3 凸轮机构
3凸轮机构知识
按推杆轴线与凸轮回转轴心的相对位置分 对心：在直动推杆中，若推杆轴线通过凸轮的回转轴线称为对 心直动推杆。 偏置：在直动推杆中，若推杆轴线不通过凸轮的回转轴线称为 偏置直动推杆。
按凸轮与推杆维持高副接触的方法分
1、力封闭（力锁合）─弹簧力、从动件重力或其它外力
2、型封闭（型锁合）─利用高副元素本身的几何形状
（1）多项式运动规律 1）等速运动规律又称为一次多项式运动规律
dv v0 0 a dt 0
特点：速度有突变，加速 度理论上由零至无穷大， 从而使推杆产生巨大的惯 性力，机构受到强烈冲 击——刚性冲击 适应场合：低速轻载
2）等加速等减速运动规律又称为二 次多项式运动规律
特点：加速度曲线有突变，加速 度的变化率 (即跃度 j)在这些位置 为无穷大——柔性冲击 适应场合：中速轻载
特点：有柔性冲击
适用场合：中速轻载 ( 当从动件 作连续运动时，可用于高速)
2）正弦加速度运动规律又成为摆 线加速度运动规律
半 径 R=h/2π 的 滚 圆 沿 纵 座 标作纯滚动，圆上最初位于座标 原点的点其位移随时间变化的规 律—摆线运动
特点：无刚性、柔性冲击
适用场合：适于高速
组合运动规律简介
等径凸轮机构
两滚子中心间的 距离始终保持不变。
缺点：
从动件运动规律的选择受到一定的限制
主回凸轮机构(共轭凸轮机构)
一个凸轮推动从动 件完成正行程运动，另 一个凸轮推动从动件完 成反行程的运动
优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点 缺点：结构复杂，制造精度要求高
§4-2 推杆的运动规律 1、推杆常用运动规律
偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法） -
切射线
已知：S=S（δ），r0，e，
项目三凸轮机构习题
项⽬三凸轮机构习题项⽬三凸轮机构⼀．判断题（认为正确的，在括号内画√,反之画Ｘ）1．由于凸轮机构是⾼副机构，所以与连杆机构相⽐，更适⽤于重载场合。
（）2．凸轮机构⼯作中，从动件的运动规律和凸轮转向⽆关。
（）3．凸轮机构的⼯作过程中按⼯作要求可不含远停程或近停程。
（）4．凸轮机构采⽤等加速等减速运动规律时，所引起的冲击为刚性冲击。
（）5．滚⼦从动件盘形凸轮的基圆半径是指凸轮理论轮廓上的最⼩向径。
（）6．同⼀凸轮与不同端部形式的从动件组合运动时，从动件的运动规律不变。
（）7．当滚⼦从动件盘形凸轮的理论廓线处外凸时，则⽆论滚⼦半径取何值，都可以保证其⼯作轮廓为光滑曲线。
（）8．凸轮机构的压⼒⾓越⼤，机构的传⼒性能越差。
（）9．对同⼀凸轮轮廓，其压⼒⾓的⼤⼩会因从动件端部形状的改变⽽改变。
（）10．当凸轮机构的压⼒⾓增⼤到⼀定值时，就会产⽣⾃锁现象。
（）11.在凸轮机构中，凸轮作主动件。
（）12.凸轮机构⼴泛⽤于机械⾃动控制。
（）13移动凸轮相对机架作直线往复移动。
（）14.在⼀些机器中，要求机构实现某种特殊的或复杂的运动规律，常采⽤凸轮机构。
（）15.根据实际需要，凸轮机构可以任意拟定从动件飞的运动规律。
（）16.凸轮机构中，从动作难于实现预定的运动规律。
（）17.凸轮机构中，所谓从动件作等速运动规律是指从动件上升时的速度和下降时的速度必定相等。
（）18.凸轮机构中，从动件作等速运动规律的原因是凸轮作等速转动。
（）19.凸轮机构中，从动件作等加速等减速运动规律，是指从动件上升时作等加速运动，⽽下降时作等减速运动。
（）20.凸轮机构产⽣的柔性冲击，不会对机器产⽣破坏。
（）21.凸轮机构中从动件的运动规律可按要求任意拟定。
（）22.凸轮机构的滚⼦半径越⼤，实际轮廓越⼩，则机构越⼩⽽轻，所以我们希望滚⼦半径尽量⼤。
（）23. 凸轮机构的压⼒⾓越⼩，则其动⼒特性越差，⾃锁可能性越⼤。
（）24.等速运动规律运动中存在柔性冲击。
3凸轮机构习题答案
3-1 什么样的构件叫凸轮？什么样的机构是凸轮机构？凸轮机构的功用是什么？答：凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。
凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动，凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。
凸轮机构主要作用是使从动杆按照工作要求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运动。
3-2 滚子从动件的滚子半径大小对凸轮工作有什么影响？若某一凸轮机构的滚子损坏后，是否可以任取一滚子来代替？为什么？答：对于滚子从动件的凸轮机构，滚子半径的大小常常影响到凸轮实际轮廓曲线的形状，设计时要选择合适的滚子半径T r ，否则会出现运动失真的情况。
对于滚子从动件的凸轮机构，如果滚子损坏不能任取一滚子代替。
因为如果选取滚子与原有滚子尺寸不同，从动件的运动规律会发生变化；如果希望从动件的运动规律不变，需要选取与原有凸轮相匹配的的滚子，或者修改凸轮，即凸轮在原理论廓线不变的情况下，作其法向等距曲线并使之距离等于新滚子半径得到新的实际轮廓曲线，重新加工凸轮，后者较繁琐，不宜采取。
3-3 凸轮压力角越小越好吗？为什么？答：凸轮压力角越小越好。
凸轮机构压力角：推杆在与凸轮的接触点上所受的正压力与推杆上该点的速度方向所夹的锐角。
压力角越大，将造成所受的正压力越大，甚至达到无穷大而出现自锁，因而，从减小推力，避免自锁，使机构具有良好的受力状况来看，压力角越小越好。
3-4 为什么平底直动从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线一定要外凸？滚子直动从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线却允许内凹，而且内凹段一定不会出现运动失真？答：对于平底直动从动件盘形凸轮机构，只有凸轮廓线外凸，才能保证凸轮轮廓曲线上的所有点都能与从动件平底接触；对于滚子直动从动件盘形凸轮机构，凸轮实际廓线是沿理论廓线，以滚子半径为间距，作其法向等距曲线得到的，当凸轮轮廓曲线内凹时，实际廓线各点的曲率半径为对应理论廓线各点曲率半径与滚子半径之和，因而不管滚子半径多大，实际廓线各点的曲率半径都大于零，所以可以正常运动并且不会出现失真现象。
3凸轮机构
对心尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
偏置尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
滚子摆动从动件盘形 凸轮机构
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类 沟 槽 凸 轮 重力锁合凸轮
弹 力 锁凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
S2 h
1200 1800 3000 3600
0
t
1200
s
600
0
1200
s'
600
1
§ 3-3 凸轮机构常用的运动规律
一、从动件常用运动规律
运动规律 推杆在推程或 回程时，其位移S、速度V、和 加速度a 随时间t 的变化规律。
s
h δ
0
等速运动运动规律(Law of
Constant Velocity Motion )
3000
3600
0
0
1200 600 1200
600
1
F
§ 3-2 凸轮机构的基本概念
DB段从动件在近处停止， 其对应的转角s’——近休止角。
S2 h
1200 1800 3000 3600
s'
0
t
1200
s
0
s'
600
600 1200
1
§ 3-2 凸轮机构的基本概念
t——推程角；s——远休止角 h——回程角；s——近休止角
偏置滚子从动件凸轮机构
3
2
e
r0
A
O
1
1
实际廓线
理论廓线
凸轮的基圆半径rb、压力角定义在理论轮廓曲线上。
机械原理 第3章 凸轮机构
2
26
§3.3 凸轮轮廓曲线的设计 一、凸轮轮廓曲线设计是根据凸轮参数如 基圆半径、推程和推程运动角、回程及回程 运动角、远、近休止角、偏距等参数，用反 转法设计凸轮轮廓曲线。
27
二、1-对心反转图解法设计凸轮廓线，见下图：
28
29
2-偏心反转 图解法设计凸轮轮廓
主要介绍已知从动件运动规律线图设计凸轮轮廓。 一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 分别介绍以下两种类型。 1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 已知从动件位移线图如图3-8 (b)所示，基圆半径 r0，凸轮行程h，推程运动角Φ=1800，休止角 Φs=300，回程角Φ'=900，按图示画出凸轮轮廓线。 作图步骤按反转法如下： 1）将Φ、Φ'各平为4等份，如图(b)中1-1';...8-8'。 并以偏距e和r0画圆，如图（a）所示。基圆与导 路的交点B0（C0）即为从动件的起始点。 2）以OC0为起点，在基圆上平分Φ=180和Φ'=90 分别得C1、C2、C3、和C6、C7、C8各点，并过 C0、C1 . . . 各点向偏距圆作切线，这些切线就是 反转法导路在此点的位置。 3）在各对应的切线上，取C1B1=11' ；C2B2=22' ....得从动件尖顶位置B1、B2、B3... 4）将B0、B1、B2…连接成光滑的曲线就是凸轮 轮廓线（注意：B4、B5是圆弧，B9、B0之间是基 圆） 最后画出图纸进行加工。 30 当e=0时，各切线变成通过O点的射线。
10
一、从动件的运动规律的描述与术语
从动杆位移线图的作图方法及基本名词术语
首先应确认，从动件的运 动规律是由主动件凸轮的轮 廓形状决定的。在图 3-5 中， 回转中心 O 到半径最小点 A 的 K' 圆叫基圆。图 3-5 中凸轮的轮 ϕk 廓规律是，弧 AB 间的半径逐 渐变大，对应的圆心角为 ϕ； 弧 BC 间半径保持不变，对应 K ϕk 的圆心角为 ϕ s ；弧 CD 间半径 逐步变小到基圆半径，对应 的圆心角为 ϕ ' ；弧 DA 间半径 保持基圆半径不变，对应的 圆心角为ϕs'。现凸轮以ω速度 顺时针转动，以 φ=ωt 为横坐 标，从动杆的移动 S为纵坐标， 则从动杆的移动曲线展开图 图3-12：凸轮轮廓与从动件位移线图 如（b）所示。其中： h--升程；ϕ--推程运动角；ϕs--远休止角； ϕ‘--回程运动角；ϕ's--近休止角。这 些角度总和为360˚。从图中可知，当凸轮从A点转过ϕk角到K点时，从动杆升高 到K’点；当凸轮从A点转过ϕ角度，从动杆升高了h到B点。其他各点作图方法 11 一样，然后将各点连成光滑的曲线，就是从杆的位移线图(b).
《机械设计原理》第3章凸轮机构
5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
1 3 5 7 8 9 11 13 15
设计：潘存云
设计步骤小结：
①选比例尺μl作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。
③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。
④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮
回 凸 轮
作者：潘存云教授
优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得
任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点：线接触，容易磨损。
中南大学专用
作者： 潘存云教授
应用实例：
3
线 2 A 设计：潘存云 1
中南大学专用
绕线机构
作者： 潘存云教授
卷带轮
12 1 放 放音 音键 键
设计：潘存云
5
1.等速运动（一次多项式）运动规律 s2
在推程起始点：δ1=0， s2=0
在推程终止点：δ1=δt ，s2=h 代推入程得运： 动方C0＝程0：， C1＝h/δt
δt
v2
s2 ＝hδ1/δt
v2 a2
＝ ＝
hω1 0
/δt
同理得回程运动方程：
a2 刚性冲击 +∞
s2＝h(1-δ1/δh ) v2＝-hω1 /δh a ＝0 2 中南大学专用
5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构
中南大学专用
作者： 潘存云教授
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理：
给整个凸轮机构施以-ω1时，不影响各构件之间
的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合
运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。
第三章 凸轮机构
第三章凸轮机构§3-1 凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮：具有曲线轮廓或沟槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个基本构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.按照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，并且具有变化的向径。
它是凸轮最基本的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。
盘形凸轮转轴位于无穷远处。
空间凸轮机构：圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。
2.按照从动件的形状分：（1）尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触，使从动件实现任意运动规律。
结构简单，但尖端易磨损，适于低速、传力不大场合。
（2）曲面从动件：从动件端部做成曲面，不易磨损，使用广泛。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变为滚动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优点：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳定。
不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，常用于高速。
缺点：凸轮轮廓必须全部是外凸的。
3.按照从动件的运动形式分：4.按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分：（1）力封闭型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
封闭方式简单，对从动件运动规律没有限制。
5、其它反凸轮机构：摆杆为主动件，凸轮为从动件。
应用实例：自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2 凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点1、优点： (1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优点是对于任意要求的从动件运动规律都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
2、缺点：由于是高副接触，易磨损，因此多用于传力不大的场合。
二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例：船用柴油机中利用凸轮机构控制阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3 从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度及加速度变化率随时间或凸轮转角变化的规律。
第3章 凸轮机构
【图中未标】
偏距圆
r0 O
A
LC 与 基 圆 的 交 点 为 C1 ， 则
有∠B1OC1 ＝ ∠BOC ＝s
LB
B
s B1
C1
同样有△OC1C ＝△OB1B
C LC
D
(3)回程运动角 ——回程（C
点接触到D点接触）凸轮转过 的角度
e
B
h
A
过D点作偏距圆的切线LD， LD为D点接触时从动件相对 于 凸轮的导 路线 ， LD 与 LC
A
r0 O
基圆——以凸轮轮廓最小向径 r0为半径的圆，r0称为基圆半 径；
B 推程——从动件由最低位置移 至最高位置的过程（上升）；
C 回程——从动件由最高位置移 至最低位置的过程（下降）；
D
e
偏距圆
r0 O
导路线
A
从动件导路线——过尖顶A并 平行于从动件移动方向的直线；
偏距——凸轮回转中心O至导 路线的距离，e；
A
B
, t C ,t
a
h 2
2 2
2
cos
推程运动线图
在行程开始和终止位置，加速度存在有限值突变，引起的冲击
称为柔性冲击。
s
5
6
4
3
2
1O
1234
5
h
6 ,t
简谐运动规律位移线图的绘制
3. 正弦加速度运动
当滚圆沿纵轴匀速滚动时，
圆周上一点的轨迹为一条摆线，此
时该点在纵轴上的投影即为摆线运
动规律，其加速度按正弦规律变化，
内燃机配气凸轮机构
绕线机构
录音机卷带机构 送料机构
3 凸轮机构
按偏置尖顶从动件轮廓设计方法绘制，出理论轮廓，再以理论轮廓上 各点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列圆，并作这一系列圆的内 包络线，就得到滚子从动件凸轮的实际廓线。
3. 平底直动从动件盘形凸轮
平底式可改善接触处的状况，其凸轮轮廓设计方法 如右图所示。
将导路中心线同平底的交点A假想为尖顶从动件的 尖顶，按尖顶从动件轮廓设计方法求出理论轮廓上 一系列点A0，A1，A2，……，过这 一系列点分别作 导路中心线的垂线（平底），然后作一系列平底位 置的包络线，就得所要设计的凸轮的廓线 。
因此，当ρ′ ≤0时，加工出的实际轮廓将出现变尖或被切去
的现象，凸轮将不能实现预定的运动规律。 结论：外凸的凸轮轮廓曲线, 应使rT<ρmin，通常取 rT≤0.8ρmin，同时ρ′≥1~5mm，另外滚子半径还受强度、结构等 的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT=0.4rmin。
⑵偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计
类型9
圆锥凸轮、弧面凸轮等也是空间凸轮机构。
应用例子
1. 所示为内燃机气门配气机构 。凸轮1以等角速度回转，驱
动从动件2按预期的运动规律启闭阀门。
2. 如图为弹子锁与钥匙组成的凸轮机构，钥匙是凸轮，插入弹子 锁的锁芯中，凸轮廓线将不同长度的弹子2推到同样的高度，即 每一对弹子（2与7）的分界面与锁芯和锁体的分界面相齐，则通 过锁体可以转动锁芯，拨开琐闩4。
rmin
一、压力角与作用力的关系
力F可分解为沿从动件运动方向的 有用分力F′和使从件紧压导路的 有害分力F″，且F″=F′tgα 上式表明，驱动从动件的有用分 力F′一定时，压力角α 越大， 则有害分力F″越大，机构的效率 越低。
rmi
n
第3章 凸轮机构
应用：中速、中载。
h s2 1 cos( 1 ) 2 t h1 v2 sin( 1 ) 2 t t h 2 12 a2 cos( 1 ) 2 2 t t
24
余弦加速度运动规律
从动件回程简谐运动方程
25
从动件运动规律的选择
（1）满足机器的工作要求； （2）使凸轮机构具有良好的动力性能； （3）使凸轮轮廓便于加工，尽量采用圆弧、直线等 易加工曲线。
26
3.3 凸轮轮廓设计
根据工作要求合理地选择从动件的运动 规律后，可按照结构允许的空间等具体要求， 初步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的 轮廓。 图解法 解析法
看其中最大值max是否超 过许用压力角[] 。如超过，
应修改，常用的办法是加大
基圆半径。
42
3.4.2 基圆半径的确定
基圆大小影响凸轮机构的尺寸，欲使结构紧 凑，应减小基圆半径；但基圆半径减小会增大压 力角。 先根据凸轮的具体结构条件试选凸轮基圆半 径，对所作的凸轮轮廓校核压力角，若不满足要 求，则增大基圆半径然后再设计校核，直至满足
8’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
e
ω A
k12 k11 k10 k9 kk k1314 15
-ω 1
1 3 5 78
15’ 15 14’ 14 13’
设计过程
1、选比例尺μ
l
=μ s作基圆r0，偏置圆e；
12’
k 13 k21 12 k k8 k4 3 k7k6 k5 11 10 9
27
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制—— 反转法原理 1 对心尖顶移动从动件盘形凸轮 2 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮 3 对心滚子移动从动件盘形凸轮 4 偏置滚子移动从动件盘形凸轮 5 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
机械设计基础 第3章 凸轮机构
图4-16 “反转法”原理
3.3.1 偏置顶尖制动从动件盘形凸轮轮廓绘制
已知凸轮基圆半径rb，偏距e及偏置方位，凸轮以等角速度ω顺时针转动，从动件
的位移线图，试绘制凸轮轮廓。
3.3.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓绘制
理论轮廓曲线η ——
滚子中心当作从动件的尖端，先按绘制 尖端从动件凸轮的步骤和方法绘出一条凸轮 轮廓曲线 。
圆称为基圆，基圆半径用r。表示。(2）推
从动件
程运动角如图3-7所示，主动件凸轮匀速转
动，从动件被凸轮推动直动，从动件的尖顶
以一定运动规律从最近位置运动到最远位置，
这一过程称为推程。从动件位移h称为升程
或升距，凸轮对应 转 过的 角 度币 称 为推 程 运 行程
动角。
远休止角﹐当凸轮继续回转时，由于凸轮的 向径不变，从动件的尖顶在最远位置划过凸 轮表面，保持不动，这一过程称为远停程， 此时凸轮转过的角度。称为远休止角。
s
h
δ0
δ
v
δ a
+∞
δ
刚性冲击 －∞
图4-13 等速运动规律线图
3.2.2 从动件常用的运动规律
2 等加速等减速运动规律
从动件在推程的前半段做等加速运动, 在后半段做等减速运动的运动规律, 称为 等加速等减速运动规律 从动件在推程的前半段为等加速，后半段 为等减速的运动规律，称为等加速等减速运动 规律。通常前半段和后半段完全对称，即两者 的位移相等，加速运动和减速运动加速度的绝 对值也相等。 等加速等减速运动规律的位移线图由两段 抛物线组成，而速度线图由两段斜直线组成。
s
h/2
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2 6δ
3、凸轮机构
第3讲凸轮机构学习目标及考纲要求1．了解凸轮机构的分类、应用及特点。
2．了解凸轮机构的有关参数以及它们对工作的影响。
3．熟悉从动件具有等速运动规律、等加速等减速运动规律的凸轮机构工作特点。
知识梳理一、凸轮机构的基本概念1．凸轮：一个具有曲线轮廓或凹槽并能控制从动件按照一定规律产生预期的连续或者不连续的运动的构件。
2．凸轮机构：含有凸轮的高副机构。
3．组成：凸轮、从动件、机架，通常凸轮作为主动件。
二、凸轮机构的特点1．凸轮机构可以用于对从动件的运动规律要求严格的场合。
2．凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。
3．凸轮机构在高副接触处难以保持良好的润滑，容易磨损，传递载荷不宜过大。
4．凸轮轮廓曲线精确分析较为困难，不易加工。
5．凸轮机构能传递较复杂的运动。
三、凸轮机构的分类凸轮机构分类见表1-3-1表1-3-1分类方法类型特点图形按凸轮形状盘形凸轮盘形凸轮分为两种：一是利用外轮廓推动从动件运动的称为盘形外轮廓凸轮；一是利用曲线沟槽推动从动件运动的称为盘形槽凸轮。
它结构简单，是凸轮机构的最基本形式。
行程不能太大。
移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远，即成为移动凸轮。
移动凸轮作往复直线移动，多用于靠模仿形机械中。
柱体凸轮柱体凸轮分为圆柱凸轮和端面凸轮。
柱体凸轮属于空间凸轮，柱体凸轮机构属于空间凸轮机构。
按从动件末端形式尖顶式结构简单、紧凑，可准确地实现任意运动规律，易磨损，承载能力小，多用于传力小、速度低、传动灵敏的场合。
滚子式滚子接触为线接触，又是滚动摩擦，所以摩擦、磨损较小，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。
平底式平底与凸轮接触处易于形成油膜，可减少摩擦，降低磨损，适用于高速，但凸轮轮廓不允许呈凹形，因此运动规律受到一定限制。
曲面式介于滚子形式与平底形式之间。
按从动件运动形式移动式由凸轮匀速回转转化成从动件往复直线移动。
摆动式由凸轮匀速回转转化成从动件往复摆动。
四、凸轮的工作参数1．有关概念（1）向径：凸轮轮廓上的点到其转动中心的距离。
第3章 凸轮机构
2 0
02
a
4h12
/
2 0
推程时等减速段
s
h 2h(0 4h1 (0
)2 /
)
/
2 0
2 0
a
4h12
/
2 0
速度连续，加速度不
连续，称为柔性冲击。
用于中、低速场合。
§3 – 2 从动件的常用运动规律
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
§3 – 2 从动件的常用运动规律
凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括：推程、远休程、回 程、近休程四个部分
§3 – 2 从动件的常用运动规律
基圆：以轮廓的最小向径所作的圆 r0－基圆半径 推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。 升程ｈ：推程所移动的距离。
机械设计基础
机械设计基础
绪论
机械零件设计概论
平面机构的自由度和速度分析
连接
平面连杆机构
齿轮传动
凸轮机构
蜗杆传动
齿轮机构
带传动和链传动
轮系
轴间歇运动机构 机构运转速 Nhomakorabea波动的调节
滑动轴承
滚动轴承
联轴器、离合器和制动器
回转件的平衡
弹簧
第3章 凸轮机构
§3 – 1 凸轮机构的应用和类型 §3 – 2 从动件的常用运动规律 §3 – 3 凸轮机构的压力角 §3 – 4 图解法设计凸轮轮廓 §3 – 5 解析法设计凸轮轮廓*
什么是凸轮机构
机械设计基础三凸轮机构
0/2
h
(00/2)
(0/20)
加速段
减速段
位移方程
速度方程
加速度方程
机械设计基础——凸轮机构
2 等加速等减速运动—二次多项式运动规律
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
三、从动件运动规律的选择
机械设计基础——凸轮机构
3-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计
01
反转法原理
根据从动件的运动规律：作出位移线图S2-δ1，并等分角度 定基圆 作出推杆在反转运动中依次占据的位置 据运动规律，求出从动件在预期运动中依次占据的位置 将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点 将各位置点联接成光滑的曲线 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓
二、作图法设计凸轮廓线
A
从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角j变化的规律 基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径rb 推程，推程运动角 0 远休止，远休止角 01
0
01
0’
02
rb
0
推程
01
远休止
0’
回程
02
近休止
t
s
0
B
C
D
h
A’
机械设计基础——凸轮机构
一、凸轮机构的运动过程
α
n
n
压力角与作用力的关系
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。
F
F’
F”
F’----有用分力, 沿导路方向
F”----有害分力，垂直于导路
F”=F’ tg α
F’ 一定时， α↑
Ff > F’
Ff
为了保证凸轮机构正常工作，要求：
机械原理第3章 凸轮机构(第二版)
二、凸轮机构的分类
1.按凸轮的形状分 (1) 盘形凸轮机构
盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件，绕固定转轴回转。 它是凸轮的基本型式，应用最为广泛。
（2）移动凸轮机构
移动凸轮相对机架作往复直线运动。 凸轮与从动件的相对运动是平面运动，属于平面凸轮机构。
（3）圆柱凸轮机构
圆柱凸轮是一个在圆柱上开有曲线槽或是在 圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。 凸轮与从动件的相对运动是空间运动，属于 空间凸轮机构.
凸轮廓线上任意 两条平行切线间 的距离都等于框 架内侧的宽度。
两滚子中心间 的距离始终保 持不变。
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
两滚子中心间的距离 始终保持不变。
主凸轮推动从动件——正行程， 从凸轮推动从动件——反行程。 克服了等宽、等径凸轮的缺点， 结构复杂，制造精度要求高。
从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180º范围内的 凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180º内的凸轮廓 线必须符合等宽、等径原则。
2. 按从动件形状及运动形式分
（1）按从动件形状： 尖顶、滚子和平底从动件
尖顶从动件
尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触， 从而使从动件实现任意的运动规律。
但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。
滚子从动件
凸轮与从动件之间为滚动摩擦， 因此摩擦磨损较小，可用于传递 较大的动力。
平底从动件
从动件与凸轮之间易形成油膜， 润滑状况好，受力平稳，传动效 率高，常用于高速场合。但与之 相配合的凸轮轮廓须全部外凸。
三、 凸轮机构的特点
●运动特点：连续回转 → 往复运动。 ●优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。 ●缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。 ●应用：传力不大的场合。
第三章 凸轮机构
凸轮机构的应用和类型 从动件的常用运动规律 图解法设计凸轮轮廓 设计凸轮机构应注意的问题
§3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构是一种常用机构，常用于自动化和 凸轮机构是一种常用机构， 半自动化机械中。 半自动化机械中。 一、凸轮机构的组成
凸轮机构由机架、 凸轮机构由机架、 凸轮和从动件组成。 凸轮和从动件组成。 通常，凸轮为主动件， 通常，凸轮为主动件， 作匀速运动， 作匀速运动，从动件 随主动件按一定规律 运动。改变凸轮形状， 运动。改变凸轮形状， 从动件运动规律改变。 从动件运动规律改变。
常用加大凸轮基圆半 受力分析： F”=F’tgα 受力分析： 有害力 F”=F’tgα 径的方法减小α 径的方法减小αmax F’一定时 一定时， F”↑ 当F’一定时，α↑， F”↑;当α增 大到一定程度时， F’’引起的摩 大到一定程度时，由F’’引起的摩 擦力将大于F’ 擦力将大于F’ ，此时机构发生 自锁”现象。因此，需控制α “自锁”现象。因此，需控制α。 直动从动件 [α]max=30° =30° 摆动从动件 [α]max=45° =45°
§3-2 从动件的常用运动规律
设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定从动件 设计凸轮机构时， 的运动规律．然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓线。 的运动规律．然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓线。
一、凸轮机构运动 中的基本概念
从动件位移线图: 从动件位移线图: 在以凸轮转角 凸轮转角为 在以凸轮转角为 横坐标, 横坐标, 从动件位移 为纵坐标的直角坐 纵坐标的直角坐 标系中画出从动件 位移和凸轮转角间 的关系曲线。 的关系曲线。
习题讲解
P51： P51：题3-1、3-2
作 业
P51： P51：题3-3、3-4、3-6