凸轮设计

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机械原理第九章凸轮机构及其设计

凸轮的设计和参数选择
设计原则
凸轮的设计应考虑载荷、速度和精度等因素，并满足运动学和强度学的要求。
参数选择
凸轮的参数包括凸轮半径、凸轮轴角度和凸轮顶点位置等，应根据具体需求进行选择。
优化方法
通过数学模型和仿真分析，可以优化凸轮的形状和参数，以提高凸轮机构的性能。
凸轮机构的运动分析
1
转动运动
通过凸轮的旋转，实现机构的直线或曲线运动。
2
滑动运动
随着凸轮轮廓的变化，机构的接触点会产生水平或竖直方向的滑动运动。
3
摇摆运动
凸轮的摇杆或滚柱可以实现机构的摇摆运动。
凸轮机构的布置和设计原则
1 布置方式
根据机构的运动要求和空间限制，选择合适的凸轮布置方式，如列状、行状或环状。
2 设计原则
在凸轮机构的设计过程中，要考虑机构的刚度、强度和稳定性等因素，以提高机构的性能。
凸轮机构的应用案例
发动机气门机构
凸轮机构用于控制发动机气门的开闭，保证发动机的正常运行。
印刷机印版定位
凸轮机构用于实现印刷机印版的准确定位，提高印刷质量。
纸张折叠机构
凸轮机构用于纸张折叠机构，实现精确的折叠操作。
小结和要点
1 2 3 4
5
6
凸轮机构是一种常见的机械传动机构。凸轮机构具有多种分类和特点。凸轮的设计和参数选择需要考虑多个因素。凸轮机构的运动分析可以通过几何和动力学方法实现。凸轮机构的布置和设计应根据具体要求进行选择。
凸轮机构在多个领域都有广泛应用。

凸轮机构是机械工程中常见的一种机构，用于将轮系运动转化为直线或曲线的机械动作。它具有简单可靠的特点，广泛应用于各个领域。

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。

凸轮设计

力锁合
形锁合
强制凸轮
等宽凸轮
沟槽凸轮
等宽凸轮
等径凸轮
§3-1 慨述三.凸轮机构的工作原理
s
行程
hs
A
rb
o
B

BC
S
近休止角
D 2

S
e
C 推程运动角远休止角回程运动角
D
凸轮的基圆
该位置为初始位置
摆动从动件凸轮机构

从动件摆角最大摆角
BC
B
B1 A

O1
o
最大摆角
1' 0 v
在推程的开始和终止瞬时，从动件的
s
12 3 4 56

，s h h cos

22
1 2 3 4 5 6

加推速程度运仍动有的突边变界，条故件存：在柔性冲击。

因当当此对适R用R0型于时时运中，，动、ss，低0若速h; v推场程合0、。回程均为
1
2
O1
3
12（上冲头） 4（料斗）
13
型腔
6（下冲头）
粉料压片机机构系统图
5 O3
O2 7
§3-1 慨述
一.凸轮机构及其应用二.凸轮机构的分类
（一）按凸轮的形状分：
移动凸轮副
滚轮凸轮机构
移动凸轮空间凸轮2
盘形凸轮
圆柱凸轮
二.凸轮机构的分类
（一）按凸轮的形状分：（二）按从动件上高副元素的几何形状分：
凸轮机构
§3-1 慨述
一.凸轮机构及其应用
从动件2
机架3
滚轮凸轮机构
1 O1

凸轮设计

在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径r0，可减小压力角α，从而改善机构的传力特性，但机构的尺寸会增大。
（2）凸轮基圆半径的确定
凸轮基圆半径的确定的原则是：应在满足αmax≤[α]的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。
先按满足推程压力角α≤[α]的条件来确定基圆半径r0，即
（b）
（2）平底推杆凸轮机构的失真现象
当平底推杆凸轮机构出现失真现象时，可适当增大凸轮的基圆半径r0来消除失真现象。
表 9-1
运动规律
等速运动等加速运动余弦加速度正弦加速度
最大速度vmax 最大加速度amax 最大跃度jmax
(hω /δ0)×
(hω2/δ02)×
(hω2/δ02)×
适用场合
1．凸轮廓线设计的基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9-2 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。
d0＝∠BOB＝∠AOB1
远休止角d01：从动件停留在离回转中心最远位置所对应的凸轮转角。
d01＝∠BOC＝∠B1OC1
e
B
d0

A
d0
r0 O
d0
B
d01 B1
C1
C
D
回程运动角d0：从动件从离回转中心最远位置回到最近位置所对应的凸轮转角。
d0 ＝∠COD
近休止角d01 行程h h ＝ AB'

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。

凸轮设计方法

平面凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮基圆半径的确定一、基圆半径对压力角的影响
ds/d e PD OP e tan s0 s BD r02 e 2 s
增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较小的基圆半径。
从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的廓线
偏置直动尖顶从动件
s
e

120° 90 ° 90 ° 60 °
偏置直动尖顶从动件
s
e 120 ° 90 ° 90 ° 60 °

偏置直动尖顶从动件
s

1
2 3
4 5
6
7
8 9
e
1 2 3 9 8
4

6
7
5
偏置直动尖顶从动件
s
120 ° 90 ° 90 ° ° 60
• 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 • 偏置直动滚子从动件盘形凸轮 • 对心直动平底从动件
摆动从动件盘形凸轮
凸轮廓线设计的基本原理——反转法为了便于绘出凸轮轮廓曲线, 应使工作中转动着的凸轮与不动的图纸间保持相对静止。如果给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角度ω数值相等、方向相反的“-ω” 角速度, 则凸轮处于相对静止状态。
从动件的基本运动规律
从动件位移s对凸轮转角的函数
s

关系s( )称为从动件运动规律
ds s d
d 2s s d 2
s
s
s( ) — 类速度 s( ) — 类加速度

0

ds ds d v s dt d dt d 2 s d 2 s d 2 2 a 2 ( ) s 2 dt d dt

《凸轮轮廓设计》课件

绘制理论廓线
确定基圆半径
根据凸轮机构的具体形式和从动件的运动规律，选择合适的基圆半径。
绘制理论廓线
根据从动件的运动规律和基圆半径，绘制出凸轮的理论廓线。
检查理论廓线的正确性
检查理论廓线是否符合设计要求，是否满足从动件的运动规律。
凸轮实际廓线修正
1 2
考虑压力角的影响
根据凸轮机构的压力角限制，对理论廓线进行修正，确保在实际运转过程中凸轮机构的有效性。
圆锥凸轮
总结词
具有锥形轮廓的凸轮
详细描述
圆锥凸轮的轮廓呈锥形，通常用于实现高速、高精度的运动控制，尤其适用于需要较小接触面积的场合。
特殊形状凸轮
总结词
非传统常规形状的凸轮
详细描述
特殊形状凸轮如抛物线形、椭圆形的等，通常用于特殊运动需求的场合，如高速、精密或特殊轨迹的控制。
03
凸轮轮廓设计步骤
考虑接触应力的影响
根据凸轮机构的接触应力限制，对理论廓线进行修正，确保凸轮机构的可靠性和寿命。
3
考虑加工工艺的影响
根据凸轮机构的加工工艺限制，对理论廓线进行修正，确保凸轮机构的加工可行性和经济性。
凸轮结构设计
确定凸轮材料
01
根据凸轮机构的工作环境和载荷情况，选择合适的凸轮材料。
设计凸轮结构
02
详细描述
凸轮机构的动态特性对其工作性能和使用寿命具有重要影响。为了优化凸轮机构的动态特性，设计师应关注机构的动态响应分析，并采取措施减小振动、冲击和噪声。例如，优化凸轮和从动件的材料和结构，改善润滑条件等。
优化凸轮廓线设计
总结词
优化凸轮廓线设计是指通过改进凸轮廓线的形状和尺寸，以提高凸轮机构的性能和使用寿命。

凸轮的设计方法

凸轮的设计方法一、引言凸轮是一种用于转换运动的机械元件，广泛应用于各种机械装置中。

凸轮的设计方法对于提高机械装置的效率和性能至关重要。

本文将围绕凸轮的设计方法展开详细的阐述，探讨如何合理设计凸轮以满足不同的需求。

二、凸轮的基本原理凸轮是一种不规则的圆柱体，其轮廓上存在凹凸不平的凸起部分。

当凸轮与其他机械元件接触时，凸起部分会引起机械元件的运动。

凸轮的工作原理基于运动的传递和转换，通过合理的设计可以实现复杂的运动控制。

三、凸轮的设计要素1.凸轮的形状：凸轮的形状直接影响着机械元件的运动方式。

不同的形状可以实现不同的运动轨迹和运动速度。

因此，在设计凸轮时需要根据具体的要求，选择合适的形状。

2.凸轮的尺寸：凸轮的尺寸决定了凸轮的力学性能和运动特性。

合理的尺寸设计可以保证凸轮的强度和刚度，同时也能够满足运动的要求。

尺寸设计需要考虑到材料的性能和制造工艺的限制。

3.凸轮的运动速度：凸轮的运动速度对于运动控制至关重要。

不同的运动速度可以实现不同的动作效果和运动周期。

在设计凸轮时，需要根据机械装置的需求和工作环境确定运动速度的范围和变化规律。

4.凸轮的摩擦和磨损：凸轮在工作过程中会与其他机械元件接触，从而产生摩擦和磨损。

合理的设计可以减少摩擦和磨损，延长凸轮的使用寿命。

设计中需要考虑润滑和材料的选择，以降低摩擦和磨损的影响。

四、凸轮的设计方法1.利用几何学方法进行设计：凸轮的轮廓可以通过几何学方法进行设计，如利用曲线的生成方法、曲线的拟合和曲线的插值等。

几何学方法可以帮助设计师根据具体的要求，得到满足运动特性的凸轮形状。

2.基于数学模型进行设计：凸轮的运动可以用数学模型进行描述和分析。

通过建立数学模型，可以对凸轮的运动进行精确的计算和仿真。

数学模型可以帮助设计师理解凸轮的运动规律，从而指导凸轮的设计过程。

3.使用计算机辅助设计技术：计算机辅助设计技术可以提高凸轮设计的效率和准确性。

通过使用计算机辅助设计软件，可以对凸轮进行三维建模和仿真分析。

凸轮设计——精选推荐

第九章凸轮机构及其设计§9．1 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。

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。

（尤其是需要从动件准确地实现某种预期的运动规律时）常用于将“简单转动”→“复杂移动”、“复杂摆动”、“与其它机构组合得到复杂的运动”。

图示为内燃机配气凸轮机构。

具有曲线轮廓的构件1叫做凸轮，当它作等速转动时，其曲线轮廓通过与推杆2的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合。

工作对气阀的动作程序及其速度和加速度都有严格的要求，这些要求都是通过凸轮的轮廓曲线来实现的。

组成：凸轮、从动件、机架（高副机构）。

二、凸轮机构的特点1）只需改变凸轮廓线，就可以得到复杂的运动规律；2）设计方法简便；3）构件少、结构紧凑；4）与其它机构组合可以得到很复杂的运动规律5）凸轮机构不宜传递很大的动力；6）从动件的行程不宜过大；7）特殊的凸轮廓线有时加工困难。

三、凸轮机构的类型凸轮机构的分类：1）盘形凸轮按凸轮形状分：2）移动凸轮3）柱体凸轮1）尖底从动件；按从动件型式分：2）滚子从动件；3）平底从动件1）力封闭→弹簧力、重力等按维持高副接触分（封闭）槽形凸轮2）几何封闭等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮§9．2 从动件常用运动规律设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定从动件的运动规律，然后再按照这一运动规律设计凸轮廓线。

以尖底直动从动件盘形凸轮机构为例，说明从动件的运动规律与凸轮廓线之间的相互关系。

基本概念：基圆——凸轮理论轮廓曲线最小向径.r0所作的圆。

行程——从动件由最远点到最近点的位移量h（或摆角）推程——从动件远离凸轮轴心的过程。

回程——从动件靠近凸轮轴心的过程。

推程运动角——从动件远离凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。

回程运动角——从动件靠近凸轮轴心过程，凸轮所转过的角度。

远休止角——从动件在最远位置停留过程中凸轮所转过的角度。

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。

机械原理大作业凸轮设计

机械原理大作业凸轮设计1. 引言凸轮是一种通过凸起部分的形状变化驱动其他机械部件的旋转元件。

在机械系统中，凸轮被广泛应用于各种传动装置和运动控制系统。

本文档将讨论凸轮的设计原理和方法，并以一个具体的案例进行说明。

2. 凸轮设计原理2.1 凸轮的基本概念凸轮由凸起部分和基座两部分组成。

其中，凸起部分通常称为凸轮型面，它的形状决定了凸轮所能产生的运动规律。

基座是凸轮的固定部分，通常与主轴连接，使凸轮能够旋转。

2.2 凸轮设计的基本要求凸轮设计的目标是实现所需的运动规律。

在设计一个凸轮时，需要考虑以下几个方面：•运动规律：根据具体需求确定凸轮的运动规律，如线性运动、往复运动、旋转运动等。

•周期性：确定凸轮的运动周期，即凸轮的一次完整运动所需的时间。

•加减速：确定凸轮的运动加速和减速过程，以实现平滑的运动过渡。

•载荷和寿命：考虑凸轮所承受的载荷和使用寿命要求，选择适当的材料和结构。

2.3 凸轮设计的方法凸轮设计可以采用基于经验的方法或基于计算机辅助设计（CAD）的方法。

基于经验的方法通常适用于简单的凸轮系统，而复杂的凸轮系统通常需要借助CAD 软件进行设计和分析。

凸轮设计的关键步骤包括：•确定凸轮的运动规律和周期。

•根据凸轮的运动规律计算凸轮型面的形状。

•通过CAD软件创建凸轮的三维模型。

•进行凸轮的运动仿真和动态分析。

•对凸轮进行优化设计，以满足运动要求和结构要求。

3. 案例分析：凸轮驱动往复运动机构3.1 问题描述设计一个凸轮驱动的往复运动机构，要求满足以下条件：•机构的往复运动幅度为20mm。

•机构的往复运动频率为10Hz。

•机构的驱动电机转速为1000rpm。

•机构的凸轮型面应满足正弦形状。

3.2 设计步骤1.确定凸轮的运动规律和周期。

根据往复运动要求，选择正弦运动作为凸轮的运动规律，运动周期为0.1s。

2.计算凸轮型面的形状。

根据凸轮的运动规律和运动周期，计算凸轮型面的形状参数。

3.创建凸轮的三维模型。

凸轮机构设计

发展趋势
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：

第3章凸轮机构设计

机械设计基础
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

间的函数关系。刚性冲击——由于加速度发生突变，其值在理论上达到无穷大，导致从动件
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

2、按从动件的型式：
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

凸轮机构设计与动力学分析

凸轮机构设计与动力学分析凸轮机构是一种重要的机械传动系统，用于将旋转运动转换成直线运动。

它是许多机械设备和工业生产线的核心部件之一，广泛应用于汽车、机器人、纺织、食品加工等领域。

本文旨在介绍凸轮机构的设计原理和动力学分析方法，为读者提供一些有关凸轮机构的基本知识和实用技巧。

一、凸轮机构的工作原理凸轮机构是由凸轮轴、凸轮和摆杆等部件组成的，其中凸轮是一个形状奇特的零件，通常由一圆柱形或锥形轴与一个凸起相连接而成。

凸轮轴和摆杆的运动轨迹是由凸轮轴的几何形状和参数决定的。

当凸轮轴旋转时，凸轮与摆杆发生相对运动，从而使摆动杆产生直线运动或允许摆动杆在取向不变的情况下旋转。

杆件的运动轨迹可以显式地表示为位置、速度和加速度方程式，这为凸轮机构的性能分析和优化提供了扎实的理论基础。

二、凸轮机构的设计方法在设计凸轮机构时，我们需要考虑以下几个因素：1. 运动要求：根据设备的需求，确定凸轮机构所需的运动类型和要求。

2. 摆杆结构：选择摆杆的长度、截面和形状，以及凸轮轴和摆动杆的垂直距离。

3. 凸轮形状：根据摆杆的运动要求和限制，选择最合适的凸轮形状。

4. 传动方式：根据凸轮机构的运动类型和要求，选择最合适的传动方式，如凸轮与摆动杆的直接接触或传动链条。

在实际设计中，我们可以采用以下方法来优化凸轮机构的性能：1. 确定凸轮形状：根据运动要求和制造成本，选择最合适的凸轮形状。

通常情况下，我们可以使用标准凸轮形状，如圆形、椭圆形和抛物线形等。

2. 调整凸轮轴位置：根据凸轮轴的位置和方向，调整凸轮的运动轨迹，以满足摆动杆的运动要求和限制。

3. 优化摆杆参数：根据摆动杆的长度、截面和形状，优化摆动杆的质量和稳定性，最大限度地提高运动精度和工作效率。

三、凸轮机构的动力学分析凸轮机构的动力学分析是评价凸轮机构运动性能的重要方法，可以预测和控制凸轮机构的位置、速度、加速度和力学性能等方面的变化。

常用的动力学分析方法包括：1. 几何法：利用几何原理和运动学方程，计算凸轮机构的位置、速度和加速度等参数。

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。