第九章 凸轮机构及其设计

回转。推杆的运动规律如图所示。试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
已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆
的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的 凸轮廓线。
4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构
已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而
三、分类:
1、按凸轮的形状分
凸
轮 2、按从动件形状分
机
构
分 类
3、按从动件的运动形式分
4、按凸轮高副锁合方式分
盘形凸轮 移动凸轮 柱状凸轮 尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
移动从动件 摆动从动件
力锁合 形锁合
1、按凸轮的形状分
（1）盘形凸轮机构
盘状且具有变化的向径， 绕固定轴转动。
凸轮最基本的形式，结构 简单，应用最广。
推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。
从动画中看，从动件
在反转运动中依次占
据的位置将不在是以
凸轮回转中心作出的
径向线,而是始终与O
保持一偏距e的直线,
因此若以凸轮回转中
心O为圆心，以偏距
e为半径作圆（称为
偏距圆）,则从动件
在反转运动中依次占
据的位置必然都是偏
距圆的切线,(图
中
…)从动
件的位移
(
…)也应
沿切线量取。然后
将
…等点用光
滑的曲线连接起来，
既得偏置直动尖顶从
动件盘形凸轮轮廓。
4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构
已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与
从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，已知从动件的运动规 律，试设计。（从动件的位移是角位移 ）
§ 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
(Determination elementary dimensions of cam mechanism)
一、凸轮机构中的压力角 1、压力角：从动件与凸轮在接触点处的 受力方向与其在该点绝对速度方向之间所 夹的锐角
凸轮机构压力角
凸轮廓线上不同点处的压力角是 不同的。机构发生自锁时的压力 角称为临界压力角。为保证凸轮 机构正常运转，应使最大压力角 小于临界压力角。
v h [1 cos(2 )]
a
2 h 2
2
sin(
2
)
5' 6' 7'
4' o 3' 2'
1'12voa12
34
34
5 5
6 6
78 78
特点：
56 78
o
无冲击，用于高速场合。
123
4
5、3-4-5次多项式运动规律
运动方程式（推程）
v
s
h10
3
15
4
6
5
a
1
9 10 11 12
13 14
A
O
1 3 5 7 8 9 11 13 15
120º 60º 90º 90º
设计步骤：
③① 确选定比反例转尺后l，从作动件位尖移顶曲在线各和等基分圆
rb点。占据的位置。
11
等分点②④的等从将分动各位件尖移的顶曲位线点置及。连反接向成等一分各条运光动滑角曲，线确。定反转后对应于各
S b)升-停-降
0 0
s
′0
′s
0 0
s
′0
S c)升-降-停
S d)升-降
0
0
s
′s
0 0
′0
二、从动件的常用运动规S 律
1、等速运动规律
h
从动件的速度为常数 v = C
运动方程式
O
s
h
v
特点：
推程
v
h
a 0
C
O a
刚性冲击，适用于低速轻
载场合。
O
2、等加速等减速运动规律
s
从动件的加速度为常数
规律变化
1' 0
12 3
4
56
（ 推
运 动
程方
）程
式
特点：
s h [1 cos( )]
2
v
h
sin(
)
2
a
2h 2 2
2
cos(
)
v ，s h h cos
22
1
2
3
4
5
6
a
amax -amax
柔性冲击，用于中速场合。
4 56
1 23
6S
5 4
3
h 此种运动规
2 10
ds d
移动从动件
摆动从动件
偏置式 偏距e
对
偏
摆
心
置
动
式
式
式
4、按凸轮高副的锁合方式分
维持凸轮轮廓与从动件始终保持接触而不脱开 称为锁合（封闭）。
（1）力锁合
1
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。
2
3
（2）形锁合 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。 槽凸轮机构
v
h
30
2
60
3
30
4
a
h 2 2
60
180
2
120
3
特点：
无冲击，适用于高速中载场合。
s h
,t
§ 9-3 凸轮廓线的设计
根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓。
方法：
图解法
解析法
图解法：简单易行、直观，但精度低，用于精度 要求不高的凸轮机构设计。
解析法：精度高，用于高精度的凸轮机构设计。
一、基本方法——反转法
(
1
1)
相导反当路转于也法将以：凸( 轮 角固1 )定
在将速纸整度面个绕上机凸；构轮从加轴动上转件一动
(一另个构,上从（方一件端角动1面方间点 )速件，绕面的1）度在保凸按相连转各证轮运对线动位各轴动运便,置以规动是
律不凸在变轮导。廓路线中。移动；
交点A在各等分点占据的位置。
11
② 等分位移曲线及反向等分各运动
族角件的的，位确内④置定包。作反络转平线后底。对直应线于族各等及分平点底的直从动线
（五）偏置尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计
已知凸轮的基圆半径rb，角速度
和从动件的运动规律及偏心距e，设计
该凸轮轮廓曲线。
e
s
8 910
7 5 3 1
11 12
（一）基本原理（反转法）
加与凸轮角速度等值、反向的角速度- 凸轮静止不动
从动件与导路以角速度绕凸轮转动 从动件相对导路移动
从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线
（二）对心尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计
已知：从动件运动规律、从动件位置、
凸轮基圆半径rb、凸轮沿逆时针方向
以角速度ω作等速转动。
s
8
7
5
3
0 1
4
|a| = C
9
运动方程式（推程）
4
等加速段 等减速段
1
0
1
2 34
5
6
s
2h 2
2
v
4h 2
a
4h 2
2
s
h
2h 2
2
v
4h 2
a
4h 2
2
v
0
a
/2
特点： 柔性冲击，适用于
0
/2
中速轻载场合。
3、余弦加速度运动规律
5' s 6'
4'
（简谐运动规律）
3'
从动件的加速度按余弦 2'
ds e
tgα d
s r02 e2
正偏距： 凸轮逆时针回转，从动件右偏置 凸轮顺时针回转，从动件左偏置 负偏距： 凸轮逆时针回转，从动件左偏置 凸轮顺时针回转，从动件右偏置
应有利于减小从动件工作行程时的最大压力 角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位 于凸轮回转中心O的同侧，此时凸轮上C点的线 速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。
运动循环
在凸轮转过一周的过程中，从动件经历了“升 －停－降－停”四个阶段。
注：不是所有的凸轮机构必须经历这四个阶段。
从动件运动规律：
位移线图（s-t或s- ）
s
位移曲线
速度线图（v-t或v- ） h 加速度线图（a-t或a- ） O s s ,t
360º
从动件运动形式：
S a)升-停-降-停
B4 3
A3
90º B8
B7
60ºB5 B6
4
B7
B5
A4
B6
6
5
A5
1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。
而推杆的运动规律如图所示。试设计该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
已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速
凸轮机构在图示位置的压力角：推杆在与 凸轮的接触点B处所受正压力的方向与推 杆上点B的速度方向之间所夹的锐角。
根据经验 取值为：
升程段：直动从动件 30 ，
摆动从动件 35 ~ 45 ；
回程段：对力封闭的凸轮机构
/ 70 ~ 80 。
对几何封闭的凸轮机构
/ 同升程段。
从动件偏置方位的选择原则