机械设计基础第五版讲义第3章
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机械设计基础高教五版课件 (3)
度（a）随时间（t）或凸轮转角（δ）
的变化规律。 从动件运动方程：S=S(t） S=S(δ） V=V(t) V=V(δ) 运动规律的表示方法 a=a(t) a=a(δ)
从动件运动线图
名词术语及符号
1)基圆：以凸轮轮廓的最小向
径rb为半径所作的圆 2)推程: 当凸轮以等角速度ω逆时 针转过δ0角时，从动件 由最低位置A被到最高位 置B的运动过程. 相应的凸轮转角δ0称为推 程角
3.1.2
凸轮机构的分类
3.按从动件的运动方式分类
对心直动从动件
偏置直动从动件
摆动从动件
直动从动件
3.1.2
凸轮机构的分类
4.按凸轮于从动件保持接触的方式（锁合方式）分类
力锁合
凹槽凸轮机构
等径凸轮机构
等宽凸轮机构
形锁合
3.1.3 凸轮机构的特点
功用
将主动凸轮的连续转动或往复运动转化为从动件的往 复移动或摆动，而从动件的运动规律按工作要求拟定。
h δ
1
δ
1
δ
－∞
1
2. 等加等减速（二次多项式）运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。
推程加速上升段边界条件：
起始点：δ 1=0，
中间点：δ 1=δ
t
s2=0， v2＝0 /2，s2=h/2
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ2t 加速段推程运动方程为：
s2 ＝2hδ21 /δ2t v2 ＝4hω1δ1 /δ2t a2 ＝4hω21 /δ2t
内燃机气门机构
3.1.1 凸轮机构的应用
绕线机中的排线机构
应用实例：
3
线
2 A
设计：潘存云
1
机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
机械设计基础第3章凸轮机构
2）运动线图（推程）：表3-1
s
h
3）运动特点：产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时，因速度有突变，则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大，
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力，因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击，这种冲击称为刚
t
性冲击。
4）适用场合：低速运动或不宜单独使用。
ψ
点作各自的垂线与水平线，交点
v
Φ
即为s曲线上的点，光滑连接这
些点，得到s图。
ψ a
3）运动特点：产生柔性冲击
∵在首、末两点从动件的加速度
ψ
有突变，因此也有柔性冲击。
4）适用场合：中、低速运动。
4、正弦加速度（摆线）运动规律 从动件在运动过程中加速度呈正弦曲线规律变化。
1）运动方程：表3-1 s=h[ψ/Φ-sin(2πψ/Φ)/2π]
一、压力角α与作用力的关系
（前面已讲过）压力角α（或传动角γ）的大小反映 了机构传动性能的好坏。α↓( 或γ↑)，机构的传动性能越好。
压力角α：作用在从动件上的驱动力 方向（即沿接触点处的法线方向）与该力 作用点的绝对速度方向之间所夹的锐角。 注意：对于滚子从动件，压力角要作在
理论廓线上。
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力
4 2 3
1
图3-4
如图所示的靠模车削机 构，工件1转动时，并和靠模 板3一起向右移动，由于靠模 板的曲线轮廓推动，刀架2带 着车刀按一定的运动规律作 横向运动，从而车削出具有 曲线表面的手柄。
如图所示的绕线机构，当 具有凹槽的圆柱凸轮转动时， 迫使从动件作往复移动，从而 均匀地将线绕在轴上。
机械设计基础第三章平面连杆机构
2
BD
a2
d2
2adcos
2
BD
b2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c2
2bccos
cos b2 c2 - a2 d2 2adcos 2bc
90
b
B
δmax
a
A
d
Fn
Cγ α
F Ft
δ
Vc
c
δmin
D
三、急回运动和行程速比系数
1. 极位夹角
当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相 应位置所夹的锐角
曲柄摇杆机构的极位夹角
C C
C
b B
aA
d
D
B
曲柄滑块机构的极位夹角
B
A
B
C
摆动导杆机构的极位夹角
A
B
e C
D
Bd
2. 急回运动
当曲柄等速回转的情况下，
通常把从动件往复运动速度快慢
C1
不同的运动称为急回运动。
b
c
主动件a
从动件c
1 B2 b
运动：AB1 AB2
时间：t1
转角：1
DC1 DC2
t1
a
a
A 2
d
B1
❖
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午10时54分35秒上午10时54分10:54:3520.10.24
❖
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2420.10.2410:5410:54:3510:54:35Oc t-20
❖
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月24日 星期六10时54分35秒 Saturday, October 24, 2020
《机械设计基础》课件第3章
(3)在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的 约束为虚约束。如图3-14所示的周转轮系中，为了受力均衡 而采用三个行星轮对称布置，从传递运动的角度来看，只需 一个行星轮2即可，行星轮2′、2″
图3-13 两构件组成多个运动副时引入的虚约束
图3-14 对称结构引入的虚约束
在实际机构中，虚约束虽然不影响机构的运动，但可增 加构件的刚性，改善其受力状况，或保证机构顺利通过某些 特殊位置等，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只 有在特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差过大， 满足不了这些特定的几何条件(如两构件组成两个移动副而导 路不平行、两构件组成两个转动副而轴线不重合，或如图312(b)中BE≠AF等)，虚约束就会成为实际约束，从而使机构失 去运动的可能性。
表3-2 一般构件的常用表示法
表3-3
2．机构运动简图的画法 一般按照以下步骤绘制机构运动简图: (1)确定构件的作用和类型。为了使机构运动简图能正确 无误地表达机构的结构和运动情况，首先要把整台机器的结 构和动作原理搞清楚，然后分清要画的机构构件的类型和数 目，即确定出机构中哪个是机架,哪些是原动件,哪些是从动构
图3-10 直线机构
图3-11 局部自由度
滚子是平面机构中局部自由度最常见的形式。为了防止 计算差错，在计算自由度时，可以设想滚子与安装滚子的构 件焊成一体(如图3-11(b)所示)，预先排除局部自由度，然后进
3.虚约束 机构的运动不仅与构件及运动副的数量和性质有关，而 且与转动副间的距离、移动副导路的方向、高副曲率中心的 位置等几何条件密切相关。但是，式(3-1)并没有考虑几何条 件的影响。在特定的几何条件下，有些约束所起的限制作用 是重复的。这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计 算机构自由度时，虚约束应当除去不计。虚约束通常出现在
图3-13 两构件组成多个运动副时引入的虚约束
图3-14 对称结构引入的虚约束
在实际机构中，虚约束虽然不影响机构的运动，但可增 加构件的刚性，改善其受力状况，或保证机构顺利通过某些 特殊位置等，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只 有在特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差过大， 满足不了这些特定的几何条件(如两构件组成两个移动副而导 路不平行、两构件组成两个转动副而轴线不重合，或如图312(b)中BE≠AF等)，虚约束就会成为实际约束，从而使机构失 去运动的可能性。
表3-2 一般构件的常用表示法
表3-3
2．机构运动简图的画法 一般按照以下步骤绘制机构运动简图: (1)确定构件的作用和类型。为了使机构运动简图能正确 无误地表达机构的结构和运动情况，首先要把整台机器的结 构和动作原理搞清楚，然后分清要画的机构构件的类型和数 目，即确定出机构中哪个是机架,哪些是原动件,哪些是从动构
图3-10 直线机构
图3-11 局部自由度
滚子是平面机构中局部自由度最常见的形式。为了防止 计算差错，在计算自由度时，可以设想滚子与安装滚子的构 件焊成一体(如图3-11(b)所示)，预先排除局部自由度，然后进
3.虚约束 机构的运动不仅与构件及运动副的数量和性质有关，而 且与转动副间的距离、移动副导路的方向、高副曲率中心的 位置等几何条件密切相关。但是，式(3-1)并没有考虑几何条 件的影响。在特定的几何条件下，有些约束所起的限制作用 是重复的。这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计 算机构自由度时，虚约束应当除去不计。虚约束通常出现在
机械设计基础--第3章轮系1
由于轮2既有自转又有公转,故不 能直接求传动比
ω2
ωH
1
3
1
3
轮1、3和系杆作定 轴转动
ω1
施加－ω H后系杆成为机架，原轮系转化为定轴轮系
齿轮1，3 ：绕固定的轴线回转 中心轮 central gear 齿轮2 ：自转+公转 行星轮 planet gear
H : 支承行星轮并使其公转的支架 转臂 crank arm 回转中心必须与中心轮轴线重合
二、传动比符号的确定 两种方法：
ω1 1
转向相反 ω2
p 转向相同 p vp
2 1.用“＋” “－”表 vp 示 适用于平面定轴轮系（轴线平行，
ω1
1 2
ω2
两轮转向不是相同就是相反）。 外啮合齿轮：两轮转向相反，用“－”表示；
每一对外齿轮反向一次考 内啮合齿轮：两轮转向相同，用“＋”表示。 虑方向时有
1 2 3 H
2 H 1
n1 n2 n3 nH
nH 1 ＝ n1 － nH nH 2 ＝ n2 － nH nH 3 ＝ n 3 － nH nH H ＝ n H － nH ＝ 0
回
顾
• 斜齿轮共轭齿廓曲面的形成，斜齿轮正 确啮合条件、几何尺寸计算（分度圆直 径、中心距）； • 斜齿轮传动重合度与直齿轮的差异； • 斜齿轮当量齿数； • 圆锥齿轮齿廓曲面和当量齿数。
第三章
轮
系
§3－1 轮系的类型 §3－2 定轴轮系及其传动比 §3－3 周转轮系及其传动比
§3－4 复合轮系及其传动比 §3－5 轮系的应用
§3－6 几种特殊的行星传动简介
§ 3－ 1
轮系的类型
定义：由一系列两两啮合的齿轮组成的传动系统－ 简称轮系
ω2
ωH
1
3
1
3
轮1、3和系杆作定 轴转动
ω1
施加－ω H后系杆成为机架，原轮系转化为定轴轮系
齿轮1，3 ：绕固定的轴线回转 中心轮 central gear 齿轮2 ：自转+公转 行星轮 planet gear
H : 支承行星轮并使其公转的支架 转臂 crank arm 回转中心必须与中心轮轴线重合
二、传动比符号的确定 两种方法：
ω1 1
转向相反 ω2
p 转向相同 p vp
2 1.用“＋” “－”表 vp 示 适用于平面定轴轮系（轴线平行，
ω1
1 2
ω2
两轮转向不是相同就是相反）。 外啮合齿轮：两轮转向相反，用“－”表示；
每一对外齿轮反向一次考 内啮合齿轮：两轮转向相同，用“＋”表示。 虑方向时有
1 2 3 H
2 H 1
n1 n2 n3 nH
nH 1 ＝ n1 － nH nH 2 ＝ n2 － nH nH 3 ＝ n 3 － nH nH H ＝ n H － nH ＝ 0
回
顾
• 斜齿轮共轭齿廓曲面的形成，斜齿轮正 确啮合条件、几何尺寸计算（分度圆直 径、中心距）； • 斜齿轮传动重合度与直齿轮的差异； • 斜齿轮当量齿数； • 圆锥齿轮齿廓曲面和当量齿数。
第三章
轮
系
§3－1 轮系的类型 §3－2 定轴轮系及其传动比 §3－3 周转轮系及其传动比
§3－4 复合轮系及其传动比 §3－5 轮系的应用
§3－6 几种特殊的行星传动简介
§ 3－ 1
轮系的类型
定义：由一系列两两啮合的齿轮组成的传动系统－ 简称轮系
机械设计基础第3章PPT
80 60
40
20 15
10 8 6
4
2 1.5
1 0.8 0.6 0.4
32A 2 4A28 A 20 A 16 A
1 2A 10 A 08 A
链号
08A 10A 12A 16A 20A 24A 28A 32A
节 距/ m m
12.7 15.875 19.05
25.4 31.75 38.1 41.45 50.8
0.2
0.15 0.1 10
15 20
40
60 80 100150200
400 600 1000 2000 800 1500
4 0 0 06 0 0 0
小 链 轮 转 速 n1 ( r / m i n )
23
、
3.8 滚子链传动的设计
n12
3.8.3滚子链的设计计算
1．设计链传动的已知条件和内容
第3章 带传动和链传 动
3.4.1 带传动的主要失效形式和设计准则
带传动的主要失效形式有带的打滑和带的疲 劳破坏。因此，带传动的设计准则是：在保 证不打滑的前提下，传动带应具有足够的疲劳 强度和一定的使用寿命。
第3章 带传动和链传 动
3.4.2单根V带的基本额 定功率
（3-10）
表3-4给出了单根V带的基本额定功率P
值（仅列出D型）
普通V带已标准化，按截面尺 寸分为Y、Z、A、B、C、D、 E 七种型号
7
3.2.2 V带轮的材料和结构
第3章 带传动和链传 动
图3-5 V带轮(腹板式) 1一轮缓2一瞧板3一轮毂
表3-3 V带轮的基准直径系列 (摘自 GB/T13575.5-1992)
8
3.3 普通V带传动工作能力分析 3.3.1 带传动的受力分析
40
20 15
10 8 6
4
2 1.5
1 0.8 0.6 0.4
32A 2 4A28 A 20 A 16 A
1 2A 10 A 08 A
链号
08A 10A 12A 16A 20A 24A 28A 32A
节 距/ m m
12.7 15.875 19.05
25.4 31.75 38.1 41.45 50.8
0.2
0.15 0.1 10
15 20
40
60 80 100150200
400 600 1000 2000 800 1500
4 0 0 06 0 0 0
小 链 轮 转 速 n1 ( r / m i n )
23
、
3.8 滚子链传动的设计
n12
3.8.3滚子链的设计计算
1．设计链传动的已知条件和内容
第3章 带传动和链传 动
3.4.1 带传动的主要失效形式和设计准则
带传动的主要失效形式有带的打滑和带的疲 劳破坏。因此，带传动的设计准则是：在保 证不打滑的前提下，传动带应具有足够的疲劳 强度和一定的使用寿命。
第3章 带传动和链传 动
3.4.2单根V带的基本额 定功率
（3-10）
表3-4给出了单根V带的基本额定功率P
值（仅列出D型）
普通V带已标准化，按截面尺 寸分为Y、Z、A、B、C、D、 E 七种型号
7
3.2.2 V带轮的材料和结构
第3章 带传动和链传 动
图3-5 V带轮(腹板式) 1一轮缓2一瞧板3一轮毂
表3-3 V带轮的基准直径系列 (摘自 GB/T13575.5-1992)
8
3.3 普通V带传动工作能力分析 3.3.1 带传动的受力分析
第3章 平面连杆机构PPT课件
0
3 90 0
C
17
3.2.2.3 死点位置
曲柄摇杆机构中取摇杆为主动件时，当曲柄与连杆共 线时，连杆对从动件曲柄的作用力通过转动中心A，传动角 为零，力矩为零，称为死点位置。
18
死点的利用： B2
A
D
C2
B1
C1 地面
飞机起落架机构
请思考：下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置
机械设计基础 3 平面连杆机构
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
3.1平面连杆机构的特点及其设计的基本问题
连杆机构是由若干刚性构件用低副连接而成的 平面机构,又称低副机构。根据其构件间的相对运动 分为平面或空间连杆机构。
。
3
3.1.1特点
t2 2/1
v2C2C1/t2 11
（2）输出件的行程速比系数K：
空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比。
Kv2 v1
t1 t2
1 2
118800
180 K1
K1
平面四杆机构具有急回特性的条件：
（1）原动件作等速整周转动； （2）输出件作往复运动；
（3） 0
12
2.曲柄滑块机构中，原动件AB以 1 等速转动
3
3
C
A1
1
2
B
F vB3
0
3
C
B
1
a
2
b
C
A
3
4 vc
画出压力角
15
2、平面四杆机构的最小传动角位置
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3
线 2A 1
zpofrp 2013-10-23
绕线机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
卷带轮
12 1 放放音 音键 键
5
3
3
摩擦轮
4 4
录音机卷带机构
皮皮带带轮轮
zpofrp 2013-10-23
3-1 凸轮机构的应用和类型
2
3
zpofrp 2013-10-23
1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
lOP =lCP- lOC → lCP = ds/d φ + e
lCP = (S+注S0意) t：an α S0= rmin2-e2
n
得： 于是：
ttaa同能nn αα时太==增大用SS大。dd偏++ss//了dd置rr22φφ回mm法+±iinn程e--可eee压22减力小角推，程ss故0压偏力ω距CD角αBre，mOi不n但P
n
“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧；
“-” 用于导路和瞬心位于中心同侧；
e ds/d φ
显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。
zpofrp 2013-10-23
3-4 图解法设计凸轮轮廓
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理：
给整个凸轮机构施以-ω时， 不影响各构件之间的相对运动， 此时，凸轮将静止，而从动件 尖顶复合运动的轨迹即凸轮的
n
v B
lCP = (S+S0 ) tan α S0=
tanα
=
ds/d φ S + r2min
e -
e2
rmin ↑ → α↓
r2min - e2
ω
s
rmiDn α v
s0
OP
eC
n
若发现设计结果α〉[α]，可增大 rmin
ds/d φ
zpofrp 2013-10-23
3-3 凸轮机构的压力角
同理，当导路位于中心左侧时，有：
Ff
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。
F ---- 有用分力，沿导路方向
n
F
α
F′
F ---- 有害分力，垂直于导路
F″
B
[α]=30F ˚- --F 直ta 动n从动件；
F′一[[αα定]]时==37，50° °α～ ～↑4850°°--F----
″摆↑动从动件；ω 回程。
O
若α大到一定程度时，会有：
第3章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和类型 §3-2 从动件的常用规律 §3-3 凸轮机构的压力角 §3-4 图解法设计凸轮轮廓
3-1 凸轮机构的应用和类型
zpofrp 2013-10-23
内燃机配气机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
zpofrp 2013-10-23
靠模车削机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
轮廓曲线。
-ω 1
3’
2’
2
1’
ω
1 2
O
3
3
➢ 依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓
曲线。
zpofrp 2013-10-23
3-4 图设①解计选法步比设骤例小计尺结μ凸l：作轮基圆轮rm廓in;
② 反向等分各运动角;
1、偏③置确尖定顶反直转动后从，从动动件件盘尖形顶凸在轮各等轮份廓点的的绘位制置;
Ff > F′
机构发生自锁
n
为了保证凸轮机构正常工作，要求：
α max
<
[α]
zpofrp 2013-10-23
3-3 凸轮机构的压力角
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系
P点为速度瞬心， 于是有：
v = lOPω → lOP = v / ω = ds/d φ = lOC + lCP
lOC = e lCP = ds/d φ - e
s
将几种运动 规律组合， 以改善运动 特性。
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h
o
φ
Ф
v
o
φ
a +∞ φ
o
正弦改进等速 -∞
3-2 从动件的常用运动规律
四、运动规律的特性比较
运动规律
等速 等加速等减
速 余弦加速度 正弦加速度 五次多项式 变形梯形加
速度
vmax/ms-1
h/×
1.00
2.00
1.57 2.00 1.88
φ
a
柔性冲击：
在起始和终止处理论上a为
φ
有限值，产生柔性冲击。
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3-2 从动件的常用运动规律
3. 正弦加速度运动（了解）
sh 21sin2
vh1co2s
a2h2 sin2
2
运动特征：没有冲击
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3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
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3-4 图设①解计选法步比设骤例小计尺结μ凸l：作轮基圆轮rm廓in;
② 反向等分各运动角；原则是：陡密缓疏。
2、滚③子确直定动反从转动后件，从盘动形件凸尖轮顶轮在廓各等的份绘点制的位置;
v C1 a dv 0
dt
s
h
v
v0
h
a 0
刚性冲击：
由于加速度发生无穷大突 度而引起的冲击称为刚性 冲击。
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3-2 从动件的常用运动规律
2. 简谐运动
sh1cos
2
vhsin
2
ah22 cos
22
5 6s
4
3
h
2φ1 1 2Fra bibliotek34 5 6Ф
v
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3-2 从动件的常用运动规律
一、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) 从动件运动规律；
3) 合理确定结构尺寸；
s
4) 设计轮廓曲线。
二、基本概念与名称
h
B’ A D 02 rmin
t
o 0 01 ’0 02
• 基圆
• 升程
• 远休止角 • 推程运动角
2.00
amax/ms-1
h/2×
∞
4.00
4.93 6.28 5.77
4.89
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冲击 刚性 柔性 柔性 —— —— ——
推荐应用 范围
低速轻载
中速轻载
中速中载 高速轻载 高速中载
高速轻载
3-3 凸轮机构的压力角
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α。
一、压力角与作用力的关系
凸轮机构组成： 凸轮、从动件、机架。
凸轮机构的优点:
只需设计适当的凸轮轮廓 结构简单、紧凑，设计方便
凸轮机构的缺点:
高副机构，易磨损
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3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状：
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
按照从动件的型式：
尖顶从动件 平底从动件
滚子从动件
’0
0 ω
01 B
• 近休止角 • 回程运动角
C
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3-2 从动件的常用运动规律 三、常用运动规律
位移 速度 加速度
线图。从动件运动规律通常表示成 的函数：
sf
vf
af
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3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
svdC t0C 1t
线 2A 1
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绕线机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
卷带轮
12 1 放放音 音键 键
5
3
3
摩擦轮
4 4
录音机卷带机构
皮皮带带轮轮
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3-1 凸轮机构的应用和类型
2
3
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1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
lOP =lCP- lOC → lCP = ds/d φ + e
lCP = (S+注S0意) t：an α S0= rmin2-e2
n
得： 于是：
ttaa同能nn αα时太==增大用SS大。dd偏++ss//了dd置rr22φφ回mm法+±iinn程e--可eee压22减力小角推，程ss故0压偏力ω距CD角αBre，mOi不n但P
n
“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧；
“-” 用于导路和瞬心位于中心同侧；
e ds/d φ
显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。
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3-4 图解法设计凸轮轮廓
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理：
给整个凸轮机构施以-ω时， 不影响各构件之间的相对运动， 此时，凸轮将静止，而从动件 尖顶复合运动的轨迹即凸轮的
n
v B
lCP = (S+S0 ) tan α S0=
tanα
=
ds/d φ S + r2min
e -
e2
rmin ↑ → α↓
r2min - e2
ω
s
rmiDn α v
s0
OP
eC
n
若发现设计结果α〉[α]，可增大 rmin
ds/d φ
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3-3 凸轮机构的压力角
同理，当导路位于中心左侧时，有：
Ff
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。
F ---- 有用分力，沿导路方向
n
F
α
F′
F ---- 有害分力，垂直于导路
F″
B
[α]=30F ˚- --F 直ta 动n从动件；
F′一[[αα定]]时==37，50° °α～ ～↑4850°°--F----
″摆↑动从动件；ω 回程。
O
若α大到一定程度时，会有：
第3章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和类型 §3-2 从动件的常用规律 §3-3 凸轮机构的压力角 §3-4 图解法设计凸轮轮廓
3-1 凸轮机构的应用和类型
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内燃机配气机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
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靠模车削机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
轮廓曲线。
-ω 1
3’
2’
2
1’
ω
1 2
O
3
3
➢ 依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓
曲线。
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3-4 图设①解计选法步比设骤例小计尺结μ凸l：作轮基圆轮rm廓in;
② 反向等分各运动角;
1、偏③置确尖定顶反直转动后从，从动动件件盘尖形顶凸在轮各等轮份廓点的的绘位制置;
Ff > F′
机构发生自锁
n
为了保证凸轮机构正常工作，要求：
α max
<
[α]
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3-3 凸轮机构的压力角
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系
P点为速度瞬心， 于是有：
v = lOPω → lOP = v / ω = ds/d φ = lOC + lCP
lOC = e lCP = ds/d φ - e
s
将几种运动 规律组合， 以改善运动 特性。
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h
o
φ
Ф
v
o
φ
a +∞ φ
o
正弦改进等速 -∞
3-2 从动件的常用运动规律
四、运动规律的特性比较
运动规律
等速 等加速等减
速 余弦加速度 正弦加速度 五次多项式 变形梯形加
速度
vmax/ms-1
h/×
1.00
2.00
1.57 2.00 1.88
φ
a
柔性冲击：
在起始和终止处理论上a为
φ
有限值，产生柔性冲击。
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3-2 从动件的常用运动规律
3. 正弦加速度运动（了解）
sh 21sin2
vh1co2s
a2h2 sin2
2
运动特征：没有冲击
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3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
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3-4 图设①解计选法步比设骤例小计尺结μ凸l：作轮基圆轮rm廓in;
② 反向等分各运动角；原则是：陡密缓疏。
2、滚③子确直定动反从转动后件，从盘动形件凸尖轮顶轮在廓各等的份绘点制的位置;
v C1 a dv 0
dt
s
h
v
v0
h
a 0
刚性冲击：
由于加速度发生无穷大突 度而引起的冲击称为刚性 冲击。
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3-2 从动件的常用运动规律
2. 简谐运动
sh1cos
2
vhsin
2
ah22 cos
22
5 6s
4
3
h
2φ1 1 2Fra bibliotek34 5 6Ф
v
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3-2 从动件的常用运动规律
一、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) 从动件运动规律；
3) 合理确定结构尺寸；
s
4) 设计轮廓曲线。
二、基本概念与名称
h
B’ A D 02 rmin
t
o 0 01 ’0 02
• 基圆
• 升程
• 远休止角 • 推程运动角
2.00
amax/ms-1
h/2×
∞
4.00
4.93 6.28 5.77
4.89
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冲击 刚性 柔性 柔性 —— —— ——
推荐应用 范围
低速轻载
中速轻载
中速中载 高速轻载 高速中载
高速轻载
3-3 凸轮机构的压力角
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α。
一、压力角与作用力的关系
凸轮机构组成： 凸轮、从动件、机架。
凸轮机构的优点:
只需设计适当的凸轮轮廓 结构简单、紧凑，设计方便
凸轮机构的缺点:
高副机构，易磨损
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3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状：
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
按照从动件的型式：
尖顶从动件 平底从动件
滚子从动件
’0
0 ω
01 B
• 近休止角 • 回程运动角
C
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3-2 从动件的常用运动规律 三、常用运动规律
位移 速度 加速度
线图。从动件运动规律通常表示成 的函数：
sf
vf
af
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3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
svdC t0C 1t