第八章 凸轮机构第三节 凸轮机构的工作过程
电子课件-《机械基础(第六版)》-A02-3658 8第八章 凸轮机构
§8—2 凸轮机构的类型
3．平底从动件
4．曲面从动件
易于形成楔形 油膜，润滑较好
可避免因安装位置偏 斜或不对中而造成的表 面应力过大和磨损增大
第八章 凸轮机构
§8—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
凸轮回转时，从动件作“升—停—降—停”的运动循环
1．升
2．停
3．降
4．停
§8—1 凸轮机构概述
二、凸轮机构的特点 1．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
2．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，只适用于传力不大的场合
第八章 凸轮机构
§8—2 凸轮机构的类型
一、凸轮的类型
1．盘形凸轮
2．移动凸轮
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
Hale Waihona Puke §8—1 凸轮机构概述自动车床走刀机构
当凸轮回转时，其曲线凹槽驱使从动件绕
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，使刀架实现进刀和退刀
§8—1 凸轮机构概述
靠模车削机构
当工件回转时，刀架向左运动，并且在凸轮（靠模板）的 推动下作横向运动，从而切削出与靠模板曲线一致的工件
知识链接
凸轮常用材料
在低速、中小载荷等一般场合下，凸轮材料常 采用45钢、40Cr，并进行表面淬火（硬度为40 ～50HRC）。也可采用15钢、20Cr、20CrMnTi ，并进行渗碳淬火（硬度为56～62HRC）
第八章 凸轮机构
制作：王希波
机械基础
第八章 凸轮机构
第八章 凸轮机构
机械原理凸轮机构设计
凸轮机构的设计一、简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。
因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。
凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。
二、凸轮机构的工作原理由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。
凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。
从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。
尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。
为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。
具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。
多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。
凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。
它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。
但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。
一、工作过程和参数在凸轮机构中最常见的运动形式为凸轮机构作等速回转运动，从动件往复移动。
以图6-8为例（对心外轮廓盘形凸轮机构）。
首先介绍一下本图中各构件的名称。
1，运动分析：停CA4ϕ2、参数①推程（升程）-- 从动件自最低位置升到最高位置的过程 ②推程角（升程角）--推动从动件实现推程时的凸轮转角（ϕ1） ③回程 -- 从动件自最高位置升到最低位置的过程 ④回程角 --从动件从最高位置回到最低位置时的 凸轮转角（ϕ3）⑤远停角（远休止角）从动件在最高位置停止不动，与此对应的凸轮转角。
凸轮机构的工作原理特点及应用
凸轮机构的工作原理特点及应用一、凸轮机构的工作原理凸轮机构是一种将圆周运动转化为复杂直线运动的机械装置。
它包括凸轮和随之运动的从动件。
凸轮是一个具有不规则形状的旋转零件，通过凸轮的不规则形状，使从动件在运动过程中产生复杂的直线运动。
凸轮机构的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.凸轮进行旋转运动；2.从动件由于凸轮的不规则形状而产生直线运动；3.从动件进行线性运动，完成特定的工作。
凸轮机构的工作原理主要基于凸轮的几何形状的变化。
通过不同形状的凸轮，可以实现不同的直线运动，从而适应不同的工作需求。
凸轮的几何形状可以通过计算和仿真进行设计，以确保从动件的运动满足特定的要求。
二、凸轮机构的特点凸轮机构具有以下几个特点：1.复杂的运动控制：凸轮机构可以通过设计不同形状的凸轮实现复杂的直线运动。
这使得凸轮机构在一些需要精确控制运动轨迹的应用中非常有用。
2.高效的能量转换：凸轮机构通过圆周运动转换为直线运动，实现了能量的高效转换。
相比于其他机械装置，凸轮机构能够更高效地利用能源。
3.稳定性和可靠性：凸轮机构的结构相对简单，因此具有较高的稳定性和可靠性。
凸轮的旋转运动相对平稳，从动件的直线运动也相对稳定，适用于长时间工作和高频率运动的场景。
4.易于维护和调整：凸轮机构的结构相对简单，凸轮和从动件相互作用的方式也比较清晰明了。
这使得凸轮机构在维护和调整方面较为便捷，可以快速进行修理和替换。
三、凸轮机构的应用凸轮机构在工业生产和日常生活中有广泛的应用。
以下列举了几个常见的凸轮机构应用场景：1.发动机气门控制：凸轮机构在内燃机中的应用非常常见。
凸轮机构通过控制气门的开闭动作，调节气门打开和关闭的时间和幅度，以实现燃油和空气的混合物进入和废气回收。
这对于内燃机的性能和燃烧效率非常重要。
2.彩铃制造：凸轮机构在手机和电子设备中的应用也比较常见。
通过凸轮机构，手机可以实现不同声音和音调的响铃，提供更加丰富多样的用户体验。
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。
第八章 凸轮机构第三节 凸轮机构的工作过程
式中 a 和ω都是常数，所以位移 s 和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速 等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲 率方向相反的抛物线连成。 (2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近 零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合 在中、低速条件下工作。 当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基 圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法 的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。
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二、从动件的运动规律
1．等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为 等速运动规律。 （1） 位移曲线(S—δ曲线) 若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ0，那么由运动学可 知，在等速运动中，从动件的位移 S 与时间 t 的关系为： S＝v·t 凸轮转角δ与时间 t 的关系为： δ＝ω·t 则从动件的位移 S 与凸轮转角δ之间的关系为: v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件 作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始 和终止时；从动件的速度从零突然增大到 v 或由 v 突然减为零，此时，理论上的加速 度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚 性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强 烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和 从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律
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。
第八章 凸轮机构
第五章 凸轮机构
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§6—2 凸轮机构的工作原理
二、主要参数
1、转角
推程运动角δo：从动件从最近→最远时凸轮转过的角度 远休止角δs：从动件在最远处停止不动时，凸轮的转角。
回程运动角δo′：从动件从最远→最近时凸轮的转 角。
近休止角δs′：从动件在最近处停止不动时，凸轮的转角。
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原理：靠半径的变化推动从动件产生平面运动。
从动件在⊥于凸轮轴线的平面内运动。 应用：一般用于从动件行程或摆动较小的场合。
（2）移动凸轮：盘形凸轮r→∞演变而成。
*移动凸轮通常作往复直线移动 *常用于靠模仿型机械中。
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当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即 成为移动凸轮，移动凸轮通常作往复直线移动。
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§8—2 凸轮机构的工作原理
一、凸轮机构的工作过程和有关参数 二、从动件的常用运动规律
第五章 凸轮机构
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节目录
一、凸轮机构的工作过程和有关参数 推程（升程）：从动件 从最近→最远的过程。
停程：从动件在最近或 最远处停止不动的过程。 回程：从动件从最远→ 最近的过程。
第八章 凸轮机构
§8—1 凸轮机构概述 §8—2 凸轮机构的工作原理
第五章 凸轮机构
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章目录
教学要求
1.了解凸轮机构的分类、应用及特点。
2.了解凸轮轮廓曲线的画法，熟悉常用 位移曲线的画法。 3、掌握基圆半径、行程、压力角等基本 参数的概念和它们对工作的影响。 4、掌握凸轮从动件的常用运动规律及其 特点和应用。
机械基础凸轮机构教案
机械基础凸轮机构教案第一章：凸轮机构概述教学目标：1. 了解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 掌握凸轮的形状、尺寸和运动特性的基本知识。
教学内容：1. 凸轮机构的定义和分类。
2. 凸轮的形状和尺寸。
3. 凸轮的运动特性和曲线。
4. 凸轮机构在实际应用中的例子。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 展示凸轮机构的实物模型或图片。
3. 分析凸轮的运动特性和曲线。
教学活动：1. 引入凸轮机构的定义和分类。
2. 展示凸轮的形状和尺寸的图片。
3. 分析凸轮的运动特性和曲线。
4. 举例说明凸轮机构在实际应用中的例子。
作业与练习：1. 复习凸轮机构的定义和分类。
2. 练习分析凸轮的形状和尺寸。
3. 练习分析凸轮的运动特性和曲线。
第二章：凸轮的设计与制造教学目标：1. 掌握凸轮的设计原则和方法。
2. 了解凸轮制造的工艺和设备。
教学内容：1. 凸轮的设计原则和方法。
2. 凸轮制造的工艺和设备。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 展示凸轮设计的实例。
3. 分析凸轮制造的工艺和设备。
教学活动：1. 介绍凸轮的设计原则和方法。
2. 展示凸轮设计的实例。
3. 分析凸轮制造的工艺和设备。
作业与练习：1. 复习凸轮的设计原则和方法。
2. 练习分析凸轮制造的工艺和设备。
第三章：凸轮机构的工作原理与分析教学目标：1. 掌握凸轮机构的工作原理。
2. 学会分析凸轮机构的运动特性和性能。
教学内容：1. 凸轮机构的工作原理。
2. 凸轮机构的运动特性和性能分析。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 演示凸轮机构的运动。
3. 分析凸轮机构的运动特性和性能。
教学活动：1. 介绍凸轮机构的工作原理。
2. 演示凸轮机构的运动。
3. 分析凸轮机构的运动特性和性能。
作业与练习：1. 复习凸轮机构的工作原理。
2. 练习分析凸轮机构的运动特性和性能。
第四章：凸轮机构的应用与实例教学目标：1. 了解凸轮机构在实际应用中的例子。
2. 学会分析凸轮机构的优缺点和适用场合。
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第三节 凸轮机构的工作过程及从动件运动规律
教
学
过
程
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。
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s v
基圆：以凸轮轮廓最小半径 rb 所作的圆 推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置 推程角：角δ0，这个行程称为，δ2称为 回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置； 回程角：角δ2 远停程角：角δ1 近停程角：角δ3
图 7—8 等加速等减速运动规律位移曲线
式中 a 和ω都是常数，所以位移 s 和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速 等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲 率方向相反的抛物线连成。 (2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近 零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合 在中、低速条件下工作。 当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基 圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法 的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。
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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。 作业 p104 练习 1—3
在平时的教学中，要培养学生“问题提出”的意识及能力，我认为要注重做到以下 几点： 1．营造适合“问题提出”的民主环境。 2．减轻学生负担，留足发展“问题提出”能力的时空。 3．倡导多向怀疑。 教 学 反 思 4．鼓励大胆发问。 总之，在今后的教学中，要更好的考虑怎样培养学生提出有价值问题的能力，让 学生带着问题走进课堂，带着更深刻、甚至更多的问题走出课堂，这样才能更好地培 养学生的创新能力，而不把学生培养成为驯服的工具。
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二、从动件的运动规律
1．等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为 等速运动规律。 （1） 位移曲线(S—δ曲线) 若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ0，那么由运动学可 知，在等速运动中，从动件的位移 S 与时间 t 的关系为： S＝v·t 凸轮转角δ与时间 t 的关系为： δ＝ω·t 则从动件的位移 S 与凸轮转角δ之间的关系为: v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件 作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始 和终止时；从动件的速度从零突然增大到 v 或由 v 突然减为零，此时，理论上的加速 度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚 性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强 烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和 从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律
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课 程 名 称 授课 时间 授课 对象
第八章 凸轮机构第三
节 凸轮机构的工作过程
2016 年 11 月 23 日 16 级 21 班
授课教师
任学兵
课时序号
51-52
掌握凸轮机构的从动件运动规律。 教学 目的
教 学 重 点 教学 难 点 教学 方式
从动件运动规律 从动件运动规律 黑板画图，PPT 教 挂 具 图
三、凸轮机构轮廓曲线的画法
1．“反转法”作图方法 凸轮轮廓曲线作图的方法是“反转法”。为了作图方便起见，可以看成凸轮在图纸 上不转动，而将从动件的位置看成是相反于凸轮的旋转方向转动，并以此方向作图，这 就是“反转法”。这种方法的优点是容易作图。 2．轮廓曲线画法步骤 (1)先画出从动件的位移曲线图。用凸轮转角作横坐标，以从动件的位移作纵坐标， 由从动件的运动规律作出位移曲线，如图 b 所示。 (2)再画凸轮轮廓曲线。在凸轮基圆上作等分角线，用“反转法”以与位移曲线相同 的比例截取各对应点(位移行程)，连接各点，即可得凸轮轮廓曲线。如图 a 所示。
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s s 1a 2 2 at 2 2 2
当凸轮作等角速度旋转时，从动件在升程(或回程)的前半程作等加速运动，后半程 作等减速运动。这种运动规律称为等加速等减速运动规律。 (1)位移曲线(S—δ曲线) 由运动学可知，当物体作初速度为零 的等加速度直线运动时，物体的位移方程： 在凸轮机构中，凸轮按等角速度ω旋转， 凸轮转角δ与时间 t 之间的关系为 t=δ/ω 则从动件的位移 S 与凸轮转角δ之间的关 系为：