中职机械基础讲义凸轮机构
机械基础第十一章 凸轮机构
形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism 等径凸轮机构 Conjugate yoke radial cam mechanism 共轭凸轮机构 Conjugate cam mechanism
第二节 从动件的常用运动规律
从动件的运动规律 (Law of motion) ，由凸轮轮廓曲线 (Cam profile)形状决定。从动件不同的运动规律，要求凸轮 具有不同形状的轮廓曲线。 正确选择和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的 重要环节。 常用运动规律—工程实际中经常用到的运动规律。
第十一章 凸轮机构
第一节 凸轮机构的分类、特点和应用
内燃机配气凸轮机构
自动机床进刀凸轮机构
冲床凸轮机构
绕线机凸轮机构
圆柱凸轮输送机
自动车床凸轮机构
凸轮机构的组成 凸轮、从动件和机架。 凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和 装配生产线。 凸轮机构的优点 结构简单、紧凑、工作可靠，可以使从动件准确实现各 种预期的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。 凸轮机构的缺点 凸轮轮廓与从动件之间是高副接触，易于磨损。
四、摆线运动规律（正弦加速度运动规律） 推程 1 2 s h si n 速度曲线和加速度曲 2 线连续，无刚性冲击和柔 h 2 v 1 cos 性冲击。正弦加速度运动 规律适用于高速轻载场 2h 2 2 a si n 2 合。
2
2
三、简谐运动规律（余弦加 速度运动规律） h 推程 s 1 cos 2
v
Байду номын сангаас
h si n 2
机械设计基础第3章凸轮机构
2）运动线图（推程）：表3-1
s
h
3）运动特点：产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时，因速度有突变，则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大，
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力，因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击，这种冲击称为刚
t
性冲击。
4）适用场合：低速运动或不宜单独使用。
ψ
点作各自的垂线与水平线，交点
v
Φ
即为s曲线上的点，光滑连接这
些点，得到s图。
ψ a
3）运动特点：产生柔性冲击
∵在首、末两点从动件的加速度
ψ
有突变，因此也有柔性冲击。
4）适用场合：中、低速运动。
4、正弦加速度（摆线）运动规律 从动件在运动过程中加速度呈正弦曲线规律变化。
1）运动方程：表3-1 s=h[ψ/Φ-sin(2πψ/Φ)/2π]
一、压力角α与作用力的关系
（前面已讲过）压力角α（或传动角γ）的大小反映 了机构传动性能的好坏。α↓( 或γ↑)，机构的传动性能越好。
压力角α：作用在从动件上的驱动力 方向（即沿接触点处的法线方向）与该力 作用点的绝对速度方向之间所夹的锐角。 注意：对于滚子从动件，压力角要作在
理论廓线上。
F可分解为：F′= Fcosα——有效分力
4 2 3
1
图3-4
如图所示的靠模车削机 构，工件1转动时，并和靠模 板3一起向右移动，由于靠模 板的曲线轮廓推动，刀架2带 着车刀按一定的运动规律作 横向运动，从而车削出具有 曲线表面的手柄。
如图所示的绕线机构，当 具有凹槽的圆柱凸轮转动时， 迫使从动件作往复移动，从而 均匀地将线绕在轴上。
中职机械基础课件PPT
机械、机器、机构、构件、零件之间的关系
零件
构件
机构
机器
（制造单元）
（传递、转变运动形式）
（运动单元） 机械
（利用机械能做功 或实现能量转换）
本章小结
1．机器、机构的特征及异同点。 2．构件与零件的概念。 3．机械、机器、机构、构件、零件之间的关系。 4．机器的组成。
第五章 连接
§5－1 键连接 与销连接 §5－2 螺纹连接 §5－3 弹性连接 §5－4 联轴器与离合器
常见机器的类型及应用
机构——具有确定相对运动的构件的组合，它是用来 传递运动和力的构件系统。
汽油机传动机构
机 器 与 机 构 的 区 别
2．机器的组成
机器各组成部分的作用
3．零件与构件
零件——机器及各种设备的基本组成单元。 构件——机构（由许多具有确定的相对运动的构件组 成的）中的运动单元体。
四杆机构——最常用的平面连杆机构，具有 四个构件（包括机架）的低副机构。
平面铰链四杆机构——构件间用四个转动 副相连的平面四杆机构，简称铰链四杆机构。
铰链四杆机构：四根杆均 用转动副连接。
滑块四杆机构：杆件间的连 接，除了转动副以外，构件3 与4使用移动副连接。
一、 铰链四杆机构的组成与分类
机架：固定不动的构件4。 连杆：不与机架直接相连的构件2。 连架杆：与机架相连的构件1、3。
2．右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。 3．旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N和短旋合 长度S三种，中等旋合长度N不标注。 4．公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶 径公差带代号，两者一致时则只标注一个公差带代号。内 螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。
梯形螺纹的代号标注
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构凸轮机构是机械设计中常见的一种机构，用于实现转动运动和直线运动的转换。
它由凸轮和连杆机构组成，具有简单、可靠、紧凑的优点。
本文将介绍机械设计基础凸轮机构的工作原理、应用领域以及设计要点。
一、凸轮机构的工作原理凸轮机构是通过凹凸轮运动对连杆机构施加力，使其发生直线运动。
凸轮的外轮廓形状决定了连杆机构的运动规律。
凸轮可以分为四种基本形状：圆形、椭圆形、心形和指字形。
不同形状的凸轮在工作过程中会给连杆机构带来不同的速度和加速度。
凸轮机构的工作过程可以分为四个阶段：进给段、暂停段、退出段和暂停段。
在进给段，凸轮逐渐使连杆机构向前运动，实现直线运动。
在暂停段，凸轮暂停与连杆机构接触，使连杆机构停止运动。
在退出段，凸轮逐渐使连杆机构向后运动，实现回程。
最后，在暂停段凸轮继续暂停与连杆机构接触，使连杆机构再次停止。
二、凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛应用于机械设计中的各个领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 发动机：凸轮机构用于气门控制，通过凸轮来控制气门的开闭，实现燃烧室内的气体进出，从而实现发动机的工作。
2. 压力机：凸轮机构用于控制压力机的上下运动，实现工件的压制或切割。
3. 包装机械：凸轮机构用于控制包装机械的送料、密封和分切等工作，实现自动化包装的功能。
4. 自动化流水线：凸轮机构用于控制流水线上的传送带、工作台等部件的运动，实现产品的加工和组装。
5. 机床：凸轮机构用于控制机床上的工作台、进给机构等部件的运动，实现加工工件的精确定位和运动控制。
三、凸轮机构的设计要点在设计凸轮机构时，需要注意以下几个要点：1. 凸轮的轮廓形状：根据实际需求选择合适的凸轮轮廓形状，确保连杆机构的运动规律符合设计要求。
2. 凸轮与连杆机构的配合方式：凸轮与连杆机构之间应具有良好的配合性能，避免偏差和间隙过大导致机构失效或运动不稳定。
3. 连杆机构的设计：根据实际应用需求设计连杆机构，包括长度、角度和材料等参数的选择，确保机构的工作性能满足要求。
中职机械基础课件-凸轮机构
凸轮轮廓的加工方法 用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正
1、铣、锉削加工
采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的极坐标值(ρ，θ)，应用专用编程软件，切割而成。此方法加工出的凸轮精度高，适用于高速、重载的场合
移动凸轮
圆柱凸轮 在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。(可看作是将移动凸轮卷成圆柱体而形成的。它是一种空间凸轮机构
按从动件型式分类
1、尖顶从动件
与凸轮是点接触，只用于受力小的低速机构；尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，传动精确
2、滚子从动件
与凸轮形成滚动磨擦，可传递较大载荷，应用极广；但凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，会影响实现预期的运动规律
3、平底从动件
受力较好，效率高，接触面油膜易形成，利于润滑，可用于高速
凸轮机构的应用特点
优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运动规律。 缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线接触，不便于润滑，易磨损。 应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。
从动件
机架
凸轮
1 凸轮机构概述
内燃机配气机构
自动车床走刀机构
自动车床走刀机构
靠模车削机构
靠模车削机构
1－凸轮
2－从动件
3－机架 凸轮机构——依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆动。
2 凸轮机构的分类与特点
机械设计基础 第六章 凸轮机构
6.2.1 凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括：推程、远休程、回 程、近休程四个部分
术语： 基圆 偏距 近休程 近休止角 推程 推程运动角 远休程 远休止角 回程 回程运动角 行程 推杆运动规律
6.2.2 几种常用的推杆运动规律
等速运动规律：
s h / 0 h 1 / 0 a0
凸轮廓线设计步骤： （1）划分位移曲线；
（2）取长度比例尺，绘出凸轮基圆，偏心距圆；
（3）获取基圆上的等分点； （4）绘出反转过程中的导路位置线；
（5）计算推杆的预期位移；
（6）将从动件尖顶点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓。
理论轮廓线 实际轮廓线
尖顶从动件
滚子从动件
滚子半径的选择
滚子从动件作用： 1、化滑动摩擦为滚动摩擦； 2、降低凸轮与从动件之间的局 部接触应力。
6.3.2 压力角与凸轮机构尺寸的关系
tan
OC e
PC OP OC BC BC
BC s r02 e 2
P为凸轮和从动件的速度瞬心，故：
v OP
即： OP
v
ds d
于是：
tan
ds e d s r02 e 2
增大基圆半径或设置偏置均可减小压力角，
存在速度突变，加速 度及惯性力理论上将无穷 大，称为刚性冲击。用于 低速轻载场合。
等加速等减速运动规律：
s 2h 2 / 02 4h1 / 02 2 a 4h1 / 02
s h 2h( 0 ) 2 / 02 4h1 ( 0 ) / 02 2 a 4h1 / 02
机械基础凸轮机构教案
机械基础凸轮机构教案第一章：凸轮机构概述1.1 凸轮机构的定义凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的机械传动机构。
凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的旋转构件，用于转换转动运动为线性或其他形式的运动。
1.2 凸轮的分类按形状分类：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等。
按工作原理分类：正凸轮、逆凸轮、复合凸轮等。
1.3 凸轮机构的特点和应用特点：简单、紧凑、易于控制和调节。
应用：印刷机械、包装机械、机床、汽车等。
第二章：凸轮的轮廓设计2.1 凸轮轮廓的基本参数基圆半径：凸轮与从动件接触点的圆的半径。
顶圆半径：凸轮最高点或最低点的圆的半径。
工作圆半径：凸轮轮廓的最小圆的半径。
2.2 凸轮轮廓的计算按运动规律计算：正弦、余弦、直线等运动规律。
按压力角计算：凸轮轮廓的压力角与基圆压力角的关系。
2.3 凸轮轮廓的设计方法按运动要求设计：确定凸轮的升程、降程和回程。
按力学要求设计：计算凸轮的强度和刚度。
按加工要求设计：选择合适的加工方法和刀具。
第三章：凸轮机构的从动件设计3.1 从动件的分类和特点按形状分类：摆动从动件、直线从动件、滚子从动件等。
按驱动方式分类：曲柄摇杆机构、摆线机构、蜗轮蜗杆机构等。
3.2 从动件的设计要点确定从动件的运动规律和运动要求。
选择合适的从动件形状和尺寸，满足力学和运动要求。
考虑从动件与凸轮的接触条件和磨损情况。
3.3 从动件的设计实例以摆动从动件为例，介绍其设计步骤和注意事项。
分析不同形状和尺寸的从动件对凸轮机构性能的影响。
第四章：凸轮机构的动力特性4.1 凸轮机构的压力角和啮合角压力角：凸轮和从动件接触点处的压力角。
啮合角：凸轮和从动件啮合点处的啮合角。
4.2 凸轮机构的动态特性冲击和振动：凸轮和从动件的接触冲击和振动。
传动误差：凸轮和从动件的啮合误差。
4.3 凸轮机构的动力分析和优化分析凸轮机构的动力特性对整个机械系统的影响。
优化凸轮的形状和参数，减小冲击和振动，提高传动效率。
第五章：凸轮机构的应用实例5.1 印刷机械中的凸轮机构介绍印刷机械中凸轮机构的作用和应用。
机械基础 第八章 凸轮机构
滚子 从动
图8-5 内燃机的配气机构
凸轮机构概述
凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或 摆动。这种直动或摆动的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形状。
图8-5 内燃机的配气机构
如图8-5所示，为内燃机的配气 机构。当主动件凸轮回转时，使得 气门杆按照一定的要求作上下往复 运动，控制气门的开启与关闭，保 证发动机在工作中定时将可燃混合 气充入气缸，并及时将燃烧后的废 气排出气缸。
式分
滚子 从动
件
平底 从动
件
表8-1
图例
凸轮机构的类型
特点
（续表）
从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接 触，从而使从动件实现任意的运动规律。
构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和 速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。
为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮， 把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。因此 ，摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形 式的从动件应用很广。
1.凸轮
图8-1 自动送料凸轮机构
这种自动送料凸轮 机构，能够完成输送毛 坯到达预期位置的功能， 但对毛坯在移动过程中 的运动没有特殊的要求。
凸轮机构概述
4.线轴
3.线
2.从动件
图8-2 绕线机构
1.凸轮
这种凸轮机构，在运 动中能够推动摆动从动 件2实现均匀缠绕线绳的 运动学要求。
凸轮机构概述
凸轮机构概述
如图8-6所示，为自动车床走刀机构，当具有曲线凹槽的 凸轮回转时，其曲线凹槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱 使从动件绕O点摆动，从动件另一端的扇形齿轮与刀架下的齿条 相啮合，使刀架实现进刀运动和退刀运动。
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凸轮轮廓的加工方法 1、铣、锉削加工 用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬 火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手 工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种 方法则凸轮的变形难以得到修正
2、数控加工
采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常 用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮 廓曲线的极坐标值(ρ，θ)，应用专用编程软件，切割而成。 此方法加工出的凸轮精度高，适用于，效率高，接触面油膜易形成，利于 润滑，可用于高速
二、凸轮机构的应用特点
优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当 的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运 动规律。
缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点 或线接触，不便于润滑，易磨损。
应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、 仪表、控制机构和调节机构中。
凸轮机构
1 凸轮机构概述 2 凸轮机构的分类与特点 3 凸轮机构工作过程及从动件运动规律
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成
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、从动件和机架组成
机架 从动件
凸轮
1 凸轮机构概述
内燃机配气机构
3 凸轮机构工作过程及从动件运动规律
一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律
一、凸轮机构工作过程
凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速 回转运动，从动件作往复移动
凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停” 的运动循环。
二、从动件常用运动规律
位移线图
1．等速运动规律 从动件上升（或下降）的速度为一常数。
回转半径无限大，凸轮作往 复移动
圆柱凸轮
在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。 (可看作是将移动凸轮卷成圆柱体而 形成的。它是一种空间凸轮机构
按从动件型式分类
1、尖顶从动件
与凸轮是点接触，只用于受力小的低速机构；尖 顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，传动精确
2、滚子从动件
与凸轮形成滚动磨擦，可传递较大载荷，应用极 广；但凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接 触，会影响实现预期的运动规律
2．等加速等减速运动规律 从动件在行程中先作等加速运动，后作等减
速运动。
等加速等减速运动规律位移曲线画法
本章小结
1．凸轮机构的类型及其应用特点。 2．凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。
凸轮和滚子的材料
凸轮机构的主要失效形式是磨损和疲劳点蚀，要求 其工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强 度，凸轮芯部有较强的韧性
一般凸轮的材料常采用40Cr钢（经表面淬火，硬度为40 －45HRC），也可采用20Cr、20CrMnTi（经表面渗碳淬 火，表面硬度为56-62HRC）
滚子材料采用20Cr（经渗碳淬火，表面硬度为5662HRC），也有的用滚动轴承作为滚子
自动车床走刀机构
自动车床走刀机构
靠模车削机构
靠模车削机构
凸轮机构——依靠凸轮轮廓直接与从动件接触， 迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆 动。
1－凸轮 2－从动件 3－机架
2 凸轮机构的分类与特点
一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点
一、凸轮机构的分类
按形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
按从动件端 部形状和运 动形式分
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
盘形凸轮
是凸轮中最基本的形式，为平 面凸轮机构
盘形凸轮 凸轮绕固定轴转动且径向变化的盘
形零件。
移动凸轮
具有曲线轮廓作往复直线移动的 构件。(可以认为当盘形凸轮回 转中心趋于无穷大时，凸轮相对 机架作直线运动。)
为平面凸轮机构
移动凸轮