凸轮结构完整版本

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19.1凸轮机构的组成与类型

19.1.1凸轮机构的组成基本构件主要功能：通过凸轮轮廓(camprofile)设计可以获得从动件预期的任意复杂运动规律，从而满足所给定的工作要求。凸轮（cam）

从动件（follower）

机架（frame）19.1凸轮机构的组成与类型

19.1.2凸轮机构的分类方法1）按从动件运动形式2）按从动件形状3）按从动件与凸轮保持高副接触的方式1）按从动件运动形式移动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。尖端从动件

滚子从动件

平底从动件尖端：结构简单，易磨损，适合低速和小传动力滚子：滚动摩擦，磨损小，适合传递较大力平底：线接触，易形成油膜，润滑好，传动平稳，效率高，适合高速2）按从动件形状分类3）按从动件与凸轮保持高副接触的方式力封闭─弹簧力、从动件重力或其它外力形封闭─利用高副元素本身的几何形状a槽凸轮机构b等宽凸轮机构c等径凸轮机构d共轭凸轮机构a槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量b等宽凸轮机构凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180º范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180º内的凸轮廓线必须符合等宽原则c等径凸轮机构

两滚子中心间的距离始终保持不变。缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制d共轭凸轮机构(主回凸轮机构)优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动小结凸轮机构的组成：凸轮，从动件，机架凸轮机构的分类（1）按从动件运动形式：移动，摆动（2）按从动件形状：尖端，滚子，平底（3）按从动件与凸轮保持高副接触的方式力封闭形封闭：槽凸轮，等宽，等径，共轭第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19.2从动件常用的运动规律

19.2.1凸轮机构的工作循环回程运动角近休止角从动件运动规律（从动件位移线图）

基圆─以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆升程─从动件上升的最大距离h推程运动角Φ0远休止角Φs线位移、线速度、线加速度角位移、角速度、角加速度类速度、类加速度19.2.2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①选定基圆半径r0，画出基圆；②以偏距e为半径，画出偏距圆（offsetcircle）；③将位移曲线作等分，确定设计点及切点K0；④自K0沿－方向相应等分偏距圆，并过偏距圆上等分点k1,k2……作偏距圆切线；给定从动件位移曲线s=s(φ)，偏距(offset)e

。设计偏置滚子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。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。19.3.3解析法设计凸轮轮廓

滚子移动平底移动滚子摆动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④由几何关系写出B点的坐标值x,y同运动参数和尺寸参数的关系式。

式中：；

s为凸轮转过角φ时所对应的从动件的(从初始位置算起)位移。

当给定或选定基圆半径r0和偏距e后，即可计算出凸轮廓线上任一点的坐标值。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

方法、步骤与上述的滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计基本相同。

小结基本原理——反转法图解法设计凸轮廓线（1）尖底（2）滚子（3）平底（4）摆动解析法设计凸轮廓线（理论、实际廓线方程）（1）滚子移动（2）平底移动（3）滚子摆动第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19.4凸轮机构基本尺寸的确定

19.4.1凸轮机构的压力角压力角：不计摩擦时凸轮对从动件作用力方向（高副接触点的法线方向）与从动件上力作用点的绝对速度方向之间的夹角。压力角与许用值压力角表达式：19.4.