机械设计基础课件 ch04

第4

章

凸轮机构及间歇运动机构章

节目录4.1

凸轮机构的应用及分类4.2从动件常用的运动规律4.3盘形凸轮轮廓曲线的设计4.4凸轮设计中应注意的问题4.5间歇运动机构简介2机械设计基础东华大学唐林

章节学习要求

(凸轮机构)1了解凸轮机构的类型、特点和适用场合；2掌握基本概念：推(回)程、推(回)程运动角、基圆、实际廓线、理论廓线；3从动件常用运动规律及特点，能够判断何时出现刚性冲击?何时出现柔性冲击?4掌握反转法，能用图解法设计盘形凸轮轮廓线；5熟悉影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的因素：滚子半径

rk

选择原则压力角与凸轮机构自锁关系基圆半径

r0对凸轮压力角影响3机械设计基础东华大学唐林

章节学习要求

(间歇运动机构)1掌握常用间歇运动机构的工作原理、运动特点和功能；2了解各类常用间歇运动机构的适用场合；3能够根据工作要求，正确选择间歇运动机构类型。4机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类1凸轮机构的应用

例1内燃机凸轮配气机构5机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例2

自动送料机构6机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例3圆珠笔装配线送进机构7机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例4

绕线机构31线2A8机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例5

并纱机中的绕线机构9机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例6

装卸料机构10机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例7

录音机卷带机构13245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮3皮带轮5卷带轮放音键12411机械设计基础东华大学唐林

12刀架o4.1

凸轮机构的应用及分类例8

机床进给机构12机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例9

熊猫吐泡13机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例10

多臂提花机14机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例11

共轭凸轮开口机构15机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例12

无梭引纬机构16机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例13

无梭引纬机构17机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例14

无梭引纬机构18机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例15

共轭凸轮打纬机构19机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类例16喷气织机打纬机构20机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类2凸轮机构特点及应用场合

2.1特点运动规律多样，设计适当的凸轮轮廓，从动件可以得到任意预期的运动;结构简单紧凑;设计方便;凸轮与从动件之间是点接触或线接触，接触应力很大，易磨损。21机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类2.2应用场合

广泛应用于自动车床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中传力不大的控制机构。22机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类

通过弹簧力、重力或凹槽始终保持与凸轮接触的构件；支承凸轮和从动件的构件。3

凸轮机构组成

凸轮

从动件

机架有一定形状的曲线轮廓或凹槽的构件；23机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4凸轮分类

4.1按凸轮形状分类

盘形凸轮绕固定轴转动，回转半径变化的盘形零件。24机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类移动凸轮

相对机架作往复直线运动的凸轮25机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮

将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮26机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类端面圆柱凸轮27机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮在自动机床中的应用(控制刀具的进刀与退刀)28机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类圆锥凸轮弧面凸轮29机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类小结盘形凸轮

转动中心移至∞移动凸轮圆柱凸轮卷到圆柱体上30机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.2按从动件形式分类

尖顶从动件凸轮机构31机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类曲面从动件凸轮机构32机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类滚子从动件凸轮机构33机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类平底从动件凸轮机构34机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类小结35机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.3按从动件运动方式分类

直动从动件凸轮机构

从动件往复直线运动e对心直动偏置直动36机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类摆动从动件凸轮机构从动件往复摆动37机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.4按从动件与凸轮的锁合方式分类4.4.1力封闭凸轮机构

利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮保持接触。38机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类重力锁合39机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类弹簧力锁合40机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.4.2几何封闭凸轮机构利用结构上的特殊几何形状使从动件与凸轮保持接触。

4.4.2.1凹槽凸轮机构41机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.4.2.2等径凸轮机构r1+r2=常数r1r242机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.4.2.3等宽凸轮机构W=常数W43机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类4.4.2.4共轭凸轮机构44机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类共轭摆动凸轮45机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类织机中采用的共轭凸轮开口机构46机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构47机械设计基础东华大学唐林

4.1

凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构（多臂开口机构）48机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律1凸轮机构设计的基本任务根据工作要求选定凸轮机构的形式确定从动件运动规律合理确定结构尺寸

设计凸轮轮廓曲线49机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律2

有关名词概念

对心从动件导路中心线通过凸轮回转中心O

偏置从动件导路中心线不通过凸轮回转中心Or0O基圆以凸轮廓线最小向径r0

为半径所做的圆50机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律推程从动件由离凸轮中心最近位置A移至最远位置B’的过程远休止角2

从动件离凸轮中心最远位置静止不动时，对应的凸轮转角。推程运动角1推程对应的凸轮转角r0Oot

s21A2

2BCB’

1

151机械设计基础东华大学唐林

r0Oot

s21A2

2BCB’1

14.2

从动件常用运动规律回程

从动件在弹簧力或重力作用下，由离凸轮中心最远位置C返回至最近位置D的过程；近休止角4

从动件在离凸轮回转中心最近位置静止不动时对应的凸轮转角；行程h

从动件在推程(或回程)时最大移动距离。h3344回程运动角3

回程对应的凸轮转角；D52机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律3

基础知识

3.1从动件运动规律从动件在运动过程中，其位移s2、速度v2

和加速度a2

随时间

t或凸轮转角

变化的规律。位移线图53机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律3.2

从动件运动方程

从动件位移s2、速度v2

和加速度a2

与时间

t(或凸轮转角

)之间的关系。

位移s、速度v、加速度a三者关系或54机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律3.3运动规律表达式中符号表示方法

主动件(凸轮、构件1)：

1

从动件(推杆或摆杆、构件2)：s2

v2

a255机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4从动件常用运动规律

等速运动规律等加速等减速运动规律简谐运动规律（余弦加速度运动规律）摆线运动规律（正弦加速度运动规律）多项式三角函数56机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.1等速运动规律

从动件在运动过程中的速度v2=常数

4.1.1从动件运动方程

设推程时从动件行程：h

运动总时间：T

凸轮转速：

1

任意时刻t

所对应的凸轮转角：57机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律时间t为自变量时，s2

v2

a2

三者关系：

速度(1)加速度位移58机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律凸轮转角为自变量时，s2

v2

a2

三者关系：由=1t

得，推程总时间：(2)59机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.1.2从动件运动线图

推程位移v2ta2

ts2t

T(1)h速度加速度60机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.1.3从动件运动特性分析

推程开始时

v2：

0

v0(常数)推程终止时

v2：v0

0

a2：0∞突变突变

a2：0–∞突变刚性冲击刚性冲击突变+∞–∞s2t()T(1)v2t()a2t()hv061机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律

刚性冲击

加速度理论值为无穷大所引起的冲击4.1.4

适用范围

低速轻载场合。

v2突变处采用过渡性运动规律→避免产生刚性冲击。v2△t△t62机械设计基础东华大学唐林

14.2

从动件常用运动规律4.2等加速等减速运动规律

从动件在一个行程h中，先做等加速(a2=a0)运动，后作等减速(a2=–a0)运动。h/2h/2h(

–a0)(a0

)63机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.2.1从动件运动参数

等加速推程段等减速推程段64机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.2.2

从动件运动方程时间t为自变量

等加速推程段（t=0~T/2）a2＝a0

v2＝a0

t

s2＝a0

t2/2

等减速推程段（t=T/2~T）a2＝–a0

v2＝a0(T–t)

s2＝a0

T2/4–a0(T–t)2/265机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律凸轮转角为自变量

等加速推程段s2＝2h(/1)2

v2＝4h1

/12

a2＝4h12/12

等减速推程段s2＝h–2h(1–)2/12

v2＝4h1(1–)/12

a2＝–4h12/1266机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.2.3从动件运动线图

位移线图绘制等加速推程段位移方程s2=a0

t2

/2t比值1：2：3s2

比值1：4：967机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律绘制方法在图示坐标系中，将T/2等分成3等份，过各等分点作横轴垂线;过O点作任意斜线，并以任意间距截取9个等分点;连接点9和s2轴上的h/2，过点4和1作93”的平行线，得点2”和1”；o’1142931”2”3”h/2T/2

s2

t

o

68机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律过1”、2”和3”作横轴平行线，得交点1’、2’和3’；连接各点，得到前半行程位移线图。2’3’o’1142931”2”3”h/2T/2

s2

t

o

1’69机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律s2＝a0t2/2

s2＝a0

T2/4–a0(T–t)2/2h/2Th/2ts2a0T/2tv2a2＝a0a2＝–a0v2＝a0

tv2＝a0(T–t)

ta2a0–a070机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律加速度有限值突变4.2.4

从动件运动特性

观察从动件加速度a2变化情况0

a0

突变

o点m点e点a0

–a0

突变–a00突变有限突变惯性力柔性冲击ta2me–a0a0o71机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.2.5

适用范围

中速轻载场合

刚性、柔性冲击小结速度突变加速度突变至∞刚性冲击柔性冲击加速度有限突变72机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律多项式运动规律位移与时间（或凸轮转角）之间呈多项式函数关系。等速度运动规律等加速等减速运动规律

等加速推程段

s2＝a0

t2/2

等减速推程段

s2＝a0

T2/4–a0(T–t)2/2（一项式）（二项式）73机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.3

简谐（余弦加速度）运动规律

从动件的位移曲线是简谐运动曲线

简谐运动质点作圆周运动时，在该圆直径上投影构成的运动。h

T(1)

ts212345612345674机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.3.1从动件位移线图

位移线图绘制以行程h

为直径，纵坐标轴h/2处的点为圆心作半圆，等分该半圆为若干等份；将横坐标轴t(或

)上的时间T(或凸轮推程运动角1)等分成相应等份，过各等分点作横轴垂线;1”2”3”6”5”4”123456Ots2hT(1)75机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律将半圆上各等分点投影到相应垂线上，将投影线与垂线的交点连成光滑曲线，得简谐运动位移曲线。1’2’3’4’5’6’θs21”2”3”6”5”4”123456Ots2hT(1)76机械设计基础东华大学唐林

1’2’3’4’5’6’θs21”2”3”6”5”4”123456Ots2hT(1)4.2

从动件常用运动规律4.3.2从动件运动方程半径R(=h/2)转过的角度与时间t之比R时间t为自变量77机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律凸轮转角为自变量1’2’3’4’5’6’θs21”2”3”6”5”4”123456Ots2hT(1)R78机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.3.3从动件运动线图速度曲线加速度曲线位移曲线ta2tv2vmax

h

T

ts279机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.3.4从动件运动特性柔性冲击突变起点

0

有限值终点

有限值

0突变有限突变惯性力ta280机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.3.5适用范围中速中载场合；从动件作无停留的升→降→升→降运动时，可用于高速场合。81机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4摆线（正弦加速度）运动规律

从动件的位移曲线是摆线。摆线动圆沿坐标轴s2纯滚动时，其上一固定点A在纵坐标上投影得到的曲线。

s2th1T123456A6”5”2”4”3”6’5’4’3’2’1’oh/282机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4.1从动件位移线图

位移线图绘制以为半径作一动圆，将动圆等分成6等份，取动圆圆周上一等分点A描述摆线轨迹；将横坐标轴t(或

)上的时间T(或凸轮推程运动角1)等分成与动圆相应等份，并过各等分点作横坐标轴的垂线;h1T123456s2torA83机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律使动圆沿纵坐标轴s2作纯滚动，则动圆上固定点A描绘的轨迹即为普通摆线。摆线上的点1”、2”、3”、4”、5”及6”是动圆转过各个等分角度时，其上固定点A描绘的摆线轨迹点；h1T123456s2torAh/2A5”4”3”6”2”84机械设计基础东华大学唐林

h1T123456s2torAh/2A5”4”3”6”2”1”4.2

从动件常用运动规律过摆线上各等分点1”、2”、3”、4”、5”及6”分别作横坐标轴的平行线与横坐标轴上相应等分点的垂线交于点1’、2’、3’、4’、5’及6’；6’5’4’3’2’用光滑曲线连接点1’、2’、3’、4’、5’和6’，即得摆线运动规律从动件推程位移线图。1’85机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4.2从动件运动方程

设θ角为动圆上固定点A在时间t内转过的圆心角。s2th1T1234566”5”4”3”6’5’4’3’2’1’oθs286机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律时间t为自变量时摆线运动规律推程运动方程87机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量摆线运动规律推程运动方程88机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4.3从动件运动线图

v2vmaxtoa2amaxtoamin位移线图速度线图加速度线图s2th1To89机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4.4从动件运动特性行程开始及终止时，加速度没有突变，既无刚性冲击也无柔性冲击。a2amaxtoamin90机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.4.5适用范围高速运转工作场合。91机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律4.5

运动规律小结运动规律冲击特性位移特性速度特性加速度特性

适用场合等速刚性直线有限突变突变至∞低速轻载等加速等减速柔性抛物线折线有限突变中速轻载简谐柔性简谐曲线曲线连续有限突变中速中载摆线无曲线曲线连续无突变高速92机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律5选择从动件运动规律注意事项

5.1凸轮机构动力特性加速度变化

vmax

影响

vmax

突变至∞刚性冲击有限值突变柔性冲击

amax

影响

amax

冲量(mv)启动、停止时冲击力惯性力(ma)动压力影响零件强度加剧运动副磨损93机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律5.2考虑因素

5.2.1对运动规律没有具体要求

高速运转时

应着重考虑其动力性能

低速轻载时

采用易于加工的简单轮廓线开关机构94机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律5.2.2对运动规律有要求

严格按工作要求的运动规律设计凸轮廓线刀架进给凸轮11h

195机械设计基础东华大学唐林

4.2

从动件常用运动规律5.2.3运动特性要求低速运转时

首先满足工作需要，其次考虑动力特性和加工工艺性。高速运转时

应着重考虑其动力性能。

96机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计设计凸轮廓线的预备条件已知从动件运动规律(确定位移线图)凸轮基圆半径

r0已经确定97机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计1凸轮轮廓线设计方法解析法

用坐标系参数方程精确表示出凸轮轮廓曲线图解法

用作图方法确定凸轮廓线只适用于低速或非重要场合凸轮机构设计98机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计2凸轮廓线设计的基本原理99机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计设计思路

机构工作时

凸轮和从动件都在运动图解法绘制凸轮轮廓

使凸轮与图纸相对静止反转法3’1’2’1O112233-1100机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计3对心尖顶直动从动件盘形凸轮设计

已知

1)凸轮以等角速1顺时针转动2)凸轮的基圆半径r0

3)从动件运动规律推程远停回程近停凸轮转角1=1502=303=1204=60从动件位移h(等速)停止h(等加等减速)停止101机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计1

3

4

2

10

凸轮轮廓设计步骤2)将线图中横坐标分为若干等份；2

2’

1

1’

8

8’

7

7’

6

6’

5

5’

4

4’

3

3’

9

9’

推程远停回程近停凸轮转角1=1502=303=1204=60从动件位移h(等速)停止h(等加速等减速)停止1)按选定比例尺绘制从动件位移线图；

s2O102机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c23)以同等比例绘制凸轮基圆，B0是从动件起始位置(导路与基圆的交点)；4)自OB0沿–1方向顺序量取1,2,3,4，各角度分成与位移线图对应的等份，等分线与基圆交于c1,c2,…,c10；Oc10

B01

3

4

2

10

2

2’

1

1’

8

8’

7

7’

6

6’

5

5’

4

4’

3

3’

9

9’

s2O103机械设计基础东华大学唐林

1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B04.3盘形凸轮轮廓曲线设计B1B2B3B4B5B6B75)过c1,c2,…,c10各点，在基圆外截取线段等于位移线图上的相应值，得B1,B2,…,B10各点；6)连接B0,B1,B2,…,B10各点，得凸轮廓线。B10B9B81

3

4

2

10

2

2’

1

1’

8

8’

7

7’

6

6’

5

5’

4

4’

3

3’

9

9’

s2O104机械设计基础东华大学唐林

1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B4B5B6B7B10B9B84.3盘形凸轮轮廓曲线设计4滚子从动件盘形凸轮设计

4.1设计方法理论轮廓实际轮廓理论轮廓将滚子中心视为从动件尖顶，按尖顶从动件设计方法得到的凸轮轮廓。105机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓以理论轮廓上各点为圆心，滚子半径为半径，作一系列的圆，这些圆的包络线形成的凸轮轮廓’。’注意

滚子从动件凸轮的基圆半径r0

是理论轮廓的最小矢径。1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B4B5B6B7B10B9B8106机械设计基础东华大学唐林

1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B4B5B6B7B10B9B84.3盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子内包络线时，滚子沿凸轮的外轮廓滚动。’107机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子外包络线时，滚子沿凸轮的内轮廓滚动；’1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B5B6B7B10B9B8B4108机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计同时作出滚子的内、外包络线时，实际轮廓则为槽形凸轮轮廓线。1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B5B6B7B10B9B8B4109机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计滚子从动件盘形凸轮设计全过程110机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计4.2滚子半径rk的选择

4.2.1滚子半径rk对实际轮廓曲线的影响

滚子半径rk

↑↓凸轮与滚子间的接触应力(改善机构受力性能)对凸轮实际轮廓产生较大影响(有可能使凸轮轮廓失真)111机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计设

：理论轮廓

的曲率半径

理论轮廓

内凹时

’

=+rk

rk取任何值，实际轮廓均不会使从动件运动失真。’

：实际轮廓’

的曲率半径’’

rk轮廓正常112机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计理论轮廓

外凸时

’=

-rk

若

rk<

min：

’

>0，实际轮廓为一平滑曲线从动件运动不会失真’’

rk轮廓正常113机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计若rk=min：

’

=0，实际轮廓上产生尖点(’=

-

rk)尖点磨损后改变从动件运动规律

’rk轮廓产生尖点114机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计若

rk>min：

’

<0，实际轮廓出现交叉现象(’=

-

rk)产生运动失真

’rk轮廓失真115机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计4.2.2滚子半径rk选择原则保证从动件运动不失真，设计时必须使rk<

min

，一般取

rk

≤0.8

min减少滚子磨损保证滚子心轴有较高强度

rk

愈大愈好116机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计5平底从动件盘形凸轮设计

5.1设计方法理论轮廓实际轮廓理论轮廓将从动件平底与导路中心线的交点视为从动件尖顶，按尖顶从动件设计方法得到的凸轮轮廓。1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B4B5B6B7B10B9B8117机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓

以理论轮廓上各点作代表从动件平底的直线，这些直线的包络线形成凸轮的实际轮廓’。’1–1321

4c1c9c8c7c6c5c4c3c2Oc10

B0B1B2B3B4B5B6B7B10B9B8118机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计平底从动件盘形凸轮设计全过程119机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计5.2平底宽度的确定

导杆左右两侧的宽度应大于导杆至左右最远切点的距离

l

和m••120机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计作图法确定平底宽度l123456788’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’15141312111091-1r0lmaxl=

2lmax+(5~7)mm121机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计6摆动从动件盘形凸轮轮廓设计

已知条件从动件运动规律(角位移线图)凸轮中心O与从动件摆动中心D间的距离lOD摆动从动件长度lBD凸轮基圆半径r0

凸轮角速度1及转动方向122机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计6.1设计方法(反转法)

凸轮相对静止

从动件绕摆动中心D0摆动随摆动中心以–1绕凸轮转动中心一同转动123机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计6.2设计步骤1)根据运动规律绘制位移线图，适当等分位移线图O3)以O为圆心，基圆半径r0为半径作基圆D0

B0

r0

4)以D0为圆心，摆杆长度

lBD

为半径作圆弧交基圆于B0点(从动件顶点的起始位置)β

1’2’3’4’56785’6’7’8’1234

1

23

490

360º2)根据lOD确定凸轮中心O和从动件摆动中心D0位置lOD

124机械设计基础东华大学唐林

D14.3盘形凸轮轮廓曲线设计5)以O为圆心，OD0为半径作中心距圆6)根据角位移线图，沿-1方向，在圆上顺序量取1,2,3,4

，并将各角度分为与角位移线图对应的等份，得到反转时从动件摆动中心位置D1,D2,…,D91324D2D3D4D5D6D8–1D9D7D0

OB0

β

1’2’3’4’56785’6’7’8’1234

1

23

490

360º125机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计7)以D1,D2,…,D9为圆心，摆杆长

lBD

为半径作圆弧与基圆交于C1,C2,…C98)从D1C1,D2C2,…，向基圆外侧量取与角位移线图对应的角度，得B1,B2,…9)连接B0,B1

,…

各点成光滑曲线，得凸轮轮廓曲线C1C2C3C4C5C6C8C7C9B1B2B3B5B4B8B7β1β4β3β2β8β7β6β5β

1’2’3’4’56785’6’7’8’1234

1

23

490

360ºD1D2D3D4D5D6D8–1D9D7D0

OB0

B6126机械设计基础东华大学唐林

4.3盘形凸轮轮廓曲线设计摆动从动件凸轮设计全过程127机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题1凸轮机构压力角nB1

ttnαv2Fn从动件上受力点处驱动力方向与该力作用点运动(速度)方向所夹锐角。128机械设计基础东华大学唐林

n1

ttnαv2Fn4.4

凸轮机构设计应注意的问题1.1压力角与作用力Fn

的关系

Fn沿从动件导路方向分力Fy

Fy

=Fncos垂直从动件导路方向分力Fx

Fx

=Fnsin(有效分力)(有害分力)FyFxB129机械设计基础东华大学唐林

n1

ttnαv2FnFyFxB4.4

凸轮机构设计应注意的问题压力角Ff

>Fy时无论Fn多大，从动件均不能运动，机构自锁。Fy

(Fy

=Fncos

)机械效率

Fx(Fx

=Fnsin

)导路中摩擦力Ff

Ff130机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题凸轮压力角是机构的位置函数131机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题1.2防止凸轮机构自锁的方法

限定凸轮机构压力角

直动从动件[]=30º~38º摆动从动件[]=40º~50º

注：滚子从动件取上限(大值），其余从动件取下限(小值)

回程时[]=70º~80º132机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题1.3压力角与凸轮基圆半径r0的关系

速度关系相对速度

(点相对于动坐标系速度)牵连速度

(动坐标系相对于定坐标系速度)绝对速度

(点相对于定坐标系速度)133机械设计基础东华大学唐林

nnB1

4.4

凸轮机构设计应注意的问题从动件上B点的绝对速度绝对速度

va=v2凸轮上B点的绝对速度牵连速度

ve=vB1=rω1从动件B点相对于凸轮B点的速度相对速度

vr=v由速度多边形v2=vB1tg

=rω1tg

vB1v

v2vB1vv2

r134机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题s2=r

–

r0r0s2r1135机械设计基础东华大学唐林

4.4

凸轮机构设计应注意的问题2凸轮基圆半径r0的确定实际设计

1)保证max≤[]：max发生在凸轮廓线最陡处；

2)考虑r0凸轮结构尺寸r希望r0(基圆)尽可能小希望r0(基圆)尽可能大凸轮结构尺寸凸轮工作状况差r0136机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介1概述

1.1运动特征

主动件连续运动

从动件周期性停歇的单向运动137机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介1.2应用场合自动生产线的转位、步进和记数装置中复杂的轻工机械中1.3主要类别棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮间歇机构138机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2棘轮机构

2.1组成

棘轮2固联在轴4上

主动棘爪3驱动棘轮2转动

止回棘爪5阻止棘轮2反转

机架139机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.2工作原理

摇杆1往复摆动棘轮单向间歇运动140机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介摇杆往复摆动棘轮单向间歇运动141机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3类型

2.3.1按结构类型分类

2.3.1.1齿式棘轮机构

特点结构简单，运动可靠主从动关系可互换动程可在较大范围内调节动停时间比可通过选择合适的驱动机构实现动程只能有级调节有噪声、冲击、磨损不宜用于高速场合142机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介一般棘轮机构无噪音棘轮机构143机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.1.2摩檫式棘轮机构特点传动平稳、无噪音传递扭矩较大动程可无级调节靠摩擦力传动，会出现打滑现象(可以过载保护，同时也使传动精度降低)适用于低速轻载场合144机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.2按啮合方式分类2.3.2.1外啮合式棘轮机构特点

外形结构尺寸较大145机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构146机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构147机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.2.2内啮合式棘轮机构特点结构紧凑148机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介内啮合摩擦式棘轮机构149机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介内啮合式棘轮机构应用150机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.3按运动形式分类2.3.3.1单向间歇转动棘轮机构

特点

从动件只做单向间歇转动151机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.3.2单向间歇移动棘轮机构

特点从动件只做单向间歇移动152机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.3.3双动式棘轮机构

有两个主动棘爪，摆杆往复摆动过程中，两个主动棘爪依次推动棘轮转动。特点结构紧凑承载能力较大153机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介复动式单花筒多臂机154机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介双动式棘轮机构155机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介间歇卷取机构156机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介2.3.3.4双向棘轮机构

调节棘爪，可以实现棘轮两个方向的间歇运动。157机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介双向式棘轮机构158机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介3槽轮机构

3.1组成

拨盘(主动件)盘上有圆柱拨销

槽轮(从动件)轮上有径向槽

机架159机械设计基础东华大学唐林

4.5

间歇运动机构简介3.2工作原理