020/4/13
5. 回程、回程角 '
w
6. 下停程 (近休) 下停程角 (近休止角) s'
rb
s'
' s
r
7. 转角、位移S
8. 行程 (升程)h 2020/4/13
tota编制l：f吕o亚清llower travel or lift
14
一. 凸轮与从动件的运动关系（续）
可见: 从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相 对应的。
编制：吕亚清
2
第三章 凸轮机构 Cam Mechanisms
§3－1 凸轮机构的组成、应用和分类 §3－2 从动件常用运动规律 §3－3 图解法设计凸轮轮廓 §3－4 凸轮机构设计中的几个问题
2020/4/13
编制：吕亚清
3
§3－1 凸轮机构的组成、应用和分类
一、组成
由三个构件组成的一种高副机 构
易磨损，只宜用于轻载、 低速
滚子推杆 Roller
耐磨、承载大，较常用
平底推杆 Flat-faced
接触面易形成油膜，利于 润滑，常用于高速运动
配合的凸轮轮廓必须全部 外凸
2020/4/13
编制：吕亚清
尖顶推杆 平底推杆
滚子推杆
平底推杆
8
3 . 按从动件的运动形式分
直动推杆translating 直
机械设计基础
2020/4/13
编制：吕亚清
主讲：吕亚清 机电工程学院 机械设计研究室
1
第三章 凸轮机构 Cam Mechanisms
凸轮机构常用于将主 动件的连续转动转变 为从动件的往复移动 或摆动，能使从动件 获得任意预先给定的 运动规律，因而广泛 用于各种机械、仪表 和操作装置中。
2020/4/13
§3－3 图解法设计凸轮轮廓Graphical Synthesis of the cam Contour
一、凸轮廓线设计的基本原理
解析法、作图法
➢ 此时，凸轮保持不动
相 对 运 动 原 理 法 : ( 也 称 反 转➢ 推杆作复合运动=反转运
法):principle of inversion
动(- ) +预期运动(s)
往复移动
动 推
轨迹为直线
杆
尖顶推杆
滚子推杆
摆动推杆oscillating
往复摆动
轨迹为圆弧
摆 动
推
动画
杆
2020/4/13
编制：吕亚清
平底推杆
9
4 . 按从动件的布置形式分
滚子推杆
尖顶推杆
偏置offset直动 推杆
2020/4/13
对心in-line直动编制：推吕亚杆清
10
5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分
从动件位移s、速度ν、加速度a随凸轮转角（时间
2020/4/13
编制：吕亚清
t）的变化规律，称为从动件运动规律。
15
二. 从动件常用运动规律
1. 等速运动规律Constant Velocity Motion Curve
(直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
S
V
a
H
d d0
Hw
∞
d0
d
d0
d0 d
(摆线投影位移运
d02
8
0 1 2 34
动Cycloid Motion规
5
律)
7
6 45
V
3
2Hw
2
6
特点：
d0
1
7
d0 5 6 7 8d
d0
加速度变化连续.
08
01 2 S
34
567
8d
H
amax 最大.
2020/4/13
d0
567
01 2 3 4 5 6 7 8d
H
p
4
0
3
编制：吕1亚清 2
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圆柱凸轮cylindrical, 应用
凸轮呈向径变化的盘形 空间凸轮机构
结构简单, 应用最广泛
凸轮轮廓做在圆柱 体上
移动凸轮traslating, 应用
空间运动Biblioteka 凸轮呈板型, 直线移动凸轮
推杆
推杆
推杆
凸轮
凸轮
2020/4/13
编制：吕亚清
7
2. 按从动件的形状分
尖顶推杆 Knife-edge
尖顶始终能够与凸轮轮廓 保持接触，可实现复杂的 运动规律
编制：吕亚清
12
§3－1 从动件的常用运动规律 Follower Motion Curves
一．凸轮与从动件的运动关系 二．从动件常用运动规律
2020/4/13
编制：吕亚清
13
一. 凸轮与从动件的运动关系
1.基圆、基圆半径 rb
2.向径 r
3. 推程、推程角
h
4. 上停程 (远休)
S
上停程角 (远休止角) s
S
H 特点: amax 最小 → 惯性力小。
d
起、中、末点有软性(柔性）
d0
冲击.
2020/4/13
编制：吕亚清
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3.余弦加速度运动规律Cosine Acceleration
(简谐Simple Harmonic运动位移运S动规律)
特点:
78 6 5
加速度变化连续平缓. 4 3
始、末点有软性冲击.
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
机架
2020/4/13
编制：吕亚清
内燃机配气机构 4
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
缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、
重载
凸轮 推杆 机架
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1
2
3
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pHw 2d0
34 2
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5 6
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0
p2Hw2 2d02
8 012 34
a
10 2 3
4
01 2 3 4
5
6
7
编制：吕亚清
8
56 56 56
H
d0 78 d
d0 78 d
d0 d 78
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4.正弦加速度运动规律
a
Sine Acceleration
2
1
3
pHw2 0
4
2020/4/13
编制：吕亚清
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三、分类及应用
1. 按凸轮的形状分 2. 按从动件的形状分 3. 按从动件的运动形式分 4. 按从动件的布置形式分 5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方
法分 6. 小结
2020/4/13
编制：吕亚清
凸轮 推杆 机架
6
1 . 按凸轮的形状分
盘形凸轮plate, 应用
➢ 对整个系统施加-ω运动
特点：设计简单、匀速进给、amax 最大。
∞
始点、末点有刚性冲击。
2020/4/13
编制：吕亚清
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2. 等加速等减速运动规律Constant Acceleration and Deceleration
(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)
S
V
2Hw
a
H
d0
4Hw2
d0
d d0
d d0
d0 d
力封闭型（力锁合） Force-closed 形封闭型（形锁合）
Fo2020r/4/m13 -closed
编制：吕亚清
11
6. 小结
一般凸轮机构的命名原则: 布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状
对心直 动尖顶 推杆盘 形凸轮 机构
偏置直 动滚子 推杆盘 形凸轮 机构
摆动平底 推杆盘形 凸轮机构
2020/4/13
5. 回程、回程角 '
w
6. 下停程 (近休) 下停程角 (近休止角) s'
rb
s'
' s
r
7. 转角、位移S
8. 行程 (升程)h 2020/4/13
tota编制l：f吕o亚清llower travel or lift
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一. 凸轮与从动件的运动关系（续）
可见: 从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相 对应的。
编制：吕亚清
2
第三章 凸轮机构 Cam Mechanisms
§3－1 凸轮机构的组成、应用和分类 §3－2 从动件常用运动规律 §3－3 图解法设计凸轮轮廓 §3－4 凸轮机构设计中的几个问题
2020/4/13
编制：吕亚清
3
§3－1 凸轮机构的组成、应用和分类
一、组成
由三个构件组成的一种高副机 构
易磨损，只宜用于轻载、 低速
滚子推杆 Roller
耐磨、承载大，较常用
平底推杆 Flat-faced
接触面易形成油膜，利于 润滑，常用于高速运动
配合的凸轮轮廓必须全部 外凸
2020/4/13
编制：吕亚清
尖顶推杆 平底推杆
滚子推杆
平底推杆
8
3 . 按从动件的运动形式分
直动推杆translating 直
机械设计基础
2020/4/13
编制：吕亚清
主讲：吕亚清 机电工程学院 机械设计研究室
1
第三章 凸轮机构 Cam Mechanisms
凸轮机构常用于将主 动件的连续转动转变 为从动件的往复移动 或摆动，能使从动件 获得任意预先给定的 运动规律，因而广泛 用于各种机械、仪表 和操作装置中。
2020/4/13
§3－3 图解法设计凸轮轮廓Graphical Synthesis of the cam Contour
一、凸轮廓线设计的基本原理
解析法、作图法
➢ 此时，凸轮保持不动
相 对 运 动 原 理 法 : ( 也 称 反 转➢ 推杆作复合运动=反转运
法):principle of inversion
动(- ) +预期运动(s)
往复移动
动 推
轨迹为直线
杆
尖顶推杆
滚子推杆
摆动推杆oscillating
往复摆动
轨迹为圆弧
摆 动
推
动画
杆
2020/4/13
编制：吕亚清
平底推杆
9
4 . 按从动件的布置形式分
滚子推杆
尖顶推杆
偏置offset直动 推杆
2020/4/13
对心in-line直动编制：推吕亚杆清
10
5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分
从动件位移s、速度ν、加速度a随凸轮转角（时间
2020/4/13
编制：吕亚清
t）的变化规律，称为从动件运动规律。
15
二. 从动件常用运动规律
1. 等速运动规律Constant Velocity Motion Curve
(直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
S
V
a
H
d d0
Hw
∞
d0
d
d0
d0 d
(摆线投影位移运
d02
8
0 1 2 34
动Cycloid Motion规
5
律)
7
6 45
V
3
2Hw
2
6
特点：
d0
1
7
d0 5 6 7 8d
d0
加速度变化连续.
08
01 2 S
34
567
8d
H
amax 最大.
2020/4/13
d0
567
01 2 3 4 5 6 7 8d
H
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编制：吕1亚清 2
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圆柱凸轮cylindrical, 应用
凸轮呈向径变化的盘形 空间凸轮机构
结构简单, 应用最广泛
凸轮轮廓做在圆柱 体上
移动凸轮traslating, 应用
空间运动Biblioteka 凸轮呈板型, 直线移动凸轮
推杆
推杆
推杆
凸轮
凸轮
2020/4/13
编制：吕亚清
7
2. 按从动件的形状分
尖顶推杆 Knife-edge
尖顶始终能够与凸轮轮廓 保持接触，可实现复杂的 运动规律
编制：吕亚清
12
§3－1 从动件的常用运动规律 Follower Motion Curves
一．凸轮与从动件的运动关系 二．从动件常用运动规律
2020/4/13
编制：吕亚清
13
一. 凸轮与从动件的运动关系
1.基圆、基圆半径 rb
2.向径 r
3. 推程、推程角
h
4. 上停程 (远休)
S
上停程角 (远休止角) s
S
H 特点: amax 最小 → 惯性力小。
d
起、中、末点有软性(柔性）
d0
冲击.
2020/4/13
编制：吕亚清
17
3.余弦加速度运动规律Cosine Acceleration
(简谐Simple Harmonic运动位移运S动规律)
特点:
78 6 5
加速度变化连续平缓. 4 3
始、末点有软性冲击.