凸轮机构及其设计

应用及分类
第八章 凸轮机构及其设计
应用及分类
移动从动件
据导路与回转中心 的相对位置
{
对心式 偏置式
第八章 凸轮机构及其设计
(4)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分 按凸轮与从动件维持高副接触(封闭) 力封闭型凸轮机构 Force-closed cams 弹簧力封闭 Force-closed by preloaded spring
第八章 凸轮机构及其设计
共轭凸轮机构（主回） 共轭凸轮机构（主回） Conjugate cam mechanism
应用及分类
主凸轮1 主凸轮1推动从动 件完成沿逆时针方向 正行程的摆动， 正行程的摆动 ， 另一 个凸轮1 个凸轮 1/ 推动完成沿 顺时针方向的反行程 的摆动。 的摆动 。 这种凸轮机 构又称为主回凸轮机 构又称为 主回凸轮机 构
应用及分类
这种凸轮机构能够实现气阀 这种凸轮机构能够实现气阀 的运动学要求 并且具有良 要求， 的运动学要求，并且具有良 好的动力学特性。 好的动力学特性。
内燃机配气凸轮机构
第八章 凸轮机构及其设计
应用及分类
靠模车削机构
第八章 凸轮机构及其设计
应用及分类
卷带轮 2 1 1 放音键 放音键 录音机卷带机构 5 3 3 4 4 皮带轮 皮带轮 摩擦轮
应用及分类
从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下，从动件的位移 速度、 位移、 在凸轮廓线的推动下，从动件的位移、速度、 加速度、跃度（加速度对时间的导数） 加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变 化的规律，常以图线表示， 化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲 线。 一般假定凸轮轴作等速运转， 一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时 间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律 凸轮机构从动件的运动规律通常 间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律通常 又可以表示为凸轮转角的函数。 又可以表示为凸轮转角的函数。 凸轮转角的函数
应用及分类
等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism
W
第八章 凸轮机构及其设计
等径凸轮机构 Conjugate yoke radial cam mechanism
应用及分类
r1 r2 r1+r2 =const
过凸轮轴心O 过凸轮轴心O所作任一径向线上与凸轮相接触的两 滚子中心间的距离处处相等。 滚子中心间的距离处处相等。
第八章 凸轮机构及其设计
不同类型的凸轮与从动件组合： 不同类型的凸轮与从动件组合： 尖顶直动从动件对心盘状凸轮机构 滚子直动从动件偏置盘状凸轮机构等
应用及分类
（最基本类型） 最基本类型）
本章重点：以基本类型为重点研究， 本章重点：以基本类型为重点研究，找出凸轮设计 的基本方法。 的基本方法。
第八章 凸轮机构及其设计
磨损小，应用广。 磨损小，应用广。
第八章 凸轮机构及其设计
平底从动件 Flat-face follower
应用及分类
受力好、润滑好，用于高速传动。 受力好、润滑好，用于高速传动。
第八章 凸轮机构及其设计
(３) 按推杆的运动形式分 移动从动件 Reciprocating follower 摆动从动件 Oscillating follower
盘形凸轮机构 在印刷机中的应用
等径凸轮机构 在机械加工中的应用
第八章 凸轮机构及其设计
应用及Baidu Nhomakorabea类
利用分度凸轮 机构实现转位
圆柱凸轮机构在机 械加工中的应用
第八章 凸轮机构及其设计 1)实现预期的位置要求 1)实现预期的位置要求 这种自动送料凸 这种自动送料凸 轮机构， 轮机构，能够完 成输送毛坯到达 预期位置的功能， 预期位置的功能， 但对毛坯在移动 过程中的运动没 有特殊的要求
S=S(t) V=V(t) a=a(t)
形式：多项式、三角函数。 形式：多项式、三角函数。
第八章 凸轮机构及其设计 1、多项式运动规律
推杆的常用运动规律
一般表达式： 一般表达式：s=C0+ C1δ+ C2δ2+…+Cnδn 求一阶导数得速度方程： 求一阶导数得速度方程： 速度方程
(1)
v = ds/dt = C ω+ 2C ωδ+…+nC ωδn-1 1 2 n 求二阶导数得加速度方程： 求二阶导数得加速度方程： 加速度方程 a =dv/dt =2 C2ω2+ 6C3ω2δ…+n(n-1)Cnω2δn-2 其中： dδ/dt=ω－ 其中：δ－凸轮转角，dδ/dt=ω－凸轮角速度, Ci－待定系数。 边界条件： 边界条件： 从动件上升h 凸轮转过推程运动角δa－从动件上升 从动件下降h 凸轮转过回程运动角δb－从动件下降
第八章 凸轮机构及其设计 2．凸轮机构的分类 ．
(1) 按凸轮的形状分 盘形凸轮 Plate cam 移动凸轮 Wedge cam
应用及分类
结构简单，易于加工。 结构简单，易于加工。 应用最为广泛
可视为盘形凸轮的回 转轴心处于无穷远处 时演化而成的
第八章 凸轮机构及其设计
圆柱凸轮 Cylindrical cam
应用及分类
1-圆柱凸轮 2-直 动从动件 3-毛坯
第八章 凸轮机构及其设计 2)实现预期的运动规律要求 2)实现预期的运动规律要求 3 这种凸轮 在运动中 能推动摆 动从动件2 动从动件2 实现均匀 实现均匀 缠绕线绳 的运动学 要求。 要求。
应用及分类
线 2 A 1
绕线机构
第八章 凸轮机构及其设计 3)实现运动和动力特性要求 3)实现运动和动力特性要求
δa
v
δ
δ
a
c
)
刚性冲击
+∞ ∞
δ
－∞
第八章 凸轮机构及其设计
等加等减速（二次多项式） 2） 等加等减速（二次多项式）运动规律 位移曲线为一抛物线。 位移曲线为一抛物线。 减速各占一半。 加、减速各占一半 加速段推程： 加速段推程： s ＝2hδ2/δa2 v ＝4hωδ/δa2 a ＝4hω2/δa2 减速段推程： 减速段推程： s ＝h-2h(δ-δa)2/δa2 h(δv ＝-4hω(δ-δa)/δa2 hω(δa ＝-4hω2/δa2
o v o a o h
δ δa δ
+∞ ∞
δ
-∞ ∞
正弦改进等速
第八章 凸轮机构及其设计 二、运动规律特性分析 衡量运动特性的主要指标： 衡量运动特性的主要指标：
推杆的常用运动规律
1、最大速度
最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。 最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。 若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况， 若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况，由于 从动件系统动量过大，会出现操控失灵， 从动件系统动量过大，会出现操控失灵，造成机 构损坏等安全事故。因此希望从动件运动速度的 构损坏等安全事故。因此希望从动件运动速度的 最大值越小越好。 最大值越小越好。
第八章 凸轮机构及其设计
一、推杆的常用运动规律 名词术语： 名词术语： 基圆、 基圆半径、 基圆、 基圆半径、 推程、 推程运动角、 推程、 推程运动角、 行程、 行程、 远休止 远休止角、 远休止角、
D B’
推杆的常用运动规律 而根据工作要求选 定推杆运动规律， 定推杆运动规律， 是设计凸轮轮廓曲 线的前提。 线的前提。 s
h A
δd
r0
δa
o δa ω
δb
δc
δd
t δ
回程、 回程运动角、 回程、 回程运动角、
δc
近休止 近休止角、 近休止角、 一个循环
δb
B
C
第八章 凸轮机构及其设计
推杆的常用运动规律
推杆运动规律： 推杆在推程或回程时， 推杆运动规律 ： 推杆在推程或回程时 ， 其位移 S 、 速 的变化规律。 度V和加速度a 随时间t 的变化规律。
第八章 凸轮机构及其设计
s = C0+ C1δ+ C2δ2+…+Cnδn v = C1ω+ 2C2ωδ+…+nCnωδn-1
推杆的常用运动规律
a = 2 C2ω2+ 6C3ω2δ…+n(n-1)Cnω2δn-2 等速运动运动规律（一次多项式） 1） 等速运动运动规律（一次多项式） 推程起始点： 推程起始点：δ=0， s=0 推程终止点： 推程终止点：δ=δa，s=h 代入得： 代入得：C0＝0， C1＝h/δa 推程： 推程： s ＝hδ/δa v ＝ hω/δa a＝0 回程： 回程： s＝h(1-δ/δ ＝h(1 v＝-hω/δc ＝ a＝0 ＝ s h
5
6
δ
第八章 凸轮机构及其设计
s 2）正弦加速度（摆 线）运动规律
推杆的常用运动规律
h
δ
v 无冲击 a
δa δ
δ
第八章 凸轮机构及其设计
3、改进型运动规律 s
推杆的常用运动规律
为满足工程实际的 需要， 需要，综合几种不同运 动规律的优点， 动规律的优点，设计出 一种具有良好综合特性 的运动规律。这种通过 的运动规律。这种通过 几种不同函数组合在一 起而设计出的从动件运 动规律， 动规律，称为组合型运 动规律。 动规律。
应用及分类
从动件与凸轮保持 接触的方式， 接触的方式，保持 运动不失真。 运动不失真。
重力封闭 Force-closed by gravity
第八章 凸轮机构及其设计
形封闭型凸轮机构 Form-closed cams 凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism 利用凸轮与从动件的特 殊几何形状和尺寸
s
h
δ δ0
第八章 凸轮机构及其设计
2、三角函数运动规律 1）余弦加速度(简 余弦加速度( 谐)运动规律 3 2 1 6s 5
推杆的常用运动规律
4
h
δ
1 2 3 4
在起始和终止处理 为有限值， 论上 a 为有限值 ， 产 生柔性冲击。 生柔性冲击。
v V =1.57hω/2δ max 0 δ
a
δa
第八章 凸轮机构及其设计
特点： 与连杆机构相比） 特点：（与连杆机构相比）
应用及分类
1）结构简单紧凑、工作可靠且易于设计。 结构简单紧凑、工作可靠且易于设计。 多用性、灵活性。 2）多用性、灵活性。使从动件精确地实现各种 预期的运动规律，易于实现多个运动的相互协调配合。 预期的运动规律，易于实现多个运动的相互协调配合。 高副机构→摩擦、磨损↑ 轻载、高速。 3）高副机构→摩擦、磨损↑ →轻载、高速。 应用：各种机械，特别是自动机械、 应用：各种机械，特别是自动机械、自动控制装 置和装配生产线中。 置和装配生产线中。
应用及分类
凸轮机构设计的基本任务: 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; 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式; 根据工作要求选定凸轮机构的形式 从动件运动规律; 2)从动件运动规律; 合理确定结构尺寸; 3)合理确定结构尺寸; 设计轮廓曲线。 4)设计轮廓曲线。
第八章 凸轮机构及其设计 基本概念 •
应用及分类
凸轮机构
{
具有曲线轮廓或凹槽的构件。 具有曲线轮廓或凹槽的构件。
凸轮直接推动的构件 直接推动的构件。 从动件2 从动件 由凸轮直接推动的构件。 又称推杆。 又称推杆。 机架3 机架3
当凸轮运动时， 当凸轮运动时，通过其上的曲线 轮廓与从动件的高副接触。 轮廓与从动件的高副接触。若凸轮轮 廓曲线或凹槽曲线按从动件的预期运 廓曲线或凹槽曲线按从动件的预期运 动规律设计而成，可获得预期的运动。 动规律设计而成，可获得预期的运动。
推杆的常用运动规律 s h/2 h/2 1 2 3 4 5 6δ
δa
v
2hω/δ0
δ
a
4hω2/δ02 δ
柔性冲击
第八章 凸轮机构及其设计
3）五次多项式运动规律 ） 位移方程： 位移方程：
推杆的常用运动规律
s=10h(δ/δ0)3－15h (δ/δ0)4+6h (δ/δ0)5 δδ δδ δδ 无冲击，适用于高速凸轮。 无冲击，适用于高速凸轮。 v a
第八章 凸轮机构及其设计
§8-1 凸轮机构的应用和分类 §8-2 推杆的运动规律 §8-3 凸轮轮廓曲线的设计 §8-4 凸轮机构基本尺寸的确定 重点
第八章 凸轮机构及其设计
应用及分类
§8-1 凸轮机构的应用及分类
1、凸轮机构的应用 、
工程中用以实现机械化和自动化的一种常用机构。 工程中用以实现机械化和自动化的一种常用机构。
第八章 凸轮机构及其设计 自动车床凸轮机构
应用及分类
此自动车床在加工有台阶的销套时， 其送料、 此自动车床在加工有台阶的销套时 ， 其送料 、 夹紧、 夹紧、车外圆与钻孔及切断四道工序的运动及其时序 配合要求，均由凸轮机构来实现。 配合要求，均由凸轮机构来实现。
第八章 凸轮机构及其设计
组成： 组成： 三个基本构件组成的高副机构 凸轮1 凸轮
应用及分类
空间凸轮机构, 空间凸轮机构,可使从动件获得大的工作行程又不 致过于庞大。 致过于庞大。
第八章 凸轮机构及其设计
(2) 按推杆的形状分 尖顶从动件 Knife-edge follower
应用及分类
滚子从动件 Roller follower
构造简单、易磨损、用于仪表机构。 构造简单、易磨损、用于仪表机构。