凸轮机构的运动分析与设计说明

5. 用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线
H S
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12

10
9
8 7
0 1 2
3
4 65
图解法设计凸轮轮廓
解: 1. 把位移曲线等分成12等份，编号
2. 以 S =1：1 作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号 3. 作等分射线
4. 在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置
锁止弧
槽轮每转动一次和停 歇一次构成一个运动 循环。
槽轮机构的特点： 结构简单、工作可靠
适用于分度、转位等步进机构
（二）、槽轮机构的类型 1、 外槽轮机构
2、 内槽轮机构
3、 空间槽轮机构
三、不完全齿轮机构
一、工作原理 由普通齿轮机构演化而来，不同之处在于轮齿不布满整个
圆周。主动轮转一周，从动轮转1/4周。从动轮停歇时，主动 轮上的锁住弧与从动轮上的锁住弧互相配合锁住，以保证从动 轮停歇在预定位置上。
0
a
+ 加速度
+
0
-
（2）、等加速等减速运动规律 运动线图
s
h/2 h/2 h
0Baidu Nhomakorabea
t/2
t/2
t
v
0 a 0

冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载


（3）、余弦加速度运动规律 运动线图
s
h
1 2 3 4 56
δt
δ
冲击特性：始、末点有软性冲击
v
适用场合：中低速、中轻载
间t或凸轮转角δ 变化的规律。
s
A’
基圆，基圆半径rb 推程，推程运动角t
h
A

s’
D
t s
h
动画演示
0
t
B
t
s
h
s’

推程
远休止
回程
近休止
回程，回程运动角h C 休止，休止角s、s’
行程（推程或回程中移动的距离），h
运动线图：从动件的位移s、速度v、加速度a
30
0
900 600
120

900
环节二、资讯
一、凸轮机构的应用及分类
1、凸轮机构的组成及特点
凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件
组成： 从动件（推杆) :运动规律由凸轮廓线决定的构件
机架
凸轮机构由凸轮1、从动件2、 机架3三个基本构件组成。是一 种高副机构。通常凸轮作连续 等速转动，从动件则在凸轮轮 廓的控制下按预定的运动规律 作往复移动或摆动。
自动送料机构
圆柱凸轮实物
2、按从动件形状及运动类型分：
①尖顶从动件 ②滚子从动件 ③平底从动件 ④直动从动件 ⑤摆动从动件
三、凸轮机构的应用举例
1、自动送料机构
2、内燃机配气机构
3、绕线机构
凸轮打包送书机构
一般凸轮机构的命名原则
布置形式＋运动形式＋推杆形状＋凸轮形状
对心直动尖顶推杆 盘形凸轮机构
凸轮绕定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴 的平面内运动。
盘形凸轮机构
盘形凸轮实物
② 移动凸轮——当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远 时，盘形凸轮就演化成了移动凸轮。凸轮呈板状， 相对机架做直线运动。
移动凸轮
靠模车削机构
③ 圆柱凸轮——凸轮是一个具有曲 线凹槽或端面曲线轮廓的圆柱，可 以看成是把移动凸轮卷成圆柱体演 化而成。
偏置直动滚子推杆 盘形凸轮机构
摆动平底推杆 盘形凸轮机构
从动件的常用运动规律
一、凸轮机构从动件运动 规律与凸轮形状的关系
位 移 线 图 的 形 成
从动件的常用运动规律
反转 法求 位移 线图
二、从动件常用的运动规律
1、凸轮机构的基本名词术语
从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时
优点：
结构简单、紧凑，占用空间小； 具有多用性和灵活性，只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件
实现任意预定的运动规律。
缺点：
易于磨损, 多用于传力不大的场合； 凸轮轮廓精度高，加工难度较大； 从动件的行程不能过大，否则使凸轮笨重。
2、凸轮机构的应用
进刀凸轮机构
凸轮机构的优点：
只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动 规律；结构简单，运动可靠。 缺点：从动件与凸轮接触应力大， 易磨损 用途：载荷较小的运动控制
各位置点
④ 将各位置点联接成光滑的 曲线,即为轮廓曲线。

900
（2）、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构
s
h
已知：rb ，推杆运动规律，滚
子半径rk, 凸轮逆时针方向转动
设计：凸轮廓线
0
求解步骤：
120 600
① 定比例尺
② 初始位置及推杆位移曲线（注：两
条廓线，理论／实际廓线）
③ 实际廓线基圆rmin ④ 理论廓线基圆rb ⑤ 确定推杆反转运动占据的各位置；
学习情境四（4课时）
凸轮机构的运动分析与设计
能力目标：
能够正确分析凸轮机构的类型及特点并合理利用； 能够初步进行凸轮机构的设计。
环节一、提出工作任务
任务：设计某凸轮机构。
已 知理论轮廓基圆半径 rb=40mm，从动件的运动规律如 下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计盘形凸轮轮廓曲 线。
s
凸轮机构：凸轮是一个具有 曲线轮廓的构件。含有凸 轮的机构称为凸轮机构。 它由凸轮、从动件和机架 组成。
自动送料机构
靠 模 车 削 机 构
3、凸轮机构的分类
（1）、按凸轮的形状分
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
凸轮绕固定轴回转
相当于机架往复直线移动 可看成是移动凸轮卷在圆柱体上
（2）、按从动件几何形状分
如果要求摇杆往复运动时都能使棘轮向同一方 向转动，则可采用图所示的双动式棘轮机构。
如果要求棘轮作双向间歇运动时，可采用具有矩 形齿的棘轮以及与之相适应的双向棘爪。
有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级 调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严 重，常用于低速、轻载的间歇传动。
起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任 何位置，以防止由于停电等原因造成事故。
几何锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终维持接触。
沟槽凸轮机构
等宽凸轮机构
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
（4）、根据从动件的运动形式分 对心移动从动件 偏置移动从动件
摆动从动件
根据从动件的运动形式分
移动从动件凸轮机构
（对心、偏置）
摆动从动件凸轮机构
① 盘形凸轮——凸轮为具有变化向径的盘状构件，
自行车后轮
牛头刨床的横向进给机构
(二)、棘轮机构的类型
1、 外接棘轮机构
2、 内接棘轮机构
3、 双棘爪棘轮机构
4、 双向棘轮机构
二、槽轮机构
（一）、槽轮机构的组成
典型槽轮机构 由主动拨盘、 从动槽轮和机 架等组成。
槽轮机构的结构及工作原理
定位盘 拨盘
定位弧
槽轮
1
O1
O2
2
工作原理：拨盘的连续 运动转换为槽轮的单向 间歇运动。
⑥ 将各位置点联接成光滑的曲线,即为
理论轮廓曲线；
⑦ 作出高副元素的包络线。

900
900
理论轮廓 实际轮廓
（3）、对心直动平底推杆盘形凸轮机构
s
h
已知：rb ，推杆运动规律，凸
轮逆时针方向转动
设计：凸轮廓线
0
120 600
900
求解步骤：
实际轮廓
① 定比例尺 ② 初始位置及推杆位移曲线 ③ 确定推杆反转运动占据的各位置点；
等随时间t或凸轮转角变化的关系图。
2、从动件常用的运动规律
从动件的运动规律的数学方程式为：
位移
S2 f ( )
速度
v2

dS dt

dS
d
d
dt
加速度
a2

dv dt

dv
d
d
dt
（1）、等速运动规律
运动线图
s
位移
h
0
t
t’
v
速度


冲击特性：始点、末点刚性冲击
适用场合：低速轻载
1）已知条件：位移线图如下，基圆半径为rb=40mm， 凸轮以等角速度ω1逆时针转动，试绘制凸轮的轮廓曲 线。
H S

0
1800
2100
3000
3600
图解法设计凸轮轮廓
解: 1. 把位移曲线等分成12等份，编号
2. 按 1：1 比例作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号
3. 作等分射线
4. 在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置
尖顶从动件 滚子从动件
平底从动件
能与任意凸轮轮廓保持接触， 可实现复杂的运动规律；易磨 损，只宜用于轻载、低速
耐磨、承载大，较常用
接触面易形成油膜，利于润 滑，常 用于高速运动；配合 的凸轮轮廓必须全部外凸
（3）、按凸轮与从动件的锁合（维持高副接触）形式分
力锁合凸轮机构 依靠从动件的重力、弹簧力或其他外力
④ 作推杆高副元素的包络线。

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（4）、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构
s
h
已知：rb，偏置圆半径e，推杆运
动规律，凸轮逆时针方向转动
设计：凸轮廓线
0
求解步骤：
120 600
① 定比例尺 ② 初始位置及推杆位移曲线 ③ 偏距圆、基圆 ④ 确定推杆反转运动占据的各位置点； ⑤ 作推杆高副元素的包络线。
视野拓展 间歇运动机构
用以实现制动、进给、转位或分度功能。
一、棘轮机构
（一）、棘轮机构的组成
棘轮机构由摆杆、 棘爪、棘轮、机架、止 回爪等部分组成。
棘轮机构的工作原理、特点和应用
摆杆1左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪4插入棘轮3的齿内 推动棘轮转过某一角度。当摆杆右摆时，棘爪4滑过棘轮3，而 棘轮静止不动，往复循环，制动爪5防止棘轮反转。
δ a
δ
（4）、正弦加速度运动规律 运动线图
s
h
0 123
v
456
t
78
t
a
t

冲击特性：·无冲击 适用场合：高速轻载
三、凸轮轮廓轮廓设计
“反转法“原理
-
o

0 1”
‘
2” 3”
o
4”
作图法设计凸轮廓线
作图步骤：
① 根据从动件的运动规律：作出位移线图S-δt，并等分角
5. 用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线
H S
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12

10
9
8 7
0 1 2
3
4 65
2、滚子对心移动从动件盘形凸轮的设计
按尖底从动件的设计方法， 作出理论轮廓曲线在理 论轮廓上画出一系列滚 子，画出滚子的内包络 线得到实际轮廓曲线。
理论廓线
实际廓线
了解

900
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环节三、小组讨论—完成任务
任务：设计内燃机凸轮配气机构。
已 知理论轮廓基圆半径 rb=40mm，从动件的运动规律如 下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计内燃机配气机构 盘形凸轮轮廓曲线。
s
30
0
900 600
120

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图解法设计凸轮轮廓
1、尖顶对心移动从动件盘形凸轮的设计
度； ② 定基圆； ③ 作出推杆在反转运动中依次占据的位置点； ④ 将各位置点联接成光滑的曲线； ⑤ 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓。
（1）、对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构
s
h
已知：rb ，推杆运动规律，凸
轮逆时针方向转动。
设计：凸轮廓线
求解步骤：
0
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① 定比例尺 ② 初始位置及推杆位移曲线 ③ 确定推杆反转运动占据的
知识回顾 Knowledge Review
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
二、特点和应用
从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度 变化范围都较大，设计较灵活；但加工工艺复杂，从动轮在运 动开始，终了时冲击较大，故一般用于低速、轻载场合。
环节四、课堂小结与任务布置
小结：
凸轮机构的类型、特点及应用； 凸轮轮廓曲线的设计； 常见的间隙机构。
任务:综合运用前述所学创新设计一机械机构