031凸轮机构组成及类型
机械设计基础知识04
-ω
ω
5’
3’ 1’ 1 3 5 78
9’10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
设计步骤小结：
①选比例尺μ l 作基圆rmin 。此基圆与导路的交 点A便是从动件尖顶的起始位置。 ②自A开始反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。
③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。 ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
1’
1 3 5 78
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’ 11’
设计步骤：
①在平底上选固定点A视为尖顶。 ②作基圆rmin。反向等分各运动角。
10’ 9’
③确定反转后固定点A的一些列位置，过这些点画出一系列平底，即为从动件 平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线，即可得所求轮廓线。
min
对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： rT ≤ρ
4、对心直动平底推杆盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径rmin，角速 度ω 1和从动件的运动规律，设 计该凸轮轮廓曲线。
7’ 5’ 3’ 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
-ω
ω
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
a2
+∞
δ
－∞
1
刚性冲击
2.等加等减速运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。
推程等加速段边界条件：
起始点： δ
1 1
中间点： δ
=0， V2 =0， S2＝0 =δ t /2， S2=h/2
S2 1 a 0t 2 2
等加速运动方程为 加速段推程运动方程为：
S2 ＝2hδ12 /δt2 V2＝4hω 1δ1 /δt2 a ＝4hω12 /δ2t
凸轮机构组成与分类
三、凸轮机构的分类
(3)平底从动件
特点：这种推杆的优点 是凸轮对推杆的作用力 始终垂直于推杆的底边 （不计摩擦时），故受 力比较平稳。而且凸轮 与平底的接触面间容易 形成油膜，润滑较好， 所以常用于高速传动中。
平底移动从动杆盘形凸轮机构 平底摆动从动杆盘形凸轮机构
1－凸轮 2－从动件
凸轮机构示意
3－机架
三、凸轮机构的分类
1、 按凸轮的形状分 (1)盘形凸轮 特点：一个具有变化向 径的盘形构件。当它绕 固定轴转动时，可推动 推杆在垂直于凸轮轴的 平面内运动。结构简单， 易于加工，应用最为广 泛.
尖顶移动从动杆盘形凸轮机构
三、凸轮机构的分类
(2)移动凸轮
特点：可视为盘形凸轮的 回转轴心处于无穷远处时 演化而成的，相对机架作 直线往复运动。
三、凸轮机构的分类
3、按从动件运动形式分
移动从动件 摆动从动件
四、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。
凸轮机构组成与分类
新课引入
凸轮机构应用举例
一、引入凸轮机构概念
1、内燃机配气机构
内燃机配气机构
一、凸轮机构概述
2、自动车床走刀机构
自动车床走刀机构
一、凸轮机构概述
3、靠模车削机构
靠模车削机构
二、凸轮机构的组成
1、凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。 2、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。
凸轮机构的组成与分类
6δ
δ
s ＝ h-2h(δ0 –δ)2/δ20
v ＝ - 4hω(δ0 -δ)/δ2
0
a
4hω 2/δ
2
0
a ＝ - 4hω2 /δ20
δ
柔性冲击
余弦加速度
3 推程： s＝h[1-cos(πδ/δ0)]/2 v ＝πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0 a ＝π2hω2 cos(πδ/δ0)/2δ20 回程： s＝h[1＋cos(πδ/δ’0)]/2 v＝-πhωsin(πδ/δ’0)δ/2δ’0 a＝-π2hω2 cos(πδ/δ’0)/2δ’20
4.摆线运动
半径R=h/2π的滚圆沿纵座标 作纯滚动，圆上最初位于座标原 点的点其位移随时间变化的规 律—摆线运动
特点：无刚性、柔性冲击 适用场合：适于高速
5. 五次多项式运动
4 5 φ 3 φ φ s h10 15 6 Φ Φ Φ
⑤ 应用反转法逐点作图确定各滚子中 心点位置B0，B1，B2，…（自基圆起 向外量取）； ⑥ 光滑连接B0，B1，B2，……点，就 得所要设计的凸轮的理论廓线。 ⑦ 选择滚子半径rT； ⑧ 以理论廓线为中心作一系列滚子； ⑨ 作这一系列滚子的内包络线，就得 所要设计的凸轮的廓线，称为实际廓 线 。
2 、从动件常用的运动规律
（1 ）凸轮机构的工作循环
从动件常用的运动规律
名词术语：
基圆、 基圆半径、 推程、
推程运动角、 远休止角、 回程、 回程运动角、
D
δ02 δ’0
h A r0
δ0 δ01 δ’0 δ02
δ0
δ01
ω
B
近休止角、 行程。一个循环
第三章凸轮机构
第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮：具有曲线轮廓或沟槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件取得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个大体构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.依照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，而且具有转变的向径。
它是凸轮最大体的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相关于机架作直线移动。
盘形凸轮转轴位于无穷远处。
空间凸轮机构：圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。
2.依照从动件的形状分：（1）尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触，使从动件实现任意运动规律。
结构简单，但尖端易磨损，适于低速、传力不大场合。
（2）曲面从动件：从动件端部做成曲面，不易磨损，利用普遍。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变成转动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优势：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳固。
不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，经常使用于高速。
缺点：凸轮轮廓必需全数是外凸的。
3.依照从动件的运动形式分：4.依照凸轮与从动件维持高副接触的方式分：（1）力封锁型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终维持接触。
封锁方式简单，对从动件运动规律没有限制。
5、其它反凸轮机构：摆杆为主动件，凸轮为从动件。
应用实例：自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点一、优势：(1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优势是关于任意要求的从动件运动规律都能够毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
2、缺点：由于是高副接触，易磨损，因此多用于传力不大的场合。
二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例：船用柴油机中利用凸轮机构操纵阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度及加速度转变率随时刻或凸轮转角转变的规律。
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r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0 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。
凸轮机构组成、分类、运动过程及特点.ppt
t δ2 δ3 δ
C
练习二： 试述凸轮机构运动过程。
2、凸轮机构运动简述
升——停——降——停循环往复
四、凸轮机构的优缺点 优点：构件少，运动链短，结构简单紧凑
易使从动件得到各种预期的运动规律。
缺点：点、线接触，易磨损； 所以凸轮机构多用在传递动力不大的 场合。
小结
通过本节课的学习，我们 1.了解了凸轮机构的组成和应用。 2.初步掌握了凸轮机构的分类。 3.初步理解并掌握了凸轮机构的运动组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的运动过程 凸轮机构的特点
一、凸轮机构的组成
凸轮：具有某种曲线和凹槽的构件。
凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的
高副机构。
机架3
从动件2
1 O1
二、凸轮机构的分类
1）按凸轮的形状分：
移 动 凸 轮
圆 柱 凸 轮 盘形凸轮
2）按从动件的形状分：
作业
1.简述凸轮机构的运动过程。 2.预习凸轮机构从动件的运动规律有哪些， 受力特点如何？
力 锁 合
几何锁合
练习一：观察下面两个凸轮机构属于 什么类型。
1、内燃机的配气机构 2、车床的走刀机构
三、凸轮机构运动概述
1、名词术语：
基圆、 基圆半径、 推程、
推程运动角、远停程、远停程角、
回程、 回程运动角、 近 停 程 、 近 停 程 角 、行程。
B’
A
D δ3
r0
δ0
δ2
δ1
s
h
o δ0 δ1 ω
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
3）按从动件的运动形式分：
移动从动件 摆动从动件
对心移动从动件 偏置移动从动件
机械设计基础 第3章 凸轮机构
图4-16 “反转法”原理
3.3.1 偏置顶尖制动从动件盘形凸轮轮廓绘制
已知凸轮基圆半径rb，偏距e及偏置方位，凸轮以等角速度ω顺时针转动，从动件
的位移线图，试绘制凸轮轮廓。
3.3.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓绘制
理论轮廓曲线η ——
滚子中心当作从动件的尖端，先按绘制 尖端从动件凸轮的步骤和方法绘出一条凸轮 轮廓曲线 。
圆称为基圆，基圆半径用r。表示。(2）推
从动件
程运动角如图3-7所示，主动件凸轮匀速转
动，从动件被凸轮推动直动，从动件的尖顶
以一定运动规律从最近位置运动到最远位置，
这一过程称为推程。从动件位移h称为升程
或升距，凸轮对应 转 过的 角 度币 称 为推 程 运 行程
动角。
远休止角﹐当凸轮继续回转时，由于凸轮的 向径不变，从动件的尖顶在最远位置划过凸 轮表面，保持不动，这一过程称为远停程， 此时凸轮转过的角度。称为远休止角。
s
h
δ0
δ
v
δ a
+∞
δ
刚性冲击 －∞
图4-13 等速运动规律线图
3.2.2 从动件常用的运动规律
2 等加速等减速运动规律
从动件在推程的前半段做等加速运动, 在后半段做等减速运动的运动规律, 称为 等加速等减速运动规律 从动件在推程的前半段为等加速，后半段 为等减速的运动规律，称为等加速等减速运动 规律。通常前半段和后半段完全对称，即两者 的位移相等，加速运动和减速运动加速度的绝 对值也相等。 等加速等减速运动规律的位移线图由两段 抛物线组成，而速度线图由两段斜直线组成。
s
h/2
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2 6δ
凸轮机构组成
凸轮机构组成凸轮机构是一种用于实现连续运动的机械装置，由凸轮、摇杆（或推杆）、轴、轴承等组成。
凸轮呈现出各种不同形状，通过与摇杆（或推杆）的连动，使物体能够沿固定轨迹做规定的运动。
凸轮是凸轮机构的核心部件，可以是圆柱形、椭圆形、心形、螺旋形等。
圆柱形凸轮最为常见，在凸轮上的一点称为凸轮迹线上的点，而凸轮的中心轴则是凸轮迹线的轴线。
凸轮迹线上相同距离的不同点的运动速度不同，因此可以通过调整凸轮的形状和大小来控制运动的速度和方式。
摇杆（或推杆）是凸轮机构中的执行部件，通过与凸轮的连动来实现所需的运动轨迹。
摇杆可分为单摇杆和双摇杆两种形式。
单摇杆由一个摇杆和一个固定轴组成，而双摇杆则由两个摇杆和一个固定轴组成。
摇杆的运动方式可以是直线运动、旋转运动或复合运动，取决于凸轮的形状和运动要求。
轴是凸轮机构中的支撑部件，用于支撑和固定凸轮和摇杆。
轴通常由金属材料制成，具有足够的强度和刚性。
除了支撑凸轮和摇杆外，轴还需具备良好的耐磨性和耐腐蚀性，以保证凸轮机构的长期稳定运行。
轴承是凸轮机构中起支撑和传动作用的重要部件，用于减少轴和轴承之间的摩擦。
常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。
滚动轴承由内圈、外圈和滚动体组成，滚动体之间滚动运动，从而减少摩擦。
滑动轴承则是通过润滑剂形成薄膜，使轴承在轴上滑动，减少摩擦力。
凸轮机构具有广泛的应用，例如在发动机、机械手、打印机等设备中都有使用。
凸轮机构能够实现各种不同的运动形式，如直线运动、旋转运动、复合运动等。
通过调整凸轮的形状和大小，可以实现不同的运动速度和运动轨迹。
同时，凸轮机构还具有很高的精度和稳定性，可以长时间稳定地工作。
总之，凸轮机构是一种实现连续运动的机械装置，由凸轮、摇杆（或推杆）、轴、轴承等组成。
凸轮机构通过凸轮和摇杆的连动来实现运动轨迹的控制，具有多种运动形式和广泛的应用领域。
凸轮机构在工业生产和机械制造中扮演着重要的角色，对提高生产效率和改善产品质量具有积极的促进作用。
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缺点
3 高副机构，易
于磨损，用于
传递动力不大
的场合且凸轮
2
轮廓加工困难
h
1
e
凸轮机构的类型 按凸轮的形状分类
按从动件的运动分类
盘形凸轮机构 移动凸轮机构 圆柱凸轮机构 圆锥凸轮机构 直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
按从动件的形状分类
滚子从动件凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构 平底从动件凸轮机构
移动凸轮机构
进刀凸轮机构
直动尖顶从动件
摆动从动件
滚子摆动从动件凸轮机构
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
尖顶从动件凸轮机构
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。这 种从动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只 适用于速度较低和传力不大的场合
1
3 机架 2 从动件
1凸轮
e
当从动件的位移、速度、加速度必须严格按照预定 规律变化时，常用凸轮机构。凸轮可以通过高副接 触使从动件获得连续或不连续的任意预期运动
应用实例 内燃机配气机构 自动送料机构 自动进刀机构
靠模车削机构 分度转位机构 各种电气开关等
优点
可获得从动件 任意的预定运 动规律,机构 简单紧凑
主回凸轮
优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点 缺点：结构复杂，制造精度要求高
结语
谢谢大家！
2020/12/28
38
谢谢！
两滚子中心间 的距离始终保 持不变
缺点： 从动件运动规 律的选择受到 一定的限制
凸轮廓线上任 意两条平行切 线间的距离都 等于框架内侧 的宽度
缺点：从动件的运 动规律的选择受到 一定的限制
当180度范围内的凸轮廓线根据从动件运动 规律确定后，其余180度内的凸轮廓线必须 符合等宽原则
一个凸轮推动从 动件完成正行程 运动，另一个凸 轮推动从动件完 成反行程的运动
圆柱凸轮机构
如果将移动凸轮卷成圆柱体或圆锥 体即演化成圆柱凸轮或圆锥凸轮。 如左图示
圆锥凸轮机构
在这两种凸轮机构中凸轮与从 动件之间的相对运动是空间运 动，故属于空间凸轮机构
直动从动件 3
摆动从动件
2
1
1
e 直动（移动）从动件凸轮机构又可根
据其从动件轴线与凸轮回转轴心的相 对位置分成 对心和偏置两种
平底从动件凸轮机构
从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触处易形成 油膜，润滑状况好。此外，在不计摩擦时，凸轮 对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受 力平稳，传动效率高，常用于高速场合 缺点：与之配合的凸轮轮廓必须全部为外凸形状
重力锁合凸轮
凹槽凸轮机构
槽两侧面的距离等于滚子直径 优点：锁和方式结构简单 缺点：加大了凸轮的尺寸和重量
本章节重点和要求 了解凸轮机构的分类和特点
了解凸轮机构的功能和应用
内燃机配气机构
靠模仿形车削机构
自动送料机构
分度转位机构
自动进刀机构
盘形凸轮机构
当其绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于 凸轮转轴的平面内运动。它是凸轮的最基本型 式，结构简单，应用最广
盘形凸轮机构
盘形凸轮机构
盘形凸轮机构
按维持高副接触的方式分类
力锁合的凸轮机构 形锁合的凸轮机构
3 盘形凸轮机构
2 1
1
e
移动凸轮机构
这种凸轮是一个绕固定轴 转动并且具有变化向径的 盘形零件
当盘形凸轮的转轴位于 无穷远处时，就演化成 了图示的移动凸轮（或 楔形凸轮）。凸轮呈板 状，它相对于机架作直 线移动
在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动 件之间的相对运动均为平面运动，故 又统称为平面凸轮机构
滚子从动件 凸轮机构
尖顶从动件 凸轮机构
平底从动件 凸轮机构
e
eeBiblioteka 力锁合凸轮机构利用从动件的重量、弹簧力或其他外力使 从动件与凸轮保持接触
形锁合凸轮机构
依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终 维持接触
形锁合的凸轮机构
主回凸轮机构
凹槽凸轮机构
等径凸轮机构
d d
等宽凸轮机构
§3.2 凸轮机构的功能
031凸轮机构组成及类型
Theory of Machines and Mechanisms
机械原理
第三章 凸轮机构
第三章 凸轮机构
§3.1 凸轮机构的组成和类型 凸轮机构的组成
凸轮是由具有曲线轮廓或凹槽的构件
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架
这三个基本构件所组成的一种高副
机构，通过高副接触带动从动件实 现预期运动规律
实现无特定运动规律要求的工作行程 利用凸轮机构从动件能实现一定的工作行程的特点
实现有特定运动规律要求的工作行程 利用凸轮轮廓曲线实现复杂的从动件运动规律
实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程
利用凸轮轮廓曲线实现复杂的从动件运动规律和动 力学性能
实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程 柴油机配气机构