凸轮机构及间歇运动机构
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第4章 凸轮机构及间歇运动机构
§4－1 凸轮机构的应用和分类 §4－2 从动件的常用运动规律 §4－3 凸轮机构的压力角 §4－4 图解法设计凸轮的轮廓 §4－5 解析法设计凸轮的轮廓 §4－6 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和类型
• 一、凸轮机构的应用 • 二、凸轮机构的分类 • 三、凸轮机构的特点
凸轮机构的基本尺寸 基圆(Base circle)半径rb 移动从动件凸轮机构的偏距(Offset distance)e 摆动从动件的杆长(Follower arm)l 中心距(Center distance)L
二、从动件运动规律
• 所谓从动件运动规律，是指从动件的位 移S、速度v、加速度a随时间 t 或凸轮转角φ （ δ ）变化的规律。这种变化的规律可以用 线图来表示，是凸轮设计的依据。
•
以凸轮的转角（或对应的时间）为横坐
标，以从动件的位移为纵坐标所作的曲线，
称为从动件的位移曲线。同样可以作出从动
件的速度曲线、加速度曲线。
• 生产中对工作构件的运动要求是多种多样 的。
• 例如自动机床中用来控制刀具进给运动 的凸轮机构，要求刀具（从动件）在工作行 程时作等速运动（速度要求）。内燃机配气 凸轮机构，则要求凸轮具有良好的动力学性 能(主要是加速度要求)。在某些控制机构中则 只有简单的升距要求。
§4-1 凸轮机构的应用和类型
一、凸轮机构的应用
机架3 从动件2
1 O1
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非常广泛
凸轮机构应用举例
内燃机配气凸轮机构
自动机床进刀凸轮机构
冲床装卸料机构凸轮机构
绕线机凸轮机构
圆柱凸轮输送机
自动车床凸轮机构
• 具有曲线轮廓的构件， 称为凸轮源自文库与凸轮保持接触 的杆，称为从动件或推杆。
• 凸轮机构可将主动凸轮 的等速连续转动变为从动件 的往复直线运动或绕某定点 摆动，并依靠凸轮轮廓曲线 准确地实现所要求的运动规 律。
凸轮是由一种具有曲线轮廓或凹槽的构件， 多为主动件，通常作等速连续转动，从 动件作连续或间歇往复摆动、移动或平 面复杂运动。从动件的运动规律完全取 决于凸轮轮廓或沟槽的形状。
• 一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语 • 二、从动件运动规律 • 三、从动件运动规律的选择
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语
基圆 基圆半径rb 推程 升距h
位移曲线
s
推程运动角
B
远停 远休止角s
B
h
回程
B0 S
rb
回程运动角
O
S S
360º
,t
近停
S
近休止角s
D
D0
从动件的运动线图(Diagram of motion)
以直角坐标系的纵坐标代表从动件位移s，横坐标代表凸
轮转角，则可得s与的关系曲线，如上右图，称之为从动
件位移线图。 位移线图(Displacement diagram)—反映了从动件的位移
s 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
速度线图(Velocity diagram)—反映了从动件的速度v 随
时间t 或凸轮转角 变化的规律。
形封闭型凸轮机构 Form-closed cams
凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism
等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism
形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
Conjugate yoke radial cam mechanism Conjugate cam mechanism
三、凸轮机构的特点
• 1、优点： • 多用性和灵活性。只要设计出适当
的凸轮轮廓曲线，即可使从动件获得各 种预期的运动规律，并且结构简单、紧 凑、工作可靠。 • 2、缺点： • 凸轮轮廓曲线与从动件间为高副接 触（点或线），压强较大，容易磨损， 凸轮轮廓加工较困难，费用较高。
§4-2 从动件的常用运动规律
移动从动件 Reciprocating follower
摆动从动件 Oscillating follower
(四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分
力封闭型凸轮机构
Force-closed cams
弹簧力封闭
重力封闭
Force-closed by preloaded spring
Force-closed by gravity
加速度线图(Acceleration diagram)—反映了从动件的加
速度a 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
结论 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从 动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲 线。
凸轮机构的运动学设计参数
推程运动角(Cam angle for rise) 远休止角(Cam angle for outer dwell)S 回程运动角(Cam angle for return) 近休止角(Cam angle for inner dwell)S 从动件的位移s、速度v、加速度
凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构， 由凸轮、从动件和机架三个构件、两个 低副和一个高副组成的单自由度机构。
凸轮机构的组成 凸轮、从动件和机架三个基本构件。
机架3
从动件2
1 O1
凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机
械、自动控制装置和装配生产线。
二．凸轮机构的分类
(一) 按凸轮的形状分为： 盘形、 移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
• 人们经过长期的理论研究和生产实践， 已经积累了能适应多种工作要求的从动件典 型运动特性的运动曲线，即所谓“常用运动 规律”。
• 凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律。 反之，从动件不同的运动规律要求凸轮具 有不同形状的轮廓曲线，也即是说，凸轮 轮廓曲线的形状取决于凸轮机构从动件的 运动参数。
• 设计凸轮机构时，通常只需根据工作要求， 从常用运动规律中选择适当的运动曲线。 在一般情况下，推程是工作行程，要求比 较严格，需要进行仔细研究。回程一般要 求较低，受力情况也比推程阶段有利，故 不作专门讨论。
盘形凸轮 Plate cam
移动凸轮 Wedge cam
圆柱凸轮 Cylindrical cam
(二) 按从动件的型式分：尖顶、滚子、
平底从动件。
尖顶从动件 Knife-edge follower
滚子从动件 Roller follower
平底从动件 Flat-face follower
(三) 按从动件的运动形式分
§4－1 凸轮机构的应用和分类 §4－2 从动件的常用运动规律 §4－3 凸轮机构的压力角 §4－4 图解法设计凸轮的轮廓 §4－5 解析法设计凸轮的轮廓 §4－6 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和类型
• 一、凸轮机构的应用 • 二、凸轮机构的分类 • 三、凸轮机构的特点
凸轮机构的基本尺寸 基圆(Base circle)半径rb 移动从动件凸轮机构的偏距(Offset distance)e 摆动从动件的杆长(Follower arm)l 中心距(Center distance)L
二、从动件运动规律
• 所谓从动件运动规律，是指从动件的位 移S、速度v、加速度a随时间 t 或凸轮转角φ （ δ ）变化的规律。这种变化的规律可以用 线图来表示，是凸轮设计的依据。
•
以凸轮的转角（或对应的时间）为横坐
标，以从动件的位移为纵坐标所作的曲线，
称为从动件的位移曲线。同样可以作出从动
件的速度曲线、加速度曲线。
• 生产中对工作构件的运动要求是多种多样 的。
• 例如自动机床中用来控制刀具进给运动 的凸轮机构，要求刀具（从动件）在工作行 程时作等速运动（速度要求）。内燃机配气 凸轮机构，则要求凸轮具有良好的动力学性 能(主要是加速度要求)。在某些控制机构中则 只有简单的升距要求。
§4-1 凸轮机构的应用和类型
一、凸轮机构的应用
机架3 从动件2
1 O1
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非常广泛
凸轮机构应用举例
内燃机配气凸轮机构
自动机床进刀凸轮机构
冲床装卸料机构凸轮机构
绕线机凸轮机构
圆柱凸轮输送机
自动车床凸轮机构
• 具有曲线轮廓的构件， 称为凸轮源自文库与凸轮保持接触 的杆，称为从动件或推杆。
• 凸轮机构可将主动凸轮 的等速连续转动变为从动件 的往复直线运动或绕某定点 摆动，并依靠凸轮轮廓曲线 准确地实现所要求的运动规 律。
凸轮是由一种具有曲线轮廓或凹槽的构件， 多为主动件，通常作等速连续转动，从 动件作连续或间歇往复摆动、移动或平 面复杂运动。从动件的运动规律完全取 决于凸轮轮廓或沟槽的形状。
• 一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语 • 二、从动件运动规律 • 三、从动件运动规律的选择
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语
基圆 基圆半径rb 推程 升距h
位移曲线
s
推程运动角
B
远停 远休止角s
B
h
回程
B0 S
rb
回程运动角
O
S S
360º
,t
近停
S
近休止角s
D
D0
从动件的运动线图(Diagram of motion)
以直角坐标系的纵坐标代表从动件位移s，横坐标代表凸
轮转角，则可得s与的关系曲线，如上右图，称之为从动
件位移线图。 位移线图(Displacement diagram)—反映了从动件的位移
s 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
速度线图(Velocity diagram)—反映了从动件的速度v 随
时间t 或凸轮转角 变化的规律。
形封闭型凸轮机构 Form-closed cams
凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism
等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism
形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
Conjugate yoke radial cam mechanism Conjugate cam mechanism
三、凸轮机构的特点
• 1、优点： • 多用性和灵活性。只要设计出适当
的凸轮轮廓曲线，即可使从动件获得各 种预期的运动规律，并且结构简单、紧 凑、工作可靠。 • 2、缺点： • 凸轮轮廓曲线与从动件间为高副接 触（点或线），压强较大，容易磨损， 凸轮轮廓加工较困难，费用较高。
§4-2 从动件的常用运动规律
移动从动件 Reciprocating follower
摆动从动件 Oscillating follower
(四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分
力封闭型凸轮机构
Force-closed cams
弹簧力封闭
重力封闭
Force-closed by preloaded spring
Force-closed by gravity
加速度线图(Acceleration diagram)—反映了从动件的加
速度a 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
结论 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从 动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲 线。
凸轮机构的运动学设计参数
推程运动角(Cam angle for rise) 远休止角(Cam angle for outer dwell)S 回程运动角(Cam angle for return) 近休止角(Cam angle for inner dwell)S 从动件的位移s、速度v、加速度
凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构， 由凸轮、从动件和机架三个构件、两个 低副和一个高副组成的单自由度机构。
凸轮机构的组成 凸轮、从动件和机架三个基本构件。
机架3
从动件2
1 O1
凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机
械、自动控制装置和装配生产线。
二．凸轮机构的分类
(一) 按凸轮的形状分为： 盘形、 移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
• 人们经过长期的理论研究和生产实践， 已经积累了能适应多种工作要求的从动件典 型运动特性的运动曲线，即所谓“常用运动 规律”。
• 凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律。 反之，从动件不同的运动规律要求凸轮具 有不同形状的轮廓曲线，也即是说，凸轮 轮廓曲线的形状取决于凸轮机构从动件的 运动参数。
• 设计凸轮机构时，通常只需根据工作要求， 从常用运动规律中选择适当的运动曲线。 在一般情况下，推程是工作行程，要求比 较严格，需要进行仔细研究。回程一般要 求较低，受力情况也比推程阶段有利，故 不作专门讨论。
盘形凸轮 Plate cam
移动凸轮 Wedge cam
圆柱凸轮 Cylindrical cam
(二) 按从动件的型式分：尖顶、滚子、
平底从动件。
尖顶从动件 Knife-edge follower
滚子从动件 Roller follower
平底从动件 Flat-face follower
(三) 按从动件的运动形式分