凸轮机构的运动分析与设计

学习情境四（4课时）凸轮机构的运动分析与设计能力目标：能够正确分析凸轮机构的类型及特点并合理利用；能够初步进行凸轮机构的设计。环节一、提出工作任务

任务：设计某凸轮机构。s

030已知理论轮廓基圆半径rb=40mm，从动件的运动规律如下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计盘形凸轮轮廓曲线。环节二、资讯

一、凸轮机构的应用及分类1、凸轮机构的组成及特点组成：凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件从动件（推杆):运动规律由凸轮廓线决定的构件机架凸轮机构由凸轮1、从动件2、机架3三个基本构件组成。是一种高副机构。通常凸轮作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。优点：

结构简单、紧凑，占用空间小；具有多用性和灵活性，只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实现任意预定的运动规律。缺点：易于磨损,多用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度高，加工难度较大；从动件的行程不能过大，否则使凸轮笨重。2、凸轮机构的应用进刀凸轮机构凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。缺点：从动件与凸轮接触应力大，易磨损用途：载荷较小的运动控制凸轮机构：凸轮是一个具有曲线轮廓的构件。含有凸轮的机构称为凸轮机构。它由凸轮、从动件和机架组成。自动送料机构

靠模车削机构3、凸轮机构的分类（1）、按凸轮的形状分

盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮可看成是移动凸轮卷在圆柱体上凸轮绕固定轴回转相当于机架往复直线移动尖顶从动件滚子从动件平底从动件（2）、按从动件几何形状分能与任意凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律；易磨损，只宜用于轻载、低速耐磨、承载大，较常用接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动；配合的凸轮轮廓必须全部外凸（3）、按凸轮与从动件的锁合（维持高副接触）形式分力锁合凸轮机构依靠从动件的重力、弹簧力或其他外力几何锁合凸轮机构

沟槽凸轮机构等宽凸轮机构依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终维持接触。等径凸轮机构共轭凸轮机构（4）、根据从动件的运动形式分摆动从动件对心移动从动件偏置移动从动件根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构

移动从动件凸轮机构（对心、偏置）①

盘形凸轮——凸轮为具有变化向径的盘状构件，凸轮绕定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。盘形凸轮实物盘形凸轮机构②移动凸轮——当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，盘形凸轮就演化成了移动凸轮。凸轮呈板状，相对机架做直线运动。移动凸轮靠模车削机构③圆柱凸轮——凸轮是一个具有曲线凹槽或端面曲线轮廓的圆柱，可以看成是把移动凸轮卷成圆柱体演化而成。自动送料机构圆柱凸轮实物尖顶从动件滚子从动件平底从动件直动从动件摆动从动件2、按从动件形状及运动类型分：三、凸轮机构的应用举例1、自动送料机构2、内燃机配气机构3、绕线机构凸轮打包送书机构一般凸轮机构的命名原则布置形式＋运动形式＋推杆形状＋凸轮形状对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构摆动平底推杆盘形凸轮机构

从动件的常用运动规律位移线图的形成一、凸轮机构从动件运动规律与凸轮形状的关系

从动件的常用运动规律反转法求位移线图回程，回程运动角

h

休止，休止角

s、

s’行程（推程或回程中移动的距离），h运动线图：从动件的位移s、速度v、加速度a等随时间t或凸轮转角d变化的关系图。

t推程

s远休止

h回程

s’近休止hA’BCDArb

t

s

h

s’

二、从动件常用的运动规律从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角δ变化的规律。t

s0基圆，基圆半径rb推程，推程运动角

t动画演示1、凸轮机构的基本名词术语2、从动件常用的运动规律从动件的运动规律的数学方程式为：位移速度加速度（1）、等速运动规律冲击特性：始点、末点刚性冲击适用场合：低速轻载hs

0v

0a

0-

位移速度加速度+

+

t

t’-

运动线图（2）、等加速等减速运动规律冲击特性：起、中、末点柔性冲击适用场合：低速轻载s

0

tv

0a

0h/2h/2

t/2

t/2h运动线图（3）、余弦加速度运动规律冲击特性：始、末点有软性冲击适用场合：中低速、中轻载δsδa123456δvhδt运动线图（4）、正弦加速度运动规律advd012345678h

t冲击特性：·无冲击适用场合：高速轻载

t

tsd运动线图三、凸轮轮廓轮廓设计“反转法“原理0‘1”2”3”4”oo-

作图步骤：根据从动件的运动规律：作出位移线图S-δt，并等分角度；定基圆；作出推杆在反转运动中依次占据的位置点；将各位置点联接成光滑的曲线；在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓。作图法设计凸轮廓线（1）、对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：rb

，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动。设计：凸轮廓线s

0h定比例尺

初始位置及推杆位移曲线确定推杆反转运动占据的各位置点将各位置点联接成光滑的曲线,即为轮廓曲线。求解步骤：（2）、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：rb

，推杆运动规律，滚子半径rk,凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线s

0h理论轮廓实际轮廓求解步骤：定比例尺

初始位置及推杆位移曲线（注：两条廓线，理论／实际廓线）实际廓线基圆rmin理论廓线基圆rb确定推杆反转运动占据的各位置；将各位置点联接成光滑的曲线,即为理论轮廓曲线；作出高副元素的包络线。（3）、对心直动平底推杆盘形凸轮机构已知：rb

，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线求解步骤：

定比例尺

初始位置及推杆位移曲线确定推杆反转运动占据的各位置点；作推杆高副元素的包络线。s

0h实际轮廓（4）、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构了解已知：rb，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线s

0h定比例尺

初始位置及推杆位移曲线偏距圆、基圆确定推杆反转运动占据的各位置点；作推杆高副元素的包络线。求解步骤：环节三、小组讨论—完成任务

任务：设计内燃机凸轮配气机构。已知理论轮廓基圆半径rb=40mm，从动件的运动规律如下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计内燃机配气机构盘形凸轮轮廓曲线。s

0301、尖顶对心移动从动件盘形凸轮的设计1）已知条件：位移线图如下，基圆半径为rb=40mm，凸轮以等角速度ω1逆时针转动，试绘制凸轮的轮廓曲线。Sd0360018003000H2100图解法设计凸轮轮廓解:1.把位移曲线等分成12等份，编号Sd0H

图解法设计凸轮轮廓

2.按1：1比例作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号1274568910123w0123456789103.作等分射线4.在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置5.用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线解:1.把位移曲线等分成12等份，编号Sd0H图解法设计凸轮轮廓

2.以mS

=1：1作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号1274568910123w0123456789103.作等分射线4.在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置5.用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线理论廓线实际廓线2、滚子对心移动从动件盘形凸轮的设计按尖底从动件的设计方法，作出理论轮廓曲线在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的内包络线得到实际轮廓曲线。视野拓展

间歇运动机构用以实现制动、进给、转位或分度功能。一、棘轮机构（一）、棘轮机构的组成棘轮机构由摆杆、棘爪、棘轮、机架、止回爪等部分组成。棘轮机构的工作原理、特点和应用

摆杆1左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪4插入棘轮3的齿内推动棘轮转过某一角度。当摆杆右摆时，棘爪4滑过棘轮3，而棘轮静止不动，往复循环，制动爪5防止棘轮反转。

如果要求摇杆往复运动时都能使棘轮向同一方向转动，则可采用图所示的双动式棘轮机构。如果要求棘轮作双向间歇运动时，可采用具有矩形齿的棘轮以及与之相适应的双向棘爪。有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。

起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停电等原因造成事故。

自行车后轮牛头刨床的横向进给机构

(二)、棘轮机构的类型1、外接棘轮机构2、内接棘轮机构3、双棘爪棘轮机构4、双向棘轮机构（一）、槽轮机构的组成

典型槽轮机构由主动拨盘、从动槽轮和机架等组成。二、槽轮机构槽轮机构的结构及工作原理G

工作原理：拨盘的连续运动转换为槽轮的单向间歇运动。拨盘槽轮定位盘定位弧锁止弧槽轮机构的特点：结构简单、工作可靠适用于分度、转位等步进机构槽轮每转动一次和停歇一次构成一个运动循环。（二）、槽轮机构的类型1、外槽轮机构2、内槽轮机构3、空间槽轮机构三、不完全齿轮机构由普通齿轮机构演化而来，不同之处在于轮齿不布满整个圆周。主动轮转一周，从动