凸轮机构设计..
凸轮机构教学设计方案
一、教学目标1. 知识目标：- 了解凸轮机构的基本概念、类型和应用。
- 掌握凸轮机构的结构特点、工作原理和设计方法。
- 熟悉凸轮机构的传动比、速度和加速度的计算。
2. 能力目标：- 能够分析凸轮机构的运动特性，设计简单的凸轮机构。
- 提高动手能力和创新意识，能够运用所学知识解决实际问题。
3. 情感目标：- 培养学生对机械原理的兴趣和热爱。
- 增强学生的团队协作精神和实践能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的基本概念和类型：- 凸轮机构简介- 凸轮机构的类型：圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮等2. 凸轮机构的结构特点和工作原理：- 凸轮的形状和尺寸对机构性能的影响- 凸轮机构的工作原理和运动规律3. 凸轮机构的设计方法：- 凸轮轮廓的设计- 凸轮机构的强度计算- 凸轮机构的运动学分析4. 凸轮机构的实例分析：- 常见凸轮机构的实例介绍- 分析实例中的设计要点和注意事项三、教学方法1. 讲授法：- 结合多媒体课件，系统讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法。
2. 案例分析法：- 通过实际案例，分析凸轮机构的设计要点和注意事项，提高学生的分析能力。
3. 实验法：- 利用实验设备，让学生亲自动手操作，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
4. 讨论法：- 组织学生进行小组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，培养学生的团队协作精神。
四、教学过程1. 导入：- 以实际应用为例，引入凸轮机构的概念，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：- 讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法，并结合多媒体课件进行演示。
3. 案例分析：- 分析实际案例，让学生了解凸轮机构在实际应用中的设计要点和注意事项。
4. 实验操作：- 学生分组进行实验，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
5. 讨论与总结：- 学生分组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，教师进行总结和点评。
6. 课后作业：- 布置相关设计题目，让学生运用所学知识进行设计，巩固所学知识。
机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。
凸轮机构的设计方法知识点
凸轮机构的设计方法知识点凸轮机构是一种常用于传动和控制机械运动的装置。
它通过凸轮的几何形状和运动特点来驱动其他零件的相对运动，实现特定的功能。
下面将介绍凸轮机构设计的一些重要知识点。
一、凸轮的基本构成凸轮由凸轮轴和凸轮轮廓组成。
凸轮轴一般是圆柱形的，并且要求与传动装置的轴线相交或平行。
凸轮轮廓则根据具体的应用要求进行设计，常见的有红圆弧、矩形和椭圆等形状。
凸轮的轮廓和几何参数对机构运动特性具有重要影响。
二、凸轮的运动特性凸轮的运动特性包括凸轮轮廓的曲线形状、凸轮轴的转动方式以及凸轮与其他零件之间的相对运动关系。
常见的凸轮运动方式有简谐运动和非简谐运动两种。
简谐运动是指凸轮的转动角度与时间之间存在确定关系，例如等速转动和正弦转动。
而非简谐运动则是指凸轮的转动角度与时间之间不满足确定关系，其运动规律更为复杂。
三、凸轮机构的设计方法1. 确定凸轮的运动要求：根据机械系统的功能要求，确定凸轮需要实现的运动特性，如线性运动、往复运动或任意轨迹运动等。
2. 选择凸轮的轮廓形状：根据运动要求，选择适合的轮廓形状。
例如，需要实现往复直线运动时可以选择矩形轮廓；需要实现往复曲线运动时可以选择红圆弧轮廓。
3. 计算凸轮的几何参数：确定凸轮的几何参数，如凸轮半径、凸轮轴偏心距、凸轮轴转动角度等。
这些参数会直接影响到凸轮的运动特性和机构的工作效果。
4. 验证凸轮机构的性能：利用计算机辅助设计软件或绘图工具，绘制凸轮机构的示意图，并进行运动仿真分析。
通过仿真分析，可以评估凸轮机构的工作性能，发现潜在问题并进行改进优化。
5. 制作凸轮并组装机构：根据设计结果，制作凸轮和其他相关零件，并按照装配顺序进行组装。
在组装过程中，要注意零件之间的配合精度和润滑要求，确保机构的正常运转。
四、凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛应用于各个领域，例如机床、汽车、航空航天、纺织机械等。
在机床领域，凸轮机构常用于驱动切削工具进行加工作业；在汽车领域，凸轮机构用于控制气门的开启和闭合；在航空航天领域，凸轮机构常用于驱动复杂的舵面运动等。
机械课程设计凸轮机构设计
机械课程设计凸轮机构设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解凸轮机构的基本概念、分类和原理；2. 学生能够掌握凸轮机构的运动分析、受力分析和设计方法；3. 学生能够了解凸轮机构在工程实际中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的凸轮机构；2. 学生能够运用计算机辅助设计软件（如CAD）进行凸轮机构的绘图；3. 学生能够运用运动仿真软件对凸轮机构进行运动分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械设计的兴趣，提高学习积极性；2. 学生培养团队协作精神，提高沟通与协作能力；3. 学生培养工程意识，认识到凸轮机构在工程技术中的重要性。
课程性质分析：本课程为机械课程设计的一部分，旨在让学生通过实际操作，掌握凸轮机构的设计方法和应用。
学生特点分析：学生已具备一定的机械基础知识，具有较强的动手能力和求知欲，但缺乏实际设计经验。
教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采用项目式教学，鼓励学生主动参与，培养学生的自主学习能力；3. 注重情感态度价值观的培养，激发学生的学习兴趣，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 凸轮机构基本概念：凸轮机构的定义、分类和特点；2. 凸轮机构原理：凸轮机构的运动规律、运动分析、受力分析；3. 凸轮机构设计方法：基于运动规律的设计方法、计算机辅助设计方法；4. 凸轮机构应用案例分析：介绍凸轮机构在工程实际中的应用实例；5. 设计实践：学生分组进行凸轮机构设计，包括方案设计、详细设计和绘图；6. 运动分析：运用运动仿真软件对设计的凸轮机构进行运动分析。
教学大纲安排：第一课时：凸轮机构基本概念及原理学习；第二课时：凸轮机构设计方法学习；第三课时：凸轮机构应用案例分析；第四课时：设计实践一（方案设计）；第五课时：设计实践二（详细设计和绘图）；第六课时：运动分析及总结。
教材关联：本教学内容与教材中关于凸轮机构的设计、分析与应用相关章节紧密关联，涵盖了课本中凸轮机构的基本知识、设计方法和实际应用等方面的内容。
凸轮机构设计
第九章凸轮机构设计本章学习任务：凸轮机构的基本知识、其从动件的运动规律、凸轮曲线轮廓的设计、凸轮机构基本尺寸的设计。
驱动项目的任务安排：完成项目中的凸轮机构的具体设计。
9.1凸轮机构的基本知识（1）基圆以凸轮的回转中心为圆心，凸轮轮廓的最小向径为半径所作的圆，称为凸轮的基圆，基圆半径用r b表示，如图9-1 所示。
基圆是设计凸轮轮廓曲线的基准。
图9-1 凸轮机构的部分基本术语（2）推程从动件从距凸轮回转中心的最近点向最远点运动的过程。
（3）回程从动件从距凸轮回转中心的最远点向最近点运动的过程。
（4）行程从动件从距凸轮回转中心的最近点运动到最远点所通过的距离，或从最远点回到最近点所通过的距离。
行程是指从动件的最大运动距离，常用h 来表示。
（5）凸轮转角凸轮绕回转中心转过的角度，称为凸轮转角，用表示。
（6）推程运动角从动件从距凸轮回转中心的最近点运动到最远点时，对应凸轮所转过的角度称为推程运动角，用表示。
（7）回程运动角从动件从距凸轮回转中心的最远点运动到最近点时，对应凸轮所转过的角度称为回程运动角，用' 表示。
（8）远休止角从动件在距凸轮回转中心的最远点静止不动时，对应凸轮所转过的角表示。
度称为远休止角，用s（9）近休止角从动件在距凸轮回转中心的最近点静止不动时，对应凸轮所转过的角度称为近休止角，用'表示。
s（10）从动件的位移凸轮转过转角φ 时，从动件所运动的距离称为从动件的位移。
位移s 从距凸轮回转中心的最近点开始度量。
对于摆动从动件，其位移为角位移，只需把直动从动件的运动参数转化为相应的摆动运动参数即可。
图9-2 偏置直动尖底从动件凸轮机构的运动循环图9-2 所示为偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构的运动循环图。
随着凸轮的转动，从动件逐渐升高，当升高到最高点时，推程运动角为=∠BOE 。
凸轮升高到最高后，凸轮远休止廓线EF 段为圆弧，其远休止角为s=∠EOF 。
从F 点开始，随着凸轮的继续转动，从动件开始下降，当下降到最低点时，回程运动角为' =∠FOD ，凸轮从D 点继续转到B 点时，从动件在最低位置静止不动，DB 段的凸轮转角为近休止角's=∠DOB 。
机械设计-凸轮机构设计
a0 -a0
h
回程等加速段的运动方程为：
s2
s2 ＝h-2hδ12/δh2
v2 ＝-4hω1δ1/δh2 a2 ＝-4hω12/δh2 回程等减速段运动方程为：
δ1 δt v2
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δh2 v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δh2
a2 ＝4hω12/δh2
a2
A B
特点：存在柔性冲击
1）力锁合凸轮机构：依靠 重力、弹簧力或其他外力来 保证锁合，如内燃机配气凸
轮机构。
2）形锁合凸轮机构：依靠凸轮和从动件几何形状来 保证锁合。如凹槽、等宽、等径、共轭凸轮。
等宽凸轮机构 等径凸轮机构
共轭凸轮机构
1. 按凸轮的形状 分类
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
平面凸轮机构 空间凸轮机构
凸 2. 按从动件运动副
第3章 凸轮机构设计
§3－1 凸轮机构的应用和分类 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 盘状凸轮轮廓的设计 §3－4 设计凸轮机构应注意的问题
§3－1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的组成及其特点 凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构件组成的高副机构。
机架
从动件
滚子
凸轮
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
轮
元素形状分类
机
构
分 类
3. 按从动件的运动
形式分类
尖顶从动件
滚子从动件 平底从动件 对心直动从动件 直动从动件 摆动从动件 偏置直动从动件 平面复杂运动从动件
4. 按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合 形锁合
§3－2 从动件的常用运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式； 2)推杆运动规律； 3)合理确定结构尺寸； 4)设计轮廓曲线。
凸轮机构的设计
(3)、许用压力角 为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常 规 定 一 许 用 压 力 角 [α] ， 使 。 推 程 ： 直 动 推 杆 取 [α] ＝ 300 ； 摆 动 推 杆 [α] ＝ 400 ～ 500 ； 回程：通常不会引起自锁问题，但为了使推杆不至产生过大的加速 度从而引起不良后果，通常取 [α]= 700～800。 (4)、压力角校核 αmax一般出现在 1）从动件的起点位置 2）从动件最大速度位置 3）凸轮轮廓向径变化最大部分 滚子从动件按理论轮廓校核 平底从动件一般α=0，不需校核 若αmax > [α]: 增大基圆半径 偏置从动件
4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮转动方向。凸轮转 动中心与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，已知 从动件的运动规律，试设计。（从动件的位移是角位移 ）
A0
ψ0 B1 B’1 φ o ω
1
-ω
ψ1 B2 ψ2
A1
B0
B’2
2
A2
φ
三、凸轮机构基本尺寸的确定
图所示为工程上常用的诺模 图,图中上半圆的标尺代表 凸轮转角δ0，下半圆的标尺 为最大压力角α max，直径 的标尺代表从动件规律的 h/rb的值（h为从动件的行程， rb为基圆半径）。下面举例 说明该图的使用方法。
2、凸轮压力角的校核
(1)、凸轮机构的压力角定义 凸轮机构从动件作用力的方向线与从动 件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角， 用α表示。 (2)、压力角与作用力以及机构尺寸的关系 将凸轮对从动件的作用力F分解为F1和F2 。F2为有效分力，F1为有害分力，当压力角 α越大，有害分力F1越大，如果压力角增大 ，有害分力所引起的摩擦阻力也将增大，摩 擦功耗增大，效率降低。
机械设计基础-凸轮机构设计
(2)取长度比例尺μl,在纵坐标轴上作出从动件的行程h。 (3)这些平行线与上述各对应的垂直线分别交于点1″、 2″、…、6″,将这些交点连成光 滑的曲线,即为余弦加速度运 动的位移线图。
凸轮机构设计
③ 等径凸轮:如图3-5(c)所示,从动件上装有两个滚子,其 中心线通过凸轮轴心,凸轮 与这两个滚子同时保持接触。这 种凸轮理论轮廓线上两异向半径之和恒等于两滚子的中心距 离,因此等径凸轮只能在180°范围内设计轮廓线,其余部分的 凸轮廓线需要按等径原则确定。
凸轮机构设计
④ 主回凸轮:如图3-5(d)所示,用两个固结在一起的盘形 凸轮分别与同一个从动件 上的两个滚子接触,形成结构封闭。 其中一个凸轮(主凸轮)驱使从动件向某一方向运动, 而另一 个凸轮(回凸轮)驱使从动件反向运动。主凸轮轮廓线可在 360°范围内按给定运动规 律设计,而回凸轮轮廓线必须根据 主凸轮轮廓线和从动件的位置确定。主回凸轮可用于高 精 度传动。
凸轮机构设计
二、 凸轮的分类 1.按凸轮的形状分类 (1)盘形凸轮。如图3-1所示,这种凸轮是绕固定轴转动并
且具有变化向径的盘形构 件,它是凸轮的基本形式。 (2)移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状,如图3-2所示
的凸轮,可视作回转中心位于无穷远时的盘形凸轮,它相对于 机架作直线移动。
凸轮机构设计
凸轮机构设计
(6)远休止:从动件离转轴O 最远处静止不动。凸轮转过 角度Φs 称为远休止角。
(7)回程运动:从动件在弹簧力或重力作用下回到初始位 置,位移由Smax→0,凸轮转 过角度Φ'称为回程运动角。
凸轮机构设计
随着现代制造技术的不断进步，凸轮机构正向着高精度、高效率、高可靠性、 低噪音等方向发展。同时，为了满足不同领域的需求，凸轮机构的类型也在不 断增加和完善。
02
凸轮机构设计基础
设计目标与要求
实现预期的运动规律
01
根据工作要求，设计凸轮轮廓以实现从动件预期的运动规律，
如匀速、匀加速、简谐运动等。
结构优化方法探讨
优化设计理论
运用优化设计理论和方法，对凸轮机构的结构参数进行优化设计 ，提高机构的性能。
有限元分析
利用有限元分析技术对凸轮机构进行应力、应变和疲劳寿命分析， 为结构优化提供依据。
试验验证
通过试验验证优化设计的有效性，对优化前后的凸轮机构性能进行 对比分析，确保优化设计的可行性。
06
装配与调试
将加工完成的凸轮机 构各部件进行装配， 并进行调试以确保机 构运转顺畅。
关键工艺参数控制
热处理温度和时间
严格控制淬火、回火等热处理 的温度和时间，确保材料达到
所需的机械性能。
切削用量和切削速度
合理选择切削用量和切削速度 ，以保证加工效率和加工质量 。
磨削参数
根据凸轮机构的材质和精度要 求，选择合适的磨削参数，如 砂轮类型、磨削深度等。
速度分析
通过求导得到从动件的速 度表达式，进而分析速度 的变化规律。
加速度分析
对速度表达式进行求导， 得到从动件的加速度表达 式，用于分析加速度的变 化规律。
动力学建模与求解
建立动力学模型
根据凸轮机构的结构特点和工作 原理，建立相应的动力学模型， 包括质量、刚度、阻尼等参数。
求解动力学方程
采用数值计算方法（如龙格-库 塔法、欧拉法等）对动力学方程 进行求解，得到从动件在任意时
凸轮机构及其设计
2( xa
x) d x
d
2( ya
y) d y
d
0
即：
( xa
x). d x
d
( ya
y) dy
d
联立求解包络线方程， 可得到实际廓线方程为： xa x rr
dy
d
( d x )2 (d y )2
d d
ya y rr
dx
d
( dx )2 ( dy )2
d d
2．直动平底从动件盘形凸轮廓线旳设计
1.一次多项式——等速运动规律
s c0 c1
v
ds dt
c1
d
dt
c1
常数
a 0
边界条件 0时，s 0； Φ时，s h。
代入整顿得从动件在推程时旳运动方程为：
在行程旳起点与终点处，因为 速度发生突变，加速度在理论上无 穷大，造成从动件产生非常大旳冲 击惯性力，称这种冲击为刚性冲击。
组合型运动规律图
改
改
善
善
等
等
速
加
运
等
动
减
规
速
律
运
动
规
律
第三节 凸轮轮廓曲线旳设计
主要任务 根据选定旳从动件运动规律和其他设计数据， 画出凸轮旳轮廓曲线或计算出轮廓曲线旳坐标值。
一、 凸轮机构旳相对运动原理 二、 凸轮机构旳轮廓曲线 三、 凸轮廓线旳设计
1. 直动从动件盘形凸轮廓线旳设计 2. 直动平底从动件盘形凸轮廓线旳设计 3. 摆动滚子从动件盘形凸轮廓线旳设计
y
(s0
s) cos
e cos
实际廓线是圆心位于理论廓线上旳 滚子圆旳包络线，其方程为：
凸轮机构设计
4
3
2 1
设计：潘存云
1 2 34 5
h δ1 6
a2 ＝π2hω21 cos(πδ1/δt)/2δ2t 回程：
δt
v2 Vmax=1.57hω /2δ 0
s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2
δ1
v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)δ1/2δh
a2＝-π2hω21 cos(πδ1/δh)/2δ2h
4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等）
几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)
刀架
o 2
1
内燃机气门机构
机床进给机构
凹 槽 凸 轮
等
宽
凸
W
轮
等
径
r1
凸
主
轮
r2
r1+r2 =const
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。
回程等减速段运动方程为：
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δ2h v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δ2h a2 ＝4hω21/δ2h
应用：存在柔性冲击，应用于 中、低速轻载的场合。
３.余弦加速度(简谐)运动规律 5 6 s2
推程： s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2 v2 ＝πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δt
设计：潘存云
rmin O rmin
§3－4 设计凸轮机构应注意的问题
一、压力角与作用力的关系
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α
பைடு நூலகம்
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。
第3章凸轮机构设计
第一篇 机械传动设计
1
第三章 凸轮机构设计
重点内容
1. 用反转法绘制盘状凸轮轮廓线。
2. 凸轮机构旳压力角和自锁旳关系， 压力角和基圆半径旳关系，滚子半径 与轮廓曲线形状旳关系。
2
3
盘状凸轮
4
盘状凸轮
5
圆柱凸轮
§3-1 凸轮机构旳应用和分类
一. 凸轮机构旳应用 1. 凸轮机构旳构成：凸轮、从动件和机架。
ω
δh
δs
22
4) 量取位移线图C1B1=11’、C2B2=22’、…， 得B0、B1、B2 、 …。
5) 以光滑曲线连接B0、B1、B2 、 …，即得 凸轮旳轮廓曲线。若是滚子从动件，则此轮 廓曲线为该凸轮旳理论轮廓曲线。
23
§3-5 设计凸轮机构应注意旳问题
一、凸轮机构旳压力角和自锁
n Fα
ω1
h
A
δt
B
3. 远休止角δs
δs’ O δs
凸轮回转δs从动件在最远距 离处停止不动。
r0 δh D
C 10
§3-2 从动件旳常用运动规律
一. 基本术语
1. 基圆
以凸轮轮廓最小向径r0为半径旳圆
2. 推程(升程)
B’
δt
从动件从距离回转中心 近来位置A到达最远距离 B’所走过旳距离
ω1
h
A
B
3. 远休止角δs
和从动件质量较小旳凸轮机构。 O
h
δ1
(a)
t
v0
δ1
(b)
t
+∞ δ1 t
(c) -∞ 14
O’
三. 等加速等 1
s2
减速运动规律 4
凸轮机构及其设计PPT课件
产生非常大的惯性力。 柔性冲击——由于加速度发生有限值的突变，导致从动件产生有限值的惯性
力突变而产生有限的冲击。
压力角、许用压力角 ——从动件在高副接触点所受的法向力与从动件该 点的速度方向所夹锐角α 。压力角过大时，会使机 构的传力性能恶化。工程上规定其临界值为许用压 力角[α]。不同的机器的许用压力角要求不同，凸轮 机构设计时要求 α ≤ [α]。
2) 摆动从动件的压力角
如下图所示， ω1和ω2同向，P点是瞬心点，过 P作垂直于AB延长线得D。由ΔBDP得
tanα =BD/PD
（2）
由ΔADP得
BD =AD-AB= APcos(ψ0 +ψ)-l
P
PD= APsin(ψ0 +ψ)
n
由瞬心性质有 AP ω2 =OP ω1 = (AP-a) ω1
解得
s＝h[1-φ/Φ’ +sin(2πφ/Φ’)/2π] v＝hω[cos(2πφ/Φ’)-1]/Φ’ a＝-2πhω2 sin(2πφ/Φ’)/Φ’2
特点：无冲击，适于高速凸轮。
s
Φ v a
.
h φ
Φ’
φ
φ
21
改进型运动规律
单一基本运动规律不能满足工程要求时，
分别取一、二、五次项，就得到相应幂次的运动规律。
基本边界条件
凸轮转过推程运动角Φ ——从动件上升h 凸轮转过回程运动角Φ’——从动件下降h
将不同的边界条件代入以上方程组，可.求得待定系数Cபைடு நூலகம் 。
16
1） 一次多项式（等速运动）运动规律 边界条件
在推程起始点： φ =0， s=0 在推程终止点： φ =δ0 ，s=h 代入得：C0＝0， C1＝h/Φ
凸轮机构的设计和计算
五、要求
①尖底从动件：用于低速； ②滚子从动件：应用最普遍； ③平底从动件：用于高速。
3、按锁合的方式：
力锁合（重力、弹簧力）、几何锁合
四、特点
优点：1、能够实现精确的运动规律；2、设计较简单。
缺点：1、承载能力低，主要用于控制机构；2、凸轮轮廓加工困难。
1、分析从动件的运动规律 2、按照运动规律设计凸轮轮廓
2．实际廓线方程
滚子从动件盘形凸轮的实际廓线是圆心在理论廓线上的一族滚子圆的包络线。由微分几何可知，包络线的方程为：
式中x1、y1为凸轮实际廓线上点的直角坐标。
对于滚子从动件凸轮，由于产生包络线（即实际廓线）的曲线族是一族滚子圆，其圆心在理论廓线上，圆心的坐标由式1~3确定，所以由式4有：
式4
由式可知：r0↓α↑
01
η——转向系数 δ——从动件偏置方向系数 滚子（尖底）直动从动件盘形凸轮机构
02
按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮机构
01
凸轮的基圆半径
02
2
最小曲率半径ρmin，设计时，
1
滚子半径rT必须小于理论轮廓曲线外凸部分的
四、滚子半径的选择
对于对心从动件凸轮机构，因e=0，所以s0=ra 式2 式3 摆动从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构。仍用反转法使凸轮固定不动，而从动件沿-ω方向转过角度，滚子中心将位于B点。B点的坐标，亦即理论廓线的方程为： ψ0为从动件的起始位置与轴心连线OA0之间的夹角。
在设计凸轮廓线时，通常e、r0、rT、a、l等是已知的尺寸，而s和ψ是的函数，它们分别由已选定的位移方程s=s(ψ)和角位移方程ψ=ψ（ψ）确定。
运动特征： 若 为零，无冲击， 若 不为零，有冲击
凸轮机构设计毕业设计
结论：凸轮机构 强度与刚度满足 设计要求
优化建议：优化 凸轮轮廓曲线， 提高强度与刚度
优化建议：优化 凸轮材料，提高 强度与刚度
优化建议：优化 凸轮结构，提高 强度与刚度
凸轮机构设计案例 分析
实用性：选择实际应用中常见的凸轮机构设计案例 创新性：选择具有创新性、独特性的凸轮机构设计案例 代表性：选择能够代表不同类型、不同用途的凸轮机构设计案例 难度适中：选择难度适中，能够体现设计能力的凸轮机构设计案例
减小噪音：优化凸轮机构的结 构，降低噪音
提高寿命：优化凸轮机构的材 料和加工工艺，提高使用寿命
减小体积：优化凸轮机构的结 构，减小体积，提高空间利用 率
凸轮机构材料选择
钢：强度高，耐磨性好，易于加工 铝：重量轻，耐腐蚀性好，易于加工
塑料：重量轻，耐腐蚀性好，易于成型
陶瓷：耐磨性好，耐高温，但脆性大
实例2：凸轮机构在机械加工 设备中的应用
实例1：凸轮机构在汽车发动 机中的应用
凸轮机构运动学分析：研究凸 轮机构在运动过程中的力学特 性和运动规律
实例3：凸轮机构在机器人控 制系统中的应用
实例4：凸轮机构在航空航天 设备中的应用
实例5：凸轮机构在医疗设备 中的应用
凸轮机构运动学分析主要包括运动学方程、速度分析、加速度分析等
精度要求：满足设计精度 要求，保证机构运动精度
安全要求：保证机构安全 运行，防止意外事故发生
环保要求：符合环保要求， 减少对环境的影响
经济性要求：降低制造成 本，提高经济效益
确定凸轮参数：根据设计目标， 确定凸轮的尺寸、齿数、模数 等参数
设计凸轮轮廓：根据设计目标， 选择合适的凸轮轮廓，如盘形 凸轮、圆柱凸轮等
运动学分析结论：凸轮机构的运动规律、运动特性、运动稳定性等
机械原理课程设计凸轮机构
Part Three
机械原理课程设计 凸轮机构方案
设计目的和要求
设计目的：掌握凸轮机构的基本原 理和设计方法
设计内容：包括凸轮机构的设计、 制造、装配和调试
添加标题
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添加标题
添加标题
设计要求：满足凸轮机构的运动要 求，如速度、加速度、行程等
设计步骤：明确设计任务、选择设 计方案、进行设计计算、绘制设计 图纸、制作模型、进行实验验证等
凸轮轮廓曲线的设计方法包括解析法、图 解法和计算机辅助设计等。
凸轮轮廓曲线的设计需要满足凸轮机构 的运动规律、负载、速度、加速度等要 求，同时需要考虑到凸轮的制造工艺和 成本等因素。
凸轮机构压力角计算
压力角定义：凸轮与从动件接触点 处法线与凸轮轮廓线之间的夹角
压力角影响因素：凸轮轮廓线形状、 从动件形状、凸轮半径、从动件半 径
凸轮机构工作原理
凸轮机构通过凸轮与从动件 的接触，实现从动件的位移 和运动
凸轮机构由凸轮、从动件和 机架组成
凸轮机构的工作原理是利用 凸轮的轮廓曲线，使从动件
产生预定的运动
凸轮机构的应用广泛，如汽 车、机床、机器人等领域
凸轮机构分类
按照凸轮运动规律分类：等 速运动凸轮、等加速运动凸 轮、等减速运动凸轮等
Part Six
凸轮机构运动仿真 与优化
运动仿真模型的建立
确定凸轮机构的类型和参数 建立凸轮机构的三维模型 设定运动仿真的初始条件和边界条件 设定运动仿真的时间步长和仿真时间 设定运动仿真的输出变量和观察点 运行运动仿真，观察仿真结果，并进行优化
运动仿真结果分析
凸轮机构运动仿 真结果：包括位 移、速度、加速 度等参数
凸轮从动件的类 型：滚子从动件、 滑块从动件、圆 柱从动件等
凸轮机构设计(图文)
凸轮机构设计（图文）一、凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的机械传动装置，主要由凸轮、从动件和机架组成。
它通过凸轮的轮廓曲线，使从动件实现预期的运动规律。
凸轮机构具有结构简单、运动可靠、传动精度高等优点，广泛应用于各种自动化设备和机械中。
二、凸轮机构设计要点1. 确定从动件的运动规律在设计凸轮机构之前，要明确从动件的运动规律，包括位移、速度和加速度等。
这将为后续的凸轮轮廓设计提供依据。
2. 选择合适的凸轮类型根据从动件的运动规律和实际应用需求，选择合适的凸轮类型，如平面凸轮、圆柱凸轮、摆动凸轮等。
3. 设计凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的核心部分。
设计时，要确保凸轮与从动件之间的运动协调，避免干涉和冲击。
三、凸轮机构设计步骤1. 分析运动需求在设计之初，我们需要深入了解设备的工作原理和从动件的运动需求。
这包括从动件的运动轨迹、速度、加速度以及所需的力和行程。
这些信息将帮助我们确定凸轮的基本尺寸和形状。
2. 初步确定凸轮尺寸基于运动需求分析，我们可以初步确定凸轮的直径、基圆半径和宽度等关键尺寸。
这些尺寸将直接影响凸轮的强度、刚度和运动性能。
3. 设计凸轮轮廓确保从动件的运动平稳，避免突变和冲击。
考虑凸轮与从动件之间的间隙，防止运动干涉。
优化轮廓曲线，减少加工难度和提高耐磨性。
四、凸轮机构材料选择考虑耐磨性：凸轮在连续工作中会与从动件接触，因此应选择耐磨材料，如钢、铸铁或耐磨塑料。
考虑重量和成本：在满足性能要求的前提下，可以选择重量轻、成本较低的材料。
考虑环境因素：如果凸轮机构将工作在特殊环境中，如高温或腐蚀性环境，需要选择相应的耐高温或耐腐蚀材料。
五、凸轮机构的加工与装配精确加工：凸轮的轮廓必须严格按照设计图纸加工，以确保运动的精确性。
间隙调整：在装配时，需要适当调整凸轮与从动件之间的间隙，以确保运动的顺畅。
校验运动：装配完成后，应对凸轮机构进行运动校验，确保从动件的运动符合预期。
六、凸轮机构动态分析与优化在设计过程中，动态分析是不可或缺的一环。
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滚子材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大 表面硬度。
反转法设计凸轮轮廓曲 线的方法和步骤
1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 2.对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 3.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
已知，如图 1.选与位移线图一致的比 例作凸轮的基圆 ； 2.将基圆分成与位移线图 中相对应的等份； 3.分别自基圆圆周向外量 取从动件位移线图中相 应的位移量 ； 4.光滑连接各点即为所求 的凸轮轮廓。 基圆半径R b
对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
实 际 轮 廓 曲 线
理 论 轮 廓 曲 线
偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
已知：如图所示
e
凸轮机构设计中应 注意的几个问题
设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现预定的运动规律， 还须使设计的机构传力性能良好，结构紧凑，满足强度和 安装等要求，为此，设计时应注意处理好下述问题。
和压力角பைடு நூலகம்校核：
3.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： •滚子从动件凸轮机构， 在保证和从动件运动不 失真的前提下，可将基 圆半径取小些，满足对 机构结构紧凑的要求。 在结构空间允许条件 下，可适当将基圆半径 取大些，以利于改善机 构的传力性能，减少磨 损和减少凸轮廓线的制 造误差。
Fy Fn cos Fx Fn sin
压力角越小， 传力越好。
自锁 ：如果凸轮机构运动到某 一位置的压力角大到使有效分力 不足以克服摩擦阻力，不论推力 多大，都不能使从动件运动。这 种现象称为凸轮机构的自锁。机 构开始出现自锁时的压力角称为 临界压力角 。
2.凸轮机构的压力角
1.滚子半径的选择
2.凸轮机构的压力角
3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
1.滚子半径的选择
对于外凸的凸轮廓线 ：
c min min K
min K c min 0
实际轮廓为光滑曲线
min K c min 0
实际廓线出现尖点
min K
移动从动件盘形凸轮 轮廓曲线的图解设计
设计方法：
1.图解法 2.解析法
设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精度 凸轮，则必须用解析法，但计算复杂。本节主要讨论 图解法。
基本原理：
反转法原理
移动从动件盘形凸轮 轮廓曲线的图解设计
反转法原理
：
反转法原理
：
设想给凸轮机构加上一个绕凸轮轴心并与凸轮角速度等值 反向的角速度。根据相对运动原理，机构中各构件间的相对 运动并不改变，但凸轮已视为静止，而从动件则被看成随同 导路以角速度绕点转动，同时沿导路按预定运动规律作往复 移动。从动件尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓。这就是图解 法绘制凸轮轮廓曲线的原理，称为“反转法”。
许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避 免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力 角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即 ：
max c
对移动从动件的推程， 取[ ]=30° 对摆动从动件的推程，
取[ ]=35°～45°
回程时，可取[ ]=70°～８０°
c min 0
实际轮廓相交而造成 从动件运动失真 对于内凹的凸轮廓线 ： 实际轮廓为光滑曲线
c 0
K 0.8 min
c min 1 ~ 5mm
2.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。 该力可分解为两个分力 ：
vB 2 v2 v2 tg vB1 rB (rb s2 )
4.凸轮机构的材料
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，要求凸轮和滚子的工 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。