凸轮机构详解
凸轮机构的设计和计算详解
凸轮机构的设计和计算详解1. 引言凸轮机构是一种常见的机械传动装置，通过凸轮的运动来实现对其他部件的控制和驱动。
凸轮机构广泛应用于发动机、机械加工、自动化设备等领域。
在本文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计和计算方法。
2. 凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和控制件组成。
凸轮通过旋转或移动的方式，驱动从动件进行线性或旋转运动。
不同凸轮形状和运动方式将实现不同的功能。
3. 凸轮的设计要点凸轮的设计涉及凸轮形状、凸轮面积、凸轮运动规律等方面。
在进行凸轮设计时，需要考虑以下要点：•运动要求：根据从动件需要的运动类型（线性或旋转）、速度和加速度要求，确定凸轮的形状和运动规律。
•动态负载：凸轮在运动过程中所承受的动态负载应被考虑在内，以确保凸轮的强度和耐久性。
•材料选择：根据凸轮的工作条件和负载要求，选择适当的材料来制造凸轮，以保证其可靠性和寿命。
4. 凸轮机构的计算方法4.1 凸轮剖面的计算凸轮剖面的计算是凸轮机构设计中的重要一环。
根据凸轮的运动规律和从动件的运动要求，可以进行凸轮剖面的计算。
常用的凸轮剖面计算方法有：•凸轮剖面生成法：根据从动件的运动要求，通过几何构造和插值计算，生成凸轮剖面。
•凸轮运动分析法：通过分析凸轮的运动规律和从动件的运动要求，推导出凸轮剖面的数学表达式。
4.2 凸轮机构的运动学分析凸轮机构的运动学分析是确定凸轮机构各部件的运动规律和参数的过程。
通过运动学分析，可以计算凸轮机构的几何关系、速度和加速度等。
常用的凸轮机构运动学分析方法有：•图形法：通过绘制凸轮机构的运动示意图和运动曲线，分析凸轮机构的运动规律。
•解析法：通过建立凸轮机构的运动学方程，推导出各部件的运动参数，并进行计算。
4.3 凸轮机构的强度计算凸轮机构的强度计算是为了确定凸轮所承受的载荷是否安全，并选择适当的材料和结构来满足设计要求。
在强度计算中，需要考虑凸轮的静载荷、动载荷和疲劳载荷等。
常用的凸轮机构强度计算方法有：•静态强度计算：通过分析凸轮在静态载荷下的应力和变形情况，确定凸轮的强度和刚度。
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。
凸轮机构-不会的一学就会-很详细的介绍。
试在凸轮机构简图上标出图示位置的压力角α。
第三十八页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-3 凸轮机构的压力角
第三十九页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓 凸轮机构设计的根本任务：
是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式及从动件的运动规律，并合理地确定基圆等基本尺寸，然后根据选定的 从动件的运动规律设计出凸轮应具有的凸轮轮廓曲线。其中，根据工作要求选定从动件的运动规律，乃是凸轮轮廓 设计的前提。
第四十页，编辑于星期六：十三点 十六分。
一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理
当凸轮机构工作时，凸轮和从动件都 是运动的，我们要绘制凸轮轮廓就需 要凸轮与图纸相对静止。为此，我们 在图解设计中采用反转法。反转法原 理如右图所示。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
第四十一页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
议取许用压力角[]=30°；对于摆动从动件凸轮机构，建议取许用压力角[]=45°。
第三十五页，编辑于星期六：十三点 十六分。
二、压力角与凸轮机构尺寸的关系
如图偏置尖顶从动件盘形凸轮机构可知，凸轮机构的
压力角与基圆半径rmin和偏心距e的关系为：
§3-3 凸轮机构的压力角
F
F′
F″
rmin
v2 e
ds e
§3-1 凸轮机构的应用和类型
类 型5
沟槽凸轮机构
等宽凸轮机构
第六页，编辑于星期六：十三点 十六分。
§3-1 凸轮机构的应用和类型 类型6
等径凸轮机构
主回(共厄)凸轮机构
第七页，编辑于星期六：十三点 十六分。
（四）根据从动件的运动形式分
1.移动从动件凸轮机构（对心、偏置）
凸轮机构及其设计知识点
凸轮机构及其设计知识点凸轮机构是一种常用于机械传动和控制系统中的重要装置，它通过凸轮的形状和运动将旋转运动转化为直线或近似直线的运动。
本文将介绍凸轮机构的基本原理、分类以及一些重要的设计知识点。
一、凸轮机构的基本原理凸轮机构利用凸轮的形状和运动来控制其他机械零件的运动，实现特定的功能。
其基本原理是通过凸轮的旋转或往复运动，驱动连杆等机械零件产生相应的运动。
凸轮机构的核心是凸轮轴，它负责凸轮的运动和传递动力。
二、凸轮机构的分类凸轮机构可以按照凸轮的形状、运动方式以及工作和运动周期的不同进行分类。
常见的分类方法有以下几种：1.按照凸轮的形状：- 圆形凸轮：凸轮轮廓为圆形，可将旋转运动转化为直线运动。
- 椭圆形凸轮：凸轮轮廓为椭圆形，可实现不同的工作周期。
- 特殊形状凸轮：凸轮轮廓根据实际需要来设计，如心形凸轮、叶形凸轮等。
2.按照凸轮的运动方式：- 旋转凸轮：凸轮沿着轴线的旋转运动。
- 往复凸轮：凸轮沿直线方向的往复运动。
3.按照工作和运动周期：- 连续工作凸轮机构：凸轮连续不断地运动，如发动机中的气门机构。
- 非连续工作凸轮机构：凸轮只在特定的时间段内运动，如变速器中的换挡机构。
三、凸轮机构设计的知识点凸轮机构的设计需要考虑到多个方面的因素，下面是一些设计中需要注意的知识点：1.选择适当的凸轮形状：根据所需的运动要求，选择合适的凸轮形状，如圆形、椭圆形或特殊形状。
2.确定凸轮的尺寸和运动参数：根据实际需求和运行环境，确定凸轮的尺寸和运动参数，如直径、偏心距离、转速等。
3.凸轮与连杆系统的设计：凸轮与连杆系统的设计需要考虑到运动学和动力学要求，确保凸轮的运动能够正确地传递给连杆系统。
4.选择适当的材料和制造工艺：凸轮机构需要承受较大的载荷和摩擦，选择适当的材料和制造工艺可以提高其使用寿命和运行效率。
5.考虑凸轮的润滑和冷却：凸轮与其他零件的接触面需要进行润滑和冷却，以减少摩擦和热量产生，提高凸轮的工作效率。
凸轮机构名词解释
凸轮机构名词解释
凸轮机构是一种用于将旋转运动转换为直线运动的机构，其由凸轮和摆杆组成。
在凸轮机构中，凸轮是一个圆柱体或圆锥体，其外形通常是非圆形的，凸轮的轮廓称为凸轮轮廓。
凸轮轮廓的形状决定了摆杆运动的轨迹，因此凸轮机构可以用于实现各种不同的机械运动。
凸轮机构有许多应用，例如在内燃机中用于驱动汽缸活塞，或在印刷机中用于控制印刷板的移动。
凸轮机构也常用于制造机器人和自动化生产线中。
凸轮机构的设计需要考虑到凸轮轮廓的形状、凸轮的旋转速度和摆杆的长度等因素。
在机械设计过程中，可以使用计算机辅助设计软件来帮助进行凸轮机构的设计和分析。
在使用凸轮机构时，需要注意凸轮和摆杆的材料和制造工艺，以确保机构的可靠性和耐用性。
此外，需要进行定期的维护和检修，以确保凸轮机构的正常运转。
常用机构-凸轮机构
02 凸轮机构的工作原理
Байду номын сангаас
凸轮机构的运动规律
凸轮机构是一种常见的机械机构，其工作原理是通过凸轮的转动来驱动从动件按照 预定的运动规律进行往复运动或周期性摆动。
凸轮机构通常由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成，其中凸轮通常是主动件， 其转动通过从动件传递到执行机构，实现所需运动。
凸轮机构的运动规律取决于凸轮的轮廓形状和从动件的位移、速度、加速度等运动 参数。通过合理设计凸轮的轮廓，可以使得从动件实现预期的运动规律。
凸轮机构的工作过程
当凸轮转动时，其轮廓与从动件之间 产生接触力，推动从动件按照预定规 律运动。
在凸轮机构的工作过程中，凸轮与从 动件之间的接触力会随着凸轮的转动 而变化，从而影响从动件的加速度、 速度和位移等运动参数。
常用机构-凸轮机构
contents
目录
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的工作原理 • 凸轮机构的设计与优化 • 凸轮机构的常见问题与解决方案 • 凸轮机构的发展趋势与展望
01 凸轮机构概述
定义与特点
定义
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，主要用于实现从动件预期的往复运动规律或特定运动 形式。
从动件可以是平面或空间的，其运动 形式可以是往复直线运动、摆动或复 杂的曲线运动。
凸轮机构的设计要素
凸轮机构的性能和可靠性取决于多个 设计要素，包括凸轮和从动件的形状、 尺寸、材料、润滑、摩擦和热处理等。
从动件的设计应确保其运动稳定、可 靠，同时与凸轮的接触应力在允许范 围内，以防止过度磨损和破坏。
选择合适的凸轮形状
根据运动规律，选择合适的凸轮形状， 如平底、曲面或滚子凸轮。
凸轮机构(GDX2)
盘形凸轮的演变：移动凸轮
（1）演化方式：盘形凸轮的回转中心趋于无穷远处，即r→∞； （2）凸轮从回转运动→往复直线移动
（3）应用：靠模仿形机械 （4）移动凸轮机构也是平面凸轮机构
■ 靠模车削机构
工件1回转，凸轮3作为 靠模被固定在床身上, 刀 架2 在弹簧作用下与凸轮 轮廓紧密接触。 当拖板4纵向移动时,刀 架2 在靠模板(凸轮)曲线 轮廓的推动下作横向移动， 从而切削出与靠模板曲线 一致的工件。
利用曲线沟槽推动从动件运动的称为盘形 槽凸轮。
盘形凸轮
特点： （1）依靠回转半径的变化推动从动件移动或摆动， 但从动件行程不宜过大，否则会引起凸轮径向尺寸变 化过大，增大了机构的结构尺寸，不利于机构正常工 作。 （2）结构简单，适用于从动件行程或摆动较小的场 合。
移动凸轮
移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形 凸轮的一部分，它作往复直线移动。
1.凸 轮——具有曲线状轮廓的构件
2.从动件——作往复移动或摆动的构件 往复移动——直动从动件
往复摆动——摆动从动件
3.机 架——机构中固定不动的构件
三、凸轮机构的分类
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮，如图所示。 （2）移动凸轮，如图所示。 （3）柱体凸轮，如图所示。
盘形凸轮
盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件 绕固定轴线回转
盘形凸轮种类：盘形外轮廓凸轮和盘形槽凸轮。 盘形外轮廓凸轮：利用外轮廓推动从动件。 盘形槽凸轮：利用曲线沟槽推动从动件。 盘形凸轮作等速回转时，从动件在垂直凸轮轴线的平面内运动 （往复移动或摆动），所以是平面凸轮。机构是平面凸轮机构。
盘形凸轮是一个具有变化半径的圆盘形构件，结 构简单，是凸轮的最基本形式。盘形凸轮分为两 种：利用外轮廓推动从动件的称为盘形外轮廓凸 轮；
第4章凸轮机构讲解
第4章凸轮机构凸轮机构是机械中一种常用的高副机构，在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。
凸轮机构的优点是：只需设计出适当的凸轮轮廓，就可使从动件实现各种预期的运动规律，结构简单、紧凑、设计方便。
其缺点是：凸轮与从动件为点接触或线接触，压强大，易于磨损，难加工，成本高。
所以通常多用于传力不大的控制机构。
§4.1 凸轮机构的应用和类型图4.1所示为内燃机配气凸轮机构。
原动凸轮1以等角速度连续回转，通过凸轮高副驱动从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
图4.1 内燃机配气机构图4.2 绕线机构图4.2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构。
绕线轴3连续快速转动，经过齿轮带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摆动，从而使线均匀的缠绕在绕线轴上。
图4.3所示为冲床装卸料中的凸轮机构。
原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下移动时，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运动规律装卸工件。
图4.4所示为自动送料的凸轮机构。
当带有凹槽的原动凸轮1等速转动时，通过嵌在槽中的滚子驱动从动件2作往复移动。
凸轮1每回转一周，从动件2即从储料器中推出一个毛坯，送到加工或待包装位置。
从以上所举各列可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架3个构件组成。
根据凸轮和从动件的不同形状，凸轮机构可按如下分类。
图4.3 冲床装卸料机构图4.4 送料机构1．按凸轮形状分（1）盘状凸轮这种凸轮是一个绕固定轴线转动且具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的最基本形式，如图4.1和4.2所示。
（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮叫移动凸轮，如图3.3所示。
（3）圆柱凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮，如图4.4所示。
2．按从动件形状分（1）尖底从动件如图4.2所示，尖底能与任何复杂的凸轮轮廓保持接触，因此能实现任意的运动规律。
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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。
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45
4.4.2 压力角的校核
推荐压力角数值 移动从动件[a]=30°
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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。
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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
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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
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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
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15
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4.5.1 凸轮机构的压力角
压力角：不计摩擦时，凸轮对 从动件的作用力（法向力）与从 动件上受力点速度方向所夹的锐 角。
将从动件所受力F分解为两个 力：
F2 F cos
F1
F
sin
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33
§ 凸轮机构设计中的几个问题
αmax≤［α］(许用压力角)。 凸轮机构的许用压力角［α］可取如下数值:
推程时，移动从动件 ［α］=30°～40°,
摆动从动件 ［α］=45°～50°；
回程时，通常取 ［α］=70°～80°。
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4.5.2 凸轮基圆半径的确定
基圆半径愈小，压力角愈大；反之，压力角则愈小。 因此，在选取基圆半径时应注意：
凸轮机构的从动件的常用运动规律及凸轮轮 廓曲线的设计。
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2
4.1 概述
4.1.1 凸轮机构的应用
1. 组成
凸轮机构由凸轮1、从动件2、机 架3三个基本构件组成，是一种高 副机构。其中凸轮是一个具有曲线 轮廓或凹槽的构件，通常作连续等 速转动，从动件则在凸轮轮廓的控 制下按预定的运动规律作往复移动 或摆动。
有等速运动规律、等加速-等减速运动规律、余弦加速度 运动规律、正弦加速度运动规律等。
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14
1.等速运动规律：
从动件在推 程或回程过程 中的运动速度 为常数的运动 规律。
s
v
h 0
h 0
a 0
从动件在推程始末两处，速度
有突变，瞬时加速度理论上为无
穷大，因而产生理论上无穷大的
机械原理凸轮机构
O
Ov
1
1
2 3 4 5 6 234 56
速度的变化率(即跃度j)在这些 位置为无穷大——柔性冲击
v
O
2
适应场合：中速轻载
O
2
a a0
O 2
j
3.简谐运动(余弦加速度运动)
当质点在圆周上作匀速运动 时，它在该圆直径上的投影所构 成的运动规律—简谐运动
s
h 2
1
cos
π Φ
φ
特点：有柔性冲击
作平底的内包络线，即为所要设计 的凸轮廓线
4.4 解析法设计平面凸轮轮廓曲线
一、直动滚子从动件盘形凸轮
已知：凸轮以等角速度 逆
y
时针方向转动，凸轮基园半
径ro、滚子半径rr，导路和凸
e
轮轴心间的相对位置及偏距e，
B0 ''
n
从动件的运动规律 s s(。)
1. 理论廓线方程: B(x, y)
s0 O
4.1.2 凸轮机构的分类
1. 按凸轮的形状分类
盘形凸轮 移动凸轮
圆柱凸轮
盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛
移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动
圆柱凸轮：空间凸轮机构
2. 按从动件的形状分类
尖端能以任意复杂的凸轮轮廓 保持接触，从而使从动件实现 任意的运动规律。但尖端处极 易磨损，只适用于低速场合。
d
min
s
e
L
rρ
rb r' Cu
O
4.6 圆柱凸轮机构
一、直动从动件圆柱凸轮机构
O
rm 1
O a)
v1
η η
1
η 2
v2
名词解释凸轮机构
名词解释凸轮机构
凸轮机构是一种机械机构,用于驱动汽车、摩托车和其他车辆的引擎和其他动力装置。
凸轮机构由一组相互连接的齿轮和轴组成,这些齿轮和轴在工厂中制造,然后被安装到发动机外壳上。
凸轮机构的作用是将燃料的燃烧转化为动力的传递。
在凸轮机构中,每个齿轮都对应着一个节气门或进气道,当发动机需要增加燃料时,凸轮机构会通过齿轮的旋转将燃料传递到节气门或进气道中。
当发动机需要减少燃料时,凸轮机构会通过齿轮的旋转将燃料传递到节气门或进气道中,以控制进气量。
除了控制燃料的输入,凸轮机构还起着控制引擎转速的作用。
通过调整凸轮机构的齿轮数量和位置,可以控制引擎的转速。
在汽车行驶过程中,凸轮机构会根据车速和引擎负荷等因素来调整齿轮的数量和位置,从而使引擎达到其最佳的转速和输出功率。
凸轮机构在汽车制造中扮演着至关重要的角色,其设计和制造对于引擎的性能和可靠性有着重要的影响。
随着汽车技术的发展,凸轮机构也在不断地进行改进和优化,以提供更好的性能和可靠性。
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)
凸轮机构详解
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例4.试设计一偏置直动滚 子盘形凸轮机构的轮廓曲 线，已知凸轮基圆半径 35mm,偏距为10mm,滚子 半径为5mm,从动件行程 40mm,其位移曲线如图。
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线e 作图 思路
主体同例3. 把滚子中心作为尖顶推杆的尖顶即可。
1.按照尖顶推杆绘制理论廓 线
ds d
ds d
r0 - e
2 2
(e (
s ) ta n )
2 基圆半径的确定
ds ) ta n )
ds
d
e (
r0 - e
2
2
s ) ta n
r0
D
【结论】 在满足压力角的条件下，基圆半径 不要太大，以免机构尺寸太大。
1）力封闭
弹簧力
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
沟槽凸轮
等宽凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
等径凸轮
共轭凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
内燃机配齐机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
进刀机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
1 压力角
定义：推杆上接触点B的运 动方向与其受力方向之间所 夹的锐角称为压力角。 压力角越大，则F的损失越 大。当压力角大到某个值时 ，结构出现死锁。此为临界 压力角。 设计准则：
m a x [ ]
9.4 基本尺寸的设计
2 基圆半径的确定
基圆半径与压力角之间有关。从而基圆半径是通过 压力角的设计准则来确定的。
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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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内容提要 研究内容： 机械的基本理论
机构
机构的结构分析 机构的设计
机器
方案设计
机构的力学分析
机器动力学
内容提要 1 绪论 2 机构的结构分析
3 平面机构的运动分析 机构的力学分析 4 平面机构的力分析 5 机械的效率和自锁 6 机械的平衡 机器动力学 7 机械的运转及 速度波动的调节 机构的结构分析
r0
【结论】 在满足压力角的条件下，基圆半径 不要太大，以免机构尺寸太大。
D
9.4 基本尺寸的设计
3 滚子半径的确定
（1）当凸轮理论廓线外凸时 滚子的半径是任意确定的吗？
a rr
当滚子半径大于等于理论廓线上的最小曲率半径时，工作 廓线会出现问题。
变尖现象
失真现象
此段运动 规律不可 实现
装卸料传动机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
送料机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
绕线机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
写字机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
熊猫 吹泡泡机构
问：类型。
9 凸轮机构及其设计
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
反转法得到的任意位置
理论廓线方程
B点的两个坐标是
x e cos (s0 s)sin
y e sin (s0 s)cos
s0 r e
2 0 2
实际廓线方程
x ' x r cos
y ' y r sin
max [ ]
9.4 基本尺寸的设计
2 基圆半径的确定
基圆半径与压力角之间有关。从而基圆半径是通过 压力角的设计准则来确定的。
相对瞬心
压力角
相对瞬心
2 基圆半径的确定
凸轮上P点的速度
v p OP
(e CP)
(e CB tan )
(e (CD DB) tan )
例2.试设计一对心直动尖顶盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知 凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。 远休止 推程
回程
近休止
推程运动角
远休止角
回程运动角
近休止角
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例2.试设计一对心尖顶直动盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知 凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。
基圆是理论廓线上的最小内切圆。 理论廓线
基圆
问题：（3）画出从推程开始到图示位置时从动件的位移S, 相应的凸轮转角。 沿着导路位置线，从基圆到理论廓 线之间的线段长度 位移 转角
求转角的三种途径
由基圆上的两个点 及转动中心
由偏距圆上的两个 切点及转动中心
由导路两位置线的 夹角
两个三角形 刚性转动 三个边转动的 角度相同
1 常用运动规律的定性分析
正弦加速度运动规律
无冲击
作 业
P172
设计，用AUTOCAD，书上尺寸
9-13
9-14
9 凸轮机构及其设计
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.4 基本尺寸的设计
1 压力角
定义：推杆上接触点B的运 动方向与其受力方向之间所 夹的锐角称为压力角。 压力角越大，则F的损失越 大。当压力角大到某个值时 ，结构出现死锁。此为临界 压力角。 设计准则：
1 常用运动规律的定性分析
一次多项式运动规律
刚性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
二次多项式运动规律
柔性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
高次多项式运动规律
无冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
余弦加速度运动规律
柔性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
9.1
凸轮机构的类型及应用
1）盘形凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）移动凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
3）圆柱凸轮
在圆柱面上有曲线凹槽 在圆柱端面上有曲线轮廓
9.1
凸轮机构的类型及应用
推杆的运动形式
1.凸轮机构的类型
推杆的形状
保持高副接触的形式
凸轮的形状
9.1
凸轮机构的类型及应用
1）尖顶推杆
（4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再 在凸轮上绘制出对应的点。
（4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再 在凸轮上绘制出对应的点。
[ CAD: 圆形阵列得到射 线，偏移得到圆]
[ CAD: 延伸得到各等分点]
（5）用光滑的曲线连接推程数据点和回程数据点。
[ CAD: 用PL连线]
8 平面连杆机构
9 凸轮机构
10 齿轮机构 机构的设计 11 轮系
12 其它常用机构 13 工业机器人
方案设计 14 机械传动系统的方案设计
9 凸轮机构及其设计
引子
连杆机构的缺陷
无论连杆还是从动件很难精确实现预先给定的规律。
9 凸轮机构及其设计
引子
凸轮机构的概念
9 凸轮机构及其设计
引子
凸轮机构的概念
1）力封闭
弹簧力
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
沟槽凸轮
等宽凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
等径凸轮
共轭凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
内燃机配齐机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
进刀机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
凸轮机构是由凸轮、推杆(也称从动件)和机架三 个基本构件组成的高副机构。
具有曲 线轮廓 或凹槽
9 凸轮机构及其设计
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.1
凸轮机构的类型及应用
推杆的运动形式
1.凸轮机构的类型
推杆的形状
保持高副接触的形式
凸轮的形状
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
凸轮机构的基本用途：精确控制从动件的运动规律
?
调小网格，用ADAMS创建对心凸轮机构，创建距离MEASURE
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
从动件的运动规律 设计凸轮的轮廓
如何根据给定的推杆运动规律来 设计凸轮的轮廓呢？
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例4.试设计一偏置直动滚 子盘形凸轮机构的轮廓曲 线，已知凸轮基圆半径 35mm,偏距为10mm,滚子 半径为5mm,从动件行程 40mm,其位移曲线如图。
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线 e 作图 思路
主体同例3. 把滚子中心作为尖顶推杆的尖顶即可。
1.按照尖顶推杆绘制理论廓 线
[ CAD: 用PE编辑，刷黑]
讨论：8等分后的凸轮
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例3.试设计一偏置直动尖 顶盘形凸轮机构的轮廓曲 线，已知凸轮基圆半径 35mm,偏距为10mm,从动 件行程40mm,其位移曲线 如图。
作图 思路
主体同例2. 区别在起点以及取位移的方式（在偏距圆的切线方向 上从基圆往外取点）。
（1）绘制基本的凸轮机构。凸轮用基圆表示，推杆与凸轮接触。
（2）把基圆按照推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角进行划分 。
[ CAD: 旋转拷贝OA，OB,OC,得到几个关键点。]
（3）确定转折点处的凸轮轮廓线点。圆弧连接远休止曲线和近休止曲线。
[ CAD: 偏移基圆40mm得到远休止弧线]
以回转中心为圆心，与凸轮的轮廓 线相切的最小的圆。
基圆半径
基圆
作图 思路
（1）绘制基本的凸轮机构。凸轮用基圆表示，推杆与凸轮接触。 （2）把基圆按照推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角 进行划分。 （3）确定转折点处的凸轮轮廓线点。圆弧连接远休止曲线和近休 止曲线。 （4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再在凸 轮上绘制出对应的点。 （5）用光滑的曲线连接推程数据点和回程数据点。
反转法--基本原理
反转法—位移对应关系
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
两种设计方法 图解法
解析法
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例1.已知一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示，求： 根据给定的凸轮轮廓曲线，用作 图法求解从动件的位移曲线。
半圆划分为6等份
延伸得到各位置的长度
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
(e ( r02 -e 2 s ) tan )
推杆上P点的速度
D
ds vp d
ds (e ( r02 -e2 s) tan ) d
2 基圆半径的确定
ds (e ( r02 -e2 s) tan ) d
ds e ( r02 -e2 s) tan d
（2）画出凸轮的基圆。 （3）画出从推程开始到图示位置时 从动件的位移S,相应的凸轮转角。 （4）画出推程开始时和图示位置 时机构的压力角。 （5）画出从动件的行程h。
问题：（1）写出该凸轮机构的名称。 凸轮机构的名称构成：