机械设计基础课件第四章

§4.1 凸轮机构的应用和分类
4.1.2凸轮机构的分类
1．按凸轮形状 （1）盘形凸轮 （2）移动凸轮 （3）圆柱凸轮
平面凸轮机构 空间凸轮机构
动态演示
盘形凸轮机构
动态演示
移动凸轮机构
动态演示
圆柱凸轮机构
§4.1 凸轮机构的应用和分类
2．按从动件端部形状 （1）尖顶从动件 （2）滚子从动件 （3）平底从动件
§4.1 凸轮机构的应用和分类
绕线机构
1—盘形凸轮；2—引线杆；3—绕线轴
§4.1 凸轮机构的应用和分类
由以上的例子可知，凸轮机构有如下基本特性： 当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓或凹槽迫使从动 杆作一定规律的运动，即从动杆的运动规律取决于凸轮轮 廓曲线或凹槽曲线的形状。
优点： 只需设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的 预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便。 缺点： 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只可用于传力 不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加 工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。
从动件的运动线图 （1）位移线图：反映了从动件的位移s 随时间t 或凸轮转角δ 变 化的规律。 （2）速度线图：反映了从动件的速度v 随时间t 或凸轮转角δ变 化的规律。 （3）加速度线图：反映了从动件的加速度a 随时间t 或凸轮转 角δ变化的规律。
凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规 律。要使从动件实现某种运动规律，就要设计出 与其相应的凸轮轮廓曲线。
国家级精品课程教材
机械设计基础
第四章 凸轮机构
电子工业出版社
主编：唐林虎 副主编：张亚萍等
第四章 凸轮机构
1 §4.1 凸轮机构的应用和分类 2 §4.2 从动件的常用运动规律 3 §4.3 凸轮轮廓曲线设计 4 §4.4 凸轮机构设计中应注意的问题
课后习要求
（1）了解凸轮机构的应用及分类方法； （2）对从动件常用的运动规律及其选择原则、机构压力角等有 明确的概念； （3）掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法和确定基本尺寸的 主要原则。
§4.2 从动件的常用运动规律
4.2.2从动件的常用运动规律
1．等速运动规律（直线运动规律） （1）运动规律：
当凸轮以等角速度ω转动时，从动 件上升或下降过程中速度保持不变。
（2）运动方程：
§4.2 从动件的常用运动规律
（3）动力特性： 在从动件推程开始位置和终止位
置处，速度发生突变，瞬时加速度在 理论上趋于无穷大，产生极大的惯性 力，存在刚性冲击。
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
§4.1 凸轮机构的应用和分类
3．按从动件运动方式 （1）直动从动件 （2）摆动从动件
4．按对心方式 （1）对心凸轮机构 （2）偏置凸轮机构
直动从动件
摆动从动件
动态演示
对心凸轮机构 偏置凸轮机构
§4.1 凸轮机构的应用和分类
5．按凸轮与从动件保持高副接触的方法 （1）力锁合 （2）形锁合
运动性能 当机器对从动件运动性能有特殊要求，而凸轮的转速又较
2h
2 t
2
v
a0t
4h
2 t
a
a0
4h 2
2 t
§4.2 从动件的常用运动规律
根据运动线图的对称性，可得等减速段的运动方程为
s
h
2h
2 t
( t
)2
v
4h
2 t
( t
)
a
a0
4h 2
2 t
（3）动力特性：
在运动规律的起始点、等加速等减
速的转折点和终止点，从动件的加速度
有限值的突然变化，从而产生有限的惯
动态演示
动态演示
力锁合凸轮 形锁合凸轮
§4.2 从动件的常用运动规律
4.2.1凸轮机构的工作过程 名词术语及符号
（1）基圆（rb） （2）推程、推程角（δt） （3）行程（h） （4）远停程、远停程角（δs） （5）回程、回程角（δh） （6）近停程、近停程角（δs'）
§4.2 从动件的常用运动规律
2 t
t
§4.2 从动件的常用运动规律
（3）动力特性： 从动件作简谐运动时，在行程的
始点和终点也产生有限值的变化，故 有柔性冲击，但减少了冲击次数。
（4）适用场合： 适用于中速、中载场合。 只有当从动件作无停留区间的升–
降–升连续往复运动时，才能避免冲击， 从而可用于高速运动。
§4.2 从动件的常用运动规律
4.2.3从动件运动规律的选择
工作要求 当机器的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而凸
轮的转速不太高时，应首先从满足工作需要出发来选择或设计 从动件的运动规律。
加工工艺 当机器的工作过程只需要从动件有一定位移，而对其无一
定运动要求时，如夹紧、送料等凸轮机构，可只考虑加工方便， 一般采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。
重点与难点
重点：从动件的常用运动规律，盘形凸轮轮廓曲线的设计，凸 轮的基圆半径与压力角及自锁问题。 难点：盘形凸轮轮廓曲线的设计、凸轮基本尺寸的确定。
§4.1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构由主动凸轮、从动件（ 也称推杆）和机架组成。
（1）凸轮: 原动件，可作等速转动 ，也可作往复移动。
（2）从动件:被凸轮直接推动的构件 ，可作往复直线运动，也可作往复摆动 ，并通过重力、弹簧力或凹槽始终保持 与凸轮接触。
（4）适用场合： 一般只用于低速和从动件质量较
小的凸轮机构中。
§4.2 从动件的常用运动规律
2．等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）
（1）运动规律： 当凸轮以等角速度ω转动时，从
动件在推程或回程的前半行程作等加 速，后半行程作等减速的运动规律。
（2）运动方程： 等加速段的运动方程为:
s
1 2
a0t 2
（3）机架:支承凸轮和从动件的固定 构件。
§4.1 凸轮机构的应用和分类
4.1.1应用举例
动态演示
内燃机气阀机构图 1—凸轮；2—气阀
造型机凸轮机构 1—凸轮；2—滚子；3—工作台
§4.1 凸轮机构的应用和分类
变速操纵机构
1—圆柱齿轮；2—拨叉； 3—三联滑移齿轮
横刀架进给机构
1—凸轮；2—摆杆； 3—扇形齿轮；4—横刀架
性力引起柔性冲击。
（4）适用场合： 适用于中速、轻载的场合。
§4.2 从动件的常用运动规律
3．简谐运动规律（余弦加速度运动规律） （1）运动规律：
质点在圆周上作等速运动时，它 在该圆直径上的投影所构成的运动。
（2）运动方程：
s h [1 cos( )]
2
t
v
h
sin(
)
2 t t
a h 2 ( )2 cos( )