第3章讲义凸轮机构
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第3讲讲义凸轮机构
sC0C1 C2 2
/2,
s=h/2
s
回程等加速段运动表达式：
s
h
2hd 2 d '2
0
(d
0
-
d
' 0
)
v
4h d '2
0
d
2
v
a4h2/d0'2
回程等减速段运动表达式：d = d0’ /2, s=h/2
s h(1 )
d0' v h
d0'
δ从回程起始 位置开始计量
a dv 0 dt
特点：推杆在运动起始点和终止点速
度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从 而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。
s
h
δ
v
δ
v0
a
刚性冲击
+∞
δ
－∞
回程运动线图
2. 二次多项式运动规律——等加速等减速运动规律
★运动方程式一般表达式：
d d
= =
d0 d0
/2 ，s=h/2
, s=h，v=0
shd20h2 (d0 d)2
v
4h d02
(d0
d)
a4h2/d02
(d
d0
2
d0)
h/2 1 2 3 4 5 6δ
δ0 v 2hω/δ0
δ
a 4hω2/δ02
δ
柔性冲击
运动始点：d = 0，s=h，v=0
d d 回程运动表达式： 运动终点：d = d0’
s v
C d0s/dCt1dC1 C2d22C2d
a dv/ dt 2C22
★注意：
为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h 中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加 速度和减速度的绝对值相等。
/2,
s=h/2
s
回程等加速段运动表达式：
s
h
2hd 2 d '2
0
(d
0
-
d
' 0
)
v
4h d '2
0
d
2
v
a4h2/d0'2
回程等减速段运动表达式：d = d0’ /2, s=h/2
s h(1 )
d0' v h
d0'
δ从回程起始 位置开始计量
a dv 0 dt
特点：推杆在运动起始点和终止点速
度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从 而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。
s
h
δ
v
δ
v0
a
刚性冲击
+∞
δ
－∞
回程运动线图
2. 二次多项式运动规律——等加速等减速运动规律
★运动方程式一般表达式：
d d
= =
d0 d0
/2 ，s=h/2
, s=h，v=0
shd20h2 (d0 d)2
v
4h d02
(d0
d)
a4h2/d02
(d
d0
2
d0)
h/2 1 2 3 4 5 6δ
δ0 v 2hω/δ0
δ
a 4hω2/δ02
δ
柔性冲击
运动始点：d = 0，s=h，v=0
d d 回程运动表达式： 运动终点：d = d0’
s v
C d0s/dCt1dC1 C2d22C2d
a dv/ dt 2C22
★注意：
为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h 中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加 速度和减速度的绝对值相等。
凸轮机构课件
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。
依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线，例如：
尖顶凸轮绘制动画
-ω1 1
3’
2’
2
1’
ωO 1 1 2
3
3
滚子凸轮绘制动画
1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮
对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的
3-3 凸轮机构
3.1 凸轮机构的应用和分类
3-1 内燃机
3-2 气门机构
3.1 凸轮机构的应用和分类
3
线 2 A 设计：潘存云 1
3-4 配气机构
3-5 绕线机构
3.1 凸轮机构的应用和分类
2
1 3
3-6 送料机构
3.1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类：
按凸轮形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮 按从动件型式形状分：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件 按从动件运动形式分：直动从动件、摆动从动件 按锁合方式分：力锁合、形锁合
分 按从动件和凸轮的
类 相对位置分
偏置
按维持高副接触的
锁合方式分
凸轮机构的分类
按凸轮的
形状分
凸 轮 机 构 的
按从动件的 端部形式分
按从动件的 运动形式分
分 按从动件和凸轮的
类 相对位置分
按维持高副接触的
锁合方式分
等径凸轮
共轭凸轮
几何 槽凸轮封闭
等宽凸轮
力锁合
力 封 闭
凸轮机构的分类
按凸轮的
形状分
按从动件的 端部形式分
按从动件的 运动形式分
机械设计基础凸轮机构教学ppt课件
56
4 h3
2
2’ 1’
4’ 3’
5’ 6’
2、分别作这些等分点关于 轴
1O 1 2 3 4 5 6
和s轴的垂线，分别俩俩对应相
v
交于1’、2’、3’、4’、5’、
63’、。光滑的连接1’、2’3’、4’、
o
5’、6’，所形成的曲线即为从动
a
件的位移线图。
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。
对心移动从动件盘形凸轮机构e 0。
结论:直动从动件盘形凸轮机构的压力角 与基圆半径rmin 、从动件偏距e有关。
机械设计基础——第3章凸轮机构
➢凸轮基圆半径与压力角的关系
r0越小，凸轮机构紧凑，但α越大，会 造成 αmax > [α]，所以r0不能过小
r0越大， α越小，凸轮机构传力性能越 好，但机构不紧凑
本章难点
❖反转法原理 ❖压力角的概念
机械设计基础——第3章凸轮机构
本章教学内容
§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 图解法设计凸轮的轮廓
小结
机械设计基础——第3章凸轮机构
§3－1凸轮机构的应用和类型
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。它广 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。
v
h 2
s in
a
2 h 2 2
2
c
o
s
s
h 2
1
c
o
s
(
s
)
v
h 2
《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。
凸轮机构完整课件
与回程相应的凸轮转角δ0 ' 。
10、近停程角:
从动件在最近位置停止不动所 对应的凸轮转角δs'。
δs' =∠AOD 精品
O
B'
h
A
δs' D δt
δh δs
w
B
C
23
11.从动件位移线图：
以纵坐标代表从动件位移s2 , 横坐标代表凸轮转角δ1 或时间t, 所画出的图形为位移曲线图。
O
B'
h
A
δs' D δ0
凸轮 推杆
机架
精品
3
（一）凸轮机构的应用及分类
1.凸轮机构的应用
当圆柱凸轮１匀速转动时, 通过凹槽中的滚子驱使从动件２往 复移动。凸轮每回转一周, 从动件即从储料器中推出一个毛坯, 送到加工位置。
精品
4
（一）凸轮机构的应用及分类
1.凸轮机构的应用
精品
5
（一）凸轮机构的应用及分类 凸轮机构的优缺点 优点: 构件少, 运动链短, 结构简单紧凑, 易于
δ0 ' δs
w
B
C
s2
BC
h
A
δ0 δs
D Aδ1
δ0 ' δs' t
2p
升—停—降—停
从动件位移线图决定于 凸轮轮廓曲线的形状。
精品
24
（二）从动件常用的运动规律
1.等速运动规律 2.等加速-等减速运动规律 3.简谐运动规律
精品
25
s
1.等速运动规律
h
从动件在推程（或回程）的运动 速度为常数的运动规律。
7、远停程角: 从动件在最远位置停止 不动所对应的凸轮转角 δs。
10、近停程角:
从动件在最近位置停止不动所 对应的凸轮转角δs'。
δs' =∠AOD 精品
O
B'
h
A
δs' D δt
δh δs
w
B
C
23
11.从动件位移线图：
以纵坐标代表从动件位移s2 , 横坐标代表凸轮转角δ1 或时间t, 所画出的图形为位移曲线图。
O
B'
h
A
δs' D δ0
凸轮 推杆
机架
精品
3
（一）凸轮机构的应用及分类
1.凸轮机构的应用
当圆柱凸轮１匀速转动时, 通过凹槽中的滚子驱使从动件２往 复移动。凸轮每回转一周, 从动件即从储料器中推出一个毛坯, 送到加工位置。
精品
4
（一）凸轮机构的应用及分类
1.凸轮机构的应用
精品
5
（一）凸轮机构的应用及分类 凸轮机构的优缺点 优点: 构件少, 运动链短, 结构简单紧凑, 易于
δ0 ' δs
w
B
C
s2
BC
h
A
δ0 δs
D Aδ1
δ0 ' δs' t
2p
升—停—降—停
从动件位移线图决定于 凸轮轮廓曲线的形状。
精品
24
（二）从动件常用的运动规律
1.等速运动规律 2.等加速-等减速运动规律 3.简谐运动规律
精品
25
s
1.等速运动规律
h
从动件在推程（或回程）的运动 速度为常数的运动规律。
7、远停程角: 从动件在最远位置停止 不动所对应的凸轮转角 δs。
第3章 凸轮机构
的 夹 角 即 为 推 程 运 动 角 s
【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
【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
机械原理-凸轮
第二节 凸轮机构的传力特性 G
传力特性分析目的 确定构件之间相互的作用力，为 解决磨损及强度尺寸设计提供可靠的 数据。
压力角—不计摩擦时，凸轮对
从动件作用力方向线nn与从动件上 力作用点的速度方向之间所夹的锐 角。
FR2 2
d
vl
F2R1
n
tb
B
t
1 F
n
传力特性分析
Fx 0 F sin( 1) (FR1 FR2 )cos2 0
(二) 组合运动规律
为了克服单一运动规律的某 些缺陷，获得更好的运动和动力 特性，可以把几种运动规律拼接 起来，构成组合运动规律(Law of combined motion)。
组合原则 位移曲线、速度曲线必须连 续，高速凸轮机构加速度曲线也 必须连续。
各段运动规律的位移、速度 和加速度曲线在连接点处其值应 分别相等。
构将产生刚性冲击(Rigid impulse)。等速运动规律适 加速度线图
a
,t
用于低速轻载场合。
,t
⑵ 等加速等减速运动规律 (Law of constant acceleration and deceleration)
推程
前半程
后半程
s
2h
2
2
s
h
2h
2
(
)2
v
4h 2
v
4h 2
(
)
4h 2 a 2
B
远停
h B
远停角s
回程
B0 S
rb
O
S S
360º
,t
回程角
近停
近停角s
S
D
D0
从动件的运动线图(Diagram of motion)
机械设计基础第三章凸轮机构PPT课件
1凸轮
e
第8页/共39页
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
第9页/共39页
第10页/共39页
凸轮机构的分类
h
e
第11页/共39页
Байду номын сангаас
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
第12页/共39页
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
第4页/共39页
凸轮机构的特点
凸轮机构的优点：
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线， 便可使从动件获得任意预定的运 动规律，且机构简单紧凑。
h
凸轮机构的缺点：
凸轮与从动件是高副接触， 比压较大，易于磨损，故
这 动种 力e机 不构 大一 的般 场仅 合用 。于传递
第5页/共39页
小 结 按从动件的运动分类
第30页/共39页
1.偏心尖顶直动从动件
• 已知基圆半径及从动件位移曲线
第31页/共39页
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120 90 ° 90 ° 60 °
°
第32页/共39页
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1(t)
速度
回程
1(t)
加速度
1(t)
第26页/共39页
三、其他运动规律
位移 S2 1(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
e
第8页/共39页
凸轮机构 ——由凸轮，从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
第9页/共39页
第10页/共39页
凸轮机构的分类
h
e
第11页/共39页
Байду номын сангаас
按从动件分： a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
第12页/共39页
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
第4页/共39页
凸轮机构的特点
凸轮机构的优点：
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线， 便可使从动件获得任意预定的运 动规律，且机构简单紧凑。
h
凸轮机构的缺点：
凸轮与从动件是高副接触， 比压较大，易于磨损，故
这 动种 力e机 不构 大一 的般 场仅 合用 。于传递
第5页/共39页
小 结 按从动件的运动分类
第30页/共39页
1.偏心尖顶直动从动件
• 已知基圆半径及从动件位移曲线
第31页/共39页
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120 90 ° 90 ° 60 °
°
第32页/共39页
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1(t)
速度
回程
1(t)
加速度
1(t)
第26页/共39页
三、其他运动规律
位移 S2 1(t) 曲线：
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
凸轮机构专题知识讲座
r
变尖
r 过大→凸轮工作 廓线变尖或失真
0
= 0 - r
r 过小→滚子及滚 子销旳强度会不够
r > 0 →失真
2.合理选用基圆半径 基圆半径↑→ →消除运动失真
消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径
作业:设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓。 已知凸轮作顺时针等速转动, 从动件推程作匀加速匀 减速运动, 回程作简谐运动。已知 : rmin=35mm, h=40mm ,δt=120°, δh=120°,δs′=120°
第3章 凸轮机构
本章主要内容
§3-1凸轮机构旳应用和类型 §3-2从动件旳常用运动规律 §3-3凸轮机构旳压力角 §3-4凸轮轮廓旳绘制
§3-1凸轮机构旳应用和类型
凸轮:具有曲线轮廓旳原动件 从动杆:运动规律受凸轮限制 机架
(一)特点和应用 凸轮：外型按一定运动规则
建立起来旳构件，对从动件运动起着决定性作用。 优点: 可实现多种复杂旳运动要求,构造简朴、紧凑。
a0
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。
作运动线图: Ｔ－推程运动时间
例：已知从动件作等速运动,ｈ＝20mm， φ0 ＝120°, φS＝40°, φh＝120°, φs′＝80°,作运动线图。
s
取作图百分比μl10mm
h
120° 40° 120° 80°
180 210 上停程
3.作基圆(注意百分比一致)
210 300 等速下降
4.- 等份基圆得导轨
300 360
h S2
下停程
5.量取相应位移
6.作轮廓线 1 h
11
10 9
8
0 1 2
变尖
r 过大→凸轮工作 廓线变尖或失真
0
= 0 - r
r 过小→滚子及滚 子销旳强度会不够
r > 0 →失真
2.合理选用基圆半径 基圆半径↑→ →消除运动失真
消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径
作业:设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓。 已知凸轮作顺时针等速转动, 从动件推程作匀加速匀 减速运动, 回程作简谐运动。已知 : rmin=35mm, h=40mm ,δt=120°, δh=120°,δs′=120°
第3章 凸轮机构
本章主要内容
§3-1凸轮机构旳应用和类型 §3-2从动件旳常用运动规律 §3-3凸轮机构旳压力角 §3-4凸轮轮廓旳绘制
§3-1凸轮机构旳应用和类型
凸轮:具有曲线轮廓旳原动件 从动杆:运动规律受凸轮限制 机架
(一)特点和应用 凸轮：外型按一定运动规则
建立起来旳构件，对从动件运动起着决定性作用。 优点: 可实现多种复杂旳运动要求,构造简朴、紧凑。
a0
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。
作运动线图: Ｔ－推程运动时间
例：已知从动件作等速运动,ｈ＝20mm， φ0 ＝120°, φS＝40°, φh＝120°, φs′＝80°,作运动线图。
s
取作图百分比μl10mm
h
120° 40° 120° 80°
180 210 上停程
3.作基圆(注意百分比一致)
210 300 等速下降
4.- 等份基圆得导轨
300 360
h S2
下停程
5.量取相应位移
6.作轮廓线 1 h
11
10 9
8
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精品
第3章凸轮机构
§3-1 凸轮机构的基本类型及应用 §3-2 从动件的常用运动规律 §3-3 图解法绘制凸轮轮廓 §3-4 凸轮机构基本尺寸的确定 §3-5 凸轮机构的材料与结构
概述
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不连续的任 意预期运动。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基 本构件组成的高副机构，结构简单，只要设计出适当的 凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运 动规律。
运动方程式：
等减速段：
δ0‘／2≤δ≤δ0 h／2≤S≤0
运动方程式
运动特性：当采用等加速 等减速运动规律时，在起点、 中点和终点时，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，凸轮机构中由 此而引起的冲击称为柔性冲 击。
适用场合：中、低速、轻 载。
3、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
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。
φ
δ0
ω
ω δ0
工工件件
h
3. 对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现
刚性或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和 amax。 高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：
由于凸轮机构具有多用性和灵活性, 因此广泛应用于 机械、仪器、操纵控制装置和自动生产线中, 是自动化 生产中主要的驱动和控制机构。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不大的场合。
§3-1 凸轮机构应用和分类
一、凸轮机构的应用
内燃机 下置式配气机构
顶置式配气机构 中 置 式 配 气 机 构
靠模车削机构
冲压机
1、组成：凸轮，从动件，机架 2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)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 (2)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (3)高副接触，易磨损 4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构
二、凸轮传动机构的类型 1、按凸轮的形状和运动分类 (1)盘形(回转)凸轮
力锁合凸轮机构 形锁合凸轮机构
§3-2 常用的从动件运动规律
一、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： 0 ★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。
0
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。
正弦加速度运动规律 ——摆线运动规律
◆组合运动规律
正弦改进等速
五次多项式运动规律
运动规律
小结：
运动特性 适用场合
等速运动规律： 有刚性冲击 低速轻载
等加速等减速运动规律：柔性冲击 余弦加速度运动规律： 柔性冲击 正弦加速度运动规律： 无冲击 五次多项式运动规律： 无冲击
类型4
（1）力锁合凸轮机构
– 利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮始终保 持接触的凸轮机构。如顶置式配气机构
重力封闭
弹簧力封闭
（2）形锁合凸轮机构
– 利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮始终保 持接触的凸轮机构如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共 轭凸轮等。
沟槽凸轮机构
等径凸轮机构
等宽凸轮机构
主回(共厄)凸轮机构
小结
凸 轮 机 构 的 分 类
按从动件的运动分类 按从动件的形状分类 按凸轮的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
尖顶从动件凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
盘形凸轮机构 板状凸轮机构 圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构
按凸轮与从动件的锁合 方式（高副接触）分类
简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的 投影的运动即为简谐运动。
推杆推程运动方程式：
推杆回程运动方程式：
s
h 2
1
cos
0
v
h 2 0
sin
0
a
2h 2
பைடு நூலகம்
2
2 0
cos
0
s
h 2
1
cos
0
v
h 2 0
sin
0
a
2h 2 0
2
cos
s C 0 C 1 C 2 2
v
ds dt
C 1 2 C 2
a
dv dt
2C 2
推程：
0≤δ≤δ0 0≤S≤h
等加速段：
0≤δ≤δ0／2 0≤S≤h／2
运动方程式：
等减速段：
δ0／2≤δ≤δ0 h／2≤S≤h
运动方程式
回程：
0≤δ≤δ0＇ 0≤S≤h
等加速段：
0≤δ≤δ0‘／2 h≤S≤h／2
中速轻载 中低速重载 中高速轻载 高速中载
三、从动件运动规律的选择
1. 选择推杆运动规律的基本要求 ◆满足机器的工作要求； ◆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. 根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况
1）机器的工作过程只要求凸轮转过一角度δ0时，推杆完成一
行程h（直动推杆）或φ（摆动推杆），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。
回程运动方程式
运动特性：当采用匀速运动 规律时，推杆在运动的起始点和 终止点因速度有突变，在理论上 加速度值为瞬时无穷大，使推杆 产生非常大的惯性力，致使凸轮 受到很大的冲击。这种因速度突 变而引起的冲击称为刚性冲击。
适用场合：低速、轻载。
推程运动线图：
2、等加速等减速运动规律
★运动方程式一般表达式：
(2)(平板)移动凸轮
(3)圆柱(回转)凸轮
2、按从动件的形状分类 (1)尖顶从动件 仅适用于作用力很小的低速凸轮机构
(2)滚子从动件 (3)平底从动件 常用于高速凸轮机构，但凸轮廓线不能有凹槽
3、按从动件的运动形式 （1）直（移）动从动件
对心凸轮机构
偏心凸轮机构
（2）摆动从动件
4、按凸轮与从动件的锁合方式分
二、常用的从动件运动规律
推程：
1、等速运动规律
0≤δ≤δ0 0≤S≤h
初始条件：
★运动方程式一般表达式：
δ=0；S=0 终止条件:
s v
C0 ds
C1 / dt C1
a dv / dt 0
δ=δ0 S=h
推程运动方程式
回程：
0≤δ≤δh 0≤S≤h
初始条件： δ=0 S=h 终止条件： δ=δh S=0
第3章凸轮机构
§3-1 凸轮机构的基本类型及应用 §3-2 从动件的常用运动规律 §3-3 图解法绘制凸轮轮廓 §3-4 凸轮机构基本尺寸的确定 §3-5 凸轮机构的材料与结构
概述
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不连续的任 意预期运动。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基 本构件组成的高副机构，结构简单，只要设计出适当的 凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运 动规律。
运动方程式：
等减速段：
δ0‘／2≤δ≤δ0 h／2≤S≤0
运动方程式
运动特性：当采用等加速 等减速运动规律时，在起点、 中点和终点时，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，凸轮机构中由 此而引起的冲击称为柔性冲 击。
适用场合：中、低速、轻 载。
3、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
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。
φ
δ0
ω
ω δ0
工工件件
h
3. 对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现
刚性或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和 amax。 高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：
由于凸轮机构具有多用性和灵活性, 因此广泛应用于 机械、仪器、操纵控制装置和自动生产线中, 是自动化 生产中主要的驱动和控制机构。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不大的场合。
§3-1 凸轮机构应用和分类
一、凸轮机构的应用
内燃机 下置式配气机构
顶置式配气机构 中 置 式 配 气 机 构
靠模车削机构
冲压机
1、组成：凸轮，从动件，机架 2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)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 (2)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (3)高副接触，易磨损 4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构
二、凸轮传动机构的类型 1、按凸轮的形状和运动分类 (1)盘形(回转)凸轮
力锁合凸轮机构 形锁合凸轮机构
§3-2 常用的从动件运动规律
一、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： 0 ★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。
0
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。
正弦加速度运动规律 ——摆线运动规律
◆组合运动规律
正弦改进等速
五次多项式运动规律
运动规律
小结：
运动特性 适用场合
等速运动规律： 有刚性冲击 低速轻载
等加速等减速运动规律：柔性冲击 余弦加速度运动规律： 柔性冲击 正弦加速度运动规律： 无冲击 五次多项式运动规律： 无冲击
类型4
（1）力锁合凸轮机构
– 利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮始终保 持接触的凸轮机构。如顶置式配气机构
重力封闭
弹簧力封闭
（2）形锁合凸轮机构
– 利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮始终保 持接触的凸轮机构如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共 轭凸轮等。
沟槽凸轮机构
等径凸轮机构
等宽凸轮机构
主回(共厄)凸轮机构
小结
凸 轮 机 构 的 分 类
按从动件的运动分类 按从动件的形状分类 按凸轮的形状分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
尖顶从动件凸轮机构 滚子从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
盘形凸轮机构 板状凸轮机构 圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构
按凸轮与从动件的锁合 方式（高副接触）分类
简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的 投影的运动即为简谐运动。
推杆推程运动方程式：
推杆回程运动方程式：
s
h 2
1
cos
0
v
h 2 0
sin
0
a
2h 2
பைடு நூலகம்
2
2 0
cos
0
s
h 2
1
cos
0
v
h 2 0
sin
0
a
2h 2 0
2
cos
s C 0 C 1 C 2 2
v
ds dt
C 1 2 C 2
a
dv dt
2C 2
推程：
0≤δ≤δ0 0≤S≤h
等加速段：
0≤δ≤δ0／2 0≤S≤h／2
运动方程式：
等减速段：
δ0／2≤δ≤δ0 h／2≤S≤h
运动方程式
回程：
0≤δ≤δ0＇ 0≤S≤h
等加速段：
0≤δ≤δ0‘／2 h≤S≤h／2
中速轻载 中低速重载 中高速轻载 高速中载
三、从动件运动规律的选择
1. 选择推杆运动规律的基本要求 ◆满足机器的工作要求； ◆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. 根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况
1）机器的工作过程只要求凸轮转过一角度δ0时，推杆完成一
行程h（直动推杆）或φ（摆动推杆），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。
回程运动方程式
运动特性：当采用匀速运动 规律时，推杆在运动的起始点和 终止点因速度有突变，在理论上 加速度值为瞬时无穷大，使推杆 产生非常大的惯性力，致使凸轮 受到很大的冲击。这种因速度突 变而引起的冲击称为刚性冲击。
适用场合：低速、轻载。
推程运动线图：
2、等加速等减速运动规律
★运动方程式一般表达式：
(2)(平板)移动凸轮
(3)圆柱(回转)凸轮
2、按从动件的形状分类 (1)尖顶从动件 仅适用于作用力很小的低速凸轮机构
(2)滚子从动件 (3)平底从动件 常用于高速凸轮机构，但凸轮廓线不能有凹槽
3、按从动件的运动形式 （1）直（移）动从动件
对心凸轮机构
偏心凸轮机构
（2）摆动从动件
4、按凸轮与从动件的锁合方式分
二、常用的从动件运动规律
推程：
1、等速运动规律
0≤δ≤δ0 0≤S≤h
初始条件：
★运动方程式一般表达式：
δ=0；S=0 终止条件:
s v
C0 ds
C1 / dt C1
a dv / dt 0
δ=δ0 S=h
推程运动方程式
回程：
0≤δ≤δh 0≤S≤h
初始条件： δ=0 S=h 终止条件： δ=δh S=0