机械原理-机原凸轮机构

凸轮机构设计与分析凸轮机构组成及分类凸轮机构特点及应用推杆运动规律凸轮机构设计凸轮机构运动分析凸轮机构基本参数设计凸轮机构设计与分析凸轮机构组成与分类基本构件凸轮

(cam)推杆

(follower)机架

(frame)凸轮机构组成与分类凸轮机构的分类：凸轮的类型凸轮机构组成与分类（从动件）推杆形状尖端滚子平底凸轮机构组成与分类推杆运动形式移动从动件摆动从动件凸轮机构组成与分类推杆相对凸转中心位置偏置移动推杆凸轮机构对心移动推杆凸轮机构凸轮机构组成与分类凸轮机构的类型：偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构凸轮机构设计与分析凸轮机构组成及分类凸轮机构特点及应用推杆运动规律凸轮机构设计凸轮机构运动分析凸轮机构基本参数设计凸轮机构特点及应用凸轮机构的优点：从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。凸轮机构的缺点：凸轮与从动件间为点或线接触，

易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，则会使凸轮变得笨重。凸轮机构特点及应用凸轮机构特点及应用印刷机齐纸机构实现预期运动规律凸轮机构特点及应用平板印刷机吸纸机构实现预期运动轨迹凸轮机构设计与分析凸轮机构设计的主要问题：根据设计任务的要求确定凸轮机构类型确定从动件运动规律确定凸轮机构基本尺寸设计凸轮轮廓进行必要的分析，如静力分析、效率计算。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。凸轮机构设计与分析凸轮机构组成及分类凸轮机构特点及应用推杆运动规律凸轮机构设计凸轮机构运动分析凸轮机构基本参数设计推杆运动规律设计凸轮机构的运动过程和基本参数从动件运动线图基圆半径：rb（

ro)升程（行程）：h偏距园、偏距e推程运动角回程运动角'远休止角φs

近休止角φs推杆运动规律设计推杆运动规律推杆位移s、速度v、加速度a及加速度变化率j随时间t

或凸轮转角变化规律。d

2

s

1

d

2

sd

2

2

dt

2s

()

类速度类加速度推杆运动规律设计推杆常用运动规律等速运动等加速等 运动余弦加速度运动规律正弦加速度运动五次多项式运动规律推杆运动规律设计S

h

ds

hd

0d2s

d2推杆常用运动规律等速运动规律刚性冲击推杆运动规律设计推杆常用运动规律等加速等 运动规律柔性冲击推杆运动规律设计推杆常用运动规律余弦加速度(简谐运动)柔性冲击推杆运动规律设计推杆常用运动规律正弦加速度（摆线运动）推杆运动规律设计推杆常用运动规律多项式运动规律推杆运动规律设计回程推杆运动规律推杆运动规律设计推杆常见运动规律比较及应用推杆运动规律设计组合运动规律组合原则：在各段基本运动规律的位移、类速度和类加速度曲线在连接点处其值应分别相等。推杆运动规律设计推杆运动规律的选择原则：满足运动要求，动力性能好，加工简单。工作行程要求，无运动规律要求低速工况，设计便于加工的轮廓，动力性能次要因素。运动规律要求严格按运动要求设计轮廓曲线，兼顾较好动力学特性。高速运动要求优先考虑动力性能，多项式运动规律、组合运动规律。凸轮机构设计与分析凸轮机构组成及分类凸轮机构特点及应用推杆运动规律凸轮机构设计凸轮机构运动分析凸轮机构基本参数设计凸轮机构设计y

(s

s)cos

esin0凸轮廓线的设计方法图解法

解析法x

(s0

s)sin

ecos凸轮机构设计凸轮机构设计的基本原理反转法原理：假想给整个机构加一公共角速度-,则凸轮相对不动，而推杆一方面随导轨以-绕凸轮

转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖

顶在这种复合运动中的运

动轨迹即为凸轮轮廓曲线。凸轮机构设计反转法设计原理对心移动尖端从动件盘形凸轮机构凸轮机构设计反转法设计原理偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构凸轮机构设计反转法设计原理摆动从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构对心移动尖端从动件盘形凸轮机构已知：rb，ω方向从动件运动规律图解法设计凸轮机构偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构已知：rb，偏矩e，ω方向推杆运动规律图解法设计凸轮机构偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构理论轮廓实际轮廓基圆半径图解法设计凸轮机构问题？两个实际廓线相同、滚子半径不同的凸轮机构，从动件运动规律是否相同？两个理论廓线相同、滚子半径不同的凸轮机构，从动件运动规律是否相同？图解法设计凸轮机构对心移动平底从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构对心移动平底从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构图解法设计凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构解析法设计凸轮机构1.偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构已知：rb，偏矩e，ω及方向推杆运动规律

s=s()求解：凸轮廓线坐标值解析法设计凸轮机构分别建立机架坐标系O0-X0Y0、凸轮坐标系O1-X1Y1、从动件坐标系O2-X2Y21

00

sin

0

cos0cosM

sin010

1

0

eM

0

1

s

s

00

102解析法设计凸轮机构s

s1000

0

cos

sin

0

1

0

ecos

10

0

1M

M

M

M

M

sin012

10

02

01

0210

esin

(s

s)coscosM

sin0sin

ecos

(s0

s)sin

cos012解析法设计凸轮机构

10

M

0

esin

(s

s)cosy

M

1

y01ecos

(s0

s)sinx2B

1B

12

2B

12

1

x1B

y

(s

s)cos

esin0x

(s0

s)sin

ecos10

esin

(s

s)coscosM

sin0sin

ecos

(s0

s)sin

cos012解析法设计凸轮机构y

(s

s)cos

esin0理论廓线x

(s0

s)sin

ecos方法2解析法设计凸轮机构实际廓线解析法设计凸轮机构分别建立机架坐标系O0-X0Y0、凸轮坐标系O1-X1Y1、从动件坐标系O2-X2Y21

0

sin

0

cos0cosM

sin0100

1

0

0M

0

1

r

s

b0

1022.对心移动平底从动件盘形凸轮机构解析法设计凸轮机构r

s1000

0

cos

sin

0

1

0

0cos

10

0

1M

M

M

M

M

sinb12

10

02

01

0210(r

s)coscosM

sinbsin

(rb

s)sin

cos012解析法设计凸轮机构dsdtdsdtvOP

d

dv

OP解析法设计凸轮机构

1

s)

cos

sin

(rdsd

s)

sin

d

1

0

d

ds

ds

cos

(r

My

M

1

ybb12

x2B

1B

12

2B

1

x1B

dd

dsx

(r

s)sin

ds

cosy

(rb

s)cos

sinb解析法设计凸轮机构方法2dsdtdsdtvOP

d

d解析法设计凸轮机构3.摆动从动件盘形凸轮机构已知：rb，a,

摆杆长l

；凸轮ω及方向；推杆运动规律；

()求解：凸轮廓线坐标值解析法设计凸轮机构分别建立机架坐标系O0-X0Y0、凸轮坐标系O1-X1Y1、从动件坐标系O2-X2Y290º-(0)解析法设计凸轮机构分别建立机架坐标系O0-X0Y0、凸轮坐标系O1-X1Y1、从动件坐标系O2-X2Y21

00

sin

0

cos

0cosM

sin01090º-(

)1

00a

sin(

)M

cos(

)00sin(

0

)

cos(

0

)

0

0200sin(

)100

cos(

)

cosM

M

M

M

M

sin00

cos(

0

)

0a1sin

0

sin(

0

)cos012

10

02

10

0290º-(0)解析法设计凸轮机构1

0acossin(

)0asin

M

cos(

)00

cos(0

)sin(

0

)121

1

l

M 0

acos

l

cos(

)y

M

1

y0asin

l

sin(

0

)x2B

1B

12

2B

12

1

x1B

1

0acossin(

)0asin

M

cos(

)00

cos(0

)sin(

0

)1290º-(0)解析法设计凸轮机构解析法设计凸轮机构方法2凸轮机构组成及分类凸轮机构特点及应用推杆运动规律凸轮机构设计凸轮机构基本参数设计凸轮机构运动分析凸轮机构设计与分析凸轮机构基本参数设计凸轮机构基本参数：基圆半径rb偏矩e、

滚子半径rr凸轮机构基本参数设计移动滚子从动件盘形凸轮机构1

凸轮机构的传力特性压力角α：凸轮给予从动件的正压力方向与推杆速度方向所夹锐角。α↓

传力特性好。α

max≤〔α〕设计凸轮机构时一定要校核压力角保证机构传力特性凸轮机构基本参数设计压力角表达式0r

2BK

e2s

ds

edtg

PK

凸轮机构基本参数设计0r

2BK

e2s

dtg

PK

结论：凸轮机构传力特性受机构尺寸（基圆半径）制约；采用偏置推杆凸轮机构可以提高传力特性；但应注意合适选择偏置方向。ds

e凸轮机构基本参数设计2.滚子半径的选择a

rr凸轮机构基本参数设计避免失真的条件：minamin

r

r

aaminrr

凸轮机构基本参数设计1.避免失真2.

根据强度和结构条件确定rr，若产生失真现象，则需增大r0，重新设计凸轮。滚子半径的确定：ar

minr

凸轮机构基本参数设计3.基圆半径的确定基圆半径受到以下 面的限制：传力特性：应使机构的最大压力角αmax≤[α]；结构条件：基圆半径r0应大于凸轮轴的半径rs；避免失真现象：aminrr

凸轮机构基本参数设计0r

2BK

e2s

ds

edtg

PK

r0确定方法：1.根据具体结构条件初定r0；然后检验αmax≤

[α]；若不满足上述