凸轮机构和齿轮机构
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凸轮机构由凸轮、 从动件及机架组成， 通常凸轮为主 动件， 从动件可实现较复杂的工作运动。 凸轮机构能 将凸轮的连续转动或移动转换成从动件的移动或摆动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1所示为内燃机配气阀门控制凸轮， 凸轮连续 转动时， 从动件（气门）作断续往复运动， 从而控制 气门的开闭； 图7-2所示为自动车床送料机构， 当圆 柱形凸轮连续转动时， 从动杆——摆动杆作间歇式往 复摆动， 带动滑板往复摆动而完成送料动作。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1.2 凸轮机构的分类 凸轮机构的种类很多， 通常按以下分类。 1. 按凸轮形状分 （1） 盘形凸轮。 凸轮为变化半径的盘状零件，
如图7-1所示。 工作时， 从动件随凸轮半径的变化而 在垂直于凸轮轴线的平面内运动； 或随凸轮作往复摆 动或移动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
在一般的机械中， 从动件工作行程（又称推程） 的运动规律由机器工作过程的要求来决定； 而在空行 程（又称回程）时， 从动件的运动规律可根据机械的 动力性能或缩短空回时间的要求来确定。
当从动件的运动规律确定之后， 再按比例绘制出 从动件的运动线图， 在此基础上进行凸轮轮廓的设计。 可见， 从动件的运动线图是凸轮轮廓曲线设计的依据。 因此， 在设计凸轮机构之前， 必须首先了解从动件的 运动规律。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
表7-1
凸轮机构的形式与分类
表7-1 凸轮机构的形式与分类
盘形凸轮机构
圆柱凸轮机构
移动凸轮机构
锁合方式
尖顶对心移动从动件 尖顶偏置移动从动件 尖顶摆动从动件
移动从动件
尖顶移动从动件
形锁合
滚子对心移动从动件 滚子偏置移动从动件 滚子摆动从动件
摆动从动件
滚子移动从动件
＋
平底对心移动从动件 平底偏置移动从动件 平底摆动从动件
C
(a)
(b)
图7-5 凸轮机构与位移线图
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2.1 等速运动规律 在图7-5（a）所示凸轮机构中， 凸轮以角速度ω
（为一常数）按逆时针方向转动， 当凸轮的转角从零 开始增加到δ1时， 从动件以速度v（为一常数）从起始 位置上升， 行程为h。 由运动学得知， 等速运动中， 从动件的位移s与时间t的关系为 s=vt ， 凸轮的转角δ 与时间t的关系为δ=ωt ， 由两式可得
第7章 凸轮机构和齿轮机构
经过轮廓的CD段， 从动件由最高位置回到最低位置， 这个行程称为回程， 凸轮的转角δ2也称为回程角。 从 动件经过圆弧DA段又静止不动， DA称为近停程， 对 应的凸轮转角δ′2称为近停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
h h
A
′
2
rb
D
1 2 1′
s BBiblioteka Baidu
O
1
1′
2
2′
s v
第7章 凸轮机构和齿轮机构
上式中， 由于v、 ω均为常数， 则s与δ成正比关系。 由此函数式可画出从动件的s-δ曲线（从动件位移线）， 见图7-5(b)。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1 内燃机配气机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-2 自动车床送料机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
凸轮机构为高副机构。 其主要优点是： 只要设计出 合适的凸轮轮廓， 就能使从动件得到任意给定的运动规 律； 结构简单紧凑； 设计方便， 广泛用于各种自动机 械及自动控制中。 其缺点是从动件与凸轮接触处易磨损， 故承受载荷不能太大， 多作为控制及调节机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(3) 平底从动件。 这种凸轮机构在传动中利于润滑， 且在从动件高 速运动中可形成油膜， 从而减小摩擦和磨损， 但凸轮 轮廓不能有凹形， 如图7-4(c)所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(a)
(b)
(c)
图7-4 从动件与凸轮锁合形式 (a) 尖顶； (b) 滚子； (c) 平底
移动从动件
滚子摆动从动件
力锁合
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2 从动件的常用运动规律
从动件的运动规律由凸轮的轮廓曲线所决定， 它 是指在凸轮作用下从动件所产生的位移s、 速度v、 加 速度a随凸轮转角δ或时间t而变化的关系， 并把这种关 系用函数或直角坐标系的线图表示。 当用线图表示时， 横坐标为δ或t， 纵坐标分别为s、 v、 a， 这些线图通 称为运动线图。
图7-3 移动凸轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(2) 移动凸轮。 由盘形凸轮演变而来， 凸轮作往 复移动(如图7-3所示)， 从而使从动件上下运动。
(3) 圆柱凸轮。 由移动凸轮演变而来， 如图7-2所 示， 凸轮作空间回转运动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
3. 按从动件端部结构分 (1) 尖顶从动件。 这种从动件结构简单， 能与复杂的凸轮轮廓曲线 保持紧密接触， 故可实现复杂的运动规律。 但尖顶易 磨损， 只能用于轻载低速场合， 如图7-4(a)所示。 (2） 滚子从动件。 这种凸轮机构不易磨损， 应用较广， 如图7-4(b) 所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-5（a）所示为尖顶对心移动从动件盘形凸轮 机构。 该凸轮的轮廓是根据图7-5(b)中从动件的位移线 图（s-δ图）绘制的。 在图7-5中， 以凸轮最小半径rb所 作的圆称为基圆， rb为基圆半径。 当凸轮按逆时针方 向转过δ1角时， 从动件被推到最高位置， 这个行程称 为推程， 角δ1为推程角， 从动件上升的最大位移通常 以h表示。 轮廓的BC段为圆弧， 凸轮转过这段弧时从 动件停止不动， 这个行程称为远停程， 对应的凸轮转 角δ′1称为远停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1 概述 7.2 从动件的常用运动规律 7.3 凸轮轮廓曲线的设计 7.4 CAD方法在凸轮轮廓曲线设计中的应用 7.5 齿轮机构简介 7.6 其他常用齿轮机构 7.7 蜗杆机构 习题7
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1 概 述
7.1.1 凸轮机构的组成 凸轮机构是自动控制系统与自动机械的重要机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
4. 按锁合方式分 锁合指保持从动件与凸轮的接触。 (1) 力锁合。 又称外力锁合。 利用弹簧力（见图 7-1）或从动件的重量（见图7-4）达到锁合目的。 (2) 形锁合。 又称几何锁合。 利用凸轮的沟槽形 状与从动件及保持接触（见图7-2）。 凸轮机构的形式与分类见表7-1。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1所示为内燃机配气阀门控制凸轮， 凸轮连续 转动时， 从动件（气门）作断续往复运动， 从而控制 气门的开闭； 图7-2所示为自动车床送料机构， 当圆 柱形凸轮连续转动时， 从动杆——摆动杆作间歇式往 复摆动， 带动滑板往复摆动而完成送料动作。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1.2 凸轮机构的分类 凸轮机构的种类很多， 通常按以下分类。 1. 按凸轮形状分 （1） 盘形凸轮。 凸轮为变化半径的盘状零件，
如图7-1所示。 工作时， 从动件随凸轮半径的变化而 在垂直于凸轮轴线的平面内运动； 或随凸轮作往复摆 动或移动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
在一般的机械中， 从动件工作行程（又称推程） 的运动规律由机器工作过程的要求来决定； 而在空行 程（又称回程）时， 从动件的运动规律可根据机械的 动力性能或缩短空回时间的要求来确定。
当从动件的运动规律确定之后， 再按比例绘制出 从动件的运动线图， 在此基础上进行凸轮轮廓的设计。 可见， 从动件的运动线图是凸轮轮廓曲线设计的依据。 因此， 在设计凸轮机构之前， 必须首先了解从动件的 运动规律。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
表7-1
凸轮机构的形式与分类
表7-1 凸轮机构的形式与分类
盘形凸轮机构
圆柱凸轮机构
移动凸轮机构
锁合方式
尖顶对心移动从动件 尖顶偏置移动从动件 尖顶摆动从动件
移动从动件
尖顶移动从动件
形锁合
滚子对心移动从动件 滚子偏置移动从动件 滚子摆动从动件
摆动从动件
滚子移动从动件
＋
平底对心移动从动件 平底偏置移动从动件 平底摆动从动件
C
(a)
(b)
图7-5 凸轮机构与位移线图
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2.1 等速运动规律 在图7-5（a）所示凸轮机构中， 凸轮以角速度ω
（为一常数）按逆时针方向转动， 当凸轮的转角从零 开始增加到δ1时， 从动件以速度v（为一常数）从起始 位置上升， 行程为h。 由运动学得知， 等速运动中， 从动件的位移s与时间t的关系为 s=vt ， 凸轮的转角δ 与时间t的关系为δ=ωt ， 由两式可得
第7章 凸轮机构和齿轮机构
经过轮廓的CD段， 从动件由最高位置回到最低位置， 这个行程称为回程， 凸轮的转角δ2也称为回程角。 从 动件经过圆弧DA段又静止不动， DA称为近停程， 对 应的凸轮转角δ′2称为近停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
h h
A
′
2
rb
D
1 2 1′
s BBiblioteka Baidu
O
1
1′
2
2′
s v
第7章 凸轮机构和齿轮机构
上式中， 由于v、 ω均为常数， 则s与δ成正比关系。 由此函数式可画出从动件的s-δ曲线（从动件位移线）， 见图7-5(b)。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1 内燃机配气机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-2 自动车床送料机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
凸轮机构为高副机构。 其主要优点是： 只要设计出 合适的凸轮轮廓， 就能使从动件得到任意给定的运动规 律； 结构简单紧凑； 设计方便， 广泛用于各种自动机 械及自动控制中。 其缺点是从动件与凸轮接触处易磨损， 故承受载荷不能太大， 多作为控制及调节机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(3) 平底从动件。 这种凸轮机构在传动中利于润滑， 且在从动件高 速运动中可形成油膜， 从而减小摩擦和磨损， 但凸轮 轮廓不能有凹形， 如图7-4(c)所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(a)
(b)
(c)
图7-4 从动件与凸轮锁合形式 (a) 尖顶； (b) 滚子； (c) 平底
移动从动件
滚子摆动从动件
力锁合
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2 从动件的常用运动规律
从动件的运动规律由凸轮的轮廓曲线所决定， 它 是指在凸轮作用下从动件所产生的位移s、 速度v、 加 速度a随凸轮转角δ或时间t而变化的关系， 并把这种关 系用函数或直角坐标系的线图表示。 当用线图表示时， 横坐标为δ或t， 纵坐标分别为s、 v、 a， 这些线图通 称为运动线图。
图7-3 移动凸轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(2) 移动凸轮。 由盘形凸轮演变而来， 凸轮作往 复移动(如图7-3所示)， 从而使从动件上下运动。
(3) 圆柱凸轮。 由移动凸轮演变而来， 如图7-2所 示， 凸轮作空间回转运动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
3. 按从动件端部结构分 (1) 尖顶从动件。 这种从动件结构简单， 能与复杂的凸轮轮廓曲线 保持紧密接触， 故可实现复杂的运动规律。 但尖顶易 磨损， 只能用于轻载低速场合， 如图7-4(a)所示。 (2） 滚子从动件。 这种凸轮机构不易磨损， 应用较广， 如图7-4(b) 所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-5（a）所示为尖顶对心移动从动件盘形凸轮 机构。 该凸轮的轮廓是根据图7-5(b)中从动件的位移线 图（s-δ图）绘制的。 在图7-5中， 以凸轮最小半径rb所 作的圆称为基圆， rb为基圆半径。 当凸轮按逆时针方 向转过δ1角时， 从动件被推到最高位置， 这个行程称 为推程， 角δ1为推程角， 从动件上升的最大位移通常 以h表示。 轮廓的BC段为圆弧， 凸轮转过这段弧时从 动件停止不动， 这个行程称为远停程， 对应的凸轮转 角δ′1称为远停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1 概述 7.2 从动件的常用运动规律 7.3 凸轮轮廓曲线的设计 7.4 CAD方法在凸轮轮廓曲线设计中的应用 7.5 齿轮机构简介 7.6 其他常用齿轮机构 7.7 蜗杆机构 习题7
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1 概 述
7.1.1 凸轮机构的组成 凸轮机构是自动控制系统与自动机械的重要机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
4. 按锁合方式分 锁合指保持从动件与凸轮的接触。 (1) 力锁合。 又称外力锁合。 利用弹簧力（见图 7-1）或从动件的重量（见图7-4）达到锁合目的。 (2) 形锁合。 又称几何锁合。 利用凸轮的沟槽形 状与从动件及保持接触（见图7-2）。 凸轮机构的形式与分类见表7-1。