数控机械获奖作品推荐 设计内燃机配气机构中凸轮机构

B
从动件位移曲线图决定 于凸轮轮廓曲线的形状。
2、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律：从动件的位移、速度和加速度随时 间t（或凸轮转角φ）的变化规律。
从动件运动规律很多，常见的运动规律可用位移曲线表 示如下：
2、从动件常用的运动规律
S
（1）、等速运动
h
从动件运动的速度为常数时的
运动规律，称为等速运动规律（直 O
一、凸轮机构的组成、应用和分类
2 、凸轮机构的分类
2 、 凸轮机构的分类
（1）.按凸轮的形状和运动分类 1)盘形凸轮
2) 移动凸轮
2 、 凸轮机构的分类
3)圆柱回转凸轮
（2）.按从动件的形状分类 1)尖顶从动件
2 、 凸轮机构的分类
2)滚子从动件
3)平底从动件
2 、 凸轮机构的分类
（3）.按从动件的运动形式
缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点 或线接触，不便于润滑，易磨损。
应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、 仪表、控制机构和调节机构中。
二、凸轮与从动件运动关系
从动件的运动规律全面反映了从动件的运动 特性及其变化规律性。设计凸轮机构时，首先应 根据工作要求确定从动件的运动，然后按照这一 运动规律设计凸轮轮廓线。
凸轮泵
在一些机械中，要求 从动件的位移，速度 和加速度必须严格地 按照预定规律变化， 此时可采用凸轮机构 来实现。凸轮机构广 泛应用于各种机械和 自动控制装置中。
凸轮的应用实例
缝纫机
凸轮的应用实例
盘形凸轮
凸轮轴
凸轮的应用实例
各 式 凸 轮
1 、凸轮机构的组成和应用
作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件 的连续或间歇往复移动或摆动
外凸凸轮廓线： 理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,
即min>rT 实际设计时，应保证实际轮廓´ = min -rT 3~5 min 通常取rT≤0.8ρmin，同时ρ′≥1~5mm，
另外滚子半径还受强度、结构等的限制，
因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT=0.4rmin。
本章小结：
1．凸轮机构的类型及其应用特点。 2．凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。
凸轮的 形状分
盘形凸轮——平面凸轮，特点：绕固定轴线转动其 具有半径变化的盘形零件。
移动凸轮——平面凸轮，特点：回转中心趋于无穷远， 凸轮沿机架作直线运动。
圆柱凸轮——空间结构，特点：将移动凸轮卷成圆柱。
从动件 型式分
尖顶从动件——用于低速，能与复杂凸轮轮廓保持接 触，实现任意预期的运动规律，但点接触，磨损快
线运动规律）。
v
从动件在运动过程中是等速运
v
动。这样从动件在开始起始位置和 终止两瞬时的速度有突变，故加速 O 度在理论上由零值突变为无穷大， a
惯性力也为无穷大。由此的强烈冲 击称为刚性冲击。适用于低速轻载
场合。
O
2、从动件常用的运动规律
（2）、简谐运动 运动规律的加速度曲线为
1/2个周期的余弦曲线，位移曲 线为简谐运动曲线（又称作余弦 加速运动规律）。从加速度线图 可见，简谐运动开始和终止时， 加速度值有突变，导致惯性力突 然变化而产生冲击，但此处加速 度的变化量和冲击都是有限的这 种冲击称为柔性冲击，在高速状 态下也会产生不良影响，因此简 谐远动规律只宜用于中低速凸轮 机构。
连接各点，画出凸轮轮廓
结束
图5-26 凸轮轮廓曲线设计流程
任务实施
？？？
根据【任务引入】如图所示的一偏
置直动从动件盘形凸轮，已知从动 件位移图、偏置距e、凸轮的基圆半 径ro 以及凸轮以等角速度ɷ顺时针方 向回转。要求根据从动件运动规律 如何绘出此凸轮的轮廓？
任务实施
具体作图步骤：
（1）以ro为半径作
应用：各种机械，特别是自动机械，适用 于传力不大的控制机构和调节机构。
从动件的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形 状。
讨论活动
任务：
按组分卡片，请各组组长收集本组 同学看完上面各凸轮应用的图片、 动画后，总结：①凸轮的轮廓形状 特征；②从动件的形状特征。
总结归纳各组同学们写的与凸轮轮廓、从 动件有关的词组。
★行程：h
★位移：s=r-r0
★推杆的运动规律：是指推杆 在运动过程中，其位移、速度 和加速度随时间变化（凸轮转 角δ变化）的规律。
从动件位移曲线
以纵坐标代表从动件位移s ，横坐标代表凸轮转 角δ或t，所画出的位移与转角之间的关系曲
δ0
δ’0
δ01
C
s
h
t
o δ0 δ01 δ’0 δ02 δ ω 上升—停—降—停
h
2' 1'
0 1 2 120
-ω r0
位置BO点。
600
900
900
B0
B1
eC0
B2 C1
C2
O
知
拓
识
展
其他凸轮轮廓的设计
1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计
当偏心距e=0时，则成为对心尖顶直动从动 件盘形凸轮机构。这时，从动件在反转运 动中，其导路为过中心O的径向射线，其 设计方法与上述偏置尖顶直动从动件盘形 凸轮机构相同。
（ 按（偏基 偏2-距3ɷ））圆距圆方从过的，圆向CO一1在以。B、系O基Ce过列(为C2圆、切偏O半C)上线开3距…，径画始.圆它作出作
推 止 9相 分 C（们的线相C得置0上 距 动 基 该11程角应出、º便一自应反4BB接到线，）11任圆件圆点=、是系基的转运 段 若3C成所。远将102B反列圆位后1一的的交也光求动 与 干、º点´，休2、转位开置尖,滑的C点切导于是角 位 等CB回止2B后置始，顶曲凸03BB移 份1…3k线路一从2程角从。量即的…线轮81作=B图 ，.0动沿取取一…2作 ， 点 动6运，轮2º2…0，出对得件这从线系´便廓动ºC为 并 件…….远并导些动列应分偏得曲O角…连从 与 的路切件位休在划点,
图5-21自动送料机
1-圆柱凸轮；2-推杆 3-机架
圆柱凸轮作等速转动，带 动从动件作往复远动，将工件 推到指定的位置，从而完成自 动送料任务。
1 、 凸轮机构的组成和应用
1
3
2
将凸轮的移动转变为
从动件的移动或摆动
图5-22靠模车削机构
1-工件；2、刀架；3、靠模
1 、 凸轮机构的组成和应用
凸轮的应用实例
三、凸轮轮廓曲线设计
凸轮轮廓曲线设计所依据
的基本原理是反转法。根 据相对运动原理：如果给 整个机构加上绕凸轮轴心O 的公共角速度-ɷ，此时凸 轮将静止不动，而推杆则 一边随其倒轨以角速度-ɷ φ3 绕轴心O转动，一边又在导 轨内作预期的往复移动， 这样推杆的尖顶的运动轨 迹即为凸轮轮廓曲线。
-ω
ω
图5-28
知
拓
识
展
滚子半径的大小对凸轮实际轮廓有很大影响。如5-29所示， 当凸轮理论廓线为外凸的轮廓曲线时，设理论轮廓外凸部 分的最小曲率半径用ρmin表示，滚子半径用rT表示，则相 应位置实际轮廓的曲率半径ρ′ = ρmin - rT 。
当ρmin > rT 时，实际轮廓为一平滑曲线 当当ρmin = rT 时，实际轮廓上产生尖点，极易磨损。磨损
a)
起始位置BO点。
b)
图5-27 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
任务实施
已知偏置尖顶凸轮的位移曲 s 线右上图，画出凸轮轮廓
具（（（作它导这取按出远9以过体10偏们路些从432）接到线推休-º）），ɷ偏e作距便的切动为成所。以方程 止从将远距过图圆是一线件光求半r向角 角点OCo休圆步的反系自相滑的为1径BB在6运、一转列基应止上骤曲凸00O半B作C基动º(系后位圆的线轮角，1C任：2B径、偏本角列从置开位O，轮2回 9一)…C作距0开切动。始置便廓上13程º点…2….线件沿量，基圆得曲始并画0连k.º，圆。，作， 即C尖B在应得出从基点22取顶B、相划分偏动圆也2B线的=应 分 点3距件交是2C…一2C段 出1´圆 的 于 从B…系1…、与 若1=列的 导 一 动…1位 干C位1切 路 点 件得´2移 等、置,反C线 ， 的B图份CO转作并起13、,后对，…该为与始.
后，运动规律将会发生改变。
当ρmin < rT 时，实际轮廓线发生自交，交点上的轮廓曲线 在加工时将被切去，使这一部分运动规律无法实现。
´
min
rr
´
a)min>rT
min
´
b)min=rT
min rT
c)min<rT
图5-29滚子半径的大小对凸 轮实际轮廓线的影响
知
拓
识
展
结论：内凹凸轮廓线： 滚子半径无限制
机械类职业教育实用系列教材
模块五 任务二
设计内热机 配气机构中的
凸轮机构
本节教学要求
1、了解凸轮机构的组成、分类、应用特点。
2、掌握凸轮机构的工作过程。掌握从动件 常用运动规律的特点。
3、熟练掌握利用反转法设计平面凸轮机构 的轮廓曲线。
任务引入
如图5-19所示为一偏 置直动从动件盘形凸 轮，已知从动件位移 图、偏置距e、凸轮的 基圆半径ro 以及凸轮 以等角速度ɷ顺时针 方向回转。要求根据 从动件运动规律绘出 此凸轮的轮廓。
1）移动从动件
对心移动从动件：移动从动件的导路中心线若是通过盘形
凸轮的轴心则称为对心
偏置移动从动件：移动从动件的导路中心线若是不通
过盘形凸轮的轴心则称为偏置
动画一
动画二
对心移动从动件
偏置移动从动件
2 、 凸轮机构的分类
（3）.按从动件的运动形式
2）摆动从动件
2 、 凸轮机构的分类（小结）
凸 轮 机 构 的 分 类
运动规律
运动特性
等速运动规律： 有刚性冲击
适用场合 低速轻载
简谐运动规律： 柔性冲击
中、低速轻载
3. 盘状凸轮轮 偏心直动尖端从动件盘状凸轮轮廓设计（重点）
廓曲线设计 对心直动滚子从动件盘状凸轮轮廓设计
课堂练习1：
1、凸轮机构有 凸轮
、从动件 和 机架
组成
2、如下图所示为凸轮机构从动件推程速度线图，试判 断为何种运动规律
v
O
δ0/2 δ0/2
δ(t)
h
匀速运动
课堂练习2：
1.简谐运动规律的凸轮机构，只宜用于高 速的的凸轮机构。（× ）
2.凸轮机构从动件的运动规律是可按要求 任意拟订的。（ × ）
3.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做 的圆称为凸轮的__基_圆____。
偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基
知
拓
识
展
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
1 3 5 78
9’10’ 11’ 12’
13’ 14’
9 11 13 15
-ω
设计对心尖顶直动从动件凸轮轮廓
知
拓
识
展
其他凸轮轮廓的设计 2、滚子直动从动件盘形凸轮 首选把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶， 按上述方法同样可以求出一条轮廓曲线 ŋ上即为滚子中心的运动曲线。再以曲 线ŋ上各点为中心，以滚子半径为半径 作一系列圆，最后作这些圆的包络线 ŋ´，它便是凸轮的实际轮廓，而ŋ称为 凸轮的理论轮廓，如图5-28所示。
图5-19 偏置直动 从动件盘形凸轮
相关知识
一、凸轮机构的组成、应用和分类
1、凸轮机构的组成和应用
（1） 凸轮机构：
依靠凸轮轮廓直接与从动件接 触，迫使从动件作有规律的直 线往复运动（直动）或摆动。
1、凸轮机构的组成、应用和分类
（2）、凸轮的组成
凸轮
由三个构件组成的一种高
推杆
副机构
凸轮：具有曲线轮廓或凹
凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停” 的运动循环。
1、凸轮机构的基本术语
➢ 基圆 凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。 ➢ 偏距 从动件导路偏离凸轮回转中心的距。
e w
w
O
O
1、凸轮机构的基本术语
★推程、推程运动角： 0 ★远休、远休止角： s ★回程、回程运动角： h
★近休、近休止角： s '
课堂练习3： 圆半径r0，以角速度ω逆时针转动，从动件的运
O
φ1
B1
B’2 B2
φ2
B’4 B’3 B3 B4
三、凸轮轮廓曲线设计
开始
已知条件：从动件位移、偏置距e、凸 轮基圆半径ro，凸轮角速度ɷ
作基圆、偏距圆
作出从动件的导路
画出推程运动角，远休止角、回路运动 角、近休止角
将推程角、休止角等平分均 分成若干份，得到分点
过分点作偏距圆切线，在切 线上取出从动件的位置量， 描点。
槽的构件，为主动件。
机架
推杆/ 从动件：运动规律
由凸轮廓线和运动尺寸决定
机架
内燃机配气机构
1、凸轮机构的组成和应用
机架
弹簧
图5-20内燃机配气机构
凸轮等速回 转时，轮廓 使气门杆按 一定要求上 下往复运动， 控制气门的 开关。
动画
1 、 凸轮机构的组成和应用
凸轮的回转使 扇形齿轮与刀 架下的齿条啮 合，刀架实现 进退刀运动
滚子从动件——应用普通，尖顶处安装一滚子，接触处 为滚动摩擦，耐磨损。
按从动 件运动 形式分
平底从动件——应用高速，接触处为一平面，但不能与凹 陷的凸轮轮廓接触。
移动从动件
摆动从动件
2 、 凸轮机构的分类
凸轮机构的应用特点
优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当 的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运 动规律。