第三章-凸轮机构(动画下载可看)
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某一许用压力角 [ ] 。
即： max
根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:
推程：直动从动件取 30 直动从动件取 45
回程：不会出现自锁。
2、压力角与凸轮机构基本尺寸的关系
tanα ds/de
rm2 i-ne2 s2
（1）基圆越小，压力角越大；基圆半径 rmin 过小，压力角 α就会超过许用值。
摆动滚子从动件
摆动尖顶从动件
摆动平底从动件
按 凸 轮 与 推 杆 保 持 接 触 方 法 分
凸轮机构的优缺点：
优点： 只要设计出适当的凸轮轮Hale Waihona Puke Baidu，即可使从动件实现
预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点： 凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨
损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。
§3-2 从动件的常用运动规律
第三章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用、类型和特点
机架
从动件 滚子
凸轮
配 气 机 构
进 刀 机 构
搬 运 机 构
送料机构
凸轮机构的分类
1、按两活动构件之间 平面凸轮机构
相对运动特性分类
凸
空间凸轮机构
轮 机 构 分
2、按从动件运动副 元素形状分类
尖顶从动件 滚子从动件
类
平底从动件
3、按从动件的运动 形式分类
等 加 速 段
s2
2h
2 t
2 1
v2
4h1 t2
1
a2
4
h
2 1
2 t
等
s2 h2th 2 (t 1)2
减 速
v2 4ht 2 1 (t 1)
段
a2
4h12
2 t
（3）余弦加速度运动规律
（简谐运动规律）
推
s2
h 21cos(t
1)
1
程 时
v2 2ht1sin(t 1)
a2 22h t212 cost(1)
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
凸轮实际廓线设计
实际廓线
理论廓线
滚子 rr
对 心 直 动 平 底 推 杆 盘 形 凸 轮 机 构
ψ
o
Φ0
Φs
反转法
h
Φ 0
Φ s
ψ0 ψ
空间凸轮机构简介
1. 圆柱凸轮机构
2. 圆锥凸轮机构
弧 面 分 度 凸 轮 机 构
4. 球面凸轮机构
直动从动件 摆动从动件
盘形凸轮 移动凸轮
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
（ 2）空间凸轮机构：圆柱凸轮
2、按从动件运动副元素形状分类 （1） 直动尖顶从动件
对心直动尖顶从动件
偏置直动尖顶从动件
（2）直动滚子从动件
（3）直动平底从动件
3、根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为：
从动件惯性力 mamax
对于重载凸轮机构，应选择 vmax 值较小的运动规律； 对于高速凸轮机构，宜选择 amax 值较小的运动规律。
若干种从动件运动规律特性比较
运动规律
等速 等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度 3-4-5多项式 改进型等速 改进型正弦加速度
改进型梯形加速度
vmax
(h / 0 )
回
s2
h 21cos(t
1)
程 时
v2 2 ht1sin(t 1)
a2 2 2h t212 cost(1)
3、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性
冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值
度幅值 amax及其影响加以分析和比较。
vmax、加速
vmax
amax
从动件动量 mvmax
1.00 2.00 1.57 2.00 1.88 1.33 1.76
2.00
amax
(h 2 / 02 )
4.00 4.93 6.28 5.77 8.38 5.53
4.89
冲击
刚性 柔性 柔性 ── ── ── ──
──
应用场合
低速轻负荷 中速轻负荷 中低速中负 中高荷 速轻负 高速荷 中负荷 低速重负荷 中高速重负 高速荷 轻负荷
1、基本名词术语
凸轮基圆、基圆半径
从动件行程 从动件推程 从动件回程 从动件远(近)休程 从动件位移线图
推程运动角 回程运动角 远（近）休止角
2、从动件运动规律
（1）等速运动规律
推程时：
s2
h
t
1
v2
h
t
1
a2 0
回程时：
s2
h(1 1 h
)
v2
h
h
1
a2 0
（2）等加速等减速运动规律
推程时：
为了避免失真， 一般情况下：
rr ρminΔ
Δ3~5mm
从动件运动会失真
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
1、凸轮设计的步骤
1）确定基圆、偏距圆
理论廓线
2）确定从动件运动规律 3）设计理论廓线 4）设计实际廓线
实际廓线
基圆 偏距圆
2、凸轮理论廓线设计的基本原理
s
o Φ0
Φs
Φ 0
反转法
h
Φ s
偏置 直动 尖顶 推杆 盘形 凸轮 机构
§3-3 凸轮机构基本尺寸的确定
1、压力角 与作用力的关系
压力角：从动件运动方向v与
力F之间的锐角
有用分力 FFcos
有害分力 FFsin
有害分力与有用分力的关系式：
FFtan
当 达到一定值时，将产生自锁。
在工程实际中，为保证较高的机械效率，改善受力状
况，通常规定凸轮机构的最大压力角 max 应小于或等于
（2）偏距 e为从动件导路偏离凸轮回转
中心的距离，有“＋”、“－”号； “ －”号时，压力角小； “＋”号时，压力 角大。
3、滚子半径的选择 凸轮理论轮廓的外凸部分
工作轮廓曲率半径 ρ a
理论轮廓曲率半径 ρ
滚子半径 rr
三者之间的关系为：
arr
从动件运动不会失真
凸轮实际轮廓上产生尖点，运动将会失真
即： max
根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:
推程：直动从动件取 30 直动从动件取 45
回程：不会出现自锁。
2、压力角与凸轮机构基本尺寸的关系
tanα ds/de
rm2 i-ne2 s2
（1）基圆越小，压力角越大；基圆半径 rmin 过小，压力角 α就会超过许用值。
摆动滚子从动件
摆动尖顶从动件
摆动平底从动件
按 凸 轮 与 推 杆 保 持 接 触 方 法 分
凸轮机构的优缺点：
优点： 只要设计出适当的凸轮轮Hale Waihona Puke Baidu，即可使从动件实现
预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点： 凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨
损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。
§3-2 从动件的常用运动规律
第三章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用、类型和特点
机架
从动件 滚子
凸轮
配 气 机 构
进 刀 机 构
搬 运 机 构
送料机构
凸轮机构的分类
1、按两活动构件之间 平面凸轮机构
相对运动特性分类
凸
空间凸轮机构
轮 机 构 分
2、按从动件运动副 元素形状分类
尖顶从动件 滚子从动件
类
平底从动件
3、按从动件的运动 形式分类
等 加 速 段
s2
2h
2 t
2 1
v2
4h1 t2
1
a2
4
h
2 1
2 t
等
s2 h2th 2 (t 1)2
减 速
v2 4ht 2 1 (t 1)
段
a2
4h12
2 t
（3）余弦加速度运动规律
（简谐运动规律）
推
s2
h 21cos(t
1)
1
程 时
v2 2ht1sin(t 1)
a2 22h t212 cost(1)
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
凸轮实际廓线设计
实际廓线
理论廓线
滚子 rr
对 心 直 动 平 底 推 杆 盘 形 凸 轮 机 构
ψ
o
Φ0
Φs
反转法
h
Φ 0
Φ s
ψ0 ψ
空间凸轮机构简介
1. 圆柱凸轮机构
2. 圆锥凸轮机构
弧 面 分 度 凸 轮 机 构
4. 球面凸轮机构
直动从动件 摆动从动件
盘形凸轮 移动凸轮
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
（ 2）空间凸轮机构：圆柱凸轮
2、按从动件运动副元素形状分类 （1） 直动尖顶从动件
对心直动尖顶从动件
偏置直动尖顶从动件
（2）直动滚子从动件
（3）直动平底从动件
3、根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为：
从动件惯性力 mamax
对于重载凸轮机构，应选择 vmax 值较小的运动规律； 对于高速凸轮机构，宜选择 amax 值较小的运动规律。
若干种从动件运动规律特性比较
运动规律
等速 等加速等减速 余弦加速度 正弦加速度 3-4-5多项式 改进型等速 改进型正弦加速度
改进型梯形加速度
vmax
(h / 0 )
回
s2
h 21cos(t
1)
程 时
v2 2 ht1sin(t 1)
a2 2 2h t212 cost(1)
3、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性
冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值
度幅值 amax及其影响加以分析和比较。
vmax、加速
vmax
amax
从动件动量 mvmax
1.00 2.00 1.57 2.00 1.88 1.33 1.76
2.00
amax
(h 2 / 02 )
4.00 4.93 6.28 5.77 8.38 5.53
4.89
冲击
刚性 柔性 柔性 ── ── ── ──
──
应用场合
低速轻负荷 中速轻负荷 中低速中负 中高荷 速轻负 高速荷 中负荷 低速重负荷 中高速重负 高速荷 轻负荷
1、基本名词术语
凸轮基圆、基圆半径
从动件行程 从动件推程 从动件回程 从动件远(近)休程 从动件位移线图
推程运动角 回程运动角 远（近）休止角
2、从动件运动规律
（1）等速运动规律
推程时：
s2
h
t
1
v2
h
t
1
a2 0
回程时：
s2
h(1 1 h
)
v2
h
h
1
a2 0
（2）等加速等减速运动规律
推程时：
为了避免失真， 一般情况下：
rr ρminΔ
Δ3~5mm
从动件运动会失真
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
1、凸轮设计的步骤
1）确定基圆、偏距圆
理论廓线
2）确定从动件运动规律 3）设计理论廓线 4）设计实际廓线
实际廓线
基圆 偏距圆
2、凸轮理论廓线设计的基本原理
s
o Φ0
Φs
Φ 0
反转法
h
Φ s
偏置 直动 尖顶 推杆 盘形 凸轮 机构
§3-3 凸轮机构基本尺寸的确定
1、压力角 与作用力的关系
压力角：从动件运动方向v与
力F之间的锐角
有用分力 FFcos
有害分力 FFsin
有害分力与有用分力的关系式：
FFtan
当 达到一定值时，将产生自锁。
在工程实际中，为保证较高的机械效率，改善受力状
况，通常规定凸轮机构的最大压力角 max 应小于或等于
（2）偏距 e为从动件导路偏离凸轮回转
中心的距离，有“＋”、“－”号； “ －”号时，压力角小； “＋”号时，压力 角大。
3、滚子半径的选择 凸轮理论轮廓的外凸部分
工作轮廓曲率半径 ρ a
理论轮廓曲率半径 ρ
滚子半径 rr
三者之间的关系为：
arr
从动件运动不会失真
凸轮实际轮廓上产生尖点，运动将会失真