机械设计基础 凸轮机构
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机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
0
v
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机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
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推程 运动方程:
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02 4h 2 a 02
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运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
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回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
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
2、按从动件型式分 尖顶从动件
5.1 概述
3、根据从动件的运动形式分
移动从动件凸轮机构
摆动从动件凸轮机构
对心
偏置
5.1 概述
4、按照凸轮的锁合方式可把Байду номын сангаас轮分为： 力锁合
5.1 概述
形锁合
沟槽凸轮机构
等径凸轮机构
5.1 概述
三、凸轮机构的基本尺寸和运动参数
基圆：以凸轮最小半径r0所 作的圆，r0称为凸轮的 基圆半径。 ①推程： 推程运动角 t 从动件移动距离为升程h
5.3 盘形凸轮轮廓设计
二、 作图法设计凸轮轮廓曲线
1、对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓的设计
5.3 盘形凸轮轮廓设计
2、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
5.3 盘形凸轮轮廓设计
3、滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
5.3 盘形凸轮轮廓设计
4、尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓的设计
5.3 盘形凸轮轮廓设计
形锁合
5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
三、滚子半径的确定
凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系 当理论廓线内凹时 当理论廓线外凸时(可分为三种情况) 1) r 2) r
min min
r min' = r min + r
T
此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)
r min ' = r min - r
推荐压力角数值
移动从动件[a]=30
摆动从动件[a]=45
回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为 [a]=70～80
5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
二、基圆半径的确定
ds / d e OD e tan a AB r02 e 2 s
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 第六章 凸轮机构
6.2.1 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
术语： 基圆 偏距 近休程 近休止角 推程 推程运动角 远休程 远休止角 回程 回程运动角 行程 推杆运动规律
6.2.2 几种常用的推杆运动规律
等速运动规律：
s h / 0 h 1 / 0 a0
凸轮廓线设计步骤： （1）划分位移曲线；
（2）取长度比例尺，绘出凸轮基圆，偏心距圆；
（3）获取基圆上的等分点； （4）绘出反转过程中的导路位置线；
（5）计算推杆的预期位移；
（6）将从动件尖顶点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓。
理论轮廓线 实际轮廓线
尖顶从动件
滚子从动件
滚子半径的选择
滚子从动件作用： 1、化滑动摩擦为滚动摩擦； 2、降低凸轮与从动件之间的局 部接触应力。
6.3.2 压力角与凸轮机构尺寸的关系
tan
OC e
PC OP OC BC BC
BC s r02 e 2
P为凸轮和从动件的速度瞬心，故：
v OP
即： OP
v
ds d
于是：
tan
ds e d s r02 e 2
增大基圆半径或设置偏置均可减小压力角，
存在速度突变，加速 度及惯性力理论上将无穷 大，称为刚性冲击。用于 低速轻载场合。
等加速等减速运动规律：
s 2h 2 / 02 4h1 / 02 2 a 4h1 / 02
s h 2h( 0 ) 2 / 02 4h1 ( 0 ) / 02 2 a 4h1 / 02
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
三、对心直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计
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
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及其他常用机构
详细描述
凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计灵活等优点，能够实现精确的位移、速度 和加速度控制，因此在自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等众多领域得 到广泛应用。
凸轮机构的应用领域
总结词
凸轮机构广泛应用于自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等领域，用于实现 精确的往复运动或摆动。
详细描述
在自动化生产线中，凸轮机构可用于控制传送带的启停、进给等动作；在内燃机 中，凸轮机构用于控制气门的开闭和汽油的喷射；在压缩机中，凸轮机构用于驱 动活塞的往复运动；在印刷机中，凸轮机构用于控制印版的滚筒运动。
高效率原则
凸轮机构的设计应保证运动传 递效率高，减少摩擦和能量损 失。
可靠性原则
凸轮机构的设计应保证其具有 足够的强度和刚度，能够承受
工作载荷和冲击。
凸轮机构的设计步骤
分析运动需求
明确凸轮机构需要实现的运动规律， 如推程、回程和停歇等阶段的要求。
选择凸轮类型
根据运动需求选择合适的凸轮类型， 如盘形、圆柱形或圆锥形等。
优点是可实现多种复杂的运动规律和运动 轨迹；缺点是连杆的铰链处易磨损，且不 适合用于高速传动。
05
凸轮机构的设计与优化
凸轮机构的设计原则
功能需求原则
凸轮机构的设计应满足预定的 运动规律和动力要求，如位移 、速度和加速度等参数应符合
工作需求。
结构简单原则
凸轮机构的结构应尽量简单， 减少零件数量，降低加工难度 和成本。
03
常用机构介绍
常用机构介绍
• 请输入您的内容
04
凸轮机构与其他常用机构的比较
工作原理的比较
凸轮机构
通过凸轮的转动，使从 动件产生预期的运动规
律。
齿轮机构
凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计灵活等优点，能够实现精确的位移、速度 和加速度控制，因此在自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等众多领域得 到广泛应用。
凸轮机构的应用领域
总结词
凸轮机构广泛应用于自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等领域，用于实现 精确的往复运动或摆动。
详细描述
在自动化生产线中，凸轮机构可用于控制传送带的启停、进给等动作；在内燃机 中，凸轮机构用于控制气门的开闭和汽油的喷射；在压缩机中，凸轮机构用于驱 动活塞的往复运动；在印刷机中，凸轮机构用于控制印版的滚筒运动。
高效率原则
凸轮机构的设计应保证运动传 递效率高，减少摩擦和能量损 失。
可靠性原则
凸轮机构的设计应保证其具有 足够的强度和刚度，能够承受
工作载荷和冲击。
凸轮机构的设计步骤
分析运动需求
明确凸轮机构需要实现的运动规律， 如推程、回程和停歇等阶段的要求。
选择凸轮类型
根据运动需求选择合适的凸轮类型， 如盘形、圆柱形或圆锥形等。
优点是可实现多种复杂的运动规律和运动 轨迹；缺点是连杆的铰链处易磨损，且不 适合用于高速传动。
05
凸轮机构的设计与优化
凸轮机构的设计原则
功能需求原则
凸轮机构的设计应满足预定的 运动规律和动力要求，如位移 、速度和加速度等参数应符合
工作需求。
结构简单原则
凸轮机构的结构应尽量简单， 减少零件数量，降低加工难度 和成本。
03
常用机构介绍
常用机构介绍
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04
凸轮机构与其他常用机构的比较
工作原理的比较
凸轮机构
通过凸轮的转动，使从 动件产生预期的运动规
律。
齿轮机构
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
H
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
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
机械设计基础之凸轮机构
总结词
印刷机传纸机构是利用凸轮机构来实现纸张的传递和定位的机构，它保证了印 刷机的高效稳定运行。
详细描述
在印刷机传纸机构中，凸轮的转动带动曲柄滑块机构的运动，从而实现纸张的 传递。通过合理设计凸轮的形状和尺寸，可以保证纸张传递的准确性和稳定性 ，提高印刷质量和效率。
谢谢聆听
B
C
紧固
使用合适的紧固件和润滑剂将凸轮与其他零 件连接并固定。
调整
对装配好的凸轮机构进行调整，确保其正常 运转和达到预期的性能。
D
凸轮机构的精度检测
径向跳动检测
检查凸轮的径向跳动是否符合要求，以确保 其运转平稳。
轴向窜动检测
检查凸轮的轴向窜动是否在允许范围内，以 确保其正常工作。
表面粗糙度检测
检查凸轮表面的粗糙度是否满足设计要求， 以确保良好的润滑和耐磨性。
运动学分析
通过分析凸轮机构在不同 工作阶段的运动特性，为 后续设计提供依据。
凸轮机构的压力角
定义
01
压力角是指与凸轮接触的推杆在运动方向上所受的力与该力的
作用线到回转中心的连线之间的夹角。
压力角的影响
02
压力角的大小直接影响到凸轮机构的传动效率和使用寿命，因
此设计中需要合理控制压力角的大小。
压力角的计算
机械设计基础之凸轮 机构
目录
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的基本理论 • 凸轮机构的设计 • 凸轮机构的制造与装配 • 凸轮机构的应用实例
01 凸轮机构概述
定义与特点
定义
凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机 架三个基本构件组成的机构，通过凸 轮的轮廓曲线与从动件之间的相互作 用，实现预定的运动规律。
自动机的分度机构
总结词
印刷机传纸机构是利用凸轮机构来实现纸张的传递和定位的机构，它保证了印 刷机的高效稳定运行。
详细描述
在印刷机传纸机构中，凸轮的转动带动曲柄滑块机构的运动，从而实现纸张的 传递。通过合理设计凸轮的形状和尺寸，可以保证纸张传递的准确性和稳定性 ，提高印刷质量和效率。
谢谢聆听
B
C
紧固
使用合适的紧固件和润滑剂将凸轮与其他零 件连接并固定。
调整
对装配好的凸轮机构进行调整，确保其正常 运转和达到预期的性能。
D
凸轮机构的精度检测
径向跳动检测
检查凸轮的径向跳动是否符合要求，以确保 其运转平稳。
轴向窜动检测
检查凸轮的轴向窜动是否在允许范围内，以 确保其正常工作。
表面粗糙度检测
检查凸轮表面的粗糙度是否满足设计要求， 以确保良好的润滑和耐磨性。
运动学分析
通过分析凸轮机构在不同 工作阶段的运动特性，为 后续设计提供依据。
凸轮机构的压力角
定义
01
压力角是指与凸轮接触的推杆在运动方向上所受的力与该力的
作用线到回转中心的连线之间的夹角。
压力角的影响
02
压力角的大小直接影响到凸轮机构的传动效率和使用寿命，因
此设计中需要合理控制压力角的大小。
压力角的计算
机械设计基础之凸轮 机构
目录
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的基本理论 • 凸轮机构的设计 • 凸轮机构的制造与装配 • 凸轮机构的应用实例
01 凸轮机构概述
定义与特点
定义
凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机 架三个基本构件组成的机构，通过凸 轮的轮廓曲线与从动件之间的相互作 用，实现预定的运动规律。
自动机的分度机构
总结词
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
03机械设计基础-凸轮机构
2 t
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。
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。
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2．等加速等减速运动规律
通常取前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，加速度 和减速度的绝对值相等。因此，推杆作加速运动和减速运动的位
移各为 h / 2，凸轮的转角各为0 / 2 ，分别相等。
其推程时等加速段运动方程为
s
2h
2
/
2 0
4h1 /
2 0
a
4h12
/
2 0
推程时等减速段运动方程为
第四章 凸轮机构
机架
从动件
滚子
凸轮
凸轮机构的优点：只需设计适当的凸轮 轮廓，便可使从动件得到所需的运动规 律，并且结构简单、紧凑、设计方便
凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之 间是点接触或线接触，易于磨损，通常 用于传力不大的控制机构
4.1 凸轮机构的应用及类型 4.1.1 凸轮机构的应用
盘形凸轮机构 在印刷机中的应用
4．正弦加速度运动（摆线运动）规律
一动圆沿一曲线C作纯滚动时，与动圆固定的一点P（可在圆上、圆 内、圆外）的运动轨迹称为摆线。
当推杆的加速度按正弦规律变化时，其推程的运动方程式为
s
h[ / 0 h1[1
c
sin(2 os(2 /
/0 0 ]
) /(2 /0
)]
a 2h12 sin(2 / 0 ) / 02
s
h 2h(0 4h1 (0
)2 /
)
/
2 0
2 0
a
4h12
/
2 0
在行程的起始点A、中点B及终点C处加速度有突变，因而推杆的惯 性力也将有突变。不过这一突变为有限值，所以引起的冲击也较 为平缓。这种由于加速度有突变产生的冲击称为柔性冲击。因此 ，这种运动规律只适用于中、低速的场合。
3．余弦加速度运动（简谐运动）规律
点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成 的运动称为简谐运动。
推程的运动方程式为
s h[1 cos( / 0 )]/ 2 h1 sin( / 0 ) /(20 )
a
2 h12
c os (
/
0
)
/(2
2 0
)
在首末两点推杆的加速度有突变，故也有柔性冲击，一般只适 用于中速场合。
dx / d (ds / d e)sin (s0 s) cos dy / d (ds / d e) cos (s0 s)sin
sin2 cos2 1
sin (dx / d) / (dx / d)2 (dy / d)2 cos (dy / d) / (dx / d)2 (dy / d)2
进入 CAI 教学软件
4.2.2 从动件运动规律 进入 CAI 教学软件
1．等速运动规律 设凸轮以等角速度回转，推程的运动方程为
s h /0
h1
/0
a0
推杆在运动开始和终了的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆 的加速度及其由此产生的惯性力在理论上将出现瞬时的无穷大 值。实际上由于材料具有弹性，加速度和惯性力虽不会达到无 穷大，但仍很大，从而产生强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲 击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。
偏距e为代数值，当凸轮沿逆时针方向转动时，推杆导路 方向位于凸轮回转中心的右侧时，e为正；反之e为负。若
凸轮沿顺时针方向回转，则相反。
4.4 凸轮机构的压力角和基本尺寸 4.4.1 凸轮机构的作用力与凸轮机构的压力角
FY=F cosα
Fx= F sin α 自锁 F sin αf > F cosα
等径凸轮机构 在机械加工中的应用
利用分度凸轮 机构实现转位
圆柱凸轮机构 在机械加工中的应用
内燃机
送料机构
靠模凸轮机构 5-铣刀；6-被加工件
二、凸轮机构的类型
1、按凸轮的几何形状分： （1）盘形凸轮
（2）移动凸轮
（3）圆柱凸轮
2、按从动件（推杆）端部形状分 （1）尖顶从动件
对心直动尖顶从动件 偏置直动尖顶从动件
4.2.3 运动规律的特征值
最大速度vmax：影响从动件的最大动量mvmax，即机构停动 的灵活性。 最大加速度amax ：影响从动件的惯性力 最大跃动Jmax：惯性力的最大变化率。影响机构工作的平 稳性。
从动件运动规律的选择原则：
amax 、vmax 、 Jmax 越小越好，但他们互相制约，可参考以下
加速度没有突变，可以避免柔性冲击及刚性冲击，故适于高速传动 。
对于回程时的运动方程可以用下式得出
s回
回
h s推
推
a回 a推
其中 0
用回程运动角
0
代替，凸轮转角
应从回
程运动规律的起始位置计量起。
组合型运动规律
当采用不同的运动规律构成组合型运动规律时，它们在连 接点处的位移、速度和加速度应分别相等。
ds
d
dt
ds e
原则
（1）高速轻载：按amax 、vmax 、 Jmax的顺序考虑，可选用等
加速等减速运动规律。
（2）低速重载：按vmax 、 amax 、Jmax的顺序考虑，可选用改
进型等速运动规律。
（3）中速中载：要求vmax 、 amax 、Jmax都比较好，可选用正
弦加速度运动规律。
4.3 凸轮轮廓曲线的设计 根据工作要求，选择推杆运动规律、凸轮机构的 型式、凸轮的基圆半径等基本尺寸和凸轮的转向, 然后进行凸轮廓线设计.
f sinα> cosα 为保证传力性能： αmax ≤ [α ]
直动推杆取 [α]=30°
摆动推杆取 [α]=35°～45°
若在回程时,推杆是靠重力或弹簧力的作用返回
，则回程的许用压力角[α]′=70°～80°
4.4.2 凸轮机构基本尺寸的确定
1. 盘形凸轮基圆半径的确定
ds
OP v2
1
dt
d
图解法 解析法
4.3.1 凸轮轮廓设计方 法的基本原理
反转法
4. 对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计
ห้องสมุดไป่ตู้
4.3.3 用 解析法设计凸轮廓线
x (s0 s)sin e cos y (s0 s) cos esin
X x rr cos Y y rr sin
tan dx dx /( dy ) sin / cos dy d d
（2）滚子从动件 对心直动滚子从动件
（3）平底从动件 对心直动平底从动件
3 按从动件（推杆）的运动形式分 （1）直动从动件（推杆）
(a)对心直动 (b)偏置直动 （2）摆动从动件（推杆）
4 按凸轮与推杆维持高副接触的封闭方式分 （1）力封闭
（2）形封闭
4.2 推杆的运动规律 4.2.1 凸轮机构的运动循环及基本名词术语