机械设计基础课件!凸轮机构H
机械设计基础课件凸轮机构H(2024)
速度曲线
表示从动件在运动过程中 的速度变化，反映机构的 运动平稳性。
加速度曲线
反映从动件在运动过程中 的加速度变化，体现机构 的冲击和振动情况。
动力性能分析指标
01
压力角
表示凸轮与从动件接触点处法线 方向与从动件运动方向之间的夹 角，影响机构的传动效率。
受力分析
02
03
摩擦与磨损
对凸轮和从动件进行受力分析， 计算机构在不同位置时的受力情 况，为强度设计提供依据。
律等参数。
运动仿真分析
通过CAD软件对凸轮机 构进行运动仿真分析， 观察从动件的运动轨迹 和速度变化等情况。
优化设计
根据仿真分析结果，对 凸轮机构进行优化设计 ，如调整基圆半径、偏 心距等参数，以改善机
构的运动性能。
04
凸轮机构性能分析与优化
运动性能分析指标
01
02
03
位移曲线
描述凸轮从动件在不同角 度下的位移变化，反映机 构的运动规律。
03
凸轮机构设计方法
图解法设计凸轮轮廓
选择基本运动规律
根据工作要求，选择等速、等加 速或简谐运动等基本运动规律作
为凸轮从动件的运动规律。
绘制位移线图
根据选定的运动规律，绘制凸轮 从动件的位移线图。
确定基圆半径和偏心距
根据结构要求和强度条件，确定 凸轮的基圆半径和偏心距。
绘制凸轮轮廓
在位移线图上选取一系列点，通 过几何作图方法绘制出凸轮的轮
凸轮机构工作时，凸轮与从动件之间 为点或线接触，易磨损，故多用于传 力不大的控制机构。
凸轮机构应用领域
自动机械
在自动机械中，凸轮机构可用于实现 各种复杂的动作顺序和动作时间。
机械设计基础课件!凸轮机构H
推杆
机架
2015-4-22
编制：吕亚清
5
三、分类及应用
1. 按凸轮的形状分
凸轮
2. 按从动件的形状分
3. 按从动件的运动形式分 4. 按从动件的布置形式分 5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方
机架 推杆
法分
6. 小结
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编制：吕亚清
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1 . 按凸轮的形状分 圆柱凸轮cylindrical, 应用 盘形凸轮plate, 应用 空间凸轮机构 凸轮呈向径变化的盘形 凸轮轮廓做在圆柱 结构简单, 应用最广泛 体上 移动凸轮traslating, 应用 空间运动 凸轮呈板型, 直线移动
a
4
5
d0 0 8 V 1 2 3 4 5 6 7 d
7 4
6 5
特点： 加速度变化连续. amax 最大.
2Hw d0
3
2 1 0 8
6
7
d0 0 1 S 2 3 4 5 6 7 8
H
d
d0
H 5 4 3 6 7 0 1
0 1
2
3
4
5
6
7
8 d
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编制：吕亚清
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§3－3 图解法设计凸轮轮廓Graphical Synthesis of the cam Contour 一、凸轮廓线设计的基本原理 此时，凸轮保持不动 解析法、作图法 相 对 运 动 原 理 法 : ( 也 称 反 转 推杆作复合运动=反转运 法):principle of inversion 动(- ) +预期运动(s) 对整个系统施加-ω 运动
a
ｎ
Q
机械设计基础课件!凸轮机构H(带目录)
机械设计基础课件：凸轮机构一、引言在机械设计中，凸轮机构是一种常见的传动机构，它通过凸轮与从动件之间的啮合，实现运动和动力的传递。
凸轮机构具有结构简单、传动可靠、运动平稳等特点，广泛应用于各种机械设备中。
本课件将详细介绍凸轮机构的基本原理、类型、运动规律和设计方法。
二、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮是一个具有特定轮廓的旋转件，从动件是与凸轮啮合的部件，机架则是固定凸轮和从动件的支撑结构。
当凸轮旋转时，其轮廓与从动件接触，使从动件产生预期的运动规律。
根据从动件的运动规律，凸轮机构可分为直线运动凸轮机构、摆动凸轮机构和圆柱凸轮机构等。
三、凸轮机构的类型1.直线运动凸轮机构：直线运动凸轮机构是指从动件作直线运动的凸轮机构。
根据从动件的运动方向，直线运动凸轮机构可分为直线往复运动凸轮机构和直线单向运动凸轮机构。
2.摆动凸轮机构：摆动凸轮机构是指从动件作摆动的凸轮机构。
根据从动件的摆动方向，摆动凸轮机构可分为单向摆动凸轮机构和双向摆动凸轮机构。
3.圆柱凸轮机构：圆柱凸轮机构是指凸轮的轮廓呈圆柱形的凸轮机构。
圆柱凸轮机构可分为直圆柱凸轮机构和斜圆柱凸轮机构。
四、凸轮机构的运动规律凸轮机构的运动规律是指从动件在凸轮旋转过程中的运动轨迹。
根据从动件的运动规律，凸轮机构的运动可分为等速运动、等加速运动、等减速运动和组合运动等。
在设计凸轮机构时，应根据实际需求选择合适的运动规律，以满足设备的工作要求。
五、凸轮机构的设计方法1.确定从动件的运动规律：根据设备的工作要求，确定从动件的运动规律，如等速运动、等加速运动等。
2.确定凸轮的轮廓曲线：根据从动件的运动规律，利用数学方法求出凸轮的轮廓曲线。
常用的方法有作图法、解析法和数值法等。
3.确定凸轮的尺寸：根据凸轮的轮廓曲线，计算凸轮的尺寸，如直径、宽度等。
4.确定从动件的结构和尺寸：根据凸轮的尺寸和运动规律，设计从动件的结构和尺寸，如摆杆长度、滚子直径等。
机械设计基础课件凸轮机构H(精品)
凸轮机构定义
凸轮机构是由凸轮、从动件和机 架三个基本构件组成的高副机构 。
凸轮机构分类
根据凸轮形状的不同，可分为盘 形凸轮机构、移动凸轮机构、圆 柱凸轮机构等。
4
凸轮机构工作原理
凸轮机构工作原理
当凸轮转动时，其轮廓曲线会驱动从 动件按预定的运动规律进行往复移动 或摆动。
凸轮机构工作过程
在凸轮机构工作过程中，从动件的位 移、速度和加速度等运动参数会随着 凸轮的转动而发生变化。
采用凸轮机构控制机床各执行部件的协调动作， 实现工件的自动加工。
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06
总结与展望
Chapter
2024/1/27
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课程总结
凸轮机构基本概念
凸轮轮廓设计
介绍了凸轮机构的基本组成、分类、工作 原理和特点，为后续内容打下基础。
详细阐述了凸轮轮廓设计的原则、方法和 步骤，包括反转法、解析法等，以及凸轮 轮廓曲线的选择和优化。
2024/1/27
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凸轮轮廓曲线设计
2024/1/27
等速运动规律
01
凸轮轮廓为直线或圆弧，从动件匀速运动，但存在刚性冲击。
等加速等减速运动规律
02
凸轮轮廓为抛物线，从动件加速度按线性规律变化，无刚性冲
击，但存在柔性冲击。
余弦加速度运动规律
03
凸轮轮廓为余弦曲线，从动件加速度按余弦规律变化，无冲击
在纺织机械中，凸轮机构可用于 控制织物的引纬、打纬和卷取等 动作。
6
02
凸轮机构基本构件与术语
Chapter
2024/1/27
7
凸轮
定义
类型
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构 件，通常作等速回转运动或往复直线 运动。
2024年机械设计基础课件!凸轮机构H
机械设计基础课件!凸轮机构H机械设计基础课件：凸轮机构一、引言在机械设计中，凸轮机构是一种常见的传动机构，它通过凸轮与从动件之间的啮合，实现运动和动力的传递。
凸轮机构具有结构简单、传动可靠、运动平稳等特点，广泛应用于各种机械设备中。
本课件将详细介绍凸轮机构的基本原理、类型、运动规律和设计方法。
二、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮是一个具有特定轮廓的旋转件，从动件是与凸轮啮合的部件，机架则是固定凸轮和从动件的支撑结构。
当凸轮旋转时，其轮廓与从动件接触，使从动件产生预期的运动规律。
根据从动件的运动规律，凸轮机构可分为直线运动凸轮机构、摆动凸轮机构和圆柱凸轮机构等。
三、凸轮机构的类型1.直线运动凸轮机构：直线运动凸轮机构是指从动件作直线运动的凸轮机构。
根据从动件的运动方向，直线运动凸轮机构可分为直线往复运动凸轮机构和直线单向运动凸轮机构。
2.摆动凸轮机构：摆动凸轮机构是指从动件作摆动的凸轮机构。
根据从动件的摆动方向，摆动凸轮机构可分为单向摆动凸轮机构和双向摆动凸轮机构。
3.圆柱凸轮机构：圆柱凸轮机构是指凸轮的轮廓呈圆柱形的凸轮机构。
圆柱凸轮机构可分为直圆柱凸轮机构和斜圆柱凸轮机构。
四、凸轮机构的运动规律凸轮机构的运动规律是指从动件在凸轮旋转过程中的运动轨迹。
根据从动件的运动规律，凸轮机构的运动可分为等速运动、等加速运动、等减速运动和组合运动等。
在设计凸轮机构时，应根据实际需求选择合适的运动规律，以满足设备的工作要求。
五、凸轮机构的设计方法1.确定从动件的运动规律：根据设备的工作要求，确定从动件的运动规律，如等速运动、等加速运动等。
2.确定凸轮的轮廓曲线：根据从动件的运动规律，利用数学方法求出凸轮的轮廓曲线。
常用的方法有作图法、解析法和数值法等。
3.确定凸轮的尺寸：根据凸轮的轮廓曲线，计算凸轮的尺寸，如直径、宽度等。
4.确定从动件的结构和尺寸：根据凸轮的尺寸和运动规律，设计从动件的结构和尺寸，如摆杆长度、滚子直径等。
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编制：吕亚清
二. 从动件常用运动规律
1. 等速运动规律Constant Velocity Motion Curve
(直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
S H V Hw d0 d d0 d0
a
∞
d
d0
d
特点：设计简单、匀速进给、amax 最大。 始点、末点有刚性冲击。
2013-10-11
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1 对心直动尖顶推杆 盘形凸轮机构 2 对心直动滚子推杆 盘形凸轮机构 3 对心直动平底推杆 盘形凸轮机构 4 偏置直动尖顶推杆 盘形凸轮机构 5 摆动推杆盘形凸轮 机构 6 小结 21
ห้องสมุดไป่ตู้
1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 Plate Cam with in-line Translating Knife-edge Follower 已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线 s 解： 1. 定比例尺μ l d 2. 初始位置及推杆位移曲 0 120 60 90 90 线 3. 确定推杆反转运动占据 的各位置 4. 确定推杆预期运动占据 的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线
4
5 6 4 5
7
V
6
特点： 加速度变化连续. amax 最大.
2Hw d0
3
2 1 0 8
7
d0 0 1 S 2 3 4 5 6 7 8
H
d
d0
H 5 4 3 6 7 0 1
0 1
2
3
4
5
6
7
8 d
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编制：吕亚清
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§3－3 图解法设计凸轮轮廓Graphical Synthesis of the cam Contour 一、凸轮廓线设计的基本原理 此时，凸轮保持不动 解析法、作图法 相 对 运 动 原 理 法 : ( 也 称 反 转 推杆作复合运动=反转运 法):principle of inversion 动(-) +预期运动(s) 对整个系统施加-ω 运动
§3－4 凸轮机构设计中的几个问题
一、滚子半径的选择
实际廓线曲率半径：a 理论廓线曲率半径： 滚子半径： rr 1 内凹凸轮廓线 a= +rr 理论廓线最小 结论：无论滚子半径多大，总能 由理论廓线得到实际廓线 2 外凸凸轮廓线 a= -rr >rr，a>0，实际廓线平滑 =rr，a=0，实际廓线变尖 <rr，a<0，实际廓线出现 交叉，切割， 运动失真
构
推杆
凸轮cam：具有曲线轮廓或凹 槽的构件 推杆/ 从动件follower，运动 规律由凸轮廓线和运动尺寸决定 机架 frame
机架
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内燃机配气机构
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二、特点
优点： 实现各种复杂的运动要求 结构简单、紧凑 设计方便 缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、 重载
平底推杆
摆 动 推 杆
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4 . 按从动件的布置形式分
滚子推杆
尖顶推杆
偏置offset直动 推杆
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对心in-line直动推杆
编制：吕亚清
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5. 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分
力封闭型（力锁合）
Force-closed
形封闭型（形锁合） Form-closed
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平底推杆
平底推杆
润滑，常用于高速运动 配合的凸轮轮廓必须全部 外凸
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3 . 按从动件的运动形式分
直动推杆translating 往复移动 轨迹为直线
尖顶推杆
直 动 推 杆
滚子推杆
摆动推杆oscillating 往复摆动 轨迹为圆弧
动画
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机械设计基础
主讲：吕亚清 机电工程学院 机械设计研究室
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编制：吕亚清
1
第三章 凸轮机构 Cam Mechanisms
凸轮机构常用于将 主动件的连续转动 转变为从动件的往 复移动或摆动，能 使从动件获得任意 预先给定的运动规 律，因而广泛用于 各种机械、仪表和 操作装置中。
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rb
s'
r
' s
total follower travel or lift
编制：吕亚清
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一. 凸轮与从动件的运动关系（续）
可见: 从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相 对应的。 从动件位移s、速度ν 、加速度a随凸轮转角（时间 15 t）的变化规律，称为从动件运动规律。
∞
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2. 等加速等减速运动规律Constant Acceleration and Deceleration
(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)
S H V 2Hw d0
a
4Hw2 d0 d d0 d0 d
d d0 S H
特点:
d
amax 最小 → 惯性力小。 起、中、末点有软性(柔性） 冲击.
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h
d
0
120
600
900
900
理论轮廓 实际轮廓
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3 对心直动平底推杆盘形凸轮机构
已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线
s
了解
解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的 各位置 4. 确定推杆预期运动占据的 各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线
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二. 凸轮机构的压力角 1. 压力角a 与驱动力 F
ｎ
Q
F1＝Fｃｏｓα （有效分力）
F F2 ｔ
F1 ν
ｔ
F2＝Fｓｉｎ α（有害分力）
a ↑→ F2 ↑ F1 →效率η↓ 当 a 大于一定值, 将自锁. 一般, 推程 回程 [a ] = 30 (移动) 35 — 45 (摆动) [a' ] = 70— 80
h
d
0
120
600
900
900
实际轮廓
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4 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构
已知：r0，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮 逆时针方向转动 s 设计：凸轮廓线 解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 偏距圆、基圆 3. 确定推杆反转运动占据的 各位置 4. 确定推杆预期运动占据的 各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线
a
ｎ
Q
a' 过大 将造成滑脱
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2.压力角a与基圆半径
基圆越大凸轮推程廓 线越平缓压力角a越小； 基圆越小，凸轮推程廓 线越陡峭，压力角a越大；导 致磨损加剧，甚至引起机构 自锁。 基圆r0 越小 结构紧凑 压力角a 效率 原则 amax [a]
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了解
h
d
0
120
600
900
900
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5 摆动推杆盘形凸轮机构
分析：
-w
r0
r0
w
w
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摆动推杆盘形凸轮机构设计
已知：r0，机架长度，推杆运 动规律，凸轮逆时针方向 转动 设计：凸轮廓线 解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的 各位置 4. 确定推杆预期运动占据的 各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线
d0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
a
d0 0 1 2 3 4 5 6 7 8
d
p2Hw2 2d02
d
6
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7
8
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4.正弦加速度运动规律 Sine Acceleration
(摆线投影位移运 动Cycloid Motion规 律)
pHw2 d02
0 8
2 1 3
a
d0 0 8 1 2 3 4 5 6 7 d
凸轮
推杆
推杆 凸轮
推杆
凸轮
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2. 按从动件的形状分
尖顶推杆 Knife-edge
尖顶始终能够与凸轮轮廓
尖顶推杆
滚子推杆
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
滚子推杆 Roller
耐磨、承载大，较常用
平底推杆 Flat-faced
接触面易形成油膜，利于
编制：吕亚清
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6. 小结
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
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§3－1 从动件的常用运动规律 Follower Motion Curves
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理论 rr 实际
a
rr
a= +rr
>rr a= -rr>0
rr
rr
= rr a= -rr＝0 编制：吕亚清