机械设计基础-凸轮
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构凸轮机构是机械设计中常见的一种机构，用于实现转动运动和直线运动的转换。
它由凸轮和连杆机构组成，具有简单、可靠、紧凑的优点。
本文将介绍机械设计基础凸轮机构的工作原理、应用领域以及设计要点。
一、凸轮机构的工作原理凸轮机构是通过凹凸轮运动对连杆机构施加力，使其发生直线运动。
凸轮的外轮廓形状决定了连杆机构的运动规律。
凸轮可以分为四种基本形状：圆形、椭圆形、心形和指字形。
不同形状的凸轮在工作过程中会给连杆机构带来不同的速度和加速度。
凸轮机构的工作过程可以分为四个阶段：进给段、暂停段、退出段和暂停段。
在进给段，凸轮逐渐使连杆机构向前运动，实现直线运动。
在暂停段，凸轮暂停与连杆机构接触，使连杆机构停止运动。
在退出段，凸轮逐渐使连杆机构向后运动，实现回程。
最后，在暂停段凸轮继续暂停与连杆机构接触，使连杆机构再次停止。
二、凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛应用于机械设计中的各个领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 发动机：凸轮机构用于气门控制，通过凸轮来控制气门的开闭，实现燃烧室内的气体进出，从而实现发动机的工作。
2. 压力机：凸轮机构用于控制压力机的上下运动，实现工件的压制或切割。
3. 包装机械：凸轮机构用于控制包装机械的送料、密封和分切等工作，实现自动化包装的功能。
4. 自动化流水线：凸轮机构用于控制流水线上的传送带、工作台等部件的运动，实现产品的加工和组装。
5. 机床：凸轮机构用于控制机床上的工作台、进给机构等部件的运动，实现加工工件的精确定位和运动控制。
三、凸轮机构的设计要点在设计凸轮机构时，需要注意以下几个要点：1. 凸轮的轮廓形状：根据实际需求选择合适的凸轮轮廓形状，确保连杆机构的运动规律符合设计要求。
2. 凸轮与连杆机构的配合方式：凸轮与连杆机构之间应具有良好的配合性能，避免偏差和间隙过大导致机构失效或运动不稳定。
3. 连杆机构的设计：根据实际应用需求设计连杆机构，包括长度、角度和材料等参数的选择，确保机构的工作性能满足要求。
机械设计基础——凸轮机构
结论:
内凹凸轮廓线： 滚子半径无限制
外凸凸轮廓线： 理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径, 即rmin>rr
一般rr=0.8 rmin实际设计时，应保证rmin -rr [ra] =3~5 mm
故如果不满足要求，可以：增加整个理论轮廓的 曲率半径；缩小滚子半径。
3.6.2. 凸轮机构的压力角 1. 压力角a 与驱动力 F
-
实际廓线
3.6 凸轮机构设计中应注意的几个问题
（1）滚子半径的选择
设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子 的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮 廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的 运动规律。
滚子半径的选择
①.凸轮理论轮廓为内凹时
由图(a)可得
ρ' =ρmin+rT
实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率 半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮 廓曲线。
ω和从动件的运动规律，设计该凸
轮轮廓曲线。
2. 凸轮轮廓设计——作图法 （1）选取适当的比例尺作出
尖顶移动从动件盘型凸轮机构 位移线图； S
B0 B1
c0 c1
B2
o
h 2p
1 234567 8
90º 120º 150º
δ
（2）按基本尺寸作出凸轮机构的
rb
90º c2
初始位置；
c8
B8
c7 c6
B7
移动凸轮
当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动 凸轮，一般作往复移动，多用于靠模仿形机械中 。
形锁合凸轮
为保证凸轮机构能正常工作，必须保持凸轮轮廓与从动件 相接触，该机构是靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保持 两者的接触。
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构1. 引言凸轮机构是机械设计中常用的一种机构，通过凸轮的旋转运动，使其上的凸轮副与其他零部件发生相对运动，从而实现特定的机械功能。
本文将介绍凸轮机构的基本概念、设计原则以及常见的凸轮机构类型。
2. 凸轮机构的基本概念凸轮机构由凸轮和从动件组成，其中凸轮是凸轮机构的核心部件，决定了从动件的运动规律。
凸轮可以是圆形、椭圆形、心形等不同形状，根据不同的设计需求选择不同的形状。
从动件是凸轮上的接触件，通过凸轮的旋转运动，从动件与其他零部件发生相对运动，实现机械功能。
常见的从动件有凸轮挤压件、滑块和摇杆等。
3. 凸轮机构的设计原则设计凸轮机构时应遵循以下原则：•机构运动规律：根据机械功能需求确定凸轮的运动规律，将其转化为凸轮的轮廓曲线，从而确定凸轮的形状。
•受力分析：在凸轮机构运动过程中，对从动件受力进行合理的分析和计算，确保从动件不会发生过大的应力和变形，保证机构的可靠性和稳定性。
•声、振动和能量损失的控制：凸轮机构在运动过程中会产生一定的声音、振动和能量损失，需要通过合理的设计控制其产生的程度，降低噪声、振动和能量损失。
•结构的紧凑性和制造的可行性：凸轮机构的结构需尽可能紧凑，减少零部件数量，简化制造工艺，降低制造成本。
4. 常见的凸轮机构类型4.1 凸轮挤压件机构凸轮挤压件机构是最常见的凸轮机构类型之一。
它由凸轮和挤压件组成，通常用于压铸、冷挤压、热压实等加工过程中。
通过凸轮的旋转运动，挤压件对工件进行加工，使工件形成特定的形状。
凸轮挤压件机构凸轮挤压件机构4.2 滑块机构滑块机构是另一种常见的凸轮机构类型。
它由凸轮和滑块组成，通过凸轮的旋转运动，滑块在滑道上做直线运动。
滑块机构常用于液压系统、工艺装备等领域。
滑块机构滑块机构4.3 摇杆机构摇杆机构由凸轮和摇杆组成，通过凸轮的旋转运动，驱动摇杆做往复运动。
摇杆机构常用于发动机、输送带等机械设备中。
摇杆机构摇杆机构5. 结论凸轮机构在机械设计中扮演着重要的角色，通过不同凸轮形状和从动件的组合，可以实现多种不同的机械功能。
机械设计基础--第四章(凸轮机构)
二、学习指导
图4-10
三、典型实例分析
例4-1 试设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。已 知凸轮以等角速度1逆时针方向转动，偏距e =10mm，凸轮 的基圆半径 rb= 50mm，从动件的升程h=20mm，滚子半径rT =10mm，h=120 o，s=90 o，h=90 o，s=60 o。从动件在推 程作等加速等减速运动，回程作等速运动。试用图解法绘制 凸轮的轮廓。
二、学习指导
图4-1
图4-2
二、学习指导
2. 凸轮机构的特点 ⑴ 优点是：只需确定适当的凸轮轮廓就可使从动件得到任
意预期的运动规律，结构简单，体积较小，易于设计。
⑵ 缺点是：由于凸轮与从动件是高副接触，压力较大，易 磨损，故不宜用于大功率传动；又由于受凸轮尺寸限制，凸轮
机构也不适用于要求从动件工作行程较大的场合。
高等院校现代机械设计系列教材
Fundamentals of Machine Design
（第四章）
第四章
凸轮机构
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五、复习题参考答案
回目录
一、基本内容及学习要求
⒈ 基本内容 (1) 凸轮机构的应用和分类；
(2) 从动件的常用运动规律；
(3) 按已知运动规律绘制平面凸轮轮廓；
(4) 凸轮机构设计中应注意的几个问题。
一、基本内容及学习要求
⒉ 学习要求 ⑴ 了解凸轮机构的应用和分类方法。 ⑵ 掌握等速运动、等加速等减速运动规律的特点及位移 线图的绘制方法，能分析凸轮机构产生刚性冲击或柔性冲击 的原因。 ⑶ 掌握直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制方法。 ⑷ 掌握任意位置时凸轮机构压力角的绘制。了解选择滚 子半径的原则、压力角与自锁的关系及基圆半径对压力角的 影响等。
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
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。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，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。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
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。
机械设计基础 凸轮机构
凸轮机构
19
1）按前述方法求得尖顶从动件的 B0、B1、B2、
...... 各点； 2）过 B0、B1、B2、B3、...... 各点作平底的 各个位置； 3）作这些平底的包络线即为对心直动 平底从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 注意：这种凸轮不能设计成 有内凹部分的；
平板移动凸轮： rb —→ ∞
圆柱回转凸轮： 可以看成是绕在圆柱体上的移动凸轮。
工业设计机械基础
2）按从动件端部的形状分： 尖顶从动件： 平底从动件： 滚子从动件：
凸轮机构
4
3）按从动件的运动方式分： 直动从动件：
摆动从动件：
4）按凸轮与从动件的封闭方式分： 力闭合（封闭）： 形闭合（封闭）：
工业设计机械基础
凸轮机构
16
5）确定从动件与凸轮在不同转角处接触点的位置；
过 B’1、B’2、B’3、......各点沿导路方向分别截取线段 B’1B1 = 11’、 B’2B2 = 22’、 B’3B3 = 33’、...... ，所以 B0、 B1、B2、B3、...... 各点就是反
转后尖顶从动件尖端与凸轮接触点的一系列位置。
t 2 t 1 s2 h sin t1 t1 2 h v2 t1 2 t 1 cos t1 2 h 2 t a 2 2 sin 加速度 —→ 正弦 t1 t1
由图知，在从动件行程的始、末位置加速
度均无突变，且为零。 —→ 凸轮机构将不产生任何冲击。 ∴ 摆线运动规律适用于高速凸轮传动。
应保证平底总与
凸轮相切而不相交。
工业设计机械基础
四、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
凸轮机构
机械设计基础-凸轮机构
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
小结
1、凸轮机构的基本组成 2、凸轮机构的应用特点 3、凸轮机构的基本类型
轮廓及从动件运动规律
基本术语 B'
h
1、基圆：凸轮轮廓上最小向径
e
r0为半径的圆
A
2、推程及推程运动角dt，
t
B
行程：h(最大位移) 3、远休止角ds
r0 O
B1 s
s'
h C1
C
4、回程及回程运动角dh D
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
棘轮机构基本结构如图7—l所示， 由棘轮3、棘爪2、4与主动摆杆 1、机架5组成。 主动摆杆1空套在与棘轮3固联 的从动轴上，驱动棘爪2与主动 摆杆1用转动副O1相联，止动棘 爪4与机架5用转动副O2相联， 弹簧6可保证棘爪与棘轮啮合。
当主动摆杆作往复摆动时，从动棘 轮作单向间歇转动。
特点
优点:只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线， 就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所 预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮 机构结构简单、紧凑、运动可靠。
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。
凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛 应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
5、近休止角ds’
尖底偏置直动推杆
盘形凸轮机构
推杆的运动分析
0°
推杆位移 s=f (t)
t
特别，当凸轮匀速转动时：
B'
s = s (d)；v =v (d)； a =a (d)
推杆位移线图
A
s
t
B
s BC
B1 s
机械设计基础——凸轮机构
适用场合：中速、轻载。
A
B
t
S
t
a
t t
c).简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
简谐运动：当一点在圆周上等速
运动时，它在直径上 的投影的运动.
运动特性：这种运动 规律的加速度在起点和终 点时有有限数值的突变， 故也有柔性冲击。
适用场合：中速、中载。
d).正弦加速度运动规律
——摆线运动规律
凸轮和滚子的工作表面要求：硬度高 耐磨 有足够接触强度
经常受冲击的：凸轮芯部有较强的韧性 凸轮材料：40Cr钢（表面淬火，HRC40～45) 20Cr、20CrMnTi（表面淬火,HRC56～62) 滚子材料：①20Cr钢（渗碳淬火，HRC56～62) ②用滚子轴承作为滚子
5.2 常用从动件运动规律
r0↑， α↓， 凸轮机构传力性能越好， 但机构不紧凑。
∴可通过增大基圆半径r0来获得较小的压力角α 。 根据结构条件→基圆半径r0
凸轮轴：r0略 r轴 单独凸轮：r0 （ 1.6 2）r轴
5.4.3 滚子半径的确定
设：滚子半径为rT ，理论廓线的曲率半径为ρ，
实际廓线的曲率半径为ρ’。
已知：基圆半径为r0, ω逆时针，推杆的运动规律如图所示。 设计：对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
2.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构
已知: 基圆半径为r0,滚子半径rT, ω逆时针。 推杆的运动规律如图所示。 设计：对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
3.对心直动平底从动件盘形凸轮机构
◆使凸轮机构具有良好的动力特性；
◆使所设计的凸轮便于加工。 2.根据工作条件确定从动件运动规律 (1)对无一定运动要求,只需对从动件工作行程有要求。
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
03机械设计基础-凸轮机构
s2 = h
2h
(δ t δ 1 )
2
a2 =
4hω
2 1
δ t2
如图３-8所示。
等加速部分可按下述方法画出：在横坐标 轴上分成若干等份，得1、2、3各点，过这些点 作横轴的垂线。再过点O作任意的斜线OO`，在 其上以适当的单位长度自点O按1：4：9量取对 应长度，得1、4、9各点。连接直线9-3”，并分 别过4、1两点，作其平行线4-2”和1-1”，分别 与S2轴相交于2”、1”点。最后由1”、2”、3”点 分别向过1、2、3各点的垂线投影，得1`、2`、 3`点，将这些点连接成光滑的曲线，同样可得 等减速度段的抛物线。
§３-2 从动件的常用运动规律
从动件的运动规律即是从动件的位移s、 速度v和加速度a随时间t变化的规律。当凸 轮作匀速转动时，其转角δ与时间t成正比 （δ=ωt），所以从动件运动规律也可以用 从动件的运动参数随凸轮转角的变化规律来 表示，即s=s（δ），v=v（δ），a=a（δ）。 通常用从动件运动线图直观地表述这些关系。
图３-15偏置移动尖顶从动件盘形凸轮
5．摆动从动件盘形凸轮轮廓
已知从动件的角位移线图（图３-16b）， 凸轮与摆动从动件的中心距lOA，摆动从动 件的长度lAB，凸轮的基圆半径rmin，以及凸 轮以等角速度ω1逆时针回转，要求绘出此凸 轮的轮廓。仍用“反转法”求凸轮轮廓 。
图３-16 尖顶摆动从动件盘形凸轮
2．对心移动滚子从动件盘形凸轮
其凸轮轮廓设计方法如图３-13所示。首 先，把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按照 上面的方法画出一条轮廓曲线β0。再以β0上各 点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆， 最后作这些圆的内包络线β，它便是使用滚子 从动件时凸轮的实际轮廓，而β0称为此凸轮的 理论轮廓。由作图过程可知，滚子从动件凸轮 轮廓的基圆半径rmin应当在理论轮廓上度量。
机械设计基础第4章
如图4-25a所示，已知某对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的基圆
半径为r0，凸轮以角速度沿逆时针方向转动，行程为h，推程运
动角=〖120°〗^，远休止角s = 60°，回程运动角′=90°，
近休止角s′=90°，凸轮的位移曲线如图4-25b所示。下面用作
图法求凸轮轮廓。
高副接触的实例，用凸轮来控制进、排气阀门的启闭。
• 3.利用几何形状来维持接触
（1）槽凸轮机构：如图4-8a所示，凸轮轮廓曲线做成凹槽，从动件的
滚子置于凹槽中，依靠凹槽两侧的轮廓曲线使从动件与凸轮在运动过
程中始终保持接触。
（2）等宽凸轮机构：如图4-8b所示，从动件做成矩形框架形状，而凸
轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架上下两侧的宽度，因
（1）直动从动件
如图4-5所示，从动件作往复直线移动。
（2）摆动从动件
如图4-6所示，从动件作往复摆动。
• 三、凸轮与从动件维持高副接触的方式
• 1.利用重力维持接触
利用重力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触的凸轮机构，又称为
力封闭型凸轮机构。
• 2.利用弹簧力维持接触
如图4-7所示发动机凸轮机构的基本形式，它是利用弹簧力来维持
（2）滚子从动件
如图4-5b所示，示为平底从动件，从动件与凸轮轮廓
之间为线接触，接触处易形成油膜，润滑状况好。
（4）球面从动件
如图4-5d所示，从动件为一球面。球面从动件
克服了尖底从动件的尖底易磨损的缺点。在工程中的应用也较多。
• 3.按从动件的运动形式分类
第四章
凸轮机构
第一节 凸轮机构概述
• 一、凸轮机构的组成和特点
• 1. 凸轮机构的组成
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构在机械设计中，凸轮机构是一种常见且重要的机械传动机构，它利用凸轮的凸缘与从动件（如滚子或柱塞）的凹槽相互作用，将旋转运动转换为直线运动或者其他特定的运动形式，广泛应用于各种机器和设备中。
下面将介绍凸轮机构的基本原理和常见类型，并探讨其在机械设计中的应用。
凸轮机构是一种基于凸轮运动的机械传动机构，其工作原理是通过凸轮的不规则形状使凹槽中的从动件产生预期的运动。
凸轮可以是一个圆柱体的一部分，也可以是一个分离的轴螺栓，并且可以具有各种形状的凸缘。
凹槽中的从动件可以是滚子、柱塞、针杆等。
凸轮机构常见的基本动作包括推动、提升、转动、倾斜、抛射等。
凸轮机构的工作过程中，凸轮的凸缘和从动件的凹槽在运动过程中不断接触和分离，从而实现所需的运动形式。
凸轮的凹槽形状和凸度的大小直接影响从动件的运动形态和速度。
在凸轮机构的设计中，需要考虑凸轮的基本形状、凹槽的形状和尺寸以及凸轮和从动件之间的相对位置等因素。
同时，还需要对从动件的负载、速度和运动惯量等进行估算和计算，以确保凸轮机构可以正常工作并满足设计要求。
凸轮机构在机械设计中有广泛的应用。
最常见的应用是在内燃机中，凸轮机构用于驱动气门的开启和关闭，控制燃气的进出，实现正常的运转。
此外，凸轮机构还可以用于机床上的工件夹持、印刷机上的纸张送纸、纺织机上的细纱传动等。
另外，凸轮机构还可以用于高精度和高速度的机械系统中。
例如，在印刷机上，凸轮机构被用来实现纸张进给、定位和印刷等动作，凸轮的凹槽形状和凸度的大小非常关键，以确保纸张的正确进给和精确的印刷位置。
此外，凸轮机构还可以通过改变凸轮的形状和凹槽的设计，实现多种复杂的运动形式。
例如，通过使用多个凸轮和从动件，可以实现复杂的步进运动、循环运动和连续运动。
这种应用在自动化生产线、工业机器人和动画制作等领域非常常见。
总而言之，凸轮机构作为一种常见的机械传动机构，通过凸轮的运动将旋转运动转换为直线运动或其他特定的运动形式。
机械设计基础课件-凸轮
四．滚子半径rr的选择
1. 外包络
理论廓线最小 曲率半径>0， 实际廓线平滑。
2. 内包络
>rr，ar>0， 即，实际廓 线平滑。
＝rr，ar＝0， 即，实际廓 线变尖。
<rr，ar <0， 则过度切割， 运动实真。
—理论廓线最小曲率半径， a—实际廓线曲率半径
b rr
a
a= +rr
a
rr
>rr a= -rr>0
F
OP＝ v ds d ds dt dt d
tan
ds d
e
ds d
e
s s0 s r02 e2
r0
ds
d
e
tan
2
s e2
B
A
O DP e n
说明：
• ∝1/r0，在满足≤ []条件下，尽量选用较小的r0 • 偏距有“＋－”号（具体后面讲） •r0越小，机构越紧凑。
三．从动件偏置方向的选择
ω”
反转法（转化机构）
给
整 个
凸轮“ω－ω=0”静止
凸
轮
机
构
随机架以
加
“－ ω”绕
上 “ －
从动件实现 复合运动
O转动
在导轨内
运动
尖顶运动轨迹 为凸轮廓线
二、用作图法设计凸轮轮廓
凸轮机构的设计步骤
1）、合理选择凸轮和从动件的形式，确定从动 件的运动规律 2）、确定凸轮的基圆半径 3）、设计凸轮的轮廓 4）、分析凸轮轮廓是否合理 5）、设计结构和材料选择。
t h
s)
v
h 2 h
sin
(
t h
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a
动件作无停歇的升--降--升连续运
δ
动时，加速度曲线变成连续曲线，
o
t
可用于高速场合。
从动件的常用运动规律
可采用摆线运动规律来避 免产生柔性冲击。摆线运动规律 也称正弦加速度运动规律，其运 动示意图如右图。速度、加速度 在运动过程中都没有发生突变。
s
5?? 6??
5? 6?
4??
4?
3??
3?
h
5?? 6?? 4??
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h
2?
动规律，从动件在推程或回程按
2??
1?
δ
此规律运动。 运动线图
s
?
h?
2
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cos??? ?
π
?t
?
????? ??
1?? o 1 2 3 4 5 6
t
δt
v
动力特性 加速度在运动的起
始和终止位置有突变。
o
δ
t
存在柔性冲击 (F=ma)
适用场合 中速中载。当从
第四章 凸轮机构
第一节 凸轮机构的组成、应用和分类 第二节 从动件的常用运动规律 第三节 凸轮的轮廓线设计 第四节 凸轮设计中的几个问题
第一节 凸轮机构的组成、应用和分类
一、凸轮机构的组成及应用
机架 从动件
凸轮
内燃机配气机构
自动机床进给机构
◆组成：由凸轮、从动件和机架组成三构件高副机构。
◆特点：可使从动件实现各种复杂的运动规律，结构简单 紧凑，易于设计；但因含点、线接触的高副，易磨损。
2?
2??
1?
δ
1?? o 1 2 3 4 5 6
t
δt
v
δ
o
t
a
δ
o
t
第三节 凸轮的轮廓线设计
设计问题 按给定的从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线。 设计方法 图解法：直观，简单；但误差大，效率低，适用于不重要 的凸轮。 解析法：精确，高效，可直接用于数控加工编程，适用于 高速和高精度凸轮。
一、设计的基本原理
o
运动线图
v
从动件位移方程
S2
?
1 2
at 2
抛物线
o
动力特性 加速度在运动的起始、
中间和终止位置有突变。
a
存在柔性冲击 (F=ma)
o
适用场合 中速轻载。
6? 5? 4?
3? 2? 1?
1δt/22
34 5
δt
a0
h/2
h
h/2
δ
6
t
δ
t
δtBiblioteka 从动件的常用运动规律（三）简谐运动规律
s
定义 当质点在圆周上作匀 速运动时，其在该圆直径上的投 影所构成的运动规律称为简谐运
摆动从动件盘形凸轮机构
例 图示尖顶摆动从动件盘形 凸轮机构。已知凸轮基圆半径 rb＝ 30mm，凸轮轴心与从动件转轴之间 的中心距 lOA=75mm，从动件长度为 LAB=60mm，凸轮以等角速度 ω逆时 针转动，从动件的运动规律如下表。 试绘制该凸轮的轮廓曲线。
凸轮转角δ 从动件摆角φ
0 °~ 180 ° 简谐上摆30°
O
a
存在刚性冲击 (F=ma)
∞
适用场合 一般在启动与终止段用
其它运动规律进行过渡，以减小冲击。 O 可适于低速、轻载、从动件质量不大，
有匀速要求的场合。
? ?t
? ?t
? ?t
－∞
从动件的常用运动规律
（二）等加速等减速运动规律 s
定义 从动件在推程或回程的
前半行程作等加速运动，后半行程
作等减速运动。
◆应用：各种机械，尤其是自动机械，主要是传递运动。
凸轮机构的组成、应用和分类
一、凸轮机构的分类 1）按照凸轮形状分类: 盘形、移动、圆柱
2）按照从动件形状分类: 尖顶、平底、滚子
3）按照从动件运动方式分类: 直动、摆动 4）按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类:
力封闭型（重力、弹力） 形封闭型
第二节 从动件的常用运动规律
反转法 根据相对运动原理，
若给整个凸轮机构附加一个 -ω运动，
机构的相对运动不变。此时，凸轮 相对静止，从动件则在反转的同时 相对凸轮作往复移动。
凸轮的轮廓线设计
二、移动从动件盘形凸轮轮廓设计 解:1．作位移曲线
（一）尖顶对心移动从动件
已知：rb 、h、ω1、从动件运动规律
凸轮转角
从动件运动
0 ? 180 ?
180 °~ 300 ° 300 °~ 360 °
等加速、等减速 返回始点
停止摆动
凸轮的轮廓线设计
解 1．绘制从动件角位移线图，φ—δ。
凸轮转角δ 0°~ 180 ° 180°~ 300 ° 300°~ 360°
从动件摆角φ
简谐上摆30°
等加速、等减速 返回始点
停止摆动
φ
56 4 3
2
φ5 φ4 φ3 φ2 φ1
随时间 t 或凸轮转角?的变化规律。通常用运动方程或运动线图
来描述。
常用运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律和 简谐运动规律。
从动件的常用运动规律
（一）等速运动规律
s h
定义 从动件在推程或回程作
等速运动。
运动线图
O
v 动力特性
启动瞬间: 速度由0→v0，a 由0→∞
v0
终止瞬间: 速度由v0→0，a 由0→－∞
1．按尖顶从动件
B10
A0
A10 B9
ω1
A9
B8
作理论轮廓线一系列点
B0 A1 B1 A2
A0，A1，A2，.... 2．过各点作出平底
B2
A0B0，A1B1，A2B2......
A3 B3
3．作这些平底的包 络线。
A8
A4
B4
B7 A7
B6 A6
B5 A5
凸轮的轮廓线设计
三、摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计
10
1
ω1
9
2
8
3
7
6
4 5
凸轮的轮廓线设计
（二）滚子对心移动从动件 1．按尖顶从动件作凸轮轮廓线η0（理论轮廓）； ２．以η0各点为圆心，滚子半径为半径作若干个滚子圆； ３．作这些滚子圆的包络线η（实际轮廓）。
n
理论廓线η0
n
实际廓线η
η0和η为法向等距的曲线
凸轮的轮廓线设计
（三） 平底对心移动从动件
等速上升 h
180 ? ? 210 ? 远休止
2．等份s-? 图
3．作基圆
4． 沿-? 等份基圆
5．量取相应位移
6．作轮廓线
210 ? ? 300 ? 等速下降 300 ? ? 360 ? 近休止
s
h
h
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
?
1800 2100 3000 3600
11 0
一、凸轮与从动件的运动关系
基圆rb：最小向径为半径所作的圆 推程、推程角δt：向径逐渐增大 行程h ：从动件的最大位移
远休止、远休止角δs：最大向径不变
回程、回程角δ h ：向径逐渐减小
近休止、近休止角? s?：最小向径不变
动画
二 、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律，指从动件的位移 s、速度 v、加速度 a
φ6
φ7
φ8
30?
φ9 15?
δ
1 o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δt
δh
? s?
比例尺 μφ=1°/mm μδ =0.3°/mm
δt=180 °
δh=120 °