凸轮机构的组成与分类

机电与汽车工程系程荷枝凸轮机构凸轮机构□、凸轮机构的组成□、凸轮机构的类型与应用□、从动件常用运动规律□、凸轮机构的设计

凸轮机构的组成机架从动件凸轮典型的凸轮机构的工作原理凸轮机构的分类凸轮机构分类1按两活动构件之间相对运动特性分类2、按从动件的型式分类3、按凸轮高副的锁合方式分类平面凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮

尖顶从动件滚子从动件平底从动件力锁合形锁合1、按两活动构件之间的相对运动特性分类（1）平面凸轮机构

凸轮与从动件的相对运动是平面运动1）盘形凸轮1、按两活动构件之间的相对运动特性分类（1）平面凸轮机构

2）移动凸轮

当盘形凸轮的转轴位于穷远处时，就演化成了图示的移动凸轮（或楔形凸轮）。凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。1、按两活动构件之间的相对运动特性分类（2）空间凸轮机构

如果将移动凸轮卷成圆柱体即演化成圆柱凸轮。图示为自动机床的进刀机构。在这种凸轮机构中凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，故属于空间凸轮机构。2、按从动件的型式分类（1）尖底从动件

（2）滚子从动件（3）平底从动件（1）尖底从动件

从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。2、按从动件的型式分类（2）滚子从动件为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮，把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形式的从动件应用很广。2、按从动件的型式分类（3）平底从动件从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触处易形成油膜，润滑状况好。此外，在不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受力平稳传动效率高，常用于高速场合。2、按从动件的型式分类（1）力锁合（2）形锁合3、按凸轮高副的锁合方式分类（1）力锁合□所谓力锁合型，是指利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。3、按凸轮高副的锁合方式分类力锁合凸轮机构（2）形锁合□所谓形锁合型，是指利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。3、按凸轮高副的锁合方式分类凹槽凸轮凸轮机构的优点结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多用性和灵活性，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求的从动件的运动规律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。凸轮机构的缺点凸轮轮廓线与从动件之间是点或线接触的高副，易于磨损，故多用于传力不大的场合。点线接触，容易磨损。凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构自动机床进刀凸轮机构冲床凸轮机构绕线机凸轮机构凸轮机构的应用凸轮机构的应用圆柱凸轮输送机自动车床凸轮机构内燃机配气凸轮机构小结凸轮机构的组成：凸轮，从动件，机架凸轮机构的分类按从动件运动形式：（1）平面凸轮机构（移动，摆动）（2）空间凸轮机构按从动件形状：尖端，滚子，平底按从动件与凸轮保持高副接触的方式（1）力封闭（2）形封闭：槽凸轮，等宽，等径，共轭按从动件分类的凸轮机构

当位置要求准确当受力较大时当转速较高时从动件使用的场合敬请多提宝贵意见Tankyou!机电与汽车工程系程荷枝凸轮机构凸轮机构的组成和类型从动件常用的运动规律凸轮廓线设计凸轮机构基本尺寸设计

1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;凸轮机构设计的基本任务:2)推杆运动规律;3)合理确定结构尺寸;4)设计轮廓曲线。2、从动件常用的运动规律

（1）凸轮机构的工作循环从动件常用的运动规律名词术语：δ’0δ’0基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。一个循环r0h

ωAδ01δ01δ02δ02DBCδ0δ0δ’0δ’0otδsr0hωAδ01δ01δ02δ02DBCB’δ0δ0位移;升程;回程S=S(δ)v=v(δ)a=a(δ)位移曲线从动件常用的运动规律名词术语：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从动件常用的运动规律sδ等速运动规律δ0vδaδh+∞－∞刚性冲击推程运动方程：

s＝hδ/δ0

v＝

hω/δ0v＝-hω

/δ0a＝0a＝0回程运动方程：

s＝h(1-δ/δ0)从动件作等速运动时，其位移线图为一过原点的倾斜直线。速度线图为一条水平直线，V0的大小为位移线图中倾斜直线的斜率。加速度为零。此种运动规律只适用于低速运动的场合.

3

等加速等减速运动减速段推程运动方程为：s＝

h-2h(δ0–δ)2/δ20v＝

-4hω(δ0-δ)/δ20a＝

-4hω2/δ20δah/2δ0h/21δs235462hω/δ04hω2/δ20δv加速段推程运动方程为：s＝2hδ2

/δ20v＝

4hωδ

/δ20a＝

4hω2/δ20柔性冲击这种运动规律只适用于中速运动场合.

余弦加速度推程：

s＝h[1-cos(πδ/δ0)]/2

v

＝πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0a＝π2hω2

cos(πδ/δ0)/2δ20

回程：

s＝h[1＋cos(πδ/δ’0)]/2

v＝-πhωsin(πδ/δ’0)δ/2δ’0a＝-π2hω2cos(πδ/δ’0)/2δ’20在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。hδ0δsδa123456δvvmax=1.57hω/2δ0123456Selectionoffollowermotion1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度δ0时，推杆完成一行程h(直动推杆)或φ(摆动推杆)，对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。工件工件ωωφδ02.机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。ωωhδ0Selectionoffollowermotion3Constantacceleration/decelerationmotion(等加速等减速运动)减速段推程运动方程为：s＝

h-2h(δ0–δ)2/δ20v＝

-4hω(δ0-δ)/δ20a＝

-4hω2/δ20δah/2δ0h/21δs235462hω/δ04hω2/δ20δv加速段推程运动方程为：s＝2hδ2

/δ20v＝

4hωδ

/δ20a＝

4hω2/δ20柔性冲击这种运动规律只适用于中速运动场合.理由：②amax↑动量mv↑,若机构突然被卡住，则冲击力将很大(F=mv/t)。对重载凸轮，则适合选用vmax较小的运动规律。惯性力F=-ma↑对强度和耐磨性要求↑。对高速凸轮，希望amax

愈小愈好。①vmax

↑,Pn↑Selectionoffollowermotion3.对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑vmax和amax。从动件常用运动规律特性比较

运动规律

vmax

(hω/Ф0)×

amax

(hω2/Ф02)×

冲击

应用等速运动规律1.00∞刚性低速轻负荷等加速等减速2.004.00柔性中速轻负荷余弦加速度1.574.93柔性中低速中负荷从动件常用运动规律1）等速运动规律2）等加速等减速运动规律3）简谐运动规律4）摆线运动规律5）五次多项式运动规律1.等速运动特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击——刚性冲击适应场合：低速轻载2.等加速等减速运动特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大——柔性冲击适应场合：中速轻载3.简谐运动

当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律—简谐运动特点：有柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速)4.摆线运动

半径R=h/2π的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律—摆线运动特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速5.五次多项式运动特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载常用运动规律性能比较小结凸轮机构的工作循环：推程，停歇，回程，停歇从动件常用运动规律（特点，运动方程）（1）等速运动（2）等加速等减速运动（3）简谐运动（4）摆线运动（5）五次多项式运动常用运动规律的比较与选择1)选择凸轮类型而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)选择从动件形式3)设计结构尺寸4)设计凸轮轮廓

从动件的运动规律设计凸轮机构时的主要任务:19.3凸轮廓线设计19.3.1基本原理（反转法）反转后，从动件尖端的复合运动（定轴转动+移动）轨迹就是凸轮的轮廓曲线。图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动①选定基圆半径r0，画出基圆；

②等分位移曲线，确定设计点；

③应用反转法逐点作图确定各接触点位置B0，B1，B2，……；

④光滑连接B0，B1，B2，……点，就得所要设计的凸轮廓线。

给定从动件位移曲线s=s(φ)。设计对心尖端移动从动件盘形凸轮廓线。

2.等加速等减速运动特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大——柔性冲击适应场合：中速轻载3.简谐运动

当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律—简谐运动特点：有柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速)4.摆线运动

半径R=h/2π的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律—摆线运动特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速5.五次多项式运动特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载常用运动规律性能比较小结凸轮机构的工作循环：推程，停歇，回程，停歇从动件常用运动规律（特点，运动方程）（1）等速运动（2）等加速等减速运动（3）简谐运动（4）摆线运动（5）五次多项式运动常用运动规律的比较与选择第19章凸轮机构凸轮机构的组成和类型从动件常用的运动规律凸轮廓线设计凸轮机构基本尺寸设计19.3凸轮廓线设计19.3.1基本原理（反转法）反转后，从动件尖端的复合运动（定轴转动+移动）轨迹就是凸轮的轮廓曲线。19.3.2图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动①选定基圆半径r0，画出基圆；

②等分位移曲线，确定设计点；

③应用反转法逐点作图确定各接触点位置B0，B1，B2，……；

④光滑连接B0，B1，B2，……点，就得所要设计的凸轮廓线。

给定从动件位移曲线s=s(φ)。设计对心尖端移动从动件盘形凸轮廓线。19.3.2图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动⑤应用反转法逐点作图确定各滚子中心点位置B0，B1，B2，…（自基圆起向外量取）；⑥光滑连接B0，B1，B2，……点，就得所要设计的凸轮的理论廓线。⑦选择滚子半径rT；⑧以理论廓线为中心作一系列滚子；⑨作这一系列滚子的内包络线，就得所要设计的凸轮的廓线，称为实际廓线。

19.3.2图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动①按比例画出并等分位移曲线，确定设计点；②选定基圆半径r0，画出基圆；③应用反转法作图确定对应每一个fi和si的平底位置；④作一系列平底位置的包络线，就得所要设计的凸轮的廓线。

给定从动件位移曲线s=s(φ)。设计对心平底移动从动件盘形凸轮廓线。

图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动①按比例画出并等分角位移曲线y=y(j)，确定设计点；②选定基圆半径r0，画出基圆；③由rO,lOA和lAB确定从动件的初位角y0；④应用反转法，将从动件转动中心O反转，画出对应每一位置fi，si的从动件位置A1B1，A2B2，A3B3，……；⑤光滑连接从动件尖端一系列Bi点位置，就得所要设计的凸轮廓线。

给定摆动从动件角位移曲线y=y(j)，中心距lOA，摆杆长lAB。设计尖端摆动从动件盘形凸轮廓线。

图解法设计凸轮轮廓

尖底滚子平底摆动①画出基圆、偏距圆和从动件的初始位置；②选择直角坐标系Oxy；③将从动件连同导路沿（-ω）方向转过任意角φ；理论廓线方程：19.3.3解析法设计凸轮轮廓

滚子移动平底移动滚子摆动若已知理论廓线上任一点B的坐标(x,y)，只要沿理论廓线在该点法线方向取距离，即可得到实际廓线上相应点B'的坐标(x',y')。

B点处的法线斜率为

式中和,可由理论廓线方程求得。

对应实际廓线上B’点的坐标为实际廓线方程：19.3.3解析法设计凸轮轮廓

滚子移动平底移动滚子摆动④

由几何关系写出B点的坐标值x,y同运动参