凸轮机构的应用和分类
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凸轮机构
B6
４. 偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
第四节凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮工作轮廓必须满足以下要求： (1)保证从动件能实现预定的运动规律
(2)传力性能良好，不能自锁
(3)结构紧凑
(4)满足强度和安装等要求 为此，设计时应注意处理好
1.滚子半径的选择 2.凸轮机构的压力角 3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
（a)推程 (b)回程
２．等加速等减速运动规律
是指凸轮以等角速度转动时，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。 运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物 线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。推程位移线图作图 方法演示。
由图可见，在推（回） 程的始末点和前、后半程 的交接处，加速度有限的 突变，因而惯性力也产生 有限的突变，由此将对机 构造成有限大小的冲击， 这种冲击称为“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。
3.按锁合方式分：力锁合、形锁合
锁合是指从动件与凸轮之间始终保持的高副接触的装置。
（1）力锁合凸轮机构
依靠重力、弹 力或其他外力 来锁合
（2）形锁合凸轮机构
依靠凸轮和从 动件几何形状 来保证锁合
4.按从动件运动方式分：
从动件导路是否通过凸轮回转中心
对心直动从动件凸轮机构 偏置移动从动件凸轮机构
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
rT＜0.8ρmin ρmin＞1～5mm rT =（0.1～0.5）rb
二、凸轮机构的压力角
１.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。 该力可分解为两个分力 ：
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的寿命与维护
凸轮机构的寿命与运行条件、材料选择和润滑方式等有关，定期维护和保养可以延长凸轮机构的使用寿 命。
凸轮机构的保养和保养周期
凸轮机构的保养包括润滑、清洁和检查等内容，保养周期根据使用情况和负荷要求进行合理调整。
凸轮机构故障分析与排除
凸轮机构故障的原因多种多样，需要通过仔细分析和维修措施进行故障排除，以确保机械系统的正常运 行。
通过凸轮和滑块的协同运动，实现直线运动 和简单的机构功能。
摆线凸轮机构
通过凸轮的摆线运动，实现平滑且复杂的运 动轨迹和机构功能。
在IC发动机中的应用
凸轮机构在IC发动机中起到控制气门开闭时机和时序的重要作用，影响发动 机的动力性能、燃油经济性和排放控制等方面。
在汽车传动系统中的应用
凸轮机构在汽车传动系统中被广泛应用于离合器、变速器和传动轴等部位，实现动力输出和车速调节等 功能。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械系统中的机构，通过凸轮和可动关节的协同 运动，实现了多种复杂的动作和功能。本文将介绍凸轮机构的应用和分类。
什么是凸轮机构
凸轮机构是一种由凸轮和可动关节组成的机械系统，通过凸轮的旋转运动， 使其上的可动关节产生规定的运动轨迹，从而实现特定的功能和动作。
凸轮机构的技术发展趋势
凸轮机构在现代工程中具有广泛的应用前景，随着技术的发展，凸轮机构将 更加智能化、高效化和可持续化。
注重人性化设计的凸轮机构
在凸轮机构的设计中，需注重人机工程学和人性化设计原理，提高机器操作人员的舒适度和安全性。
生产自动化中凸轮机构的应用
凸轮机构在生产自动化领域中的应用广泛，用于自动化生产线上的工件定位、 传送和操作等。
凸轮机构现代化设计思路
第4章 凸轮机构
滚子半径（rT）的确定
内凹的凸轮轮廓
a min rT
不论滚子半径大小如何， 凸轮的工作廓线总是可 以平滑地作出。
外凸的凸轮轮廓
a min - rT
1）当ρmin= rT，实际轮 廓上将出现尖点
2）当ρmin＜rT时，则 为负值，这时实际的轮 廓出现交叉，从动轮将 不能按照预期的运动规 律运动，这种现象称为
从动件位移曲线
盘形凸轮机构基本概念
凸轮轮廓组成 非圆弧曲线 AB、CD 圆弧曲线 BC、DA
基圆 基圆半径r0 推程 行程h
推程运动角δ0 远休止 远休止角δs 回程 回程运动角δh 近休止 近休止角δs
从动件位移曲线
等速运动规律
从动件速度为定值的运动规律称为等速运动规律。
推程
回程（空回行程） [a ] 70 0 ~ 80 0
压力角的选择和检验
压力角与机构尺寸的关系
由速度合成定理作出 B 点的速 度三角形，可得：
tana PD OP e ds/d e
BD s0 s
r02 e2 s
于是
r0
ds/d
(
e
s) 2
e2
tg[a ]
压力角的选择和检验
检验压力角
注意：若测量结果超过许用值，通常可用加大凸轮
基圆半径的方法使max 减小。
设计凸轮机构应注意的问题
若v、s、 已知，则压力角越大，基圆半径 越小，使得机构尺寸紧凑，但易产生自锁。
压力角越小，无用分力越小，受力性能提 高，传动效率加大，避免自锁。
针对凸轮机构传力性能和尺寸紧凑的矛盾， 设计时通常应考虑许用压力角[a]。 一般只针对推程进行压力角的校核。回程 中从动件是由弹簧、自重等外力驱动，而非由 凸轮驱动，故在回程中通常不产生自锁。
凸轮机构的应用及分类
1)盘形凸轮：它是凸轮的基本型式。是一个 相对机架作定轴转动或为机架且具有变化向 径的盘形构件，
12
2)移动凸轮：
它可视为盘形凸轮 的演化型式。 是一个相对机架作 直线移动或为机架 且具有变化轮廓的 构件，
(2)空间凸轮机构(Spatial Cam)
14
2、按从动件运动副元素形状分类
(1)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，故只宜用于受力不大的场合。
二、从动件运动规律
从动件的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角φ
（或时间t）的变化规律称为从动件运动规律。
从动件运动规律又可分为基本运动规律和组合运 动规律，
25
1、基本运动规律
(1)等速运动规律 从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的
始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无 穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大 的冲击，称为刚性冲击，此类运动规律只适用 于低速运动的场合。
15
根据运动形式的不同
以上三种从动件还可分为： 直动从动件； 摆动从动件； 作平面复杂运动从动件。
16
1)直动从动件(Translating Follower)：
对心直动尖顶从动件凸轮机构 偏心直动尖顶从动件凸轮机构 对心直动滚子从动件凸轮机构 对心直动平底从动件凸轮机构
17
2)摆动从动件(Oscillating)
摆动平底从动件凸轮机构
摆动尖顶从动件凸轮机构
摆动滚子从动件凸轮机构
18
3、按凸轮高副的锁合方式分
(1)力锁合：利用 重力、弹簧力或其 他外力使组成凸轮 高副的两构件始终 保持接触。
19
(2)形锁合：利用特殊几何形状（虚 约束）使组成凸轮高副的两构件始 终保持接触。
12
2)移动凸轮：
它可视为盘形凸轮 的演化型式。 是一个相对机架作 直线移动或为机架 且具有变化轮廓的 构件，
(2)空间凸轮机构(Spatial Cam)
14
2、按从动件运动副元素形状分类
(1)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，故只宜用于受力不大的场合。
二、从动件运动规律
从动件的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角φ
（或时间t）的变化规律称为从动件运动规律。
从动件运动规律又可分为基本运动规律和组合运 动规律，
25
1、基本运动规律
(1)等速运动规律 从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的
始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无 穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大 的冲击，称为刚性冲击，此类运动规律只适用 于低速运动的场合。
15
根据运动形式的不同
以上三种从动件还可分为： 直动从动件； 摆动从动件； 作平面复杂运动从动件。
16
1)直动从动件(Translating Follower)：
对心直动尖顶从动件凸轮机构 偏心直动尖顶从动件凸轮机构 对心直动滚子从动件凸轮机构 对心直动平底从动件凸轮机构
17
2)摆动从动件(Oscillating)
摆动平底从动件凸轮机构
摆动尖顶从动件凸轮机构
摆动滚子从动件凸轮机构
18
3、按凸轮高副的锁合方式分
(1)力锁合：利用 重力、弹簧力或其 他外力使组成凸轮 高副的两构件始终 保持接触。
19
(2)形锁合：利用特殊几何形状（虚 约束）使组成凸轮高副的两构件始 终保持接触。
凸轮机构的应用及分类
工作原理
2
车轮构成，常用于汽车传动系统。
凸轮的旋转驱动车轮，通过轮胎
与地面的摩擦力传递动力。
3
应用举例
车轮轮机构广泛应用于汽车传动 系统、自行车传动系统等领域。
曲柄摇杆机构
1 定义
曲柄摇杆机构由曲柄 和与之配合的摇杆构 成，常用于内燃机。
2 工作原理
3 应用举例
曲柄的旋转驱动摇杆， 通过连杆将旋转运动 转化为往复运动。
工作原理
凸轮的运动将动力转化 为直线或摆动运动，通 过导轨控制运动轨迹。
应用举例
曲线轮机构广泛应用于 机床、自动装配线、升 降设备等领域。
曲柄摇杆机构广泛应 用于内燃机、发电机 等领域。
双摇杆机构
定义
双摇杆机构由两个独立的摇 杆组成，常用于机械加工设 备。
工作原理
两个独立的摇杆分别由凸轮 驱动，实现不同的运动路径 和速度。
应用举例
双摇杆机构广泛应用于数控 机床、切割设备等领域。
曲线轮机构
定义
曲线轮机构由凸轮的运 动与曲线配合的导轨构 成，常用于机械驱动系 统。
凸轮机构的应用及分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械领域的重要装置，它能够将旋转运动转化为 直线或摆动运动。本文将介绍凸轮机构的应用及分类，帮助您更好地理解和 应用这一机械原理。
直杆轮机构
1
定义
直杆轮机构由转动的凸轮和与之配合的直杆构成，常用于工程机械。
2
工作原理
凸轮转动时，直杆按一定轨迹往复运动，实现工作机构的运动。
3
应用举例
直杆轮机构广泛应用于冲床、振动筛、旋转机械等领域。交叉摇Fra bibliotek机构定义
交叉摇杆机构由两个交叉配合的摇杆组成，常用于汽车悬挂系统。
机械原理-凸轮机构及其设计
第六讲凸轮机构及其设计（一）凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1．组成：凸轮，推杆，机架。
2．优点：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，而且机构简单紧凑。
缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮2．按推杆的形状分尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。
易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。
（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。
4．根据凸轮与推杆接触方法不同分：（1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构② 等径凸轮机构③共轭凸轮（二）推杆的运动规律一、基本名词：以凸轮的回转轴心O 为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0 称为基圆半径。
推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止：推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。
凸轮机构及其设计
h
1
作者：潘存云教授
δ
δ
δ
－∞
2）.二次多项式（等加等减速）运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。
推程加速上升段边界条件：
起始点：δ =0，
中间点：δ =δ
1
s=0， v＝ 0 /2，s=h/2
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ21 加速段推程运动方程为：
s ＝2h/δ21 δ2 v ＝4hω /δ21 δ a ＝4hω2 /δ21
在平面连杆机构中，导杆机构的α＝？
ω r0
O n
2）导杆机构 传动角恒等于90° 有效分力: F’ =Fsinγ
复习：平面连杆机构的压力角和传动角 压力角：从动件上受力点的速度方向与该点的受力方向 之间所夹锐角。用α表示 切向分力 : F’= Fcosα ( 有效分力） α → F ’↑ 法向分力: F”= Fsinα 传动角：压力角的余角。 用γ表示 B
2)理论轮廓为外凸曲线
ρ rT ρ
a
轮廓正常
ρ > rT ρa＝ρ－rT >0 轮廓变尖
rT
ρ
轮廓失真
rT
ρ
作者：潘存云教授
设计：潘存云
ρ ＝ rT ρ <r T ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ－rT<0 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： ρ min> rT=0.4 r0
-ω
ω
作者：潘存云教授
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓
设计：潘存云
实际轮廓 设计步骤小结： ①选比例尺μ l作基圆r0。 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。 基圆半径 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。
机械原理课件9 凸轮机构
1、凸轮廓线设计的基本原理
• 解析法、作图法 • 相对运动原理法:(也称反转法) • 此时，凸轮保持不动
• 对整个系统施加 -ω
运动
• 而从动件尖顶复合运动的 轨迹即凸轮的轮廓曲线。
-ω
A A A A A A A A
1 2
3’ 2’ 1’
ω
r0
1
O
2 3
3
2.用作图法设计凸轮廓线
1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮
e
对心平底推杆凸轮机构
平底摆杆凸轮机构
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 必须全部外凸。
偏心平底推杆凸轮机构
滚子摆杆凸轮机构
e
§9－2 推杆的运动规律
一.推杆常用的运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式; 2)推杆运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线。
a
2h 2
02
2 sin 0
R= 2
h
A 0 1 v
2
3 4
5
6
7
8
回程： s＝h[1-δ /δ
0
′)/2π
0
′
+sin(2π δ /δ
0
0
]
v＝hω [cos(2π δ /δ 0’)-1]/δ a＝-2π
hω 2 sin(2π δ /δ
′
FI ma 0
(1).对心直动尖顶从动件盘形凸轮
s
h
对心直动尖顶从动件凸轮机构 中，已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω和从动件的运动规律， 设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤小结：
凸轮机构的应用及其分类
二）按从动件上高副元素的几何形状分
1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件
三）、根据从动件的运动形式分
1、移动从动件凸轮机构
对
心
偏
心
2、摆动从动件凸轮机构
表中给出了从动件的运动方式及其 与凸轮接触形式的分类和特点。
四)按机构封闭性质分
⑴ 力封闭式 利用弹簧力或
从动件重力使从动件与凸轮 保持接触，如右图所示。
⑵ 形封闭式 利用凸轮或从
动件的特殊形状而始终保持 接触。如下图所示。
五)按从动件导路与凸轮的相对位置分
⑴ 对心凸轮机构
一偏置距离。 从动件导路中心线通过凸轮回转中心。
⑵ 偏心凸轮机构 从动件导路中心线不通过凸轮回转中心，而存在
内燃机
本章完
凸轮机构主要是由机架，凸轮和从动件组 成，凸轮和从动件之间形成高副。 凸轮机构的特点是：结构简单、紧凑，设 计 容易且能实现任意复杂的运动规律。 但 因凸轮与从动件之间系点、线接触， 易于 磨损，故只用于受力不大的场合。
二、凸轮机构的分类
一）按凸轮的形状分
1、盘形凸轮 2、移动凸轮 ３、圆柱凸轮
§3-1
凸轮机构的应用和类型
一、凸轮机构的组成及应用
凸轮机构是一种结构简单且容易实现各种复杂运
动规律的高副机构，广泛应用于自动化及半自动
化机械中。 如图所示为内燃机配气凸轮机构 。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。
动画
一、凸轮机构的组成：
机架3 从动件2
1 O1
但易于一按凸轮的形件2滚子从动件3平底从动件二按从动件上高副元素的几何形状分三根据从动件的运动形式分1移动从动件凸轮机构对心偏心2摆动从动件凸轮机构表中给出了从动件的运动方式及其与凸轮接触形式的分类和特点
机械设计-凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的应用和分 类
凸轮机构的应 用和分类
1 凸轮机构的组成
2 凸轮机构的特点及应用
3 凸轮机构的分类
一、凸轮机构的组成
1.凸轮机构的组成 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。
凸轮机构
机架 从动件
高副
凸轮
作用：将凸轮的转动或移动转换成从动件的移动或摆 动
二、凸轮机构的特点及应用
1.凸轮机构的特点
➢ 可使从动件实现各种复杂的运动规律 ➢ 结构结构简单紧凑，易于设计 ➢ 凸轮机构是高副机构，易于磨损， ➢ 凸轮轮廓加工比较困难。
2.凸轮机构的应用： 运用于各种机械设备，尤其在半自动和自动机械中运用较为普遍，用于传递运动，
但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构的命名：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
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
小结
1.凸轮的组成 2.凸轮机构的特点及应用 3.凸轮机构的分类
感谢您的观看
车床靠模机构
凸轮绕线机构
进刀机构
内燃机配气机构
三、凸轮机构的分类
1.按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以三种：盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
2.按照从动件形状分为以下几种
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
3.按从动件的运动形式分为：移动（摆动）从动件和摆动从动件
移动从动件
凸轮机构的应 用和分类
1 凸轮机构的组成
2 凸轮机构的特点及应用
3 凸轮机构的分类
一、凸轮机构的组成
1.凸轮机构的组成 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。
凸轮机构
机架 从动件
高副
凸轮
作用：将凸轮的转动或移动转换成从动件的移动或摆 动
二、凸轮机构的特点及应用
1.凸轮机构的特点
➢ 可使从动件实现各种复杂的运动规律 ➢ 结构结构简单紧凑，易于设计 ➢ 凸轮机构是高副机构，易于磨损， ➢ 凸轮轮廓加工比较困难。
2.凸轮机构的应用： 运用于各种机械设备，尤其在半自动和自动机械中运用较为普遍，用于传递运动，
但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构的命名：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
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
小结
1.凸轮的组成 2.凸轮机构的特点及应用 3.凸轮机构的分类
感谢您的观看
车床靠模机构
凸轮绕线机构
进刀机构
内燃机配气机构
三、凸轮机构的分类
1.按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以三种：盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
2.按照从动件形状分为以下几种
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
3.按从动件的运动形式分为：移动（摆动）从动件和摆动从动件
移动从动件
凸轮设计——精选推荐
第九章凸轮机构及其设计§9．1 凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。
广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。
（尤其是需要从动件准确地实现某种预期的运动规律时）常用于将“简单转动”→“复杂移动”、“复杂摆动”、“与其它机构组合得到复杂的运动”。
图示为内燃机配气凸轮机构。
具有曲线轮廓的构件1叫做凸轮，当它作等速转动时，其曲线轮廓通过与推杆2的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合。
工作对气阀的动作程序及其速度和加速度都有严格的要求，这些要求都是通过凸轮的轮廓曲线来实现的。
组成：凸轮、从动件、机架（高副机构）。
二、凸轮机构的特点1）只需改变凸轮廓线，就可以得到复杂的运动规律；2）设计方法简便；3）构件少、结构紧凑；4）与其它机构组合可以得到很复杂的运动规律5）凸轮机构不宜传递很大的动力；6）从动件的行程不宜过大；7）特殊的凸轮廓线有时加工困难。
三、凸轮机构的类型凸轮机构的分类：1）盘形凸轮按凸轮形状分：2）移动凸轮3）柱体凸轮1）尖底从动件；按从动件型式分：2）滚子从动件；3）平底从动件1）力封闭→弹簧力、重力等按维持高副接触分（封闭）槽形凸轮2）几何封闭等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮§9．2 从动件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的运动规律，然后再按照这一运动规律设计凸轮廓线。
以尖底直动从动件盘形凸轮机构为例，说明从动件的运动规律与凸轮廓线之间的相互关系。
基本概念：基圆——凸轮理论轮廓曲线最小向径.r0所作的圆。
行程——从动件由最远点到最近点的位移量h（或摆角 ）推程——从动件远离凸轮轴心的过程。
回程——从动件靠近凸轮轴心的过程。
推程运动角——从动件远离凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。
回程运动角——从动件靠近凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。
远休止角——从动件在最远位置停留过程中凸轮所转过的角度。
凸轮机构的应用及其分类
凸轮机构在其他领域的应用
除了发动机和机械加工，凸轮机构还被广泛应用于自动化生产线上的物料搬运机器人，实现物料的精确定位和 传递。
凸轮机构的基本构造和原理
凸轮轴
凸轮轴是凸轮机构的核心部件， 用于传递旋转运动和控制运动 轨迹。
凸轮轮廓
凸轮轮廓决定随动件的运动规 律和廓的接触， 实现旋转运动向直线或曲线运 动的转换。
凸轮机构的分类及典型应用
1 按工作特点分类
周期运动凸轮机构、非周期运动凸轮机构、径向平移凸轮机构。
2 按运动形式分类
简单凸轮机构、复杂凸轮机构、单转轴转子式凸轮机构。
3 典型应用
发动机中的配气机构、机械加工中的进给装置、工业生产线上的物料搬运机器人。
常见的凸轮机构分类介绍
周期运动凸轮机构
适用于需要定时、周期性运动 的机械装置，如发动机中的配 气机构。
复杂凸轮机构
由多个凸轮轮廓和随动件组成， 实现多种复杂的运动形式。
单转轴转子式凸轮机 构
用于实现多组凸轮传动的机构， 可实现复杂的运动轨迹。
凸轮机构在发动机中的应用
凸轮机构在发动机中扮演着重要角色，控制气门的开闭，调节燃烧室内气体 流动，实现高效燃烧和动力输出。
凸轮机构在机械加工中的应用
凸轮机构在机械加工中的主要应用是进给装置，通过凸轮的旋转，驱动加工 工件进行线性或曲线运动，实现工件的加工。
凸轮机构的应用及其分类
凸轮机构是一种常用的机械装置，用于将旋转运动转化为直线或曲线运动。 本节将介绍凸轮机构的定义、作用以及基本构造和原理。
凸轮机构的定义和作用
凸轮机构是一种能将旋转运动转化为直线、曲线或往复运动的机械装置。它 以凸轮轴为基础，通过凸轮轮廓和随动件之间的接触与相对运动来实现运动 的转换。
第一讲 凸轮机构的应用和分类及从动件常用运动规律
滚子摆动式圆柱凸轮机构
形状锁合
22
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
凸轮机构分类示例
滚子移动式圆柱凸轮机构
23
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
凸轮机构分类示例
凸轮机构
内燃机
力锁合
24
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
三. 凸轮机构的应用和特点
应用：广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动
第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律19凸轮机构分类示例尖顶从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律20凸轮机构分类示例滚子从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律21凸轮机构分类示例平底从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律22凸轮机构分类示例滚子摆动式圆柱凸轮机构形状锁合第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律23凸轮机构分类示例滚子移动式圆柱凸轮机构第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律24凸轮机构分类示例内燃机力锁合凸轮机构力锁合凸轮机构第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律25三
3
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
§11-1 凸轮机构的应用和分类
4
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
上次课教学内容复习
解答学生问题，提出问题：
1. 平面四杆机构的演化机构基本型式有哪些 ？ 2. 为什么说导杆机构有较好的传力性能 ？
5
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
新课导入：
2. 按从动件的形状分类
(3) 平底从动件： 从动件与凸轮轮廓的接触一端为一平面。若不考虑摩 擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于端平面，传动效率 高，且接触面间容易形成油膜，利于润滑，故常用于高速 凸轮机构。它的缺点是不能用于凸轮轮廓有凹曲线的凸轮 机构中。 (4) 曲面从动件：
形状锁合
22
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
凸轮机构分类示例
滚子移动式圆柱凸轮机构
23
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
凸轮机构分类示例
凸轮机构
内燃机
力锁合
24
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
三. 凸轮机构的应用和特点
应用：广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动
第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律19凸轮机构分类示例尖顶从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律20凸轮机构分类示例滚子从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律21凸轮机构分类示例平底从动件移动式摆动式第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律22凸轮机构分类示例滚子摆动式圆柱凸轮机构形状锁合第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律23凸轮机构分类示例滚子移动式圆柱凸轮机构第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律24凸轮机构分类示例内燃机力锁合凸轮机构力锁合凸轮机构第一讲凸轮机构的类型及其常用运动规律25三
3
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
§11-1 凸轮机构的应用和分类
4
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
上次课教学内容复习
解答学生问题，提出问题：
1. 平面四杆机构的演化机构基本型式有哪些 ？ 2. 为什么说导杆机构有较好的传力性能 ？
5
第一讲 凸轮机构的类型及其常用运动规律
新课导入：
2. 按从动件的形状分类
(3) 平底从动件： 从动件与凸轮轮廓的接触一端为一平面。若不考虑摩 擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于端平面，传动效率 高，且接触面间容易形成油膜，利于润滑，故常用于高速 凸轮机构。它的缺点是不能用于凸轮轮廓有凹曲线的凸轮 机构中。 (4) 曲面从动件：
凸轮机构的类型及应用
与连杆机构相比，凸轮机构的主要优点是：只要正确 地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动 规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点是： 由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或 线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力 不大的控制机构和调节机构。下面通过实例来说明。
机械设计基础
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1.1 凸轮机构的特点和应用
凸轮机构是一种常用的机构，它主要是由凸轮、从动 件和机架三部分所组成。由于凸轮与从动件组成的是高副， 所以它属于高副机构。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移 动转换为从动件的移动或摆动。
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1—凸轮；2—气阀 图7-1 内燃机的配气机构
1—圆柱凸轮；2—从动件 图7-2 送料机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1.2 凸轮机构的类型
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮。如图7-1所示。 （2）圆柱凸轮。如图7-2所示。 （3）移动凸轮。如图7-3所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图7-4 从动件类型
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
3．按从动件的运动方式分类 （1）移动从动件。从动件相对于导路作直线移动。若
导路中心线恰好通过凸轮回转中心，则称为对心移动从动 件，如图7-5（a）；若导路中心线与回转中心有一个偏心 距e，则称为偏置移动从动件，如图7-5（b）。
机械设计基础
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1.1 凸轮机构的特点和应用
凸轮机构是一种常用的机构，它主要是由凸轮、从动 件和机架三部分所组成。由于凸轮与从动件组成的是高副， 所以它属于高副机构。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移 动转换为从动件的移动或摆动。
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1—凸轮；2—气阀 图7-1 内燃机的配气机构
1—圆柱凸轮；2—从动件 图7-2 送料机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
1.2 凸轮机构的类型
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮。如图7-1所示。 （2）圆柱凸轮。如图7-2所示。 （3）移动凸轮。如图7-3所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图7-4 从动件类型
机械设计基础
Machine Design Foundation
凸轮机构的类型及应用
3．按从动件的运动方式分类 （1）移动从动件。从动件相对于导路作直线移动。若
导路中心线恰好通过凸轮回转中心，则称为对心移动从动 件，如图7-5（a）；若导路中心线与回转中心有一个偏心 距e，则称为偏置移动从动件，如图7-5（b）。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的应用和分类凸轮机构是一种常见于机械工程领域的机构，它被广泛应用于各种机械系统中，如汽车发动机、起重机、工业生产线等。
凸轮机构是一种能够将旋转运动转化为直线运动的装置，它利用凸轮的运动，带动相应的机构运动。
凸轮机构的应用和分类，是一个非常重要的机械工程知识点，下面我们就来详细讨论一下这个问题。
凸轮机构的应用：凸轮机构在机械工程中的应用非常广泛，以下列举几个例子：1.汽车发动机中，凸轮机构用于控制气门的开闭。
2.起重机中，凸轮机构用于控制臂的升降和伸缩。
3.工业生产线中，凸轮机构用于控制机械手臂的运动。
4.印刷机中，利用凸轮机构控制覆盖印刷部件的橡皮辊的平移和压力。
5.普通柴油机中，利用凸轮机构控制喷油泵的柱塞运动。
凸轮机构的分类：凸轮机构可以根据凸轮的类型、传动方式、运动形式等多种方式进行分类，下面我们分别进行介绍：1.按照凸轮类型分类：（1）圆柱凸轮机构：凸轮为圆柱形，常见于发动机的气门机构。
（2）球柱凸轮机构：凸轮为球柱形，常见于重型机械的伸缩臂等。
（3）椭圆凸轮机构：凸轮为椭圆形，可以控制机械构件的速度和加速度，常用于机械加工。
（4）凸缘凸轮机构：凸轮为凸缘形，和环形凸轮不同的是，它的凸轮周长不是圆周，可以通过改变凸轮的外形来控制机构运动。
2.按照传动方式分类：（1）平面副凸轮机构：凸轮的轴线和从动件的轴线在同一平面内，例如喷油泵的凸轮机构。
（2）空间副凸轮机构：凸轮的轴线和从动件的轴线不在同一个平面内，例如空间伸缩臂。
3.按照运动形式分类：（1）转角运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做角度转动，例如喷油泵。
（2）轴向运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做轴向运动，例如发动机气门机构。
（3）直线运动凸轮机构：凸轮可以带动从动件做直线运动，例如冲压机的工作台。
总结：凸轮机构是机械工程中非常常见的机构之一，它具有将旋转运动转化为直线运动的功能，可以控制机械装置的运动，广泛应用于各种机械系统中，如汽车发动机、起重机、工业生产线等。
第三章 凸轮机构
3－1 凸轮机构的应用和类型
在机械装置中，尤其是在自动控制机械中，为实现某些特殊 或复杂的运动规律，广泛地应用着各种凸轮机构
二、凸轮机构应用
内燃机凸轮机构 凸轮以等角速度回 转，它的轮廓驱使从 动件（阀杆）按预期 的运动规律打开或关 闭阀门。
3-1 凸轮机构的应用和类型
二、凸轮机构应用
所示为绕线机中用 于排线的凸轮机构， 当绕线轴3快速转 动时，经齿轮带动 凸轮1缓慢地转动， 通过凸轮轮廓与尖 顶A之间的作用， 驱使从动件2往复 摆动，从而使线均 匀地缠绕地绕线轴 上
凸轮1随放音键 上下移动。放音 时，凸轮1处于 图示最低位置， 在弹簧的作用下， 安装于带轮轴上 2 的摩擦轮4紧靠 1 1 卷带轮5，从而 放音键 将磁带卷紧。 放音键
卷带轮 5
3 3 4 4
皮带轮 皮带轮
摩擦 轮
录音机卷带机构
二、凸轮机构应用
当带有凹槽的 凸轮1转动时， 通过槽中的滚 子，驱使从动 件2作往复移动。 凸轮1每回转一 周，从动件即 从储料器中推 出一个毛坯， 送到加工位置。
v o a
δ +∞ δ -∞
o
§3—3
凸轮机构压力角
一、压力角与作用力的关系
二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
一、压力角与作用力的关系
压力角: 从动件上的驱动力与 该力作用点绝对速度之间 所夹的锐角。 凸轮机构的压力角：
1
n
F
3
α
v
2 B
S2 n
e
O C
P
接触点法线与从 动件上作用点速度方 向所夹的锐角。
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
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下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
从动件常用运动规律特性比较
运动规律 等速 （直线） 等加等减速 （抛物线） 简谐 （余弦加速度） 摆线 （正弦加速度） 3－4－5次多项式 （五次多项式）
下午10时30分
冲 击 特 性 刚性 柔性 柔性 无
vmax/(hω/Φ) 1.00 2.00 1.57 2.00
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
五次多项式
其位移方程式中多项式剩余项 的次数为3、4、5，故称3－4－5 次多项式运动规律。也称五次多 项式运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速中载。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
例：建立运动方程
已知:Φ=180, Φs=30, Φh=180, h=12, 运动规律 f(z)=10z3-15z4+6z5 求导 f’(z)=30z2-60z3+30z4 f”(z)=60z-180z2+120z3 s = 12[10( ) 15( ) + 6( ) ] 0 ≤ ≤ π 推程运动方程为 π π π
amax/(hω2/Φ2) ∞ 4.00 4.93 6.28
jmax/(hω3/Φ3) － ∞ ∞ 39.5
适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速轻载
无
1.88
5.77
60.0
高速中载
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
刚性机构的输入参数x转变为输出参数y仅 与机构几何学有关。此关系在数学上理解 为机构的传动函数y=y(x) 标准传动函数f(z)的单位为1,满足定义域 z∈[0,1],值域f(z) ∈[0,1],且满足边界 条件f(0)=0, f(1)=1。当满足f(z)=1f(1-z)时为对称标准传动函数。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮与从动件维持 高副接触的方法分类 力锁合 形锁合
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
力锁合
所谓力锁合型，是指 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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
当质点在圆周上作匀 速运动时，它在直径 上的投影点的运动即 为简谐运动。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
由于其加速度曲线为余弦曲线， 故又称为余弦加速度运动规律。 特点：速度曲线连续，故不会 产生刚性冲击，但在运动的起 始和终止位置加速度曲线不连 续，故会产生柔性冲击。 适用场合：中速中载。当从动 件作无停歇的升--降--升连续停 歇运动时，加速度曲线变成连 续曲线，可用于高速场合。
形锁合
所谓形锁合型，是指 利用高副元素本身的 几何形状使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的优点
结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多 用性和灵活性，从动件的运动规律取决于 凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求 的从动件的运动规律，都可以毫无困难地 设计出凸轮廓线来实现。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
由于其加速度曲线为正弦曲线， 故又称为正弦加速度运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速轻载。
凸轮廓线设计的基本原理 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 圆柱凸轮轮廓曲线的设计
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸 轮和从动件都在运动， 为了在图纸上绘制出 凸轮的轮廓曲线，可 采用反转法 反转法。 反转法 以图示的对心尖端移
滚子从动件
为减小摩擦磨损，在 从动件端部安装一个 滚轮，把从动件与凸 轮之间的滑动摩擦变 成滚动摩擦，因此摩 擦磨损较小，可用来 传递较大的动力，故 这种形式的从动件应 用很广。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
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。此外，在不计 摩擦时，凸轮对从动 件的作用力始终垂直 于从动件的平底，受 力平稳传动效率高， 常用于高速场合。
第四章 凸轮机构及其设计
§4-1 凸轮机构的应用和分类
Knowledge Points
凸轮机构的组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的优点、缺点
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的组成
凸轮是具有曲线轮廓 或凹槽的构件 凸轮机构一般由凸轮、 从动件和机架三个构 件组成。
下午10时30分
从动件往复运动的最 大位移，用h表示。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
推程
从动件背离凸轮轴心 运动的行程。
推程运动角
与推程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
回程
从动件向着凸轮轴心 运动的行程。
回程运动角
与回程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 按照从动件的型式分 类 按照凸轮与从动件维 持高副接触的方法分 类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
盘形凸轮
这种凸轮是一个绕固 定轴转动并且具有变 化向径的盘形零件， 如。当其绕固定轴转 动时，可推动从动件 在垂直于凸轮转轴的 平面内运动。它是凸 轮的最基本型式，结 构简单，应用最广。
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
远休止角
从动件在最远处停留 凸轮的转角。
近休止角
从动件在距离回转中 心最近处停留凸轮的 转角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
从动件位移线图
从动件位移s与凸轮转 角φ的对应关系。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍2,f2(z)=1-2(1-z)2 5次多项式 f(z)=10z3-15z4+6z5
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
常用三角规律 简谐运动 f(z)=[1-cos(πz)]/2 摆线运动 f(z)=z-sin(2πz)/(2 π)
动从动件盘形凸轮机 构为例：
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮转动时，凸轮机构的 真实运动：
凸轮以等角速度ω绕轴 O 逆时针转动，推动从动件 在导路中上、下往复移动。 当从动件处于最低位置时， 凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过φ1角 时，凸轮的向径OA 将转 到OA 的位置上，而凸轮 轮廓将转到图中兰色虚线 所示的位置。这时从动件 尖端从最低位置 A 上升到 B，上升的距离s1=AB。
一般形式
s = c0 + c1 + c2 2 + + cn n
式中c0、cl、c2、…、cn为n+1个 系数。这n+1个系数可以根据对 运动规律所提的n+1个边界条件 来确定。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
一次多项式
从动件速度为常量，故称为等速运动规 律，由于其位移曲线为一条斜率为常数的 斜直线，故又称直线运动规律。 特点：速度曲线不连续，从动件运动起 始和终止位置速度有突变，会产生刚性冲 击。 适用场合：低速轻载。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
移动凸轮
当盘形凸轮的转轴位 于无穷远处时，就演 化成了图示的移动凸 轮（或楔形凸轮）。 凸轮呈板状，它相对 于机架作直线移动。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
圆柱凸轮
如果将移动凸轮卷成 圆柱体即演化成圆柱 凸轮。图示为自动机 床的进刀机构。在这 种凸轮机构中凸轮与 从动件之间的相对运 动是空间运动，故属 于空间凸轮机构。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
反转时，凸轮机构的运动：
凸轮固定不动，而让从动 件连同导路一起绕O点以 角速度（－ω）转过φ1角， 此时从动件将一方面随导 路一起以角速度（－ω） 转动，同时又在导路中作 相对移动，运动到图中粉 红色虚线所示的位置。此 时从动件向上移动的距离 与前相同。此时从动件尖 端所占据的位置 B 一定是 凸轮轮廓曲线上的一点。 若继续反转从动件，可得 凸轮轮廓曲线上的其它点。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
从动件运动方程建立
推程
回程
h
s = h[1 f ( h )] 0 ≤ h ≤ Φ h h = Φ Φ s s = hf ( ) 0 ≤ ≤ Φ Φ Φ h h h h v = s′ = h f ′( h ) ′ v = s′ = f ′( ) ′ Φ Φ Φ Φ h h 2 h h h h h a = s′′ = f ′( ) ′′ + 2 f ′′( ) ′ a = s′′ = h f ′( h ) ′′ + 2 f ′′( h )( ′h ) 2 Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φh
从动件常用运动规律特性比较
运动规律 等速 （直线） 等加等减速 （抛物线） 简谐 （余弦加速度） 摆线 （正弦加速度） 3－4－5次多项式 （五次多项式）
下午10时30分
冲 击 特 性 刚性 柔性 柔性 无
vmax/(hω/Φ) 1.00 2.00 1.57 2.00
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
五次多项式
其位移方程式中多项式剩余项 的次数为3、4、5，故称3－4－5 次多项式运动规律。也称五次多 项式运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速中载。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
例：建立运动方程
已知:Φ=180, Φs=30, Φh=180, h=12, 运动规律 f(z)=10z3-15z4+6z5 求导 f’(z)=30z2-60z3+30z4 f”(z)=60z-180z2+120z3 s = 12[10( ) 15( ) + 6( ) ] 0 ≤ ≤ π 推程运动方程为 π π π
amax/(hω2/Φ2) ∞ 4.00 4.93 6.28
jmax/(hω3/Φ3) － ∞ ∞ 39.5
适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速轻载
无
1.88
5.77
60.0
高速中载
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
刚性机构的输入参数x转变为输出参数y仅 与机构几何学有关。此关系在数学上理解 为机构的传动函数y=y(x) 标准传动函数f(z)的单位为1,满足定义域 z∈[0,1],值域f(z) ∈[0,1],且满足边界 条件f(0)=0, f(1)=1。当满足f(z)=1f(1-z)时为对称标准传动函数。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮与从动件维持 高副接触的方法分类 力锁合 形锁合
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
力锁合
所谓力锁合型，是指 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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
当质点在圆周上作匀 速运动时，它在直径 上的投影点的运动即 为简谐运动。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
由于其加速度曲线为余弦曲线， 故又称为余弦加速度运动规律。 特点：速度曲线连续，故不会 产生刚性冲击，但在运动的起 始和终止位置加速度曲线不连 续，故会产生柔性冲击。 适用场合：中速中载。当从动 件作无停歇的升--降--升连续停 歇运动时，加速度曲线变成连 续曲线，可用于高速场合。
形锁合
所谓形锁合型，是指 利用高副元素本身的 几何形状使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的优点
结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多 用性和灵活性，从动件的运动规律取决于 凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求 的从动件的运动规律，都可以毫无困难地 设计出凸轮廓线来实现。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
由于其加速度曲线为正弦曲线， 故又称为正弦加速度运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速轻载。
凸轮廓线设计的基本原理 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 圆柱凸轮轮廓曲线的设计
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸 轮和从动件都在运动， 为了在图纸上绘制出 凸轮的轮廓曲线，可 采用反转法 反转法。 反转法 以图示的对心尖端移
滚子从动件
为减小摩擦磨损，在 从动件端部安装一个 滚轮，把从动件与凸 轮之间的滑动摩擦变 成滚动摩擦，因此摩 擦磨损较小，可用来 传递较大的动力，故 这种形式的从动件应 用很广。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
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。此外，在不计 摩擦时，凸轮对从动 件的作用力始终垂直 于从动件的平底，受 力平稳传动效率高， 常用于高速场合。
第四章 凸轮机构及其设计
§4-1 凸轮机构的应用和分类
Knowledge Points
凸轮机构的组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的优点、缺点
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的组成
凸轮是具有曲线轮廓 或凹槽的构件 凸轮机构一般由凸轮、 从动件和机架三个构 件组成。
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从动件往复运动的最 大位移，用h表示。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
推程
从动件背离凸轮轴心 运动的行程。
推程运动角
与推程对应的凸轮转 角。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
回程
从动件向着凸轮轴心 运动的行程。
回程运动角
与回程对应的凸轮转 角。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 按照从动件的型式分 类 按照凸轮与从动件维 持高副接触的方法分 类
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
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盘形凸轮
这种凸轮是一个绕固 定轴转动并且具有变 化向径的盘形零件， 如。当其绕固定轴转 动时，可推动从动件 在垂直于凸轮转轴的 平面内运动。它是凸 轮的最基本型式，结 构简单，应用最广。
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
远休止角
从动件在最远处停留 凸轮的转角。
近休止角
从动件在距离回转中 心最近处停留凸轮的 转角。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
从动件位移线图
从动件位移s与凸轮转 角φ的对应关系。
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍2,f2(z)=1-2(1-z)2 5次多项式 f(z)=10z3-15z4+6z5
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
常用三角规律 简谐运动 f(z)=[1-cos(πz)]/2 摆线运动 f(z)=z-sin(2πz)/(2 π)
动从动件盘形凸轮机 构为例：
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮转动时，凸轮机构的 真实运动：
凸轮以等角速度ω绕轴 O 逆时针转动，推动从动件 在导路中上、下往复移动。 当从动件处于最低位置时， 凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过φ1角 时，凸轮的向径OA 将转 到OA 的位置上，而凸轮 轮廓将转到图中兰色虚线 所示的位置。这时从动件 尖端从最低位置 A 上升到 B，上升的距离s1=AB。
一般形式
s = c0 + c1 + c2 2 + + cn n
式中c0、cl、c2、…、cn为n+1个 系数。这n+1个系数可以根据对 运动规律所提的n+1个边界条件 来确定。
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多项式运动规律
一次多项式
从动件速度为常量，故称为等速运动规 律，由于其位移曲线为一条斜率为常数的 斜直线，故又称直线运动规律。 特点：速度曲线不连续，从动件运动起 始和终止位置速度有突变，会产生刚性冲 击。 适用场合：低速轻载。
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移动凸轮
当盘形凸轮的转轴位 于无穷远处时，就演 化成了图示的移动凸 轮（或楔形凸轮）。 凸轮呈板状，它相对 于机架作直线移动。
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圆柱凸轮
如果将移动凸轮卷成 圆柱体即演化成圆柱 凸轮。图示为自动机 床的进刀机构。在这 种凸轮机构中凸轮与 从动件之间的相对运 动是空间运动，故属 于空间凸轮机构。
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凸轮廓线设计的基本原理
反转时，凸轮机构的运动：
凸轮固定不动，而让从动 件连同导路一起绕O点以 角速度（－ω）转过φ1角， 此时从动件将一方面随导 路一起以角速度（－ω） 转动，同时又在导路中作 相对移动，运动到图中粉 红色虚线所示的位置。此 时从动件向上移动的距离 与前相同。此时从动件尖 端所占据的位置 B 一定是 凸轮轮廓曲线上的一点。 若继续反转从动件，可得 凸轮轮廓曲线上的其它点。
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从动件运动方程建立
推程
回程
h
s = h[1 f ( h )] 0 ≤ h ≤ Φ h h = Φ Φ s s = hf ( ) 0 ≤ ≤ Φ Φ Φ h h h h v = s′ = h f ′( h ) ′ v = s′ = f ′( ) ′ Φ Φ Φ Φ h h 2 h h h h h a = s′′ = f ′( ) ′′ + 2 f ′′( ) ′ a = s′′ = h f ′( h ) ′′ + 2 f ′′( h )( ′h ) 2 Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φh