凸轮机构的设计

夯实理论
一、凸轮机构的类型及应用 （一）凸轮机构的组成及分类方法
组成
凸轮、从动件和机架。
作用
是将主动凸轮的连续转动或移动转化为从动件的往复移动或摆动。
优点
设计适当的凸轮轮廓曲线，使从动件实现预期的运动规律。
缺点
高副接触，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
夯实理论
凸轮机构的分类方法 （1）按凸轮的形状
夯实理论
滚子从动件盘形凸轮轮廓设计
夯实理论
从动件推程前半程运动方程式 从动件推程后半程运动方程式
≤≤
≤≤
夯实理论
从动件回程前半程运动方程式 从动件回程后半程运动方程式
≤≤
≤≤
夯实理论
s
s
h h
θ o υ
θ o α
θ o
从动件推程运动规律
θ o
υ
o
θ
α
θ o
从动件回程运动规律
夯实理论
等加速—等减速运动规律的位移线图作法
夯实理论
机械设计基础 (第四版)
项目二
牛头刨床常用机构的运动设计
任务二 凸轮机构的设计
工程实例
牛头刨床
工程实例
牛头刨床
任务分析
牛头刨床中，构件机架、凸轮、摆杆组成凸轮机构。 凸轮随着齿轮转动，摆杆在凸轮轮廓曲线驱动下往复摆动，通过连杆 带动摇杆在一定角度内摆动，实现工作台和工件的进给运动。
任务目标
（1）了解凸轮机构的组成、分类、特点及应用。 （2）掌握从动件常用的运动规律及其特点。 （3）掌握反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线。 （4）理解选择滚子半径的原则，压力角和自锁的关系以及 基圆半径对压力角的影响。
夯实理论
二、凸轮机构的从动件常用运动规律
（一）凸轮机构的运动过程分析
基圆 以凸轮最小半径ro所作的圆
推程、推程运动角 θo
远休、远休止角 θs
回程、回程运动角 θh
近休、近休止角 θj
位移
s=r-ro
行程
h
从动件的运动规律 从动件在运动过程中，其位移、速度和
加速度随时间变化（凸轮转角θ 变化）的规律。
运动开始，υ由0突变为
加速度
运动结束
a= -∞
在运动的起点和终点，引起刚性冲击。
夯实理论
从动件推程运动方程式
从动件回程运动方程式
夯实理论
s
s
h
h
θ o υ
θ oα
υ
+∞
θ
o
θO
-∞
从动件推程运动规律
θ o υ
o
θ
υ
α
o
-∞
θh
+∞ θ
从动件回程运动规律
夯实理论
夯实理论
2.等加速—等减速运动规律 从动件运动过程 推程前半程作等加速运动， 推程后半程作等减速运动， 两部分加速度的绝对值相等。 从动件在运动的开始点、中间点和终止点，引起柔性冲击。
ω1 o
从动件 运动
从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线
凸轮机构反转法
夯实理论
凸轮机构反转法
夯实理论
反转法原理求位移线图
夯实理论
（一）设计对心尖顶直动从动件盘形凸轮
设计要求 已知凸轮的基圆半径为r0 ,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推
杆的运动规律如图所示。 试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
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从动件的运动规律S -θ曲线
夯实理论
从动件的位移s与凸轮转角θ 的关系可以用从动件的位移线图表示。
对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升—停—降—停的运动 循环。
夯实理论
从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状, 即凸轮轮廓曲线形状决定了从动件的运动规律。
夯实理论
（二） 从动件的常用运动规律 1.等速运动规律 从动件在运动过程中，运动速度为定值。
等加速—等减速运动规律作法
夯实理论
夯实理论
3.简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
质点在圆周上作等速运动时，它在这个圆的直径上的 投影所构成的运动。
在运动起始和终止位置，加速度曲线不连续，存在柔 性冲击。
但若从动件仅做升→降→升连续运动（无休止），加 速度曲线变为连续曲线，则无柔性冲击，用于高速场合。
夯实理论
夯实理论
夯实理论
（二）设计对心滚子直动从动件盘形凸轮 已知条件 凸轮的基圆半径为 r0 ,滚子半径 rT ,凸轮沿逆时针方向等速回转。 推杆的运动规律如图所示。
试设计对心滚子直动从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
夯实理论
夯实理论
（三）设计对心直动平底从动件盘形凸轮 已知条件 凸轮的基圆半径为r0 ,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动 规律如图所示。 试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
夯实理论
设计一对心移动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮按顺时针方向转动，其 基圆半径r0=100mm。滚子半径rT=5mm。从动件的行程h=50mm，运动规律如 下：
凸轮转角θ
从动件运动规律
等加速等减 速上升50mm
停止不动
等加速等减速下 降至原来位置
停止不动
（1）选取适合的比例尺μL、μθ，作从动件位移曲线 （2）用反转法绘制凸轮理论轮廓曲线 （3）绘制凸轮实际轮廓曲线
பைடு நூலகம்（三）凸轮和滚子的材料 失效形式 磨损和疲劳点蚀。 凸轮和滚子表面的硬度高耐磨性好，并且有足够的表面接触强度，经常
受到冲击的凸轮芯部要有较强的韧性。 凸轮材料 40Cr，表面淬火后硬度达到40～45HRC。 20Cr，表面渗碳淬火后硬度达到56～62HRC。 滚子材料 20Cr，表面渗碳淬火后硬度达到56～62HRC。 用滚动轴承作滚子用。
夯实理论
从动件推程运动方程式
从动件回程运动方程式
h
αmax
υmax
夯实理论
s υ α
从动件推程运动规律
h
αmax
υmax
s υ α
从动件回程运动规律
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简谐运动规律作法
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运动规律
常用从动件运动规律的比较
最大速度
最大加速
冲击性质
适用范围 （推荐）
等速 运动规律
等加速等减速 运动规律
简谐运动 运动规律
1.00
h
0
1
2.00
h
0
1
1.57
h
0
1
刚性冲击 低速、轻载 柔性冲击 中速、轻载
中低速、中 柔性冲击 载或重载
夯实理论
三、反转法设计盘形凸轮轮廓曲线
反转法 利用与凸轮转向相反的方向逐点按位移曲线绘制凸轮轮廓曲线的 方法。
-ω1
加角速度-ω1(与凸轮角速度ω1大小相等、方向相反)
凸轮 静止不动
从动件与导路以-ω1角速度绕凸轮轴O转动 从动件相对导路移动
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
夯实理论
（2）按从动件的端部结构形式
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
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（3）按从动件的运动形式
移动从动件
摆动从动件
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（4）按锁合形式
力锁合
形锁合
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（二）凸轮机构的应用
内燃机配气机构
夯实理论
靠模车削机构
分度转位机构
夯实理论
机床自动进给凸轮机构
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