《机械原理》第四章凸轮机构及其设计1

第四章

凸轮机构及其设计本章教学内容§4-1

凸轮机构的应用和分类§4-2

从动件的运动规律§4-3

按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线-作图法§4

-4-按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线-解析法§4-5

凸轮机构基本尺寸的确定高速凸轮机构简介§4-1凸轮机构的应用和分类、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构录

音

机

卷

带

机

构应用E

区专国至医笔有权日式理层同院构厘客氢百签权程相工权第日8自动机床的进刀机构一刀架◆凸轮：是具有一个曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，

通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期

的往复运动。◆组成凸轮机构的基本构件凸轮、推杆(从动件)、机架◆连接副：凸轮与从动件组成的高副及二者与机架组成的

低副组成。◆凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。二、凸轮机构的分类1.

按凸轮形状分：盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构2)盘形凸轮机构C)圆柱凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构移动凸轮机构2.按从动件的形状来分构造简单，但易于磨损，所

以只适用于作用力不大和速

度较低的场合。由于滚子与凸轮之间为滚动

摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。

以常用于高速传动中。所间润滑较好平底接触容易形成油膜其优点是凸轮尖顶推杆平底推杆滚子推杆直动从动件：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，其运动轨速为一

段

圆

弧

。直动与摆动从

动件比较对心直动推杆偏置直动从动件根据从动件相对机架的运动方式分工动

从

动

件摆司力从

件(

2

)

几

何

封

闭

法

：利用凸轮与推杆构成的

高副元素的特殊几何结

构使凸轮与推杆始终保持接触。常用的有如下几种：(

1

)

力

封

闭

方

法

：利用推杆的重力、弹簧

力或其它外力使推杆始

终与凸轮保持接触；d)司民c)3.

按

凸

轮

与

从

动

件

保

持

接

触

的

方

法

分等宽凸轮机构分槽凸轮机构4a)w刃等径凸轮3

力

b)不内刀凹槽凸轮机构

等

宽

凸

轮

机

构等径凸轮机构共轭凸轮机构◆凸轮机构的优点只要通过适当设计凸轮廓线可以使从动件实现各种预

期运动规律，而且结构简单、紧凑，应用广泛。◆凸轮机构的缺点：1)接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。2)

凸轮轮廓加工比较困难。3)从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。凸轮机构设计的基本内容与步骤(1)合理选择凸轮类型(2)设计凸轮基圆半径(3

)设计凸轮轮廓曲线(4

)校核并设计推程角①远停远休止角①回程回程角①近停近休止角①。偏距偏距圆§4-2

从动件的运动规律slhoCOD凸轮机构的基本名词术语基圆

基圆半径r推

程

升距h位移曲线φ

φ

S360°B₀①

SDφBS@0从动件的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、

速度和加速度随时间变化的规律。从

动件的位移线图：

从动件的位移s

随凸

轮转角φ而变化的线图。★

一次多项式运动规律——等速运动★二次多项式运动规律——等加速等减速运动五次多项式运动规律二、三角函数运动规律★余弦加速度运动规律——简谐运动规律★正弦加速度运动——摆线运动规律三

、组合运动规律说明：凸轮一般为等速运动，有φ=

ot,

推杆运动规律常

表示为推杆运动参数随凸轮转角φ变化的规律。从动件常用运动规律、

多

项式运动规律重点：

掌握各种运

动规律的运动特性在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产

生无穷大惯性力，引起刚性冲击。多

项

式

运

动

规

律1

、

等

速

运

动运动方程式一般表达式：运动始点：

0

=0,s=0运动终点：

=D,s

h推程运动方程式：推程运动方程：边界条件回程运动方程一次多项式-

运动始点：p=①+①,,s=h边界条件

φ=D+D,+D',s=0回程运动方程式：等速运动规律运动特性推杆在运动起始和终止点会产生网

。运动终点：★

注

意

：为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h中的前

半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速

度的绝对值相等。2

、

二

次

多

项

式

运

动

规律

—

等加

速

等

减

速

运

动

规

律★运动方程式一般表达式：推

杆

的

等

加

速

等

减

速

运

动

规

律推程等减速段边界条件：「运动始点：

p=①/2,s

运动终点：p=D,s等减速段运动方程为：

s=h-2h(D-p)V=4ho(D-p)a

=-4ho'

/g2运动始点：p=0,s=0,v=0

L

运动终点：

(D/2,s=h/2s

=2hp²/DV=4hop/Oa=4no²/gb2★

推

程

运

动

方

程推程等加速段边界条件加速段运动方程式为：=h/2=h,

v=0等加速等减速运动规律运动特性。在起点、中点和终点时，因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。适用于中速场合。

、

三

角

函

数

运

动

规

律1、

余弦加速度运动规律

简谐运动规律简谐运动：

当一点在圆周

上等速运动时，

其在直径上的投影的运动即为简谐运动。推程运动方程式：

余弦加速度运动规律的运动特性：推杆加速度曲线不连续，在起点和终点有突变，且数值有限，故

有

柔

性冲击。余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。余弦加速度运动规律推程运动线图2、正弦加速度运动规律——摆线运动规律摆线运动：

一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在

直线上的投影运动为摆线运动。推程运动方程式为推程运动线图正弦加速度运动规律运动特性：推杆作正弦加速度运动时，速

度曲线和加速度曲线连续，其

加速度没有突变，因而将不产

生冲击。适用于高速轻载场合

凸轮机构.3.

组

合

运

动

规

律★

采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。选择从动件运动规律的基本原则：1

)当m

较大时，为了减小动量，应选速度较小的运动

规律

。2

)

应选加速度a较小的运动规律。运动规律冲击VmaxmxJmax适用特性(has/中)×(ha²/φ²)×(ha²/中²)×场合等速(直线)刚性1.00C0——低速轻载等

加

等

减

速

(抛物线)柔性2.004.00CO中速轻载简谐(余弦加速度)柔性1.574.93CO中速中载摆线(正弦加速度)无2.006.2839.5高速轻载从

动

件

运

动

规

律的

选

择

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