机械设计基础第五版讲义第3章
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2.00
amax/ms-1
h/2×
∞
4.00
4.93 6.28 5.77
4.89
zpofrp 2013-10-23
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
’0
0 ω
01 B
• 近休止角 • 回程运动角
C
zpofrp 2013-10-23
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
zpofrp 2013-10-23
3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
svdC t0C 1t
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：
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。
zpofrp 2013-10-23
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
zpofrp 2013-10-23
3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
v C1 a dv 0
dt
s
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
zpofrp 2013-10-23
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
2
φ
1 1 2 34 5 6
Ф
v
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
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
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
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
④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
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；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;
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;
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
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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
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：
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
zpofrp 2013-10-23
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
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
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
’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
zpofrp 2013-10-23
3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
svdC t0C 1t
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：
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。
zpofrp 2013-10-23
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
zpofrp 2013-10-23
3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
v C1 a dv 0
dt
s
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
2
φ
1 1 2 34 5 6
Ф
v
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
zpofrp 2013-10-23
靠模车削机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
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
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
3
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
zpofrp 2013-10-23
1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
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；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;
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;
s
将几种运动 规律组合， 以改善运动 特性。
zpofrp 2013-10-23
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
zpofrp 2013-10-23
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
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：
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
zpofrp 2013-10-23
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
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