第三章凸轮机构分解

凸轮静止不动，从动件相
对于凸轮轴心做反方向
（反转）运动，并令从动
件相对其导路按给定的运
动规律运动。
步骤：
1、根据工作要求先确定从动件运动规律。 2、再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径。 3、绘制出凸轮轮廓。
1、对心尖顶直动从动件盘状凸轮 （ e ＝0） 已知：从动件位移线图、 rmin、 凸轮 ω转向。
为了使凸轮轮廓既不 变尖，又不相交，滚子半径 必须小于理论轮廓外凸部分 的最小曲率半径min。
4、平底直动从动件盘形凸轮
（1）取平底与导路的交点A0为参 考点。 （2）把A0看作尖底，运用上述方 法找到A1、A2… （3）过A1、A2…点作出一系 列平底，得到一直线族。 作出直线族的包络线，便得到 凸轮实际轮廓曲线。
回转中心趋于无 穷远，凸轮沿机 架作直线运动。
将移动凸轮卷 成圆柱。
2、按从动件的型式分
1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件
能与复杂凸轮轮 廓保持接触，能 实现任意预期的 运动规律，但点 接触，磨损快。
尖顶处安装一滚 子，接触处为滚 动摩擦，耐磨损。
接触处为一平面， 但不能与凹陷的 凸轮轮廓接触。
n F
3 α
F' v
2 B C S2 n
F"
1
e
O P
习题：P.173 7-1、7-2、7-3
943～978
§3—4
图解法设计凸轮轮廓曲线
一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制
二、摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制
一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制
凸轮设计的基本原理 采用的是“反转法”，即 凸轮轮廓设计中，是认为
30 °
4
C C
8
9
B
9
A7 B
8
C
B
4
5
C
C
6
7
B
A3
5
B
B
6
7
A6
A5
(a)
A4
第三章 凸轮机构
本章要点 §3—1 §3—2 凸轮机构的组成和应用 凸轮和从动件常用的类型及特点
§3—3
从动件运动规律及受力分析
§3-1 凸轮机构的组成和应用
一、凸轮机构的组成 二、凸轮机构的应用
一、凸轮机构的组成
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1、从动件2和 机架3组成。
用作图法设计凸轮轮廓
1、在位移曲线上将升程、回程角 和远、近休止角分别进行等分。 过等分点1、2.……做纵坐标的平 行线，交从动件位移线图，分别 为11'，22'……
2、以rmin为半径作基圆，基圆与 导路的交点A0，就是从动件尖顶 的起始位置 3、在基圆中，根据从动件运 动规律作出对应升程角δt 、 回程角δh、远休止角δs 和近休 止角δs' 4、根据从动件各对应角的等分 数等分基圆的角度，连接基圆圆 心与等分点A1'、 A2'……并延长O A1'、 OA2'、……
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：从动件与凸轮轮廓为点接触或 线接触，接触应力大，易磨损 用途：常用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类
1、按凸轮的形状分
（1）盘形凸轮 （2）移动凸轮 （3）圆柱凸轮
绕固定轴线转动 并具有半径变化 的盘形零件。
0 s 4 9 4 1 O 1 2 3 4
1
5
6
j,t
v
柔性冲击 ： 加速度发生有限值的突 变 （适用于中速轻载场 合）
h
j,t a a0 A B C j,t
s
3、简谐运动
5 4 3 2
6
s 1 v O 1 2 3 j 4 5 j,t
加速度曲线为不连续余 弦曲线，在开始和终止 两点处有突变，也会产 生柔性冲击。只适用于 中速场合。
5、量取各个位移量， A1A'1=11'、 A2A'2=22' A3A'3=33'、 …，得反转后尖顶的 一系列位置A1 、A2 、A3 、 …。 6、将A0、A1、A2 、A3 、 …，连 成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮 廓。
2、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 （ e ＝0）
1、从动件在反转过程中， 其导路始终与凸轮轴心保 持偏距e。 2、一O为圆心及偏距e为 半径画出偏距圆切于从动 件导路。以rmin为半径作 基圆。
3、以下步骤与对心尖顶 直动从动件盘形凸轮一样。
3、滚子直动从动件盘形凸轮
对于滚子从动件的凸轮 轮廓，是认为滚子中心就是 尖顶，求得的轮廓曲线是理 论轮廓，用0表示；以理论 轮廓为中心，以滚子半径为 半径作出的一系列圆的包络 线，为实际的凸轮轮廓，用 表示。
滚子从动件的凸轮基圆半 径应当在理论轮廓上度量。
q
a
h j,t j,t
4、摆线运动
加速度曲线为连续正弦 曲线，既无刚性冲击， 又无柔性冲击，可用于 较高速度的凸轮机构。 三、组合运动规律简介
为了获得更好的运动特征，可 以把上述几种运动规律组合起来应 用，组合时，两条曲线在拼接处必 须保持连续。
三、受力分析
１、压力角与作用力的关系
２、压力角与凸轮机构尺寸的关系
２、压力角与凸轮机构尺寸的关系
在其它条件不变的 情况下，基圆半径越 小，压力角越大，机 构越紧凑。 凸轮的轮廓上各点 的压力角是变化的， 在设计时应使最大压 力角不超过许用角。
1
n F
3 α F' v 2 B C S2 n
F"
e
O P
对于移动从动件其推程 许用压力角[α]=40°. 对于摆动从动件其推程许 用压力角[α]=50°.
二、摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制
-w
A0
A1 y
1
a B
2
D
y
1
D y
2
B
2
Hale Waihona Puke 1A93'
4'
5' 6' 7'
C
C
2
1
(b) y
8'
max
w
60 °
C
B
0
2'
0
1'
B A2
3
A8 O
1 2 180 ° 3 4 5 30 ° 6 7 90 ° 8 9 60 ° 0
D
3
C
3
O
180 °
j
r y
3
90 °
0
C
二、凸轮机构的应用
凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半 自动化机械中应用十分广泛。主要用于：受力不大的控
制机构或调节机构。
内燃机配气凸轮机构
自动送料机构
车床自动进刀机构
柴油机启动空气 分配系统、燃油 喷射系统
§3―2凸轮及从动件的类型及特点
一、凸轮机构的特点
二、凸轮和从动件常用的类型
一、凸轮机构的特点
n F
3 α F' v 2 B C S2 n
上式表明：
1、 F'一定时， 压力角α越 大 ，有害分力 F"越大，机构 的效率越低。
1
F"
e
O P
2、 自锁：当α增大到一定程度， 使有害分力F"在导路中所引起 的摩擦阻力大于F '时， 无论凸轮加给从动件的作用力 有多大 ，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。
§3―2 从动件常用运动规律
一、基本概念 二、从动件常用运动规律
三、受力分析
一、基本概念 基圆： 偏距e：
尖底直动从动件盘形凸轮机构
凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。 从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。
w
O
e w
O
凸轮机构的运动过程
近停程角
B’ D h A δ O
d
推程运动角
S
2π
t δ a δ δ δ
回程运动角
r0 δ
a
ω
b
c
d
δ O
从动件位移线图
基圆
c
δ
b
h
B
远停程角
二、从动件常用运动规律 1、匀速运动规律（推程段）
s2
h O Φ φ t
刚性冲击：
v2
O
由于加速度发生无穷大 突度而引起的冲击称为 刚性冲击。 适宜于低速和质量较小 的凸轮机构.
v0
∞
φ
a2
O
t
φ
t
-∞
2、等加速等减速运动规律
设计凸轮机构时应注意滚子半径的问题： 设理论轮廓外凸部分的最小曲率半径用min表 示，滚子半径用rT表示，则相应位置实际轮廓的曲 率半径'＝ min—rT。
1. 当min>rT时，'>0， 实际轮廓为平滑曲线；
2. min=rT时， '=0，实际
轮廓为一个尖点；
3. min<rT时， '<0，实际轮 廓发生相交，无法实现该 运动规律。
１、压力角与作用力的关系 压力角: 从动件上的驱动力与 该力作用点绝对速度之间 所夹的锐角。 凸轮机构的压力角：
1
n
F
3
α
v
2 B
S2 n
e
O C
P
从动件运动方向 与其受力方向之间所 夹的锐角。
力 F 分解为沿从动件运动 方向的有用分力 F' 和使从动件 紧压导路的有害分力 F" 。 F"＝ F' tg α