凸轮机构的应用与分类分解
凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮
无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本 原理都是反转法原理。
例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系
一、凸轮机构的基本名词术语
基圆 基圆半径 r0 推程 推程运动角 δ0 远休 远休止角 δ01 回程 回程运动角 δ0′ 近休 近休止角 δ02 行程 h
尖顶直动推杆的位移曲线
二、推杆常用的运动规律
1、等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 3. 余弦加速度运动规律 4. 正弦加速度运动规律 5. 3-4-5多项式运动规律
(2) 空间凸轮机构
圆柱凸轮机构在 机械加工中的应用
凸轮机构在其它机器中的应用
2、按推杆形状分类
• (1)尖顶推杆： • 尖端能与任意复杂凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规
律。 • 尖顶与凸轮呈点接触，易磨损，用于受力不大的场合。 • (2)滚子推杆： • 它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较大载荷，
凸轮机构基本尺寸的确定
为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临
界压力角αc， 增大l， 减小b，可以使αc值提高。
生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况， 通常 规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]， 即
αmax<[α]
([α]<<αc)
许用压力角[α]的一般取值为
• (2) 空间凸轮机构：两活动构件之间的相对运动 为空间运动的凸轮机构，
(1) 平面凸轮机构
凸轮机构的设计和应用
凸轮机构的设计和应用I. 引言凸轮机构是现代机械的重要组成部分之一，是普遍用于各种机械传动机构中的一种机构。
凸轮机构在机械设计和制造中有着重要的作用，能够实现机械的运动和控制，使机械能够快速、准确地实现各种复杂任务。
本文将系统地介绍凸轮机构的设计和应用。
II. 凸轮机构的定义凸轮机构是一种通过凸轮的运动来控制其他机械部件运动的机械传动机构。
简单来说，凸轮机构包括凸轮，凸轮轴和随动件三个部分。
其中，凸轮是一个轴对称的螺旋条形曲线，轮廓形状通常为正弦曲线或梯形曲线等；凸轮轴是一个旋转轴，一般与凸轮相切且在一定角度范围内连续转动；随动件则是通过凸轮的运动随之做往复或旋转运动的机械部件。
III. 凸轮机构的分类凸轮机构按照凸轮的运动形式不同，可以分为以下几类：1. 往复式凸轮机构往复式凸轮机构是指凸轮轴的旋转运动转化为往复运动的机构。
其中，偏心轮就是一种往复式凸轮机构，它通常用于汽车发动机机械驱动系统中，用于调整汽车发动机气门的开闭时间。
2. 旋转式凸轮机构旋转式凸轮机构是指凸轮轴的旋转运动转化为旋转运动的机构。
常见的旋转式凸轮机构有摆线凸轮机构、正弦凸轮机构和梯形凸轮机构等。
摆线凸轮机构在打孔机、水泵等机械设备中得到了广泛的应用。
IV. 凸轮机构设计的基本要点凸轮机构的设计需要考虑多方面的因素，其中最主要的三个因素是凸轮轮廓线形状、凸轮轴的旋转速度和随动件的运动形式。
在设计凸轮轮廓线形状时，需要根据机械设备的实际工作要求来选取合适的轮廓线形状。
在选取凸轮轴的旋转速度时，需要根据随动件的运动规律以及实际工作要求来决定。
在选取随动件的运动形式时，需要根据机械设备的实际工作要求来确定。
V. 凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，包括自动化生产线、机床、车辆、飞机、船舶、农业机械等。
其中，飞机发动机中的凸轮机构是实现各种复杂功能的关键部件之一。
此外，凸轮机构还广泛应用于柴油机、汽油机、水泵、压缩机等。
机械设计基础第四版
从动件移 +从动件以- 1 方向绕凸轮回中心转动
从动件一直与凸轮保持接触，从动件尖顶
旳一系列位置——凸轮轮廓
盘状凸轮轮廓旳设计
二、对心尖顶直动从动件凸轮轮廓旳设计(Line Translating Tip Follower Cams) 1.已知条件：基圆半径r0 , 凸轮旳转动方向，从动件
旳位移线图s2 = f(1)
从动件常用运动规律
2.等加速等减速运动规律 (Law of Constant Acceleration and Deceleration Motion)
从动件在前半推程（回程）作等加速
运动，在后半推程（回程）作等减速
运动，一般加速度和减速度绝对值相
等。
a2 a0
v2 ห้องสมุดไป่ตู้0t
s2
1 2
a0t 2
1 ( 1 ) t t
从动件常用运动规律
即位移方程： 速度曲线方程：
s2
v2
h 2
ds2
dt
(1
cos
t
1)
h 2
sin
t
1.
t
.
d1
dt
hw sin 2t
t
1
加速度曲线方程：
a dv2 dt
hw 2 t
cos t
1.
t
. d1
dt
h 2 2t 2
cos t
1
行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，
四、平底从动件凸轮机构
§3-4 凸轮设计中应注意旳问题
设计中要求受力良好，构造紧凑。 一、凸轮机构旳压力角和自锁(Pressure Angle And Self Lock)
机械原理 4 凸轮机构及其设计
dS e
dS e
arctg d
arctg d
S S0
S r02 e2
η ——转向系数 δ ——从动件偏置方向系数
由式可知：r0↓α ↑
三、按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮机构 凸轮的基圆半径
r0
0
b'
B1
B2 r0
B3
B0
B8
O
B7
§4-2 常用从动件的运动规律
一、几个概念 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构 1、基圆：凸轮轮廓上最小矢径为半径的圆
2、偏距e：偏距圆
e
A
w
B
r0 O
C
D
h h
二、分析从动件的运动
行程：h(最大位移) 推程运动角：φ=BOB′=∠AOB1 运休止角：φS=∠BOC=∠B1OC1 回程运动角：φ′=∠C1OD 近休止角：φS′=∠AOD
f (x1, y1,) 2(x1
x) dx
d
2( y1
y) dy
d
0
联立求解x1和y1，即得滚子从动件盘形凸轮的实际廓线参数方程：
x1 x rT y1 y rT
dy / d
2
2
dx
d
dy
d
dx / d
b'' B6
B5 B4
四、滚子半径的选择
rT
rT C
rT
B
rT
' O
A '
'
滚子半径rT必须小于理论轮廓曲线外凸部分的
最曲率半径ρ
凸轮机构的作用
凸轮机构的作用凸轮机构是一种常见的机械传动装置，它主要由凸轮、摆杆、滑块等部件组成。
凸轮机构的作用是将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动，从而实现机械设备的运动控制和动力传递。
下面将从凸轮机构的原理、分类、应用等方面展开介绍。
一、凸轮机构的原理凸轮机构的原理是利用凸轮的不规则形状，使得凸轮在旋转时，摆杆或滑块的运动轨迹呈现出规律性的变化，从而实现机械设备的运动控制。
凸轮的形状可以根据需要进行设计，常见的凸轮形状有圆形、椭圆形、心形、三角形等。
不同形状的凸轮可以实现不同的运动轨迹，从而满足不同的机械设备的运动要求。
二、凸轮机构的分类根据凸轮的形状和运动方式，凸轮机构可以分为以下几类：1. 圆柱凸轮机构：凸轮为圆柱形，摆杆或滑块在圆柱面上运动，常用于机床、自动化生产线等设备中。
2. 椭圆凸轮机构：凸轮为椭圆形，摆杆或滑块在椭圆面上运动，常用于汽车发动机、船舶等设备中。
3. 心形凸轮机构：凸轮为心形，摆杆或滑块在心形面上运动，常用于煤矿机械、冶金设备等设备中。
4. 三角凸轮机构：凸轮为三角形，摆杆或滑块在三角形面上运动，常用于纺织机械、印刷机械等设备中。
三、凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，主要用于实现机械设备的运动控制和动力传递。
以下是凸轮机构的一些应用：1. 机床：凸轮机构常用于机床中，用于控制刀具的进给、退刀、升降等运动。
2. 汽车发动机：汽车发动机中的凸轮机构用于控制气门的开关，从而实现汽车的正常运转。
3. 纺织机械：纺织机械中的凸轮机构用于控制纱线的张力、卷绕等运动。
4. 冶金设备：冶金设备中的凸轮机构用于控制钢水的倾倒、转移等运动。
总之，凸轮机构是一种重要的机械传动装置，它可以实现机械设备的运动控制和动力传递，广泛应用于各种机械设备中。
在实际应用中，需要根据具体的要求选择合适的凸轮形状和运动方式，从而实现最佳的运动效果。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的寿命与维护
凸轮机构的寿命与运行条件、材料选择和润滑方式等有关，定期维护和保养可以延长凸轮机构的使用寿 命。
凸轮机构的保养和保养周期
凸轮机构的保养包括润滑、清洁和检查等内容，保养周期根据使用情况和负荷要求进行合理调整。
凸轮机构故障分析与排除
凸轮机构故障的原因多种多样，需要通过仔细分析和维修措施进行故障排除，以确保机械系统的正常运 行。
通过凸轮和滑块的协同运动，实现直线运动 和简单的机构功能。
摆线凸轮机构
通过凸轮的摆线运动，实现平滑且复杂的运 动轨迹和机构功能。
在IC发动机中的应用
凸轮机构在IC发动机中起到控制气门开闭时机和时序的重要作用，影响发动 机的动力性能、燃油经济性和排放控制等方面。
在汽车传动系统中的应用
凸轮机构在汽车传动系统中被广泛应用于离合器、变速器和传动轴等部位，实现动力输出和车速调节等 功能。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械系统中的机构，通过凸轮和可动关节的协同 运动，实现了多种复杂的动作和功能。本文将介绍凸轮机构的应用和分类。
什么是凸轮机构
凸轮机构是一种由凸轮和可动关节组成的机械系统，通过凸轮的旋转运动， 使其上的可动关节产生规定的运动轨迹，从而实现特定的功能和动作。
凸轮机构的技术发展趋势
凸轮机构在现代工程中具有广泛的应用前景，随着技术的发展，凸轮机构将 更加智能化、高效化和可持续化。
注重人性化设计的凸轮机构
在凸轮机构的设计中，需注重人机工程学和人性化设计原理，提高机器操作人员的舒适度和安全性。
生产自动化中凸轮机构的应用
凸轮机构在生产自动化领域中的应用广泛，用于自动化生产线上的工件定位、 传送和操作等。
凸轮机构现代化设计思路
凸轮机构的应用及分类
工作原理
2
车轮构成，常用于汽车传动系统。
凸轮的旋转驱动车轮，通过轮胎
与地面的摩擦力传递动力。
3
应用举例
车轮轮机构广泛应用于汽车传动 系统、自行车传动系统等领域。
曲柄摇杆机构
1 定义
曲柄摇杆机构由曲柄 和与之配合的摇杆构 成，常用于内燃机。
2 工作原理
3 应用举例
曲柄的旋转驱动摇杆， 通过连杆将旋转运动 转化为往复运动。
工作原理
凸轮的运动将动力转化 为直线或摆动运动，通 过导轨控制运动轨迹。
应用举例
曲线轮机构广泛应用于 机床、自动装配线、升 降设备等领域。
曲柄摇杆机构广泛应 用于内燃机、发电机 等领域。
双摇杆机构
定义
双摇杆机构由两个独立的摇 杆组成，常用于机械加工设 备。
工作原理
两个独立的摇杆分别由凸轮 驱动，实现不同的运动路径 和速度。
应用举例
双摇杆机构广泛应用于数控 机床、切割设备等领域。
曲线轮机构
定义
曲线轮机构由凸轮的运 动与曲线配合的导轨构 成，常用于机械驱动系 统。
凸轮机构的应用及分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械领域的重要装置，它能够将旋转运动转化为 直线或摆动运动。本文将介绍凸轮机构的应用及分类，帮助您更好地理解和 应用这一机械原理。
直杆轮机构
1
定义
直杆轮机构由转动的凸轮和与之配合的直杆构成，常用于工程机械。
2
工作原理
凸轮转动时，直杆按一定轨迹往复运动，实现工作机构的运动。
3
应用举例
直杆轮机构广泛应用于冲床、振动筛、旋转机械等领域。交叉摇Fra bibliotek机构定义
交叉摇杆机构由两个交叉配合的摇杆组成，常用于汽车悬挂系统。
机械原理 凸轮机构及其设计
第六讲凸轮机构及其设计（一）凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1．组成：凸轮，推杆，机架。
2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。
缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮2．按推杆的形状分尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。
易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。
（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。
4．根据凸轮与推杆接触方法不同分：（1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮（二）推杆的运动规律一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r称为基圆半径。
推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止：推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。
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凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用
2 、特点：
缺点： （1）高副接触，易于磨损，不易润滑， 多用于传递力不太大的场合。 （2）可高速启动（平底式）动作准确可靠， 加工比较困难。 （3）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。
二、 凸轮机构的分类
1、按凸轮的形状分：盘形凸轮和柱体凸轮
盘形凸轮是一个具有径向尺寸变化的圆盘形构件，结构简 单，是凸轮的基本形式。
C.自动车床靠模机构
D.冲床自动转位机构
凸轮机构应用较为广泛,常用于轻载、低速的自动或半自动机 的控制场合。内燃机气阀控制机构为盘形凸轮机构、自动车
床刀架进给机构为柱体凸轮机构、自动车床靠模机构为移动
凸轮机构的应用，而冲床自动转位机构为棘轮机构的应用。
1．下列机构中应用凸轮机构的是﹝ A ﹞ Ａ．绕线器 Ｃ．抽水机 Ｂ．电机电
1.凸轮机构基本参数的 作图（问答题） 2.压力角、行程的计算 （问答题） 3.凸轮机构中参数对性 能的影响（问答题）
1.凸轮机构压力 角的计算（计算 题） 2.偏心距的计算 （计算题）
1.凸轮机构基圆、位移曲线的 作图（问答题） 2.压力角、时间、速度的计算 （问答题） 3.轮廓上某点产生的冲击 （问答题）
掌握从动件具有等速运动 规律和等加速等减速运动 规律凸轮机构的工作特点、 应用场合。
机电
掌握从动件具有等速运动 规律和等加速等减速运动 规律凸轮机构的工作特点、 应用场合。
二、本章节近年考点分析
专业 2009年 1.凸轮机构基本参数的 作图（问答题） 2.压力角、行程的计算 （问答题） 3.凸轮机构中参数对性 能的影响（问答题） 2010年 1.凸轮机构压力 角的计算（计算 题） 2.偏心距的计算 （计算题） 2011年 1.凸轮机构基圆、位移曲线的 作图（问答题） 2.压力角、时间、速度的计算 （问答题） 3.轮廓上某点产生的冲击 （问答题）
三、 按从动件端部形式分类机构特点 尖顶式：可准确实现任意运动规律，为点接 触，易磨损，传力小，承载能力小，结构简 单，速度低，传动灵敏的场合。 滚子式：滚子接触。摩擦阻力小，不易磨损。 承载能力较大。运动规律有局限性，滚子轴 处有间隙 不宜高速，结构较复杂，为线接触 平底式：结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力 小，适用于高速。凸轮轮廓表面不允许有凹 形，运动受到一定限制。 曲面式：介于滚子式和平底式之间。
构，为避免机构笨重和不紧凑，其从动件的运动范围不宜过大；柱体凸轮机 构（圆柱或端面）其从动件运动范围仅与主动件回转一周时沿着轴向方向的
距离大小有关，而与柱体的直径大小无关。因此其从动件可以在结构紧凑的
前提下获得较大的运动范围。
（一）问题探究
1.（判断题）在柱体凸轮机构中，从动件可以通过直 径不大的圆柱凸轮或端面凸轮获得较大的行程。 ﹝√ ﹞
（一）问题探究
【问题一】 凸轮机构的类型及特点
例1 以下各凸轮机构中，从动件可以获得较大行程（或 摆动）范围的是（ D ）。 A.盘形凸轮机构 C.板状凸轮机构 B.移动凸轮机构 D.柱体凸轮机构
本题为从主动件形状的角度对凸轮机构进行分类。
移动凸轮又称板状凸轮，它实际上相当于回转半径趋于无穷大的盘形凸轮机
常用传动机构之二
凸轮机构
本章节知识体系框架
本章节知识体系框架
传动机构之二——凸轮机构
一、考试要求
专业 了 解 理解 掌 握
机械
1.了解凸轮机构的分类、理解压力角、基 特点和应用。 圆半径、滚子半 2.了解压力角、基圆半 径、行程等参数 径、滚子半径、行程等 的概念。 参数对机构工作性能的 影响。 1.了解凸轮机构的分类、理解压力角、基 特点和应用。 圆半径、滚子半 2.了解压力角、基圆半 径、行程等参数 径、滚子半径、行程等 的概念。 参数对机构工作性能的 影响。
2. 车床主轴箱内的变速操纵机构为使拨叉得到较大 行程的左右往复移动以拨动三联滑移齿轮沿轴向滑 动，应采用（ A ）凸轮机构。 A.圆柱 B.移动 C.盘形 D.以上答案均可能
问题二、凸轮机构的应用
例3 以下各机构中，不属于凸轮机构应用的是﹝ D ﹞。
A.内燃机气阀控制机构 B.自动车床刀架进给机构
凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用 1、组成：凸 轮——个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
从动件——被凸轮直接推动的构件。
机
架——相对于支撑物体固定不动的构件。
凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用
2 、特点：
优点： （1）可使从动件得到各种预期的运动规律。 也就是可以任意拟定从动件的运动规律，用于 从动件运动规律要求严格。 （2）结构紧凑、简单。
（3）应用：靠模仿形机械 （4）移动凸轮机构也是平面凸轮机构
柱体凸轮
柱体凸轮的分类：圆柱凸轮和端面凸轮 圆柱凸轮：轮廓曲线位于圆柱面上并绕其轴线旋转的凸 轮，圆柱凸轮是具有曲线沟槽的圆柱体构件。
端面凸轮：轮廓曲线位于圆柱端部并绕其轴线旋转的凸 轮。 特点： （1）圆柱凸轮和端面凸轮统称柱体凸轮； （2）凸轮等速回转时，从动件在平行于 凸轮轴线的平面内运动，是空间凸轮机构； （3）从动件可以通过直径不大的柱体凸轮 获得较大的行程。
特点： （1）依靠回转半径的变化推动从动件移动或摆动， 但从动件行程不宜过大，否则会引起凸轮径向尺寸变 化过大，增大了机构的结构尺寸，不利于机构正常工 作。 （2）结构简单，适用于从动件行程或摆动较小的场 合。
盘形凸轮的演变：移动凸轮
（1）演化方式：盘形凸轮的回转中心趋于无穷远处，即r→∞； （2）凸轮从回转运动→往复直线移动
2.如图2所示为缝纫机的挑线机构，试分析该机构的
工作原理。
该装置应用了柱体凸轮机构。其工作原理为：从动件挑线杆2末 端
A的滚子嵌在圆柱凸轮1的槽中，当凸轮1转动时，迫使杆2绕定点
A 上下摆动，不断地把杆上B处孔中的线挑出一定长度，供缝纫使 用。
二、 凸轮机构的分类 2、按从动件端部型式分：尖顶式、滚子式、平底式和曲面式四种 3、按从动件运动形式分：移动式和摆动式
盘形凸轮：仅具有径向尺寸变化，并绕其轴线旋转的凸轮。
盘形凸轮种类：盘形外轮廓凸轮和盘形槽凸轮。 盘形外轮廓凸轮：利用外轮廓推动从动件。 盘形槽凸轮：利用曲线沟槽推动从动件。 盘形凸轮作等速回转时，从动件在垂直凸轮轴线的平面 内运动（往复移动或摆动），所以是平面凸轮。机构是 平面凸轮机构。
盘形凸轮