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凸轮机构及其设计PPT精品医学课件
思考题 1从动件的常用运动规律是指哪几个物理量的变化规律 ？
位移、速度、加速度
2如何判断某种运动规律从动件是否有冲击？何种性质的冲击？
判断凸轮在某位置时所对应从动件的加速度有无突变。 若加速度存在无穷大突变，则为刚性冲击； 若加速度存在有限值突变，则为柔性冲击
3选择或设计从动件运动规律应考虑那些因素 ？
5.4 凸轮机构基本尺寸的确定
1凸轮轮廓的压力角 从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力 Fn方向之间所夹的 角称为压力角 将从动件受力F分解为：
推杆驱动力 F1=Fcosα； 导路正压力 F2=Fsinα； 产生的最大摩擦力Ff = F“ f 。当存在 关系Ff F‘ 时，机构发生自锁； 有f tanα 1。 压力角a愈大，有效分力Ｆy愈小。当a角大到某一数值时，会出现Fy<Fx。 不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。为 保证凸轮机构正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。
5-4-1
一般随压力角α增大，机构的磨损加重、传力性能恶化、效
率降低→与工程实践相一致 。 凸轮机构设计时，应满足：αmax≤［α］ 一般许用压 力角[α]的经 验值为：
从动件 推程 回程 移动 [α]= 30～40° 摆动 [α]= 45～50°
[α]=70～80°
凸轮基圆半径r0与其各位置压力角αi 密切相关。增大r0则αi 减小； 减小r0必然导致αi 增大。即结构紧凑与传力性能良好间存在矛盾。 虽然偏距e也能适量减小推程压力角，但却会增大回程压力角。运用时 应注意偏置方位。
5-3-2
作图
取比例尺μ1，先根据已知尺寸作出基圆与偏距圆，然后用 反转法作图设计。逆时针左偏，顺时针右偏
当e=0时，即对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。其设计方法与上述 方法基本相同，不同的是推杆反转时其各导路位置线始终过轴心
凸轮(公开课)PPT课件
2021/2/11 第五章 凸轮机构
4 §6—1 凸轮机构概述
§9-1 凸轮机构的应用及分类
一、凸轮机构的应用
盘形凸轮机构 在印刷机中的应用
2021/2/11
等经凸轮机构 在机械加工中的应用
5
利用分度凸轮 机构实现转位
2021/2/11
圆柱凸轮机构在机 械加工中的应用
6
二、凸轮机构的分类
凸轮机构分类
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
1、按两活动构件之间 平面凸轮机构 相对运动特性分类 （凸轮形状） 空间凸轮机构
2、按从动件（推杆） 形状分类
尖顶推杆 滚子推杆 平底推杆
盘形凸轮
移动凸轮 圆柱凸轮
3、按凸轮高副保持 接触方式分类
力封闭（推杆重力、弹簧力等）
几何封闭（利用凸轮或者推杆 的特殊几何结构）
2021/2/11
7
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
一、凸轮机构的基本组成
图示为内燃机中控制气阀开闭的凸轮机构。它利用连续转 动的凸轮的轮廓，迫使气阀的气门杆往复移动，从而按预定的 时间打开或关闭气阀，完成配气要求。利用弹簧的作用力使气 门杆组件紧贴凸轮的轮廓曲面。
2021/2/11 第五章 凸轮机构
1 §6—1 凸轮机构概述
一、凸轮机构的基本组成
2轮机构概述
一、凸轮机构的基本组成
凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。 在凸轮机构中，凸轮通常作主动件并作等速回转或移动，借助 其曲线轮廓（或凹槽）使从动件作相应的运动（摆动或移动）。 只要改变凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同要求的运动 规律。凸轮机构结构简单、紧凑。但凸轮机构中包含有高副， 因此不宜传递较大的动力，此外，凸轮的曲线轮廓加工制造比 较复杂。所以凸轮机构一般适用于实现特殊要求的运动规律而 传力不太大的场合。
机械原理电子教案凸轮机构-09下1PPT课件
8
(1) 力 锁 合 (force closure)
利用推杆的重力、弹簧力或 其它外力使推杆始终与凸轮
保持接触
槽 凸 轮 机 构
等 宽 凸 轮 机 构
(2)形锁合(pro) 利用凸轮
与推杆构成的高副元素的特
殊几何结构使凸轮与推杆始
终保持接触
等 径 凸 轮 机 构 共 轭 凸 轮 机 构
§9-2 从动件常用运动规律
而引起推杆惯性力的有限值突 O
v
变，并由此对凸轮产生有限值 2h/0
冲击 ——柔性冲击(Soft impulse)
O
✓从动件在运动起始、中点
a
和终止点存在柔性冲击
➢推程运动方程：
等速运动规律
边界条件
运动始点：=0, s=0 运动终点： = 0，s=h
c0=0 c1=h/0
推程运动方程式：s (h0) v (h0)ω
a 0
0,0
➢回程运动方程
s c0 c1
15
v ds dt c1
a dv dt 0
边界条件
运动始点：=0, s=h
c0=h
运动终点： = 0 ，s=0
s
h(1
0
)
v
h
0
ω
0, 0
a 0
c1=h/0
★等速运动规律运动特性
✓从动件在运动起始和终止点存在刚性冲击
✓适用于低速轻载场合
1.2 等加速等减速运动规律亦称为抛物线运动规律
16
s
线图表示法：
h
特点：从动件在起点、中点和
h/2
终点，因加速度有有限值突变
4
盘形凸轮(Plate cam) 移动凸轮(Wedge cam) 圆柱面凸轮(Cylindrical cam) 端面凸轮(Cylindrical cam)
《凸轮轮廓设计》课件
绘制理论廓线
确定基圆半径
根据凸轮机构的具体形式和从动件的运动规律，选择合适的基圆 半径。
绘制理论廓线
根据从动件的运动规律和基圆半径，绘制出凸轮的理论廓线。
检查理论廓线的正确性
检查理论廓线是否符合设计要求，是否满足从动件的运动规律。
凸轮实际廓线修正
1 2
考虑压力角的影响
根据凸轮机构的压力角限制，对理论廓线进行修 正，确保在实际运转过程中凸轮机构的有效性。
圆锥凸轮
总结词
具有锥形轮廓的凸轮
详细描述
圆锥凸轮的轮廓呈锥形，通常用于实现高速、高精度的运动控制，尤其适用于需要较小接触面积的场 合。
特殊形状凸轮
总结词
非传统常规形状的凸轮
详细描述
特殊形状凸轮如抛物线形、椭圆形的等，通常用于特殊运动需求的场合，如高速、精密或特殊轨迹的控制。
03
凸轮轮廓设计步骤
考虑接触应力的影响
根据凸轮机构的接触应力限制，对理论廓线进行 修正，确保凸轮机构的可靠性和寿命。
3
考虑加工工艺的影响
根据凸轮机构的加工工艺限制，对理论廓线进行 修正，确保凸轮机构的加工可行性和经济性。
凸轮结构设计
确定凸轮材料
01
根据凸轮机构的工作环境和载荷情况，选择合适的凸轮材料。
设计凸轮结构
02
详细描述
凸轮机构的动态特性对其工作性能和使用寿 命具有重要影响。为了优化凸轮机构的动态 特性，设计师应关注机构的动态响应分析， 并采取措施减小振动、冲击和噪声。例如， 优化凸轮和从动件的材料和结构，改善润滑 条件等。
优化凸轮廓线设计
总结词
优化凸轮廓线设计是指通过改进凸轮廓线的形状和尺寸，以提高凸轮机构的性能和使用 寿命。
凸轮连杆,结构设计原理ppt课件
完整版课件
7
K=1的曲柄摇杆机构
从动件摇杆处于两极限位置时，对应主动件曲柄位置AB1、 AB2共线，即极位夹角θ=0，K=1，机构没有急回特性。
完整版课件
8
翻台机构
本机构为翻台震实式造型机的翻台机构， 是双摇杆机构，当造型完毕后，可将翻台 F翻转180°，转到起模工作台的上面，以 备起摸。
完整版课件
完整版课件
16
牛头刨主机构
这是一个六杆机构，曲柄整周匀速转动，带
动刨刀往复移动,该机构利用摆动导杆机构的
急回特性使刨刀快速退回，以提高工作效率。
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17
插床导杆机构
利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。
完整版课件
18
双滑块机构
该机构由曲柄滑块机构和摇杆滑块机构组成，曲柄绕A点匀速整周旋 转，带动两滑块往复移动。
9
对心曲柄滑块机构
因导路的中线通过曲柄的回转中心而得名。该机构能把回转运动转换为往 复直线运动或作相反的转变，广泛应用于蒸汽机、内燃机、空压机以及各 种冲压机器中。
完整版课件
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偏置曲柄滑块机构
因导路的中线不通过曲柄的回转中心
而得名。偏心距为e,c1.c2为滑块的两极 限位置， 角为极位夹角，该机构具有急
位置AB2转过φ2角到位置AB1时，从动件CD转过180°，因为φ1>φ2 ，即
t1>t2,从动曲柄的角速度不是常数，而是作变角速度回转。
完整版课件
3
平行双曲柄机构
当机构处于AB1C1D和AB2C2D时，机构的传动角γ=0，即为死点位置，
若在此位置由于偶然外力的影响，则可能使曲柄转向不定，出现误动作。
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12
2. 直动平底推杆盘形凸轮机构 凸轮与推杆的相对瞬心P 推杆速度
vvPOP O＝ P vd dst ddtdds
凸轮工作廓线坐标 B(x, y)
x
(r0
s)
sin
ds
d
cos
y
(r0
s)
cos
ds
d
sin
-
y
-
B0
O P
ds d
B
x
13
3. 摆动滚子推杆盘形凸轮机构
y
-
凸轮工作廓线方程 B(x, y)
6. 推杆高副元素的包络线；
-
60 0
90 0
90 0
8
4. 偏置直动尖顶推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，偏置圆半径e。 推杆运动规律，凸 轮逆时针方向转动。
0
120 0
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
h
02 D
0’
A r0 0 01
B
0
0
推程
01
远休止
0’
回程
t
02
近休止
C
-
5
一．凸轮廓线设计的基本原理
A AA AAAA r0
-
A r0
反转法：推杆复合运动=反转运动(-) +预期运动(s)
-
6
2. 对心直动滚子推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，推杆运动规律， 滚子半径rr，凸轮 逆时针方向转动。
6. 推杆高副元素的包络线； -
7
3. 对心直动平底推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，推杆运动规律， 凸轮逆时针方向转 动.
0
120 0
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；
A0
xasinlsin (0)
yacoslcos(0)
l
0 B
A
B0
0
各种凸轮机构均有 x=x()
y=y() 按10~150步长给出凸轮廓 线上各点的x, y坐标。
O
a x
-
14
r0
一．压力角及其许用值 pressure angle 1. 压力角与作用力的关系 越大，F”越大，其引起的摩擦力 越大，乃至发生自锁。越小越好。 2. 压力角与机构尺寸的关系
第五章
凸轮机构的组成及类型 推杆运动规律 凸轮轮廓曲线的设计
凸轮机构基本尺寸的确定
-
1
一、凸轮机构的组成 三构件高副机构
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
二、凸轮机构的类型 1. 按凸轮形状分
盘形凸轮 disk/plate cam
设计凸轮廓线。
0
120 0
60 0
90 0
解： 1. 定比例尺l; 2. 初始位置及推杆位
移曲线； 注：两条廓线，理论／实际廓线
实际廓线基圆rmin, base circle
90 0
3. 确定推杆反转运动
占据的各位置； 4. 确定推杆预期运动
理论廓线基圆r0, prime
circle
占据的各位置；
5. 推杆高副元素族；
O＝ P vd dst d dtd ds
tanddse ddse
ss0 s r02e2
n
F
F’
B
F” A
r0
ds
d
e
tan
2 s
e2
O DP e
加大 r 0 可减小，改善机构传力性能。但机构尺寸变大
n
3. 许用压力角 推程：直动[]=300, 摆动[]=450;
回程：受力小，无自- 锁问题，为限制加速度， []’=7001~5800
3. 按推杆运动形式分
直动推杆 reciprocating follower
摆动推杆 oscillating follower
4. 按推杆布置形式分
对心直动推杆
摆 动
radial reciprocating follower 推
偏置直动推杆
杆
offset reciprocating follower
圆柱凸轮 cylindrical cam
移动凸轮 wedge cam
凸轮 推杆
推杆
推杆
凸轮 凸轮
-
2
2. 按推杆的形状分
尖顶 推杆 knife-edge follower
直 动
滚子推杆 roller follower
推
杆
曲面推杆 curved-shoe follower
平底推杆 flat-face follower
凸轮机构的命名
布置形式+运动形式 +推杆形状+凸轮形状
-
尖顶推杆 对心推杆
曲面推杆
滚子推杆 偏置推杆
平底推杆
3
5. 根据凸轮与推杆的接触形式分 力封闭凸轮机构
重力封闭 弹簧力封闭 几何封闭凸轮机构
等宽凸轮 constand-breath cam
主回凸轮 conjugate cam
等径凸轮 conjugate yoke radial cam
凹槽凸轮 grooved cam
-
4
一．凸轮机构的运动过程
s A’
基 圆 prime circle ，基圆半径 r0; 推 程 rise，推程运动角0; 远休止 dwell，远休止角01 ; 回 程 return，回程运动角0’; 近休止，近休止角02 ; 行 程 follower travel，h。
三．从动件偏置方向的选择 压力角超过许用压力角，结构又 受限制时，可用偏置从动件以减 小升程压力角（以增加回程压力 角为代价）。 正偏距，推程压力角较小， 回程压力角较大；
正偏距＝ 顺＋左 or 逆＋右
负偏距，反之。
实际廓线方程 B’(x’, y’)
与理论廓线等距，则理论廓线之
法线上取rr即为对应于B点的B’点。
x' x rr cos y' y rr sin
“－”: 内包络线 “＋”: 外包络线
法线斜率（切线斜率的负倒数）：
tgddxyddx ddy
-
s0
y
e rr O
-
B0
n
B
B’ n
x
cos, sin
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；
-
60 0
90 0
90 0
9
5. 摆动推杆盘形凸轮机构
r0
r0
-
10
例：尖顶推杆盘形凸轮 已知：r0，推杆运动规律，
凸轮逆时针方向转动。 设计凸轮廓线。
0
120 0
解： 1. 定比例尺l，确定 初始位置；
2. 定比例尺绘推杆 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；
-
60 090 0Fra bibliotek90 0
11
三、解析法设计凸轮廓线
1. 直动滚子推杆盘形凸轮机构 理论廓线方程 B(x, y)
x(s0s)sinecos y(s0s)cosesin
s0 r02 e2
2. 直动平底推杆盘形凸轮机构 凸轮与推杆的相对瞬心P 推杆速度
vvPOP O＝ P vd dst ddtdds
凸轮工作廓线坐标 B(x, y)
x
(r0
s)
sin
ds
d
cos
y
(r0
s)
cos
ds
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sin
-
y
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B0
O P
ds d
B
x
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3. 摆动滚子推杆盘形凸轮机构
y
-
凸轮工作廓线方程 B(x, y)
6. 推杆高副元素的包络线；
-
60 0
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4. 偏置直动尖顶推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，偏置圆半径e。 推杆运动规律，凸 轮逆时针方向转动。
0
120 0
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
h
02 D
0’
A r0 0 01
B
0
0
推程
01
远休止
0’
回程
t
02
近休止
C
-
5
一．凸轮廓线设计的基本原理
A AA AAAA r0
-
A r0
反转法：推杆复合运动=反转运动(-) +预期运动(s)
-
6
2. 对心直动滚子推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，推杆运动规律， 滚子半径rr，凸轮 逆时针方向转动。
6. 推杆高副元素的包络线； -
7
3. 对心直动平底推杆
s
盘形凸轮机构
h
已知：r0，推杆运动规律， 凸轮逆时针方向转 动.
0
120 0
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；
A0
xasinlsin (0)
yacoslcos(0)
l
0 B
A
B0
0
各种凸轮机构均有 x=x()
y=y() 按10~150步长给出凸轮廓 线上各点的x, y坐标。
O
a x
-
14
r0
一．压力角及其许用值 pressure angle 1. 压力角与作用力的关系 越大，F”越大，其引起的摩擦力 越大，乃至发生自锁。越小越好。 2. 压力角与机构尺寸的关系
第五章
凸轮机构的组成及类型 推杆运动规律 凸轮轮廓曲线的设计
凸轮机构基本尺寸的确定
-
1
一、凸轮机构的组成 三构件高副机构
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
二、凸轮机构的类型 1. 按凸轮形状分
盘形凸轮 disk/plate cam
设计凸轮廓线。
0
120 0
60 0
90 0
解： 1. 定比例尺l; 2. 初始位置及推杆位
移曲线； 注：两条廓线，理论／实际廓线
实际廓线基圆rmin, base circle
90 0
3. 确定推杆反转运动
占据的各位置； 4. 确定推杆预期运动
理论廓线基圆r0, prime
circle
占据的各位置；
5. 推杆高副元素族；
O＝ P vd dst d dtd ds
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ss0 s r02e2
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F
F’
B
F” A
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加大 r 0 可减小，改善机构传力性能。但机构尺寸变大
n
3. 许用压力角 推程：直动[]=300, 摆动[]=450;
回程：受力小，无自- 锁问题，为限制加速度， []’=7001~5800
3. 按推杆运动形式分
直动推杆 reciprocating follower
摆动推杆 oscillating follower
4. 按推杆布置形式分
对心直动推杆
摆 动
radial reciprocating follower 推
偏置直动推杆
杆
offset reciprocating follower
圆柱凸轮 cylindrical cam
移动凸轮 wedge cam
凸轮 推杆
推杆
推杆
凸轮 凸轮
-
2
2. 按推杆的形状分
尖顶 推杆 knife-edge follower
直 动
滚子推杆 roller follower
推
杆
曲面推杆 curved-shoe follower
平底推杆 flat-face follower
凸轮机构的命名
布置形式+运动形式 +推杆形状+凸轮形状
-
尖顶推杆 对心推杆
曲面推杆
滚子推杆 偏置推杆
平底推杆
3
5. 根据凸轮与推杆的接触形式分 力封闭凸轮机构
重力封闭 弹簧力封闭 几何封闭凸轮机构
等宽凸轮 constand-breath cam
主回凸轮 conjugate cam
等径凸轮 conjugate yoke radial cam
凹槽凸轮 grooved cam
-
4
一．凸轮机构的运动过程
s A’
基 圆 prime circle ，基圆半径 r0; 推 程 rise，推程运动角0; 远休止 dwell，远休止角01 ; 回 程 return，回程运动角0’; 近休止，近休止角02 ; 行 程 follower travel，h。
三．从动件偏置方向的选择 压力角超过许用压力角，结构又 受限制时，可用偏置从动件以减 小升程压力角（以增加回程压力 角为代价）。 正偏距，推程压力角较小， 回程压力角较大；
正偏距＝ 顺＋左 or 逆＋右
负偏距，反之。
实际廓线方程 B’(x’, y’)
与理论廓线等距，则理论廓线之
法线上取rr即为对应于B点的B’点。
x' x rr cos y' y rr sin
“－”: 内包络线 “＋”: 外包络线
法线斜率（切线斜率的负倒数）：
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-
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y
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B0
n
B
B’ n
x
cos, sin
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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5. 摆动推杆盘形凸轮机构
r0
r0
-
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例：尖顶推杆盘形凸轮 已知：r0，推杆运动规律，
凸轮逆时针方向转动。 设计凸轮廓线。
0
120 0
解： 1. 定比例尺l，确定 初始位置；
2. 定比例尺绘推杆 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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三、解析法设计凸轮廓线
1. 直动滚子推杆盘形凸轮机构 理论廓线方程 B(x, y)
x(s0s)sinecos y(s0s)cosesin
s0 r02 e2