《机械原理》课件-第5章 凸轮机构

机电工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment机械原理第5章

凸轮机构机电工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment本章研究的主要内容及目的：➢

了解凸轮机构的应用及分类➢

掌握凸轮机构的工作过程➢

了解从动件的运动规律➢

能够完成凸轮轮廓曲线的设计及基本参数确定➢

确定凸轮机构的压力角本章重点难点凸轮机构的工作过程、凸轮轮廓曲线的设重点：计，参数的确定、压力角等凸轮机构参数的确定难点：机电工程系

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EngineeringDepartment课前自主学习内容：1、凸轮机构的应用及分类2、凸轮机构的工作过程3、从动件的运动规律学习资源：1、教材（学校）5.1~5.2（P69-P80）2、中国大学MOOC视频学习,第5章前3个视频5.0

3’18”5.1

12’01”5.2

16’43”共32’02“机电工程系

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EngineeringDepartment自检问题1：生活中凸轮机构的应用有哪些？问题2：凸轮机构如何进行分类？四种分类方式？问题3：凸轮机构的工作过程是什么？推程运动角，远休止角。。。基圆？问题4：凸轮轮廓与从动件运动规律有何关系？问题5：从动件运动规律都有哪些？何谓刚性冲击？柔性冲击？机电工程系

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EngineeringDepartment机械原理-第14讲➢

自主学习检验凸轮机构的应用及分类凸轮机构的工作过程从动件的运动规律➢

凸轮机构的设计机电工程系

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EngineeringDepartment➢

凸轮机构的组成、应用？➢

四种分类方式？➢

凸轮机构的工作过程？➢

从动件运动规律？刚性冲击？柔性冲击？➢

课堂测试1：云班课-05-01/02机电工程系

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EngineeringDepartment机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的分类按凸轮的形状分盘形凸轮凸轮机构的分类按从动件的端部形式分按从动件的运动形式分按从动件和凸轮的相对位置分圆柱凸轮按维持高副接触的锁合方式分机电工程系

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EngineeringDepartment尖端从动件凸轮机构的分类按凸轮的形状分凸轮机构的分类滚子从动件按从动件的端部形式分按从动件的运动形式分平底从动件按从动件和凸轮的相对位置分按维持高副接触的锁合方式分机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的分类按凸轮的形状分直摆动从动件凸轮机构的分类按从动件的端部形式分动从动件按从动件的运动形式分按从动件和凸轮的相对位置分按维持高副接触的锁合方式分机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的分类按凸轮的形状分对心凸轮机构的分类按从动件的端部形式分按从动件的运动形式分按从动件和凸轮的相对位置分偏置按维持高副接触的锁合方式分机电工程系

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EngineeringDepartment等径凸轮共轭凸轮凸轮机构的分类按凸轮的形状分几何槽凸

封闭凸轮机构的分类等宽凸轮按从动件的端部形式分按从动件的运动形式分力锁合按从动件和凸轮的相对位置分力封闭按维持高副接触的锁合方式分机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的分类盘形凸轮按凸轮的形状分圆柱凸轮尖端从动件凸轮机构的分类按从动件的端部形式分滚子从动件平底从动件按从动件的运动形式分直动从动件摆动从动件按从动件和凸轮的

对心相对位置分偏置偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构按维持高副接触的锁合方式分几何锁合力锁合机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的分类盘形凸轮按凸轮的形状分圆柱凸轮尖端从动件凸轮机构的分类按从动件的端部形式分滚子从动件平底从动件按从动件的运动形式分直动从动件摆动从动件按从动件和凸轮的

对心相对位置分偏置尖端摆从动件盘形凸轮机构按维持高副接触的锁合方式分几何锁合力锁合机电工程系

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EngineeringDepartment随机点名：点到的同学将答案发在讨论区思考1根据凸轮机构的分类，请说出下面凸轮机构的名称？1232、偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构3、摆动平底从动件盘形凸轮机构1、对心直（移）动尖顶（底）从动件盘形凸轮机构机电工程系

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EngineeringDepartment➢

凸轮机构的工作过程机电工程系

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EngineeringDepartment工作过程基圆

：尖端从动件凸轮机构中，以凸轮最小向径为半径做的圆。r基圆半径brb基圆机电工程系

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EngineeringDepartment工作过程从动件行程s远休止h推程回程j近休止OFFsFFˊsˊ推程运动角远休止运动角回程运动角近休止运动角rb机电工程系

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EngineeringDepartment➢

从动件的运动规律机电工程系

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EngineeringDepartment从动件的运动规律等速运动规律常等加速等减速运动规律用的运动规律s余弦加速度运动规律从动件的运动规律正弦加速度运动规律多项式运动规律h推程jOFFsFFˊsˊ组合运动规律常用运动规律的组合机电工程系

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EngineeringDepartment➢

凸轮机构的设计机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的设计内容型式选择结合机构的设计应用情况确定凸轮机构的设计基本参数确定

基圆半径r

，滚子半径r

，偏距e及偏置方向等br从动件运动规律选择或设计

常用运动规律或者组合凸轮轮廓曲线的设计

本章的重点内容之一机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮轮廓曲线的设计思路机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮轮廓曲线的设计思路反转法-wjwsssjOj机电工程系

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EngineeringDepartment机械原理-第15讲➢

自主学习回顾➢

凸轮机构的设计➢

凸轮机构的基本参数——压力角机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的设计机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮机构的设计内容型式选择结合机构的设计应用情况确定凸轮机构的设计基本参数确定

基圆半径r

，滚子半径r

，偏距e及偏置方向等br从动件运动规律选择或设计

常用运动规律或者组合凸轮轮廓曲线的设计

本章的重点内容之一机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮轮廓曲线的设计思路机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮轮廓曲线的设计思路-w反转法jwsssjjO机电工程系

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EngineeringDepartment问题描述已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b

)所示凸轮的轮廓曲线。BsjO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计已解知：：凸轮的基圆半径rb=50mm，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b

)所示凸轮的轮廓曲线。BsjO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：反转法-

wB1s1B0B2B3K1s2K2s3B4K3s4wK4K5K6B5s5s6B18K18B6K7B17s17

K17K8K16s7B16s16s15B7K15K14K13K12s8sB15B8BB812B13s14B7B6B14B15s13B5s12B4B14s12

s13B3s8s7B2s6s5s14B13B1s4s15B16Bs3B24B12s1s217B18s16jO120º60º90º90º机电工程系

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EngineeringDepartment思考1在图中标出凸轮从图示位置转过90°时，从动件的位移小结方法解：反转后导路中心线位置从动件尖端位置确定凸轮廓线机电工程系

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EngineeringDepartment问题描述已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，偏心距e=10mm

，导路相对凸轮回转中心右偏置，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b)所示凸轮机构的凸轮轮廓曲线。BeswrbjO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，偏心距e=10mm

，导路相对凸轮回转中心右偏置，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b)所示凸轮机构的凸轮轮廓曲线。BeswrbjO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment思考2在图中标出凸轮从图示位置转过90°时，从动件的位移凸轮廓线设计解：反转法-w①

画基圆和从动件初始位置；②

等分位移曲线；B0B1B2s1K1s2B3③

画偏距圆；K2s3wK3B4④

应用反转法逐点作图确定各接触点位置B

，B

，……；s4B18K4K18B5K5K6K7B17s5s17

K1712s6B6K16⑤

光滑连接B

，B

，B

，……点，B16012s16K15K8K14s7就得所要设计的凸轮廓线。s15K13K12B7B15ss8s14B8B12B13B7B8B6B14s13s12B14B5B4B15s12

s13B3s8s7B2B13s6s5s14B1s4s15B16BB12s3s2B24s117B18s16jO120º60º90º90º机电工程系

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EngineeringDepartment小结方法解：反转后导路中心线切于偏距圆①

依据rb，画基圆和从动件初始位置；-wB0B1s1②

等分位移曲线；B2K1s2B3③

画偏距圆；K2s3wK3B4④

应用反转法逐点作图确定各接触点位置B

，B

，……；s4B18K4K18B5K5K6K7B17s5s17

K1712s6B6K16④

光滑连接B

，B

，B

，……点，B16012s16K15K8K14s7就得所要设计的凸轮廓线。s15K13K12B7B15sss14B8B12B13B7从动件尖端位置确定s12B8B6B14s13B14B5B4B15s12

s13B3s8s7B2B13s6s5s14B1s4s15B16BB12s3s2B24s117B18凸轮廓线s16jO120º60º90º90º机电工程系

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EngineeringDepartment问题描述已知：凸轮的基圆半径r

=50mm，偏心距e=10mm

，滚子半径r

=5mm

，导路相对凸br轮回转中心右偏置，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。rr求：设计图b)所示凸轮机构的凸轮轮廓曲线。BswejO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，偏心距e=10mm

，导路相对凸轮回转中心右偏置，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b)所示凸轮机构的凸轮轮廓曲线。BswejO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：BswejO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：反转法-wB0B1B2s1K1s2B3K2s3wK3B4B18K4s4K18B5K5K6K7B17s5s17

K17s6B6K16s166K15K8K14s7s15K13K12B7B15ss8s14B8B12B13B7B8B6B14s13s12B14B5B4B15s12

s13B3s8s7B2B13s6理论廓线s5s14B1s4s15B16BB12s3s2B24s117B18s16jO120º60º90º90º机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮廓线设计解：反转法①

画基圆和从动件初始位置；②

应用反转法逐点作图确定各接触点位置B1，B2，……；-wB0w③

光滑连接B

，B

，B

，……点，得凸轮的012理论廓线；④

画一系列小滚子；⑤

做滚子的内包络线，得凸轮的实际廓线。ss8s12

s13s7s6s14实际廓线s5s4s15s3s2理论廓线s1s16s17s24s18jO120º60º90º90º机电工程系

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EngineeringDepartment基圆理论轮廓基圆工作轮廓基圆凸轮廓线设计解：反转法①

依据rb，画基圆和从动件初始位置；②

应用反转法逐点作图确定各接触点位置B1，B2，……；B0③

光滑连接B

，B

，B

，……点，得凸轮的012理论廓线；K6s6④

画一系列小滚子；B6⑤

做滚子的内包络线，得凸轮的实际廓线。ss8s12

s13s7s6s14实际廓线s5s4s15s3s2理论廓线s1s16s17s24s18jO120º60º90º90º思考2在图中标出凸轮从图示位置转过90°时，从动件的位移机电工程系

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EngineeringDepartment自主学习问题描述已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。求：设计图b

)所示凸轮机构的轮廓曲线。srbjO120º60º120º60ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment自主学习问题描述已知：凸轮的基圆半径rb=50mm，摆杆长度l=100mm

，中心距a=180mm，凸轮逆时针方向转动，从动件的运动规律如图a)所示。Aal求：

设计图b)所示凸轮机构的凸轮轮廓曲线。yBOrbjO120º60º90º90ºa)b)机电工程系

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EngineeringDepartment机电工程系

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EngineeringDepartment机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮的基本参数机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的定义从动件在接触点所受的与所夹的锐角，常用a

表示。n压力角nFvvFaawwnn机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的定义为了凸轮机构能正常工作并具有较高的传动效率，设计时必须对凸轮机构的最大压力角加以限制。n设计时应保证凸轮机构在整个运动周期中的最大压力角amax满足：Fvaamax

[a]许用压力角wn机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的大小FvaDPtana

=BBD理论廓线B0Drb偏距e前面的“

”号与从动件的偏置方向有关。

wO当凸轮逆时针方向转动、从动件导路位于凸轮中心右侧时，rbPe取“－”，从动件导路位于凸轮回转中心左侧时，取“＋”。当凸轮顺时针方向转动、从动件导路位于凸轮中心左侧时，取“－”，从动件导路位于凸轮回转中心右侧时，取“＋”。dsdjvdsdjv=lopwP瞬心l

=opw

=机电工程系

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EngineeringDepartment机械原理-第16讲➢

凸轮机构的基本参数压力角、滚子半径➢

习题串讲➢

本章小结机电工程系

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EngineeringDepartment凸轮的基本参数机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的定义从动件在接触点所受的与所夹的锐角，常用a

表示。n压力角nFvvFaawwnn机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的定义为了凸轮机构能正常工作并具有较高的传动效率，设计时必须对凸轮机构的最大压力角加以限制。n设计时应保证凸轮机构在整个运动周期中的最大压力角amax满足：Fvaamax

[a]许用压力角wn机电工程系

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EngineeringDepartment压力角的大小FvaDPBDtana

=B理论廓线B0Drb偏距e前面的“

”号与从动件的偏置方向有关。

wO当凸轮逆时针方向转动、从动件导路位于凸轮中心右侧时，rbPe取“－”，从动件导路位于凸轮回转中心左侧时，取“＋”。当凸轮顺时针方向转动、从动件导路位于凸轮中心左侧时，取“－”，从动件导路位于凸轮回转中心右侧时，取“＋”。dsdjvdsdjv=lopwP瞬心l

=opw

=机电工程系

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EngineeringDepartment注意:用偏置法可减小推程压力角,但同时增大了回程压力角,故偏距

e不能太大.正确偏置:导路位于与凸轮旋转方向ω相反的位置.基圆半径rb的确定a[

]

a机构传力特性的要求ds/dj

emaxFvatana

=基圆半径rb的大小Br2-e2+

sb满足jrbds/drb

=

(-

s)

+

e2wrtg[a]rbDPrbmin机构的结构要求

r

-r

>rbr?dsdjr

(1.6

~2)r+r=br凸轮安装轴半径机电工程系

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EngineeringDepartment还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求：当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于轴的半径。当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小直径等于或大于轴径的（1.6～2）倍。机电工程系

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EngineeringDepartment滚子半径rr的确定凸轮的实际廓线的形状与滚子半径的大小有关。rminrarrrr<

rmin实际廓线为一平滑曲线，运动正常。机电工程系

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EngineeringDepartment滚子半径rr的确定凸轮的实际廓线的形状与滚子半径的大小有关。rminrrrr=

rmin实际廓线上产生了尖点，这种尖点极易磨损，从而造成运动失真。机电工程系

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EngineeringDepartment滚子半径rr的确定凸轮的实际廓线的形状与滚子半径的大小有关。rminrrrr