机械设计基础课件!凸轮机构H(公开课)

机械设计基础主讲：吕亚清机电工程学院机械设计研究室2/5/20231编制：吕亚清第三章凸轮机构

CamMechanisms凸轮机构常用于将主动件的连续转动转变为从动件的往复移动或摆动，能使从动件获得任意预先给定的运动规律，因而广泛用于各种机械、仪表和操作装置中。2/5/20232编制：吕亚清第三章凸轮机构

CamMechanisms3－1凸轮机构的组成、应用和分类3－2从动件常用运动规律3－3图解法设计凸轮轮廓3－4凸轮机构设计中的几个问题2/5/20233编制：吕亚清一、组成

由三个构件组成的一种高副机构

凸轮cam：具有曲线轮廓或凹槽的构件

推杆/从动件follower，运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定

机架frame推杆凸轮内燃机配气机构机架§3－1凸轮机构的组成、应用和分类2/5/20234编制：吕亚清二、特点优点：实现各种复杂的运动要求结构简单、紧凑设计方便缺点：点、线接触，易磨损，不适合高速、重载推杆凸轮机架2/5/20235编制：吕亚清三、分类及应用按凸轮的形状分按从动件的形状分按从动件的运动形式分按从动件的布置形式分按凸轮与从动件维持高副接触的方法分小结推杆凸轮机架2/5/20236编制：吕亚清1.按凸轮的形状分盘形凸轮plate,应用凸轮呈向径变化的盘形结构简单,应用最广泛移动凸轮traslating,应用凸轮呈板型,直线移动圆柱凸轮cylindrical,应用空间凸轮机构凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动推杆凸轮凸轮推杆推杆凸轮2/5/20237编制：吕亚清2.按从动件的形状分尖顶推杆

Knife-edge尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律易磨损，只宜用于轻载、低速滚子推杆

Roller耐磨、承载大，较常用平底推杆

Flat-faced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尖顶推杆滚子推杆平底推杆平底推杆2/5/20238编制：吕亚清3.按从动件的运动形式分直动推杆translating往复移动轨迹为直线摆动推杆oscillating往复摆动轨迹为圆弧尖顶推杆滚子推杆平底推杆直动推杆摆动推杆动画2/5/20239编制：吕亚清4.按从动件的布置形式分对心in-line直动推杆偏置offset直动推杆尖顶推杆滚子推杆2/5/202310编制：吕亚清5.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分力封闭型（力锁合）Force-closed形封闭型（形锁合）Form-closed2/5/202311编制：吕亚清6.小结

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2/5/202312编制：吕亚清§3－1从动件的常用运动规律

Follower

MotionCurves凸轮与从动件的运动关系从动件常用运动规律2/5/202313编制：吕亚清1.基圆、基圆半径rb2.向径r3.推程、推程角4.上停程(远休)上停程角(远休止角)s5.回程、回程角

'6.下停程(近休)下停程角(近休止角)s'7.转角、位移S8.行程(升程)htotalfollowertravelorliftrrbShs's'w一.凸轮与从动件的运动关系2/5/202314编制：吕亚清一.凸轮与从动件的运动关系（续）可见:从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相对应的。从动件位移s、速度ν、加速度a随凸轮转角（时间t）的变化规律，称为从动件运动规律。2/5/202315编制：吕亚清1.等速运动规律ConstantVelocityMotionCurve

(直线位移运动规律、一次多项式运动规律)Sdd0HVdd0adHwd0∞∞d0特点：设计简单、匀速进给、amax最大。始点、末点有刚性冲击。

二.从动件常用运动规律2/5/202316编制：吕亚清2.等加速等减速运动规律ConstantAccelerationandDeceleration

(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)Sdd0HVdd0ad2Hwd0d04Hw2d0d0H特点:amax最小→惯性力小。

起、中、末点有软性(柔性）冲击.Sd2/5/202317编制：吕亚清ad3.余弦加速度运动规律CosineAcceleration

(简谐SimpleHarmonic运动位移运动规律)d0H01234567812345678SdVd012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特点:

加速度变化连续平缓.始、末点有软性冲击.01234

5678d0782/5/202318编制：吕亚清add0pHw2d02012467801234

567834.正弦加速度运动规律

SineAccelerationVd2Hwd00123468d001234

5678557Hp特点：加速度变化连续.amax最大.

(摆线投影位移运动CycloidMotion规律)d012345678dH123456S7002/5/202319编制：吕亚清AAAAAAAAAAAAA解析法、作图法相对运动原理法:(也称反转法):principleofinversion

对整个系统施加-ω运动此时，凸轮保持不动推杆作复合运动=反转运动(-)+预期运动(s)AAr0-r0§3－3图解法设计凸轮轮廓GraphicalSynthesisofthecamContour一、凸轮廓线设计的基本原理2/5/202320编制：吕亚清二、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S2-δ1，并等分角度2定基圆3作出推杆在反转运动中依次占据的位置4据运动规律，求出从动件在预期运动中依次占据的位置5将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点6将各位置点联接成光滑的曲线7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2对心直动滚子推杆盘形凸轮机构3对心直动平底推杆盘形凸轮机构4偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构5摆动推杆盘形凸轮机构6小结2/5/202321编制：吕亚清1对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构

PlateCamwithin-lineTranslatingKnife-edgeFollower已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺μl

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4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线s0h2/5/202322编制：吕亚清2对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推杆位移曲线注：两条廓线，理论／实际廓线实际廓线基圆rmin理论廓线基圆r03.确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线s0h理论轮廓实际轮廓2/5/202323编制：吕亚清s0h3对心直动平底推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

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4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线了解实际轮廓2/5/202324编制：吕亚清s0h4偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：r0，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推杆位移曲线偏距圆、基圆3.确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线了解2/5/202325编制：吕亚清5摆动推杆盘形凸轮机构r0r0分析：-w2/5/202326编制：吕亚清摆动推杆盘形凸轮机构设计已知：r0，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

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4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f2122/5/202327编制：吕亚清6小结应用反转法时应注意：要能正确理解凸轮实际廓线和理论廓线的关系要正确确定推杆的反转方向正确确定推杆在反转运动中占据的位置直动推杆：推杆在反转前后两位置线的夹角应等于凸轮的转角摆动推杆：反转前后推杆摆动中心和凸轮轴心的两连线之间的夹角应等于凸轮的转角正确确定推杆的位移或摆角直动推杆：位移等于推杆所在位置与理论廓线的交点和与基圆交点之间的距离摆动推杆：角位移等于推杆所在位置与推杆起始位置之间的夹角2/5/202328编制：吕亚清实际廓线曲率半径：a理论廓线曲率半径：滚子半径：rr1内凹凸轮廓线a=+rr理论廓线最小

结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线一、滚子半径的选择2外凸凸轮廓线a=-rr>rr，a>0，实际廓线平滑=rr，a=0，实际廓线变尖<rr，a<0，实际廓线出现交叉，切割，运动失真a=-rr＝0arr理论实际aa=+rrrr>rrrra=-rr<0rr=rra=-rr>0<rr§3－4凸轮机构设计中的几个问题2/5/202329编制：吕亚清结论:内凹凸轮廓线：滚子半径无限制外凸凸轮廓线：理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,即min>rr实际设计时，应保证amin=min-rr[a]=3~5mm2/5/202330编制：吕亚清1.压力角a与驱动力Fa

a↑→F2

↑F1→效率η↓当a大于一定值,将自锁.一般,推程[a

]=30

(移动)35—45(摆动) 回程[a'

]=70—80

a'过大将造成滑脱QQ二.凸轮机构的压力角ｎｎｔｔνF2F1FF1＝Fｃｏｓα（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）2/5/202331编制：吕亚清2.压力角与基圆半径ss基圆r0越小

结构紧凑

压力角

效率原则max[]

基圆越大凸轮推程廓线越平缓压力角越小；