凸轮机构介绍课件

凸轮机构.凸轮机构.1凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。含有凸轮的机构称为凸轮机构。平面凸轮机构空间凸轮机构第一节凸轮机构的组成和类型.凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。第一节凸轮机构的组成和21、组成：由凸轮、从动件和机架组成。一、凸轮机构的组成.1、组成：由凸轮、从动件和机架组成。一、凸轮机构的组成.32、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构.2、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构.4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.凸轮机构的优点：.51、按凸轮的形状分（1）盘形凸轮（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮二、凸轮机构的分类.1、按凸轮的形状分（1）盘形凸轮（2）移动凸轮6

（1）尖顶从动件（3）滚子从动件（4）平底从动件2、按从动件几何形状分(2)曲面从动件.（1）尖顶从动件（3）滚子从动件（4）平底从73、按凸轮与从动件的锁合方式分（1）力锁合的凸轮机构（2）形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构2）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构图4）主回凸轮机构.3、按凸轮与从动件的锁合方式分（1）力锁合的凸轮机构.84、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构（对心、偏置）移动从动件凸轮机构.4、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构（9h第二节从动件运动规律设计S(A)BCD(,S)0’’0hSAB’OeCDBOrb基圆推程运动角远休止角近休止角回程运动角一、平面凸轮机构的结构和主要参数0’’0从动件位移曲线.h第二节从动件运动规律设计S(A)BCD(,S)010升—停—回—停型(RDRD)升—回—停型(RRD)升—停—回型(RDR)升—回型(RR)运动循环的类型S()S()S()S().升—停—回—停型升—回—停型升—停—回型升—回型运动循环的类11从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度类速度类加速度.从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度类速度类加速度.12二、基本运动规律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)式中，为凸轮的转角（rad）；c0，c1，c2，…，为n+1个待定系数。（1）n=1的运动规律(等速运动规律）根据边界条件：=0,s=0;

=,s=h.得出：C0=0;C1=h

/

s=c0+c1v=c1a=01、多项式运动规律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1).二、基本运动规律a=2(2c2+6c3+12c413等速运动规律0aa=0（2）n=2的运动规律0sh0vv0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等减速运动规律刚性冲击柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律.等速运动规律0aa=0（2）n=2的运动规律0sh14svaj00002、三角函数运动规律（1）余弦加速度规律（简谐）

柔性冲击.svaj00002、三角函数运动规律（1）余弦加15（2）正弦加速度规律v0aj00s0h.（2）正弦加速度规律v0aj00s0h.16

运动规律组合应遵循的原则：

1、避免刚性冲击。对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动件的位移曲线和速度曲线连续。对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的加速度曲线的连续。三、运动规律的组合

2、从动件的最大速度vmax、最大加速度amax要尽量小。. 运动规律组合应遵循的原则：三、运动规律的组合217aOABCDEFO梯形加速度运动规律a

改进型等速运动规律00aa=0v0sh.aOABCDEFO梯形加速度运动规律a改进型等速运18从动件常用基本运动规律特性(P75表4-1)等速1.0¥刚性低速轻载等加速等减速2.04.00柔性中速轻载余弦加速度1.574.93柔性中速中载正弦加速度2.006.28

无高速轻载运动规律

vmax(hw/F)amax冲击特性适用范围(hw2/F2)四、从动件运动规律的选择满足工作要求、动力特性、便于加工。.从动件常用基本运动规律特性(P75表4-1)等速1.0¥刚19

第三节盘形凸轮轮廓曲线设计设计方法：图解法设计盘形凸轮廓线解析法设计盘形凸轮廓线.第三节盘形凸轮轮廓曲线设计设计方法：.20一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法

.一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）2S1123s211、偏置尖端移动从动件盘形凸轮廓线设计2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3s11已知：S=S（），rb，e，二、图解法设计凸轮廓线.1、偏置尖端移动从动件盘形凸轮廓线设计2S1123s1222、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理论轮廓实际轮廓注意基圆.2、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计2S1123s1s2233、平底移动从动件凸轮廓线设计已知：S=S（），rb，.3、平底移动从动件凸轮廓线设计已知：S=S（），rb，244、摆动从动件盘形凸轮机构

’00'911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=（），rb，L，a，A0B00O0'’0A1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B93P84的弯臂

.4、摆动从动件盘形凸轮机构’00'91122325三、用解析法设计凸轮廓线

（1）尖端移动从动件盘形凸轮机构（2）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构（3）滚子移动从动件盘形凸轮机构（4）平底移动从动件盘形凸轮机构.三、用解析法设计凸轮廓线

（1）尖端移动从动件盘形凸轮机构（26（1）尖顶从动件盘形凸轮机构的设计xOB1eSS0rby-BC0CB02SS凸轮廓线方程.（1）尖顶从动件盘形凸轮机构的设计xOB1eSS0rby-27注意：1）若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向，则e>0,反之e<0。2）若凸轮逆时针方向转动，则>0，反之<0。平面旋转矩阵.注意：平面旋转矩阵.28（2）滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0Brb’’’yxθrrC’C’’C’θBC’’rrrrrm

a、轮廓曲线（实际）.（2）滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0Brb’’’29

b、刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rr'c钼丝滚子rrrcrr-rc'c上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心轨迹方程.b、刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rr'c30（3）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计P82.（3）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计31(1)基本尺寸的确定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL为平底总长，Lmax和L’max为平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧

的最远距离。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸轮轮廓的向径不能变化太快,避免从动件运动失真。2.平底长度的确定

OALmaxP.(1)基本尺寸的确定L=Lmax+L’max+(432凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件的运动规律确定基本尺寸建立凸轮廓线方程计算机仿真评价决策.凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件33建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过=1800，从动件以等加速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过=1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余s=300，从动件静止不动。试用解析法计算1=600，2=2400时凸轮实际廓线上点的坐标值。解：.建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行34从动件运动规律：回程升程.从动件运动规律：回程升程.35理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:.理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:.36第四节凸轮机构基本尺寸设计一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸

.第四节凸轮机构基本尺寸设计一、移动从动件盘形凸轮机构的基本37一、移动从动件盘形凸轮机构，即ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23压力角ttOPnAeC1n(P13)P23∞瞬心1、压力角P83对心:e=0“±”与凸轮转向、从动件偏置方向有关力的方向.一、移动从动件盘形凸轮机构，即ttOPnnAeSS0v2Cr38压力角越小，传力性能越好。

压力角大，机构易自锁。设计时：移动从动件：摆动从动件：回程：推程：为减小压力角，从动件偏置方向的选择：凸轮逆时针，从动件偏于右侧；凸轮顺时针，从动件偏于左侧；.压力角越小，传力性能越好。压力角大，机构易自锁。移动从动392、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。原则：在满足许用压力角的条件下，尽量用较小的基圆半径。加大基圆半径，凸轮结构尺寸将增大。.2、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力40

3、滚子半径的确定

当rr<min时，实际轮廓为一光滑曲线。

当rr=min时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。rramin理论minrr<minamin

=

min

-rr>0rr=minminamin

=

min

-rr=0rrab.3、滚子半径的确定 当rr<min时，实41当rr>min时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。rraminminamin

=

min

+rr>0内凹的轮廓曲线不存在失真。minrrrr>minamin

=

min

-rr<0amin

=

min

–rr>

3mm，rr<

min

-3mmrr<0.8min

rr<0.4rb

或一般.当rr>min时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。42二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸lA0PlB0PlB0PlB0P.二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸lA0PlB0PlB0P43..44二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸结论：摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中心距有关。.二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸结论：摆动从45..46举例：教材90页15（a）16（a）

.举例：教材90页15（a）.47注意作图步骤位移：线位移、角位移.注意作图步骤.48如何做出角位移即两个位置角度差.如何做出角位移.49习题P89习题4-10习题4-13习题4-15a习题4-16a.习题P89习题4-10.50思考题1.从动件为等速运动规律的凸轮机构，在其运动的起始点、终止点即速度有突变的地方，机构存在着

（①柔性②刚性）冲击。2、在从动件运动规律不变的情况下，若缩小基圆半径，则凸轮机构的压力角

（①保持不变②增大③缩小）3、从减小推力和避免自锁的观点看，凸轮机构的压力角越

（①大②小）越好。从机构紧凑的观点看，凸轮机构的压力角越

（③大④小）越好。4、凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角

，有效推力

，有害分力

。5、凸轮机构主要由

、

和

三个基本构件组成.思考题1.从动件为等速运动规律的凸轮机构，在其运动的起始点、516、滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的理论轮廓曲线与实际轮廓曲线之间存在什么关系？7、对于滚子从动件的凸轮机构，如果发现实际廓线造成从动件运动失真，可采取哪些措施？.6、滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的理论轮廓曲线与实际轮廓曲线之52结束.结束.53摩擦力可忽略不计，才能有此假设。因为作用力和反作用力总是沿接触面的法线方向。返回.摩擦力可忽略不计，才能有此假设。因为作用力和反作用力总是沿接54形封闭凸轮机构力锁合等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮沟槽凸轮.形封闭凸轮机构力锁合等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮沟槽凸轮.55..56..57..58..59..60..61习题P121习题4-1习题4-5习题4-6习题4-7习题4-11习题4-12.习题P121习题4-1.62结束.结束.63凸轮机构.凸轮机构.64凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。含有凸轮的机构称为凸轮机构。平面凸轮机构空间凸轮机构第一节凸轮机构的组成和类型.凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。第一节凸轮机构的组成和651、组成：由凸轮、从动件和机架组成。一、凸轮机构的组成.1、组成：由凸轮、从动件和机架组成。一、凸轮机构的组成.662、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构.2、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构.67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.凸轮机构的优点：.681、按凸轮的形状分（1）盘形凸轮（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮二、凸轮机构的分类.1、按凸轮的形状分（1）盘形凸轮（2）移动凸轮69

（1）尖顶从动件（3）滚子从动件（4）平底从动件2、按从动件几何形状分(2)曲面从动件.（1）尖顶从动件（3）滚子从动件（4）平底从703、按凸轮与从动件的锁合方式分（1）力锁合的凸轮机构（2）形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构2）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构图4）主回凸轮机构.3、按凸轮与从动件的锁合方式分（1）力锁合的凸轮机构.714、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构（对心、偏置）移动从动件凸轮机构.4、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构（72h第二节从动件运动规律设计S(A)BCD(,S)0’’0hSAB’OeCDBOrb基圆推程运动角远休止角近休止角回程运动角一、平面凸轮机构的结构和主要参数0’’0从动件位移曲线.h第二节从动件运动规律设计S(A)BCD(,S)073升—停—回—停型(RDRD)升—回—停型(RRD)升—停—回型(RDR)升—回型(RR)运动循环的类型S()S()S()S().升—停—回—停型升—回—停型升—停—回型升—回型运动循环的类74从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度类速度类加速度.从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度类速度类加速度.75二、基本运动规律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)式中，为凸轮的转角（rad）；c0，c1，c2，…，为n+1个待定系数。（1）n=1的运动规律(等速运动规律）根据边界条件：=0,s=0;

=,s=h.得出：C0=0;C1=h

/

s=c0+c1v=c1a=01、多项式运动规律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1).二、基本运动规律a=2(2c2+6c3+12c476等速运动规律0aa=0（2）n=2的运动规律0sh0vv0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等减速运动规律刚性冲击柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律.等速运动规律0aa=0（2）n=2的运动规律0sh77svaj00002、三角函数运动规律（1）余弦加速度规律（简谐）

柔性冲击.svaj00002、三角函数运动规律（1）余弦加78（2）正弦加速度规律v0aj00s0h.（2）正弦加速度规律v0aj00s0h.79

运动规律组合应遵循的原则：

1、避免刚性冲击。对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动件的位移曲线和速度曲线连续。对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的加速度曲线的连续。三、运动规律的组合

2、从动件的最大速度vmax、最大加速度amax要尽量小。. 运动规律组合应遵循的原则：三、运动规律的组合280aOABCDEFO梯形加速度运动规律a

改进型等速运动规律00aa=0v0sh.aOABCDEFO梯形加速度运动规律a改进型等速运81从动件常用基本运动规律特性(P75表4-1)等速1.0¥刚性低速轻载等加速等减速2.04.00柔性中速轻载余弦加速度1.574.93柔性中速中载正弦加速度2.006.28

无高速轻载运动规律

vmax(hw/F)amax冲击特性适用范围(hw2/F2)四、从动件运动规律的选择满足工作要求、动力特性、便于加工。.从动件常用基本运动规律特性(P75表4-1)等速1.0¥刚82

第三节盘形凸轮轮廓曲线设计设计方法：图解法设计盘形凸轮廓线解析法设计盘形凸轮廓线.第三节盘形凸轮轮廓曲线设计设计方法：.83一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法

.一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）2S1123s841、偏置尖端移动从动件盘形凸轮廓线设计2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3s11已知：S=S（），rb，e，二、图解法设计凸轮廓线.1、偏置尖端移动从动件盘形凸轮廓线设计2S1123s1852、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理论轮廓实际轮廓注意基圆.2、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计2S1123s1s2863、平底移动从动件凸轮廓线设计已知：S=S（），rb，.3、平底移动从动件凸轮廓线设计已知：S=S（），rb，874、摆动从动件盘形凸轮机构

’00'911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=（），rb，L，a，A0B00O0'’0A1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B93P84的弯臂

.4、摆动从动件盘形凸轮机构’00'91122388三、用解析法设计凸轮廓线

（1）尖端移动从动件盘形凸轮机构（2）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构（3）滚子移动从动件盘形凸轮机构（4）平底移动从动件盘形凸轮机构.三、用解析法设计凸轮廓线

（1）尖端移动从动件盘形凸轮机构（89（1）尖顶从动件盘形凸轮机构的设计xOB1eSS0rby-BC0CB02SS凸轮廓线方程.（1）尖顶从动件盘形凸轮机构的设计xOB1eSS0rby-90注意：1）若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向，则e>0,反之e<0。2）若凸轮逆时针方向转动，则>0，反之<0。平面旋转矩阵.注意：平面旋转矩阵.91（2）滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0Brb’’’yxθrrC’C’’C’θBC’’rrrrrm

a、轮廓曲线（实际）.（2）滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0Brb’’’92

b、刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rr'c钼丝滚子rrrcrr-rc'c上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心轨迹方程.b、刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rr'c93（3）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计P82.（3）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计94(1)基本尺寸的确定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL为平底总长，Lmax和L’max为平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧

的最远距离。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸轮轮廓的向径不能变化太快,避免从动件运动失真。2.平底长度的确定

OALmaxP.(1)基本尺寸的确定L=Lmax+L’max+(495凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件的运动规律确定基本尺寸建立凸轮廓线方程计算机仿真评价决策.凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件96建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过=1800，从动件以等加速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过=1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余s=300，从动件静止不动。试用解析法计算1=600，2=2400时凸轮实际廓线上点的坐标值。解：.建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行97从动件运动规律：回程升程.从动件运动规律：回程升程.98理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:.理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:.99第四节凸轮机构基本尺寸设计一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸

.第四节凸轮机构基本尺寸设计一、移动从动件盘形凸轮机构的基本100一、移动从动件盘形凸轮机构，即ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23压力角ttOPnAeC1n(P13)P23∞瞬心1、压力角P83对心:e=0“±”与凸轮转向、从动件偏置方向有关力的方向.一、移动从动件盘形凸轮机构，即ttOPnnAeSS0v2Cr101压力角越小，传力性能越好。

压力角大，机构易自锁。设计时：移动从动件：摆动从动件：回程：推程：为减小压力角，从动件偏置方向的选择：凸轮逆时针，从动件偏于右侧；凸轮顺时针，从动件偏于左侧；.压力角越小，传力性能越好。压力角大，机构易自锁。移动从动1022、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。原则：在满足许用压力角的条件下，尽量用较小的基圆半径。加大基圆半径，凸轮结构尺寸将增大。.2、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力103

3、滚子半径的确定

当rr<min时，实际轮廓为一光滑曲线。

当rr=min时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。rramin理论minrr<minamin

=

min

-rr>0rr=minminamin

=

min

-rr=0rrab.3、滚子半径的确定 当rr<min时，实104当rr>min时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。rraminminamin