凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮 62页PPT
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凸轮机构的组成、应用及分类 ppt课件
第4章 凸轮机构
§4―1 凸轮机构的组成、应用及分类
一、组成
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
二、 凸轮机构的应用
凸轮机构结构简单、紧凑，能方便地设计凸轮 轮廓以实现从动件预期运动规律，广泛用于自动 化和半自动化机械中作为控制机构。但凸轮轮廓 与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承 受重载或冲击载荷。
凸轮机构的应用
凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半 自动化机械中应用十分广泛。主要用于：受力不大的控 制机构或调节机构。
内燃机配气凸轮机构
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
自动送料机构
绕线机构 录音机卷带机构
➢送料机构 2
作者：潘存云教授
1 3
送料机构
• 圆柱凸轮回转→滚子带动推杆往复摆动→刀 架的进刀和退刀
刀架
o 2
1
机床进给机构
卷带轮
2 1 放音键 1
5
3
卷带轮
45 摩擦轮
放音键
3
录音机卷带机构
皮带轮 摩擦轮
4
录音机卷带机构
皮带轮
凸轮机构的优点：
只需确定适当的凸轮轮廓曲线， 即可实现从动件复杂的运动规律；结 构简单，运动可靠。
缺点： 从动件与凸轮轮廓为点接触或线
接触，接触应力大，易磨损
用途：常用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类
§4―1 凸轮机构的组成、应用及分类
一、组成
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
二、 凸轮机构的应用
凸轮机构结构简单、紧凑，能方便地设计凸轮 轮廓以实现从动件预期运动规律，广泛用于自动 化和半自动化机械中作为控制机构。但凸轮轮廓 与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承 受重载或冲击载荷。
凸轮机构的应用
凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半 自动化机械中应用十分广泛。主要用于：受力不大的控 制机构或调节机构。
内燃机配气凸轮机构
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
自动送料机构
绕线机构 录音机卷带机构
➢送料机构 2
作者：潘存云教授
1 3
送料机构
• 圆柱凸轮回转→滚子带动推杆往复摆动→刀 架的进刀和退刀
刀架
o 2
1
机床进给机构
卷带轮
2 1 放音键 1
5
3
卷带轮
45 摩擦轮
放音键
3
录音机卷带机构
皮带轮 摩擦轮
4
录音机卷带机构
皮带轮
凸轮机构的优点：
只需确定适当的凸轮轮廓曲线， 即可实现从动件复杂的运动规律；结 构简单，运动可靠。
缺点： 从动件与凸轮轮廓为点接触或线
接触，接触应力大，易磨损
用途：常用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类
常用机构--凸轮机构PPT课件
2021
34
从动件常用运动规律比较
2021
35
用图解法设计凸轮轮廓曲线
反转法
如图 ，若给整个机构加一个与凸轮
角速度。大小相等方向相反的公共
角速度
，于是，凸轮静止
不动，而从动件和导路一方面以角
速度 绕 D 点转动，另一方面从
动件又以一定的运动规律相对导路
往复运动。由于从动件尖底始终与
凸轮轮廓接触，所以从动件尖底的
等加速等减速运动规律位移曲线画法
2021
28
凸轮机构工作过程及从动件运动规律
⑶ 余弦加速度运动规律
推程
s
h 2
1
cos
v h sin 2
a
2h 2 2 2 cos
s
h
,t
v vmax1.57h
加速度曲线不连续，存在 柔性冲击。余弦加速度运动 规律适用于中速中载场合。
2. 平底宽度的确定 ⑴ 作图法确定 l2lmax(57)mm
1 2
rb
1
2
3 34
4
5
5
15
6 6
14
14 13
13 12
12 1110
9
7
8
7
8
11
10
lmax
9
2021
47
从动件滚子半径及平底宽度的确定
y
⑵ 计算法确定
v OP· CB OP v
(dsdt)ddt) dsd
lmax|dsd| max
120º 60º 90º 90º
设计步骤
③① 选确比定例反尺转后l，从作动位件移尖曲顶线在和 11
基各圆等r分b。通道上的位置。 ②④等将分各位尖移顶曲点线连及接反成向一等条分光各滑运曲动线角。，确定反转后对应
凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮
轮廓曲线的设计了。相对运动原理：对整个机构施加一个 凸轮廓线设计的公方法共：运作动图时法，和各解析构法件间的相对运动保 1．凸轮廓线设计持的不基变本。原理
无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本 原理都是反转法原理。
例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
(2) 空间凸轮机构
圆柱凸轮机构在 机械加工中的应用
凸轮机构在其它机器中的应用
2、按推杆形状分类
• (1)尖顶推杆： • 尖端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，用于受力不大的场合。 • (2)滚子推杆： • 它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较大载荷，
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b，可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构
无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本 原理都是反转法原理。
例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
(2) 空间凸轮机构
圆柱凸轮机构在 机械加工中的应用
凸轮机构在其它机器中的应用
2、按推杆形状分类
• (1)尖顶推杆： • 尖端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，用于受力不大的场合。 • (2)滚子推杆： • 它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较大载荷，
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b，可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构
凸轮机构的应用和分类ppt课件
适用场合：中速、低速、轻载。
运动规律的组合原则
➢ 按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律作为主体运动 规律，然后用其它运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最 佳的组合型式。 ➢ 行程的起点和终点处有较好的边界条件。
➢ 根据不同的使用要求，运动规律的连接点处应满足位移、速 度、加速度甚至是更高一阶导数的连续条件，以减少或避免冲 击。
t
s
h
' S
360
t s
h
s'
四、凸轮与从动件的材料及结构
1、材料
凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表 面承受强烈磨损。因此，要求凸轮的工作表面硬度高，具 有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时， 可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优 质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲 碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢 材料，并经表面淬火或滲氮处理。
从动件：材料与凸轮相同，但从动件磨损更严重更早。 所以一般从动件硬度比凸轮要高一些。
2、结构
(1)凸轮轴 当凸轮尺寸小且接近轴径时，则凸轮与轴做成一 体，称为凸轮轴，如图所示。
(2)整体式凸轮 当凸轮尺寸较小又无特殊要求或不需经常装拆 时，一般采用整体式凸轮，如图所示。
(3)可调式凸轮（组合式）
按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类
力封闭式 型封闭式
三、凸轮传动的工作过程
★基圆：以凸轮最小半径r0所 作的圆，r0称为凸轮的基圆半
径。
★推程、推程运动角： t
★远休、远休止角： s
★回程、回程运动角： h ★近休、近休止角： s '
★行程：h
★位移：s=r-r0 ★推杆的运动规律：是指推杆 在运动过程中，其位移、速度 和加速度随时间变化（凸轮转 角δ变化）的规律。
运动规律的组合原则
➢ 按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律作为主体运动 规律，然后用其它运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最 佳的组合型式。 ➢ 行程的起点和终点处有较好的边界条件。
➢ 根据不同的使用要求，运动规律的连接点处应满足位移、速 度、加速度甚至是更高一阶导数的连续条件，以减少或避免冲 击。
t
s
h
' S
360
t s
h
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四、凸轮与从动件的材料及结构
1、材料
凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表 面承受强烈磨损。因此，要求凸轮的工作表面硬度高，具 有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时， 可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优 质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲 碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢 材料，并经表面淬火或滲氮处理。
从动件：材料与凸轮相同，但从动件磨损更严重更早。 所以一般从动件硬度比凸轮要高一些。
2、结构
(1)凸轮轴 当凸轮尺寸小且接近轴径时，则凸轮与轴做成一 体，称为凸轮轴，如图所示。
(2)整体式凸轮 当凸轮尺寸较小又无特殊要求或不需经常装拆 时，一般采用整体式凸轮，如图所示。
(3)可调式凸轮（组合式）
按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类
力封闭式 型封闭式
三、凸轮传动的工作过程
★基圆：以凸轮最小半径r0所 作的圆，r0称为凸轮的基圆半
径。
★推程、推程运动角： t
★远休、远休止角： s
★回程、回程运动角： h ★近休、近休止角： s '
★行程：h
★位移：s=r-r0 ★推杆的运动规律：是指推杆 在运动过程中，其位移、速度 和加速度随时间变化（凸轮转 角δ变化）的规律。
凸轮机构的分类PPT课件
4.1 凸轮机构的应用及分类
一．凸轮机构的应用 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附
属装置组成的一种高副机构。其中凸轮是一个 具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、 摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按 预定的运动规律作往复移动或摆动。 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求， 广泛地使用着凸轮机构。下面我们先看两个凸 轮使用的实例。
从动件（推杆）的运动规律是指推杆 在推程或回程中，从
轮一般作等速运动，其转角 与时间t成正
比，所以从动件的运动规律通常表示成凸
轮转角 的函数，即：
s f (), v f ' (), a f '' ()
第28页/共100页
在进行运动规律分析时，我们规定：
图 4－7
第33页/共100页
2、等加速等减速运动 规律 从动件在一个行 程h（此处的行程指推 程或回程）的前半段h 2 作等加速运动，后半 段 h 2 作等减速运动， 且加速度与减速度的 绝对值相等（根据需 要，二者也可以不相 等）。
推程运动时，凸轮以等
角速度转动，从动件的
行程为h ，所用的时间
第19页/共100页
2）几何锁合： 也叫形锁合，
在这类凸轮机构中， 是依靠凸轮和从动 件推杆的特殊几何 形状来保持两者的 接触，如图4-5所 示。
将不同类型的 凸轮和推杆组合起 来，可以得到各种 不同的凸轮机构。
图4-5
第20页/共100页
4.2 凸轮机构的工作原理 和从动件的运动规律
通过上面的介绍已经知道，凸轮机构是由 凸轮旋转或平移带动从动件进行工作的。所以 设计凸轮结构时，首先就是要根据实际工作要 求确定从动件的运动规律，然后依据这一运动 规律设计出凸轮轮廓曲线。由于工作要求的多 样性和复杂性，要求推杆满足的运动规律也是 各种各样的。下面我们将介绍几种常用的运动 规律。为了研究这些运动规律，我们首先介绍 一下凸轮机构的运动情况和有关的名词术语。
一．凸轮机构的应用 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附
属装置组成的一种高副机构。其中凸轮是一个 具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、 摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按 预定的运动规律作往复移动或摆动。 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求， 广泛地使用着凸轮机构。下面我们先看两个凸 轮使用的实例。
从动件（推杆）的运动规律是指推杆 在推程或回程中，从
轮一般作等速运动，其转角 与时间t成正
比，所以从动件的运动规律通常表示成凸
轮转角 的函数，即：
s f (), v f ' (), a f '' ()
第28页/共100页
在进行运动规律分析时，我们规定：
图 4－7
第33页/共100页
2、等加速等减速运动 规律 从动件在一个行 程h（此处的行程指推 程或回程）的前半段h 2 作等加速运动，后半 段 h 2 作等减速运动， 且加速度与减速度的 绝对值相等（根据需 要，二者也可以不相 等）。
推程运动时，凸轮以等
角速度转动，从动件的
行程为h ，所用的时间
第19页/共100页
2）几何锁合： 也叫形锁合，
在这类凸轮机构中， 是依靠凸轮和从动 件推杆的特殊几何 形状来保持两者的 接触，如图4-5所 示。
将不同类型的 凸轮和推杆组合起 来，可以得到各种 不同的凸轮机构。
图4-5
第20页/共100页
4.2 凸轮机构的工作原理 和从动件的运动规律
通过上面的介绍已经知道，凸轮机构是由 凸轮旋转或平移带动从动件进行工作的。所以 设计凸轮结构时，首先就是要根据实际工作要 求确定从动件的运动规律，然后依据这一运动 规律设计出凸轮轮廓曲线。由于工作要求的多 样性和复杂性，要求推杆满足的运动规律也是 各种各样的。下面我们将介绍几种常用的运动 规律。为了研究这些运动规律，我们首先介绍 一下凸轮机构的运动情况和有关的名词术语。
凸轮机构的应用和分类PPT课件
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。
2021/3/9
授课：XXX
17
凸轮机构的缺点
凸轮轮廓线与从动件之间是点或线接触的 高副，易于磨损，故多用于传力不大的场 合。
4
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
2021/3/9
授课：XXX
5
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
2021/3/9
授课：XXX
6
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。
2021/3/9
授课：XXX
12
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。
2021/3/9
授课：XXX
13
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
2021/3/9
授课：XXX
18
§4-2 从动件的运动规律
Knowledge Points
多项式运动规律 三角函数运动规律 组合运动规律
2021/3/9
授课：XXX
20
基本概念
基圆
以凸轮理论轮廓的最 小向径r0为半径作的 圆。
凸轮机构完整ppt课件
精品
36
滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：
（1）画出滚子中心的轨
迹（称为理论轮廓曲线）
（2）以理论轮廓上的点为
圆心，滚子半径rT为半径作 一系列的滚子圆，再画滚子
圆的内包络线，则为从动件
β′
凸轮的实际轮廓曲线。
理论轮廓曲线
注意：
n
rT r0
B C
n
实际轮廓曲线
β
（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；
44
（2）压力角的校核
凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方
向之间所夹的锐角a称为压力角。
F1Fcoas
F2Fsina
自锁：当α增大到一定程度后，以
至于导路的摩擦阻力大于有效分力 时，无论凸轮给予从动件多大的力， 从动件都不能运动。
精品
45
4.4.2 压力角的校核
推荐压力角数值 移动从动件[a]=30°
精品
0
0 0
∞
26
1.等速运动规律
从动件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加 速度趋于无穷大，从而产生无限值惯性力，并 由此对凸轮产生冲击 —— 刚性冲击
因此只适用于低速、轻载的场合。
精品
27
s h
1.等加速-等减速运动规律
h/2
从动件在一个行程h中，前 半行程做等加速运动，后半 行程作等减速运动的运动规 律。
对心移动从动件
偏置移动从动件
精品
13
（一）凸轮机构的应用及分类
3）按从动件的运动形式分： 摆动从动件
精品
14
（一）凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：力锁合
精品
15
凸轮机构的工作原理和从动件的运动规律ppt课件
6.2 从动件的运动规律
ROAD ENERGY
二、从动件的运动规律
从动件的运动规律： 从动件在运动过程中， 其位移、速度和加速 度随凸轮(时间)变化 的规律。
s s v v t a a
ppt课件
25/68
6.2 从动件的运动规律
ROAD ENERGY
推程等加速 段边界条件
运动始点 0, s 0, v 0 运动终点： 0 , s h
22
加速段运 动方程式：
s v
2h 2 4h
/
2 0
/
2 0
a
4h
2
/
2 0
推程等减速 运动始点 0 / 2, s h / 2 段边界条件 运动终点： 0, s h, v 0
平底从动件
3. 按凸轮与从动件保 持接触的方式分
几何封闭
力封闭
ppt课件
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6.1 凸轮机构的应用和分类
ROAD ENERGY
三、凸轮机构的分类—按凸轮形状分
（1）盘形凸轮
凸轮是绕固定轴转动且具有 变化向径的盘形构件，而且 从动件在垂直于凸轮轴线的 平面内运动，应用最广。 但从动件行程较大时，则凸 轮径向尺寸变化较大，而当 推程运动角较小时会使压力 角增大。
从动件运动规律的定义：指从动件在推程或回程 时，其位移、速度和加速度随时间t变化的规律。 因绝大多数凸轮作等速转动，其转角δ与时间t成 正比，所以从动件的运动规律常表示为从动件的上 述运动参数随凸轮转角δ变化的规律。 表明从动件的位移随凸轮转角δ而变化的线图称为 从动件的位移线图。
ppt课件
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机械原理凸轮机构精品ppt课件
38
二、从动件运动规律的选择
1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度时，推杆完成 一行程h或φ，对运动规律并无严格要求。
则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲 线。如夹紧凸轮。
φ ω
工件
39
2. 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作 要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。
设计：凸轮轮廓曲线。
ω
r0
o
44
μs＝（ ）mm/mm
8’ 9’
7’
11’
5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
12 345 67 8 9 11 13 15
μφ＝（ ）°/mm
取适当的比例尺μl＝μs
-ω ω
15
o
45
设计步骤：
① 按给定从动件的运动规律绘制从动件的位移线图。 ② 确定从动件尖底的初始位置。 ③ 确定导路在反转过程中的一系列位置。 ④ 确定尖底在反转过程中的一系列位置。 ⑤ 绘制凸轮廓线。
偏置尖底直动从动件盘形
凸轮机构
20
9.从动件的运动线图
从动件的运动规律——从动件 的位移、速度和加速度与时间 或凸轮转角间的关系。
位移方程 s = f(φ)
速度方程
v
ds dt
ds d
d dt
ds d
加速度方程
a
d
2 s
dt 2
dv dt
dv d
d dt
2
d
2 s
d 2
21
M s1 M1
M’ s1
第一节 凸轮机构的类型
一、凸轮机构的组成
内 燃 机 的 配 气 凸 轮 机 构
1
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当给整个凸轮机构加一个公共角速度－ω，使其绕凸轮轴心 转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动， 另一方面又沿导轨作预期的往复运动。 推杆在这种复合运动中， 其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。
1.推杆的位移是指推杆顶端沿着移动导路方向到基圆的距离
2. 反转过程中推杆的反转角度与推杆位移之间的运动规律与 正常运动过程中凸轮转角与推杆位移的运动规律一样
凸轮机构的压力角是指推杆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，常以α表示。 它是影响凸轮机构受 力情况的一个重要参数。
在其他情况不变的情况下， α 愈大，F愈大，若α 大至使F增 至无穷大时，机构将发生自锁。 此时机构的压力角称为临界压力 角αc， 即
αc＝arctan{1/[(1＋2b/l )tanφ2]}－φ1
b、最大加速度
最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统的 惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的 强度等。因此希望从动件在运动过程中的加速度最 大值越小越好。
c、运动规律的高阶导数。
运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规律 特性的主要指标。
研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性， 减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律 进行凸轮廓线设计。
（2）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计☺
1）摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）摆动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计
S
A’ EF
找出从动件在此位置 时对应的位移量
§9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
1．凸轮机构的作用力和压力角
（1）凸轮机构中的作用力
F＝ G/[cos(α +φ1)－(1+ 2b/l)sin(α +φ1)tanφ2] （2）凸轮机构的压力角
将这种由于有限值的加速度突变 而产生的冲击称为柔性冲击。适用 于中、低速轻载。
等加速等减速运动规律运动线图
3、余弦加速度运动规律
加速度曲线按余弦规 律变化，称为余弦加速 度运动规律。
余弦加速度运动规律运动线图
3、余弦加速度运动规律
该运动规律的起始与 终点处加速度突变为有 限值，因而会产生柔性 冲击。
如果从动件的运动仅 具有推程和回程阶段， 则其加速度曲线也连续， 不产生柔性冲击，因而 可应用于高速工况场合。
4、摆线运动规律
推程运动方程
由于加速度曲线按正弦规律 变化，故又称为正弦加速度运 动规律。
该种运动规律的速度与加速 度曲线均连续，不产生刚性与 柔性冲击，适用于高速场合
摆线运动规律运动线图
对心直动尖顶推杆盘 形凸轮机构
偏置直动尖顶推杆盘 形凸轮机构
对心直动滚子推杆盘 形凸轮机构
对心直动平底推杆盘 形凸轮机构
(2) 摆动推杆
摆动平底推杆盘形凸轮机构
摆动尖顶推杆盘形凸轮机 构
摆动滚子推杆盘形凸轮机构
4、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。
4、按凸轮高副的锁合方式分
(2)形锁合： (3) 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。
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
盘形凸轮机构在 印刷机中的应用
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
凸轮机构的特点
• 优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从
4、 ３-４-５多项式运动规律
该种运动规律的速度与 加速度曲线均连续，因而 不产生刚性与柔性冲击， 可适用于高速中载工况
３-４-５多项式运动规律
从动件常用运动规律特性比较及适用场合
三、组合型运动规律
为满足工程实际的需要，综合几种不同运动 规律的优点，设计出一种具有良好综合特性的 运动规律。这种通过几种不同函数组合在一起 而设计出的从动件运动规律，称为组合型运动 规律。
2. 等加速等减速运动规律
是指在从动件的一个运动行程中（推程或回 程），前半段采用等加速，后半段采用等减速 其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故 有时又称为抛物线运动规律。其运动方程和运 动线图如下所示
2. 等加速等减速运动规律
推程运动方程
速度曲线连续，而加速度曲线在 运动的起始、中间点和终点处不连 续。
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
凸轮机构在对开印刷机中的应用 凸轮机构在胶印机中的应用 凸轮机构在内燃机中的应用
二、凸轮机构的分类
• 在凸轮机构中，凸轮可为原动件也可为机架； 但多数情况下，凸轮为原动件。
• 从不同角度出发，凸轮机构可作如下分类。
• 1、按两活动构件间的相对运动特性分 类
• (1) 平面凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为平面运动的凸轮机构 .
1.等速运动规律
推程运动方程
从动件的运动规律
开始点 结束点
等速运动规律运动线图
1. 等速运动规律
由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击。 当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼 等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。
这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下， 或是对从动件有实现等速运动要求的场合
第9章 凸轮机构及其设计
• §9-1 凸轮机构的应用及分类 • §9-2 推杆的运动规律 • §9-3 凸轮轮廓曲线的设计 • §9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
§9-1 凸轮机构的应用及分类
• 凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构，在自动机 械和半自动机械中得到了广泛的应用。
• 凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件 （有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速 连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求 作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b， 可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
四、推杆运动规律的选择
2.选择和设计运动规律时需注意的问题
(1).根据工作要求选择或设计运动规律
(2).兼顾运动学和动力特性两方面要求
在工程实际中需针对具体的设计问题，在综合 考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选 择或设计从动件的运动规律。
§9-3 凸轮轮廓曲线的设计
当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、 基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行凸轮
冲床装卸料凸轮机构
• 原动凸轮1固定于冲 头上
• 当其随冲头往复上 下运动时，通过凸轮 高副驱动从动件2以一 定规律往复水平移动
• 从而使机械手按预 期的输出特性装卸工 件。
罐头盒封盖机构
• 所示的罐头盒封盖 机构，亦为一凸轮机 构。
• 原动件1连续等速 转动，通过带有凹槽 的固定凸轮3的高副导 引从动件2上的端点C 沿 预 期 的 轨 迹 —— 接 合缝S运动
1.拼接原则
a.中低速运动的凸轮，为避免刚性冲击，从动 件的位移曲线和速度曲线必须连续 b.中高速运动的凸轮，还应避免柔性冲击，要 求从动件的加速度曲线也必须连续
在满足以上条件下，要求最大速度与最大加 速度的值尽可能小．
2.组合型运动规律举例
(1) 修正正弦运动规律 该曲线在运动起始的段和终
止的段，采用周期相同的正弦 函数；在两段中间的段则采用 一段周期较长的简谐函数。
1）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 ☺
2）偏置直动滚子推杆盘形形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推杆 盘形凸轮廓线设计的基本问题及方法。
总结 对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设 计，只要先将其滚子中心点（或推杆平底与其导路中心线的交 点）视为尖顶推杆的尖顶，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设 计方法来确定出凸轮理论廓线上各点的位置；然后再以这些点 为圆心作出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平 底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸 轮的工作廓线。
动件实现任意预期的运动规律，并且结构简单、 紧凑、工作可靠。
• 缺点：凸轮为高副接触（点或线），压强较大，
容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。 所以通常用于传力不大的控制机构
§9-2 推杆的运动规律
一、凸轮机构的基本名词术语 二、推杆常用的运动规律 三、组合型运动规律 四、推杆运动规律的选择
（2）凸轮廓线设计方法的基本原理
在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸 轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种 复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓 线。 这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。
2．用作图法设计凸轮廓线
（1）直动推杆盘形凸轮廓线的设计
相应的凸轮转角δ ，D点的压力角α；
(4)画出推杆的行程h。
D
解：（1）写出该凸轮机构的名称
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构
a. 盘形凸轮：
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
(1) 平面凸轮机构
b. 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
1.推杆的位移是指推杆顶端沿着移动导路方向到基圆的距离
2. 反转过程中推杆的反转角度与推杆位移之间的运动规律与 正常运动过程中凸轮转角与推杆位移的运动规律一样
凸轮机构的压力角是指推杆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，常以α表示。 它是影响凸轮机构受 力情况的一个重要参数。
在其他情况不变的情况下， α 愈大，F愈大，若α 大至使F增 至无穷大时，机构将发生自锁。 此时机构的压力角称为临界压力 角αc， 即
αc＝arctan{1/[(1＋2b/l )tanφ2]}－φ1
b、最大加速度
最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统的 惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的 强度等。因此希望从动件在运动过程中的加速度最 大值越小越好。
c、运动规律的高阶导数。
运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规律 特性的主要指标。
研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性， 减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律 进行凸轮廓线设计。
（2）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计☺
1）摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）摆动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计
S
A’ EF
找出从动件在此位置 时对应的位移量
§9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
1．凸轮机构的作用力和压力角
（1）凸轮机构中的作用力
F＝ G/[cos(α +φ1)－(1+ 2b/l)sin(α +φ1)tanφ2] （2）凸轮机构的压力角
将这种由于有限值的加速度突变 而产生的冲击称为柔性冲击。适用 于中、低速轻载。
等加速等减速运动规律运动线图
3、余弦加速度运动规律
加速度曲线按余弦规 律变化，称为余弦加速 度运动规律。
余弦加速度运动规律运动线图
3、余弦加速度运动规律
该运动规律的起始与 终点处加速度突变为有 限值，因而会产生柔性 冲击。
如果从动件的运动仅 具有推程和回程阶段， 则其加速度曲线也连续， 不产生柔性冲击，因而 可应用于高速工况场合。
4、摆线运动规律
推程运动方程
由于加速度曲线按正弦规律 变化，故又称为正弦加速度运 动规律。
该种运动规律的速度与加速 度曲线均连续，不产生刚性与 柔性冲击，适用于高速场合
摆线运动规律运动线图
对心直动尖顶推杆盘 形凸轮机构
偏置直动尖顶推杆盘 形凸轮机构
对心直动滚子推杆盘 形凸轮机构
对心直动平底推杆盘 形凸轮机构
(2) 摆动推杆
摆动平底推杆盘形凸轮机构
摆动尖顶推杆盘形凸轮机 构
摆动滚子推杆盘形凸轮机构
4、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。
4、按凸轮高副的锁合方式分
(2)形锁合： (3) 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。
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
盘形凸轮机构在 印刷机中的应用
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
凸轮机构的特点
• 优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从
4、 ３-４-５多项式运动规律
该种运动规律的速度与 加速度曲线均连续，因而 不产生刚性与柔性冲击， 可适用于高速中载工况
３-４-５多项式运动规律
从动件常用运动规律特性比较及适用场合
三、组合型运动规律
为满足工程实际的需要，综合几种不同运动 规律的优点，设计出一种具有良好综合特性的 运动规律。这种通过几种不同函数组合在一起 而设计出的从动件运动规律，称为组合型运动 规律。
2. 等加速等减速运动规律
是指在从动件的一个运动行程中（推程或回 程），前半段采用等加速，后半段采用等减速 其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故 有时又称为抛物线运动规律。其运动方程和运 动线图如下所示
2. 等加速等减速运动规律
推程运动方程
速度曲线连续，而加速度曲线在 运动的起始、中间点和终点处不连 续。
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
凸轮机构在对开印刷机中的应用 凸轮机构在胶印机中的应用 凸轮机构在内燃机中的应用
二、凸轮机构的分类
• 在凸轮机构中，凸轮可为原动件也可为机架； 但多数情况下，凸轮为原动件。
• 从不同角度出发，凸轮机构可作如下分类。
• 1、按两活动构件间的相对运动特性分 类
• (1) 平面凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为平面运动的凸轮机构 .
1.等速运动规律
推程运动方程
从动件的运动规律
开始点 结束点
等速运动规律运动线图
1. 等速运动规律
由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击。 当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼 等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。
这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下， 或是对从动件有实现等速运动要求的场合
第9章 凸轮机构及其设计
• §9-1 凸轮机构的应用及分类 • §9-2 推杆的运动规律 • §9-3 凸轮轮廓曲线的设计 • §9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
§9-1 凸轮机构的应用及分类
• 凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构，在自动机 械和半自动机械中得到了广泛的应用。
• 凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件 （有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速 连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求 作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b， 可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
四、推杆运动规律的选择
2.选择和设计运动规律时需注意的问题
(1).根据工作要求选择或设计运动规律
(2).兼顾运动学和动力特性两方面要求
在工程实际中需针对具体的设计问题，在综合 考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选 择或设计从动件的运动规律。
§9-3 凸轮轮廓曲线的设计
当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、 基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行凸轮
冲床装卸料凸轮机构
• 原动凸轮1固定于冲 头上
• 当其随冲头往复上 下运动时，通过凸轮 高副驱动从动件2以一 定规律往复水平移动
• 从而使机械手按预 期的输出特性装卸工 件。
罐头盒封盖机构
• 所示的罐头盒封盖 机构，亦为一凸轮机 构。
• 原动件1连续等速 转动，通过带有凹槽 的固定凸轮3的高副导 引从动件2上的端点C 沿 预 期 的 轨 迹 —— 接 合缝S运动
1.拼接原则
a.中低速运动的凸轮，为避免刚性冲击，从动 件的位移曲线和速度曲线必须连续 b.中高速运动的凸轮，还应避免柔性冲击，要 求从动件的加速度曲线也必须连续
在满足以上条件下，要求最大速度与最大加 速度的值尽可能小．
2.组合型运动规律举例
(1) 修正正弦运动规律 该曲线在运动起始的段和终
止的段，采用周期相同的正弦 函数；在两段中间的段则采用 一段周期较长的简谐函数。
1）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 ☺
2）偏置直动滚子推杆盘形形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推杆 盘形凸轮廓线设计的基本问题及方法。
总结 对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设 计，只要先将其滚子中心点（或推杆平底与其导路中心线的交 点）视为尖顶推杆的尖顶，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设 计方法来确定出凸轮理论廓线上各点的位置；然后再以这些点 为圆心作出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平 底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸 轮的工作廓线。
动件实现任意预期的运动规律，并且结构简单、 紧凑、工作可靠。
• 缺点：凸轮为高副接触（点或线），压强较大，
容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。 所以通常用于传力不大的控制机构
§9-2 推杆的运动规律
一、凸轮机构的基本名词术语 二、推杆常用的运动规律 三、组合型运动规律 四、推杆运动规律的选择
（2）凸轮廓线设计方法的基本原理
在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸 轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种 复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓 线。 这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。
2．用作图法设计凸轮廓线
（1）直动推杆盘形凸轮廓线的设计
相应的凸轮转角δ ，D点的压力角α；
(4)画出推杆的行程h。
D
解：（1）写出该凸轮机构的名称
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构
a. 盘形凸轮：
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
(1) 平面凸轮机构
b. 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