凸轮机构及间歇机构
机械设计基础第四章
对心尖端直动从动件 12 盘形凸轮机构
等速运动规律 等加速等减速运动规律 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
13
一、等速运动规律
h v2 常数 t1
h s2 v2 t t t1
a2 0
刚性冲击
14
从动件的速度有突变，加速度理论上
发生无穷突变，产生巨大的惯性力， 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
轮廓的设计方法及步骤
凸轮机构的基圆半径与许用压力角有什么关系？ 棘轮机构和槽轮机构各有什么特点？ 槽轮机构有哪些主要参数？如何选取？
76
作业
85～86页： 4-2，4-3，4-4，4-5，4-9，4-11
77
rk＜ρmin时，可画出完整的轮廓曲线β’
49
rk＝ρmin时， ρ′=0
β’出现尖点 易磨损，从而改变预定的从动件运动规律
50
rk>ρmin时， ρ’<0 β’将出现交叉，在交 叉点以上部分的曲线 加工时将被切去，致 使从动件不能实现预 期的运动规律而发生 运动失真。
51
外凸时，rk min ,
3
内 燃 机 的 凸 轮 配 气 机 构
4
绕线机的凸轮绕线机构
5
缝纫机的凸轮拉线机构
6
移动凸轮机构
7
分类
按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
8
按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小，应用广
平底从动件
受力小、润滑好，用于高速传动
9
按从动件的运动方式分
※ 从动件在反转时依次占据的位置均是偏距圆的切线55
间歇机构的常见类型
间歇机构的常见类型
间歇机构是指在机器或设备中，用于实现一定运动规律的机构。
它利用了时间间隔的特性，使机器或设备在工作时能够实现一定的运动规律和运动方式。
下面我们来了解一下间歇机构的常见类型。
1. 凸轮机构
凸轮机构是一种通过凸轮的形状和运动来实现运动规律的机构。
它由凸轮、从动件和固定件组成，通过凸轮的运动，带动从动件以一定的规律运动。
2. 齿轮机构
齿轮机构是一种常见的间歇机构，它利用齿轮的运动来实现一定的运动规律。
齿轮机构包括齿轮、从动件、固定件等组成，通过齿轮的运动带动从动件以一定的规律运动。
3. 连杆机构
连杆机构是一种通过连杆的长度和角度变化来实现一定的运动
规律的机构。
它由连杆、从动件和固定件组成，通过连杆的长度和角度变化，带动从动件以一定的规律运动。
4. 摆杆机构
摆杆机构是一种通过摆杆的运动来实现一定的运动规律的机构。
它由摆杆、从动件和固定件组成，通过摆杆的运动，带动从动件以一定的规律运动。
5. 曲柄机构
曲柄机构是一种通过曲柄的旋转来实现一定的运动规律的机构。
它由曲柄、连杆、从动件和固定件组成，通过曲柄的旋转，带动连杆以一定的规律运动，从而带动从动件以一定的规律运动。
以上就是间歇机构的常见类型，它们广泛应用于各种机器和设备中，是机械设计工程师必须了解和掌握的知识。
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构原理
凸轮间歇机构是一种通过凸轮运动来控制机械装置的工作的机构。
其原理是利用凸轮的几何形状和运动来实现间歇动作。
其结构包括凸轮、摇杆、推杆、活导杆等部件。
凸轮通常呈圆柱体形状，并固定在轴上。
凸轮的中心轴线与某一特定的点称为基准点，通过凸轮的旋转运动，基准点与凸轮的接触点会随着凸轮的旋转而改变。
摇杆是凸轮间歇机构中的重要组成部分，其一端与推杆相连，另一端与凸轮接触。
摇杆的作用是将凸轮的旋转运动转化为推杆的线性运动。
推杆是连接摇杆和活导杆的部件，其运动由摇杆的运动决定。
当凸轮旋转时，通过摇杆和推杆的传动，使得活导杆执行特定的间歇动作。
活导杆则负责在凸轮和工作装置之间传递动力或执行具体的工作。
凸轮的运动使得活导杆在不同的时间间隔内执行不同的运动，从而实现间歇动作的控制。
通过调整凸轮的形状和摆动角度，可以使得凸轮间歇机构实现不同的运动规律和间歇动作。
凸轮间歇机构广泛应用于各种机械装置中，如自动化生产线、机床等领域，实现不同工序的协调和控制。
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
凸轮间歇运动机构工作原理
凸轮间歇运动机构工作原理一、引言凸轮间歇运动机构是一种将旋转运动转化为间歇性直线运动的机构，其主要应用于自动化生产线中的物料输送、分拣和装配等工作。
本文将详细介绍凸轮间歇运动机构的工作原理。
二、凸轮间歇运动机构的组成部分凸轮间歇运动机构由凸轮、摆杆、从动件和固定件四个部分组成。
其中，凸轮是主要的传动元件，它通过旋转带动摆杆做往复直线运动，并使从动件在规定的时间内完成特定的工作。
三、凸轮间歇运动机构工作原理1. 凸轮的旋转当驱动电机启动时，通过传递装置驱使凸轮开始旋转。
在旋转过程中，凸轮上的曲面不断地与摆杆接触并推挤它做往复直线运动。
同时，从传递装置传递来的力也被传递到从动件上。
2. 摆杆做往复直线运动在接触到曲面后，摆杆依靠其自身惯性和弹性受力变形等因素，开始做往复直线运动。
这种运动的速度和方向都与凸轮的曲面形状和旋转速度有关。
3. 从动件完成特定的工作在摆杆做往复直线运动的同时，从动件也随之做出相应的运动。
通过合理设计凸轮曲面形状和摆杆长度、角度等参数，可以使从动件在规定时间内完成特定的工作，如物料输送、分拣和装配等。
4. 固定件起支撑作用固定件是凸轮间歇运动机构中不可或缺的一部分，它起到支撑和固定摆杆、从动件等组成部分的作用。
同时，固定件还可以通过调整位置和角度等参数来改变凸轮间歇运动机构的工作方式。
四、凸轮间歇运动机构的优缺点1. 优点(1) 凸轮间歇运动机构结构简单、可靠性高；(2) 凸轮曲面形状容易调整，适应性强；(3) 传递装置稳定，传递效率高；(4) 可以根据实际需要灵活设计和布置。
2. 缺点(1) 摩擦和磨损严重，需要定期维护保养；(2) 凸轮曲面形状复杂，制造成本较高；(3) 不能进行连续运动，只能进行间歇运动。
五、结论凸轮间歇运动机构是一种重要的机械传动装置，主要应用于自动化生产线中的物料输送、分拣和装配等工作。
其工作原理简单易懂，具有结构简单、可靠性高、适应性强等优点。
同时，也存在摩擦磨损严重、制造成本高等缺点。
凸轮、间歇运动机构
凸轮是具变化半径的盘形构 件，其绕轴转动，推动推杆 有规律上下运动。 凸轮是具有曲线轮廓的构件， 其作往复运动，推动推杆作 直线运动。 凸轮是圆柱上底面有曲线轮 廓，其绕轴转动，推动推杆 有规律 推 杆 滚子 推杆 形 状 平底 推杆
机构最简单，易磨损，适用 于作用力不大、转速较低的 场合。 最常用，滚子与凸轮间为滚 动摩擦，磨损小，可用来传 递较大动力。 受力较平稳，凸轮与平底接 触面之间形成油膜，润滑较 好，常用于高速转动机械。
三、间歇运动机构
棘轮机构 槽轮机构 凸轮间歇机构
不完全齿轮机构
将主动件的连续转 动，转化为从动件的周 期性间歇运动。
小结
本节课，我们学习了凸 轮机构和间歇运动机构，希 望大家通过学习能辨认各种 机构并熟悉各种机构的运动 效果。
凸轮机构
间歇运动机构
作业
观察两个运动构件的运 动，判断其属于哪种机构， 分别写出它们的主动件、从 动件和运动效果。
复习
常 用 机 构 连杆机构 凸轮机构
间歇运动机构
二、凸轮机构
组成
凸轮： 形状不规则的主动件 推杆： 随凸轮按一定规律 运动的从动件 机架
当凸轮绕定轴转动时， 推杆在凸轮上随凸轮的不同 形状作一定规律的往复直线 运动或摆动。
分类及运动特点
盘形 按 凸轮 凸 轮 移动 凸轮 形 状 圆柱 凸轮
第3章凸轮机构与间歇运动机构
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18
平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程
①把平底与导路的交点 A0看作尖顶从动件的 尖顶，按照尖顶从动件 凸轮轮廓的绘制方法， 求出理论轮廓上一系列 点A1、A2、A3、…； ②过这些点画平底的各 个位置A0B0、A1B1、 A2B2、A3B3、…； ③作这些平底的包络线， 便得到平底从动件凸轮 的轮廓曲线。
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33
3.4.2棘轮机构的应用
◆制动
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34
◆间歇送进
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35
◆超越、离合
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36
3.5间歇运动机构—槽轮机构
3.5.1棘轮机构的工作原理
典型槽轮机构的组成：由主动拨 盘、从动槽轮和机架等组成。 槽轮机构的工作原理：主动拨盘 连续转动，当主动拨盘的圆销A 未进入槽轮径向槽时，槽轮的内 凹锁住弧被构件1的外凸圆弧卡 住，静止不动；当主动拨盘的圆 销A进入槽轮径向槽时，槽轮受 圆销A驱动而转动。从而使槽轮 做间歇运动。
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4
图3-2 自动机床进刀机构
圆柱凸轮是一个具有曲 线轮廓或凹槽的构件， 被凸轮直接推动的构件 称为从动件（或称为推 杆）。凸轮通常作等速 转动，但也有作往复摆 动或者往复直线移动等 其他运动。从动件通过 凸轮的曲线轮廓与其以 高副接触从而获得预期 的运动，所以凸轮机构 是由凸轮、从动件和机 架三个基本构件组成的 高副机构。
max [ ]
[ ]
。
推程（工作行程）推荐的许用压力角为：
直动从动件 摆动从动件
[ ] 30
[ ] 35
0
~ 40
~ 45
0
0
0
回程（空回行程） [ ] 70 0 ~ 80 0
第4章凸轮机构及简谐运动机构
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
三、对心直动平底从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 1和从动件 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 1
ω1
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
1’
1 3 5 78
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’
11’ 设计步骤： 10’ 9’ ①选比例尺μ l作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，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。
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
四、摆动从动件盘形凸轮机构
已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω 1，摆杆长度l以 及摆杆回转中心与凸轮 回转中心的距离d，摆杆 角位移方程，设计该凸 d 轮轮廓曲线。
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4
A l
φ1
A1 ω 1
5’ 6’
7’ 8’ 5 6 7 8
A8
B’2 φ2 B’1 A2 B’3 B B2 B3 B 1 B’φ3 4 ω rmin 1 120° 4 B A3 90 ° B8 60 ° B5 B6 B’6
φ4
B’5 A4
A7
φ7
A6
B7 B’7
φ6
A
φ5
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
4-4 凸轮机构设计中应注意的问题
一、压力角与凸轮的基圆半径 压力角α：从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。 受力分析（不计凸轮与从动件的摩擦）： α = α(t) Fy= Fn cosα Fx= Fn sinα
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节
v (c1 2c2 3c3 2 ncn n1)
凸 轮 从
a 2 (2c2 6c3 n(n 1)cn n2 )
动
件
的
1) 等速运动规律
运
动 规
定义：指凸轮以等角速 在上式中当n=1时可以得
律
度转动时，从动件的运 出从动件的运动方程。
动速度为常量。
s c0 c1
v c1
a0
推程时， [0,] 当 0 时，s 0 ； 时，s h可以解
出待定常数，c0 0 c1 h / 代入上式可以得出
第 二
s
h
节 凸
轮 从 动 件
v
h
的 运
动 规 律
a0
sh h
'
v h
'
'
a0
回程时， [,'] 当 时，s h ； ' 时，s 0 可以解
出待定常数，c0 h c1 h / ' 代入上式可以得出
从动件按等速运
第
动规律运动时的位移、
v (c1 2c21 3c3 2 ncn n1)
定义：指凸轮以等角速度转动时， 从动件在一个行程中，前半段作
a 2 (2c2 6c3 n(n 1)cn n2 )
等加速运动，后半段作等减速运 动。
在多项式中当n=2时可以 得出从动件的运动方程。
第 二
推程前半段,即 [0, / 2]时从动件作等加速运动，
从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、
加速度与凸轮转角（时间）之间的关系。
第
二 节
基圆 r0 :凸轮轮廓的最小向径为半径做的圆。
凸
推程运动角 远休止角 回程运动角 近休止角
轮
从
动
件
的
运
动
规
律
一）.多项式运动规律
多项式运动规律的一般形式
第 二
s c0 c1 c2 2 c3 3 cn n
节 凸
2. 时，s h, v 0
轮 从
可以求得：
动 件 的
c0 h c1 4h / c2 2h / 2
运
动 规 律
s
h
2h 2
(
)2
v
4h 2
(理可以求出回程的运动方程
第
这是n=2时从动杆的运动规律
二 节
图，从图上可以看出：
凸 轮 从
1）位移曲线为凸轮转角的二
从动件导路与凸轮回转中心的偏距e
凸轮基圆半径rb
第
凸轮以等角速度逆时针方向转动
三 节
从动件的位移线图
C
凸
轮 的
步骤：
rb
轮 廓
以o为圆心作基圆和偏距圆
设 确定从动件起始位置C。使从动件中
A O
计 心线与偏距圆切于A点，并与基圆交
于C点。
将运动线图分成若干等分，并将偏距
圆自A点沿顺时针方向分成对应的等
第 的形状
一 节
凸 轮
凸轮、从动件和机架三个
机 构件组成。
构
概 述
其中凸轮是一个具有曲
线轮廓或凹槽的构件，通
常做连续的等速运动 。
从动件按一定的规律作 间歇或连续的直线往复运 动或摆动。
凸轮按形状分类：
第 一 节 凸 轮 机 构 概 述
第 一 节 凸 轮 机 构 概 述
盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动； 而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动， 所以前两者属于平面凸轮机构，后者属于空间凸轮机构。
第
三 节
已知：从动件的运动规律
凸
凸轮的基圆半径
轮
的 方法：反转法
轮
廓 设
原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导
计 路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动
规律在导路中作相对运动，从动 件尖底的运动
轨迹就是凸轮的轮廓曲线。
相对运动法作凸轮的轮廓
第 三 节 凸 轮 的 轮 廓 设 计
已知：
尖底从动件凸轮机构中：
凸轮机构的优点：只须设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动
件得到任意 的预期运动，而且结构简单紧凑，设计方
第 一
便，因此在自动机械、各种仪器仪表、各种电气开关中得
节 到广泛的应用。
凸
轮 机
凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件作用间为点或线接触，
构
概 易于磨损，所以通常用于传力不大的控制机构中。
述
本节结束
§3-2 凸轮从动件的运动规律
2学时课程
第三章 凸轮机构及间歇机构
2学时课程
本章重点：
1.凸轮机构的运动规律； 2.凸轮轮廓的设计。
本章难点：
1.解析法设计凸轮的轮廓。
章节分布：
§3-1 凸轮机构概述 §3-2 凸轮从动件的运动规律 §3-3 凸轮轮廓设计 §3-4 间歇机构介绍
§3-1 凸轮机构概述
一 凸轮机构的组成 及凸轮
e
分A1、A2……。
第 三 节
凸 轮 的 轮 廓 设
计 过分点A1、A2……作偏距圆切线，交基圆于B1、 B2……等点。
节 凸
其边界条件为：
轮 从
1. 0
时，s 0, v 0
动 件
2. / 2时，s h / 2
的
运 可以求得：
动
s
2h 2
2
v
4h 2
规 律
c0 0
c1 0
c2 2h / 2
a
4h 2
2
推程后半段,即 [ / 2, ]时从动件作等减速运动，
其边界条件为：
第 二
1. / 2时，s h / 2, v 2h /
于中速；当从动件作连续升-降
节 循环运动时，加速度曲线连续，
凸 轮
无冲击，可用于高速凸轮机构。
从
动
件
的
运 动 规 律
s
h 2
(1
cos
)
v h sin
2
a
h 22
22
cos
本节结束
§3-3 凸轮轮廓设计
一 、 作图法设计凸轮轮廓
凸轮轮廓曲线设计的主要任务：是根据从动件的运动规律和其 他设计数据，画出凸轮的轮廓曲线或计算出轮廓曲线的坐标值。
次函数，为抛物线方程。
动
件 的 运
2）有（0，A，B，C，D）五 点的加速度有突变，因而从动
动 规
' 件的惯性力也有突变。由于加
律
速度的突变为一有限值，故惯
性力的突变也是有限值，对凸
轮机构的冲击也是有限的，故
称为柔性冲击。
二）.简谐运动规律
在运动始末点（A、E点），
加速度有变化－柔性冲击，只适
第 二
二 节 凸
速度、加速度对凸轮 转角的变化曲线如左
轮 从
图所示。
动
件
从图中可以看出
的 运 动 规
' 从动件在行程的起点 与终点处(O, A，B)，
律
由于速度发生突变，
加速度在理论上无穷
大。导致从动件产生
非常大的冲击惯性力，
称为刚性冲击。
2) 等加速和等减速运动规律
s c0 c1 c2 2 c3 3 cn n
2.凸轮按从动件的型式分以下三种：
a.尖底从动件：能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可以实现任意运动规律。
第 一
缺点：尖头易磨损，用于低速小载荷中。
节 b.滚子从动件：耐磨损，承载大，常用。
凸
轮 机
c.平底从动件：可以保持从动件的受力方向不变，接触部分易于形成楔形油膜，
构 概
常用于高速凸轮机构中。
述