第04章-凸轮机构1

第四章：凸轮机构及其设计


第四章：凸轮机构及其设计
4－1 凸轮机构的应用和分类 4－2 从动件的运动规律 4－3 按给定运功规律设计凸轮轮廓曲线 4－5 凸轮机构基本尺寸的确定


４ １ － 凸轮机构的应用和分类
一、应用 １ 、实例： ⑴内燃机配气机构 ⑵自动机床上控制刀架运动的机构


４ １ － 凸轮机构的应用和分类
一、应用 ２ 、定义： 具有曲线轮廓或凹槽的构件，当其连续运动时 （移动、转动或摆动），可使与其高副接触的从动 件按预定规律运动。

３ 、组成： 主动件：凸轮 从动件：推杆或摆杆 固定件：机架 ４ 应用： 、 主要用于要求从动件Ｓ 、ａ 、Ｖ 严格按预期规 律变化且传递动力不大的场合。

高副接触


４ １ － 凸轮机构的应用和分类
二、分类 １ 、按从动件型式分： ⑴尖底从动件 特点：能实现任意复杂的运动规律。

易磨损，少用。

可以用于Ｖ 低、轻载场合，多用于理论分析中。

⑵滚子从动件 特点：滑磨 变 滚磨，磨损轻，承载能力高。

应用普遍，但轮廓对滚子尺寸有限制。

⑶平底从动件 特点：易形成油楔，轮廓曲线不可内凹，用于速度较 高场合。

４ １ － 凸轮机构的应用和分类
二、分类 ２ 、按凸轮形状分 ： ⑴盘形凸轮——基本型式。

定轴转动的变向径的盘 形构件 ⑵移动凸轮——具有曲线轮廓表面的移动构件。

⑶圆柱凸轮——定轴转动的具有曲线凹槽的圆柱形 构件。

４ １ － 凸轮机构的应用和分类
二、分类 ３ 按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方式分： 、 ⑴外力锁合——靠从动件自重或弹簧力或其他力锁合 ⑵几何（ 锁合——靠凸轮和从动件特殊的几何形 形） 状锁合 ４ 按从动件运动形式分： 、 ⑴直动从动件 ⑵摆动从动件 ５ 按主、从动件位置分： 、 ⑴对心 ⑵偏置


４ １ － 凸轮机构的应用和分类
三、优缺点： １ 、优点： 结构简单、设计方便，可实现从动件比较复 杂的运动规律要求； ２ 、缺点： 高副—磨损严重，寿命低，多用于轻载、 控制机构上。

４ ２　从动件的运动规律 －
一、目的： 凸轮廓线按运动规律设计 二、名词： （以尖底直动盘形凸轮机构为例） １ 、基圆：以凸轮轮廓最小向径 ｒ为半径的圆 ０ ２ 、偏距圆：以凸轮为圆心，偏 距ｅ 为半径的圆 ３ 、推程运动角：从动件由距Ｏ 最近至离Ｏ 最远处相应的凸轮转 角Ф


４ ２　从动件的运动规律 －
一、目的： 凸轮廓线按运动规律设计 二、名词： （以尖底直动盘形凸轮机构为例） ４ 、远休止角：从动件在最远位置 停留时对应的凸轮转角Фｓ ５ 、回程运动角：从动件由距Ｏ 最 远至离Ｏ 最近处相应的凸轮转角 Φ ′ ６ 、近休止角：从动件在最近位置 停留时对应的凸轮转角 Φ s ′ ７ 、行程：从动件的最大位移（ｈ ） 升程（推程） 回程


４ ２　从动件的运动规律 －
一、目的： 凸轮廓线按运动规律设计 二、名词： （以尖底直动盘形凸轮机构为例） ８ 、从动件运动规律（运动线图）
s −ϕ,t −ϕ,t a −ϕ,t


４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （一）多项式运动规律
s = c 0 + c1 ϕ + c 2 ϕ 2 + L + c n ϕ n
说明： １ ＋个系数，可由ｎ１ ）ｎ１ ＋个边界条件确定； ２ ）方次越高，可以满足更多的运动要求。

但 加工精度对运动的影响越显著。

常用ｎ１； ＜０


４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （一）多项式运动规律 １ ＝ ）ｎ１—— 一次多项式（等速运动规律） 特点：
=C s = s(ϕ )呈线性
位移线图与方程：
h ϕ Φ ds d h h dϕ h v = = ( ϕ) = ω =C dt dt Φ Φ dt Φ dv a= =0 dt s = ϕtgα =


４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （一）多项式运动规律 １ １—— 一次多项式（等速运动规律） ） ｎ＝ 位移线图与方程： 分析： ①当 ϕ = 0,
v : 0 → v0 dv → ∞ dt 当ϕ＝Φ ， a= v : v0 → 0 a= dv → −∞ dt


４ ２　从动件的运动规律 －
分析： 理论上：始末两点 Fi → ∞ → 刚性冲击（此规律仅用于低速情 况） 改善： 始末用其他曲线代替


４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （一）多项式运动规律 ２ ＝ ）ｎ２—— 二次多项式（等加速等减速运动规律） 特点： Φ内：一段等加速，其余段等减速 常用：前Φ／等加速（升前ｈ２ ２ ／） 后Φ／等减速（升后ｈ２ ２ ／）


４ ２　从动件的运动规律 －
位移线图与方程：
1 s = s0 + v0 t + a 0 t 2 2 1 1 ϕ = a0t 2 = a0 ( ) 2 2 2 ω 利用边界条件定a 0 : 当ϕ＝ Φ h 时，s = 代入 2 2 h 1 Φ 1 2 a0Φ 2 ＝ a0 ( ) = 2 2 2ω 8ω 2 4 hω 2 ⇒ a0 = Φ2 ω ϕ
Φ 1 4 hω 2 ϕ 2 2 h 2 s= × 2 = 2ϕ 2 Φ2 ω Φ ds 4h dϕ 4hω v= = 2ϕ = 2 ϕ dt Φ dt Φ dv 4hω 2 a= = = a0 2 dt Φ


４ ２　从动件的运动规律 －
位移线图与方程：
位移曲线画法


４ ２　从动件的运动规律 －
分析：
①等减速段可由对称性作出 ②加速度在Ａ 、Ｃ 、Ｂ 三处有突变 （此规律可用于中速）
柔性冲击
→ Fi (有限值）变化→


４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （二）三角函数运动规律 １ ）简谐运动规律 特点： 圆周上匀速运动的质点， 在该圆直径上的投影所构成 的运动 位移线图与方程：
s = R − R cos θ hπ 2 ω 2 π 加速度方程：a = cos ϕ Φ 2Φ 2


４ ２　从动件的运动规律 －
分析： ①加速度按余弦规律变化，又称为余弦加速度规 律； ②加速度在始末两点有突变（有限）→Ｆ变化→ ｉ 冲击（柔性），比等加速、等减速好（三点），可 用于中速； ③若无休止角，即¡° 升→降→升→降¡± ……规律， 加速度无变化，无冲击，可用于高速。

４ ２　从动件的运动规律 －
三、从动件的运动规律： （二）三角函数运动规律 ２ ）摆线运动规律 特点： 滚圆沿纵轴匀速纯滚，圆周上一 点Ａ 描绘的曲线——摆线。

点Ａ 在纵 轴上的投影所构成的运动 位移线图与方程：
2πhω 2 2π a= sin ϕ Φ Φ


４ ２　从动件的运动规律 －
分析：
①加速度按正弦规律变化，又称正弦加速度 规律； ②加速度曲线连续，无冲击，可用于高速。

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