6凸轮机构及其设计总结
机械原理第九章凸轮机构及其设计
凸轮的设计和参数选择
设计原则
凸轮的设计应考虑载荷、速度 和精度等因素，并满足运动学 和强度学的要求。
参数选择
凸轮的参数包括凸轮半径、凸 轮轴角度和凸轮顶点位置等， 应根据具体需求进行选择。
优化方法
通过数学模型和仿真分析，可 以优化凸轮的形状和参数，以 提高凸轮机构的性能。
凸轮机构的运动分析
1
转动运动
通过凸轮的旋转，实现机构的直线或曲线运动。
2
滑动运动
随着凸轮轮廓的变化，机构的接触点会产生水平或竖直方向的滑动运动。
3
摇摆运动
凸轮的摇杆或滚柱可以实现机构的摇摆运动。
凸轮机构的布置和设计原则
1 布置方式
根据机构的运动要求和空间限制，选择合适 的凸轮布置方式，如列状、行状或环状。
2 设计原则
在凸轮机构的设计过程中，要考虑机构的刚 度、强度和稳定性等因素，以提高机构的性 能。
凸轮机构的应用案例
发动机气门机构
凸轮机构用于控制发动机气门的 开闭，保证发动机的正常运行。
印刷机印版定位
凸轮机构用于实现印刷机印版的 准确定位，提高印刷质量。
纸张折叠机构
凸轮机构用于纸张折叠机构，实 现精确的折叠操作。
小结和要点
1 2 3 4
5
6
凸轮机构是一种常见的机械传动机构。 凸轮机构具有多种分类和特点。 凸轮的设计和参数选择需要考虑多个因素。 凸轮机构的运动分析可以通过几何和动力学方法 实现。 凸轮机构的布置和设计应根据具体要求进行选择。
凸轮机构在多个领域都有广泛应用。
凸轮机构是机械工程中常见的一种机构，用于将轮系运动转化为直线或曲线 的机械动作。它具有简单可靠的特点，广泛应用于各个领域。
机械原理：第6章 凸轮机构
的压力角α ？ 3.求出r0 、s 和α之间的关系式？
本题目主要考察对基圆、压力角及位移等 基本概念的理解和压力角的计算方法。 解
（1）图示位置的r0 、s 和α如图。
（2）r0 、s 与α之间的关系式为：
tan
v e
lOP e 1
r02 e2 s s r02 e2
例3 图示为摆动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮为偏心圆盘， 且以角速度ω逆时针方向回转。
试在图上标出： 1. 凸轮基圆；
2. 升程运动角和回程运动角；
3. 图示位置时从动件的初始位置角
0和角位移 ；
4. 图示位置从动件的压力角α；
5. 从动件的最大角位移max 。
r0min
( d s)2 e2 tan[ ]
直动滚子从动件盘 形凸轮机构
凸轮基圆半径
r0
m in
s
d2s
d 2
式中
（[ dx )2 ( dy )2 ]3/ 2
d
dx
d
.
d2 y
d 2
d
dy
d
.
d2x
d 2
条件 min
直动平底从动件盘 形凸轮机构
滚子半径的设计
考虑运动失真： rr 0.8min 考虑强度要求： rr (0.1 ~ 0.5)r0
以凸轮转动中心为圆心，以凸轮理论轮廓曲线上的 最小半径为半径所画的圆。半径用r0表示。 从动件从距凸轮转动中心的最近点向最远点的运动过程。 从动件从距凸轮转动中心的最远点向最近点的运动过程。 从动件的最大运动距离。常用 h 表示行程。
基本名词术语
（5）推程角 从动件从距凸轮转动中心的最近点运动到最远点时， 凸轮所转过的角度。用Φ表示。
凸轮机构的设计和计算详解
凸轮机构的设计和计算详解1. 引言凸轮机构是一种常见的机械传动装置，通过凸轮的运动来实现对其他部件的控制和驱动。
凸轮机构广泛应用于发动机、机械加工、自动化设备等领域。
在本文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计和计算方法。
2. 凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和控制件组成。
凸轮通过旋转或移动的方式，驱动从动件进行线性或旋转运动。
不同凸轮形状和运动方式将实现不同的功能。
3. 凸轮的设计要点凸轮的设计涉及凸轮形状、凸轮面积、凸轮运动规律等方面。
在进行凸轮设计时，需要考虑以下要点：•运动要求：根据从动件需要的运动类型（线性或旋转）、速度和加速度要求，确定凸轮的形状和运动规律。
•动态负载：凸轮在运动过程中所承受的动态负载应被考虑在内，以确保凸轮的强度和耐久性。
•材料选择：根据凸轮的工作条件和负载要求，选择适当的材料来制造凸轮，以保证其可靠性和寿命。
4. 凸轮机构的计算方法4.1 凸轮剖面的计算凸轮剖面的计算是凸轮机构设计中的重要一环。
根据凸轮的运动规律和从动件的运动要求，可以进行凸轮剖面的计算。
常用的凸轮剖面计算方法有：•凸轮剖面生成法：根据从动件的运动要求，通过几何构造和插值计算，生成凸轮剖面。
•凸轮运动分析法：通过分析凸轮的运动规律和从动件的运动要求，推导出凸轮剖面的数学表达式。
4.2 凸轮机构的运动学分析凸轮机构的运动学分析是确定凸轮机构各部件的运动规律和参数的过程。
通过运动学分析，可以计算凸轮机构的几何关系、速度和加速度等。
常用的凸轮机构运动学分析方法有：•图形法：通过绘制凸轮机构的运动示意图和运动曲线，分析凸轮机构的运动规律。
•解析法：通过建立凸轮机构的运动学方程，推导出各部件的运动参数，并进行计算。
4.3 凸轮机构的强度计算凸轮机构的强度计算是为了确定凸轮所承受的载荷是否安全，并选择适当的材料和结构来满足设计要求。
在强度计算中，需要考虑凸轮的静载荷、动载荷和疲劳载荷等。
常用的凸轮机构强度计算方法有：•静态强度计算：通过分析凸轮在静态载荷下的应力和变形情况，确定凸轮的强度和刚度。
凸轮机构的设计和计算
B0 B1 ω e O B2 r0
−ω
B9 η'
η'' B8 η
设计滚子从动件凸轮机构时， 凸轮的基圆半径是指理论轮廓 曲线的基圆半径。
B7
B6 B3 B5 B4
B0 B1 ω e O B2 r0
−ω
B9 η'
η'' B8 η
B7
B6 B3 B5 B4
3、平底从动件 （1）取平底与导路的交点B0为参考点 （2）把B0看作尖底，运用上述方法找到B1、B2… （3）过B1、B2…点作出一系列平底，得到一直线族。 作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。
s B C h (b) ϕ's h A ϕ r0 O ϕs ϕ' D A ϕ's 2π ϕ,t B1 C B C1
运休止角：φS=∠BOC=∠B1OC1
ω
B' e
A
D ϕ ϕs ϕ'
从动件位移线图：从动件速度线图，加速度线图
三、常用从动件运动规律
1、匀速运动规律（推程段）
s h ϕ v v0 ϕ,t
∂ dx dy f ( x1 , y1 , ϕ ) = −2( x1 − x) − 2( y1 − y) =0 dϕ dϕ ∂ϕ
联立求解x1和y1，即得滚子从动件盘形凸轮的实际廓线参数方程：
x1 = x ± rT dy / dϕ dx dy dϕ + dϕ dx / dϕ
s
r θ
B
s 2 3
A A0 1 v
ϕ
4
5
6
h ϕ,t
ϕ,t a
运动特征：没有冲击
ϕ,t
凸轮机构
一、滚子半径的选择
滚子半径 rT 过大，导致实际轮 廓线变尖或交叉，如b、c所示。 ' rT , '实际轮廓曲率半径；
理论轮廓曲率半径； rT 滚子半径；
当 rT， ' 0，实际轮廓线为 光滑连续的曲线，没问 题； 当 rT， ' 0，实际轮廓线交叉， ，加工时被切除，导致 从动件运动
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
移动凸轮
1.按凸轮的形状
当盘形构件的回 转中心趋于无穷 大时，绕轴转动 的盘形凸轮就变 成相对于机架作 往复直线移动的 凸轮。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类
圆柱凸轮
1.按凸轮的形状
凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，它可以看作是把移动凸轮 卷成圆柱体而得。
（1）力封闭：利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与 凸轮保持接触，如图6-1所示。 （2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮 接触，如图6-2所示。
§第一节 凸轮机构的基本类型
二、凸轮机构的分类 3.按凸轮与从动件保持接触的方式分
（2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从 动件与凸轮接触，下图是常用的形封闭凸轮机构。
2.对心滚子直动从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rb 、滚子半径rT 、角速度 ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
8’
-ω
ω
7’ 5’ 3’ 1’
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓η
1 3 5 78
设计步骤小结： 实际轮廓η’ ①选比例尺μ l作基圆rb。 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。 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。
凸轮机构的总结范文
一、引言凸轮机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于各种机械设备中。
它主要由凸轮、从动件、机架等部分组成。
本文将对凸轮机构的工作原理、分类、设计方法以及应用领域进行总结。
二、工作原理凸轮机构的工作原理是利用凸轮的旋转运动，使从动件按照预定的轨迹运动。
当凸轮的轮廓与从动件的轮廓接触时，从动件受到凸轮的推动力，从而实现预期的运动。
三、分类1. 按照从动件的类型，凸轮机构可分为尖底从动件凸轮机构、平底从动件凸轮机构和滚子从动件凸轮机构。
2. 按照凸轮的形状，凸轮机构可分为圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮和盘形凸轮。
3. 按照凸轮的旋转方向，凸轮机构可分为右旋凸轮和左旋凸轮。
四、设计方法1. 确定从动件的运动规律：根据实际需求，选择合适的从动件运动规律，如等速运动、等加速运动、等减速运动等。
2. 设计凸轮轮廓：根据从动件的运动规律和凸轮的形状，设计凸轮轮廓。
设计过程中，需要满足从动件的运动轨迹、运动速度和加速度等要求。
3. 选择合适的材料：根据凸轮的工作条件和受力情况，选择合适的材料，以保证凸轮机构的性能和寿命。
4. 进行强度校核：在凸轮机构的设计过程中，进行强度校核，确保凸轮机构在受力时不会发生破坏。
五、应用领域凸轮机构在工业生产、日常生活等领域有着广泛的应用，主要包括：1. 自动化设备：如机床、机器人、自动化生产线等。
2. 家用电器：如洗衣机、空调、电风扇等。
3. 交通工具：如汽车、摩托车、自行车等。
4. 农业机械：如收割机、拖拉机等。
六、总结凸轮机构作为一种常见的机械传动机构，具有结构简单、工作可靠、设计灵活等优点。
在今后的研究和应用中，应继续探索凸轮机构的新设计方法、新材料和新应用领域，以满足不断发展的工业生产和人民生活的需求。
凸轮机构及其设计
总目录
本章
任务1 归纳凸轮机构的有关知识
一、凸轮机构基本组成：
从 动件
机 架
凸 轮
凸轮机构是由凸轮、从 动件与机架组成低副， 凸轮与从动件是以点或 线接触，组成平面高副， 故凸轮机构为高副机构。 凸轮是具有曲线轮廓的 构件，在凸轮机构中一 般它是主动件。
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总目录
本章
1、应用举例
如自动车床刀架进给机构（视频） 当转动轴带动圆柱凸轮转动时，凸轮的轮廓 上的凹槽迫使从动件以轴为转动中心作往 复摆动，进而驱动固定在从动杆上的扇形 齿轮以其转动中心作往复转动，带动刀架 下部的齿条，使刀架前后移动，完成所需 要的进刀和退刀运动。其进刀和退刀的运 动规律，则取决于圆柱凸轮凹槽的曲线轮 廓形状。
缺点
从动件与凸轮接触应力大，难以保持良好的润滑， 易磨损，寿命低，设计制造和维修也较困难。但 是随着近年来电子计算机和数控机床广泛应用， 凸轮轮廓型面设计、制造将变得方便、容易。
用途：传力不大的轻载机构、控制机构和调节机构。
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三、凸轮机构的基本类型
1、根据传动中空间运动关系分类：可分为平面凸
圆柱凸轮机构（动画）
端面凸轮机构
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总目录 总目录
本章
3、按从动件形式分类
1）根据从动件的端部结构形式分为尖 顶、滚子、平底和曲面四种类型。 尖顶从动件:从动件的端 部以尖顶与凸轮曲线轮廓 接触。尖顶从动件结构简 单，尖顶能与任何复杂的 凸轮轮廓接触，可精确地 反映凸轮曲线轮廓所带来 的运动规律。但由于尖顶 与凸轮接触面甚小，接触 应力过大，易磨损，只适 用于传力较小、低速、传 动灵敏的场合。
盘形槽凸轮机构
移动凸轮（动画）
凸轮机构及其设计知识点
凸轮机构及其设计知识点凸轮机构是一种常用于机械传动和控制系统中的重要装置，它通过凸轮的形状和运动将旋转运动转化为直线或近似直线的运动。
本文将介绍凸轮机构的基本原理、分类以及一些重要的设计知识点。
一、凸轮机构的基本原理凸轮机构利用凸轮的形状和运动来控制其他机械零件的运动，实现特定的功能。
其基本原理是通过凸轮的旋转或往复运动，驱动连杆等机械零件产生相应的运动。
凸轮机构的核心是凸轮轴，它负责凸轮的运动和传递动力。
二、凸轮机构的分类凸轮机构可以按照凸轮的形状、运动方式以及工作和运动周期的不同进行分类。
常见的分类方法有以下几种：1.按照凸轮的形状：- 圆形凸轮：凸轮轮廓为圆形，可将旋转运动转化为直线运动。
- 椭圆形凸轮：凸轮轮廓为椭圆形，可实现不同的工作周期。
- 特殊形状凸轮：凸轮轮廓根据实际需要来设计，如心形凸轮、叶形凸轮等。
2.按照凸轮的运动方式：- 旋转凸轮：凸轮沿着轴线的旋转运动。
- 往复凸轮：凸轮沿直线方向的往复运动。
3.按照工作和运动周期：- 连续工作凸轮机构：凸轮连续不断地运动，如发动机中的气门机构。
- 非连续工作凸轮机构：凸轮只在特定的时间段内运动，如变速器中的换挡机构。
三、凸轮机构设计的知识点凸轮机构的设计需要考虑到多个方面的因素，下面是一些设计中需要注意的知识点：1.选择适当的凸轮形状：根据所需的运动要求，选择合适的凸轮形状，如圆形、椭圆形或特殊形状。
2.确定凸轮的尺寸和运动参数：根据实际需求和运行环境，确定凸轮的尺寸和运动参数，如直径、偏心距离、转速等。
3.凸轮与连杆系统的设计：凸轮与连杆系统的设计需要考虑到运动学和动力学要求，确保凸轮的运动能够正确地传递给连杆系统。
4.选择适当的材料和制造工艺：凸轮机构需要承受较大的载荷和摩擦，选择适当的材料和制造工艺可以提高其使用寿命和运行效率。
5.考虑凸轮的润滑和冷却：凸轮与其他零件的接触面需要进行润滑和冷却，以减少摩擦和热量产生，提高凸轮的工作效率。
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平面凸轮机构的基本类型如下图所示。
(a)
(b)
(c)
(d )
(e)
(f )
(g)
( h) 图6－1 凸轮机构的类型
6.1
概 述
凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。
6.2
凸轮机构的分类及封闭形式
凸轮机构的类型很多，根据从动件的运动形式，可分为直 动和摆动两类。根据凸轮形状、从动件形状、封闭形式的不同， 凸轮机构有如下类型。 第一，直动从动件凸轮机构，如图6－1中的(a)－(e)、(i)、(j)
所示。
(3) 偏置直动平底从动件盘形凸轮机构
3
C
3
e
2 B
V2
2
r0
1 A
1
ω1
二维动画
(a)
图6－1c
ω1
(b)
偏置直动平底从动件盘形凸轮机构
(3) 偏置直动平底从动件盘形凸轮机构
3
C
e
2 B
r0
1 A
ω1
三维动画
(a)
图6－1c 偏置直动平底从动件盘形凸轮机构
(4) 摆动尖底从动件盘形凸轮机构
3
6
6.1 6.2 6.3
凸轮机构及其设计
概述 凸轮机构的分类及封闭形式 从动件常用的运动规律
6.4
6.5
盘形凸轮轮廓线的作图法设计
盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计
6.6
6.7
凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮机构的应用
6
Chapter 6
凸轮机构及其设计
Cam Mechanisms and Design
提
要
介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件 常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮 轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、 凸轮机构工作能力验算方法。
(2) 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
2 3 e C B 1 r0 ω1 1 ω1 V2 D 3 V2 2
A
二维动画
(a) 图6－1b
(b)
偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
(2) 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
2 3 e C B 1 r0 ω1 V2 D
A
三维动画
(a) 图6－1b 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
于是得推程等加速度段的运动方程式如下所示。
(b)
图6－1h 摆动平底从动件盘形凸轮机构
(6) 摆动平底从动件盘形凸轮机构
3
ω2
2 C r0
D
1
A
ω1 (a)
三维动画
图6－1h 摆动平底从动件盘形凸轮机构
(7) 盘形沟槽凸轮机构
3 V2 2
ω1
1 O1
三维动画
(a) 图6－1i 盘形沟槽凸轮机构 (b )
(8) 移动凸轮机构
3
2
V2
V1
1
O1
(b)
图6－1k 共轭凸轮机构
6.3 从动件常用的运动规律
S B' A D δ' 0 r0 δ01 ω1 B δ02 O δ0 δ0 δ01 δ' 0 δ02 t
C
图6－2 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
推程或回程时从动件的位移 S(或角位移φ)、速度V(或角速 度ω2)、加速度a(或角加速度α2)随时间t的变化规律。因凸轮一 般为匀速转动，凸轮转角δ与时间t成正比，所以也可表示为S = S(δ)(位移规律)、V = V(δ)(速度规律)和a = a(δ)(加速度规律)。 下面介绍多项式运动规律、三角函数运动规律的函数形 式以及传动特征。 多项式运动规律的一般表达式为
3 D ω2 2 2 C B r0 1 A 1 (a) 图6－1f ω1 (b)
ω2
ω1
摆动尖底从动件盘形凸轮机构
(4) 摆动尖底从动件盘形凸轮机构
3
ω2
D
2 C B r0 A 1
ω1 (a)
三维动画
图6－1f 摆动尖底从动件盘形凸轮机构
(5) 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
3 ω2
D
3
ω2 2
2
C
(i)
(j)
(1) 偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构
3 2
C V2 V2 2
3
e B r0 A ω1
1 ω1
1
(a) 图6－1a
二维动画
(b)
偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构
(1) 偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构
3
C
e B r0 A ω1
2
V2
1
(a) 图6－1a
三维动画
偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构
S C0 C1 C2 2 C3 3 Cn n (6 1)
6.3.1
一次多项式规律
凸轮以等角速度ω转动，推程角为δ0，行程为h，式 (61) 只保留一次项并求一、二阶导数得
S = C0 + C1δ
V = dS / dt = C1ω a = dV / dt 边界条件为 推程始点处δ= 0、S = 0； 推程终点处δ = δ0、S = h。 代入式(6－2)得C0 = 0,C1 = h /δ0。同理可以推出回程的运 (6－2)
动方程式。S－δ、V－δ及a－δ图如下图所示。
推程： S = hδ/δ0
V = hω/δ0 a=0 s
回程：S = h(1－δ/δ0) V = － hω/δ'0 a=0
δ o δ0
hω/δ0
δห้องสมุดไป่ตู้ 0
v
δ
hω/δ0
o
a
+ o 8
—
+
8
图6－3 一次多项式运动曲线
8
δ
6.3.2
二次多项式运动规律
二次多项式运动规律的通式为 S = C0 + C1δ + C2δ2 V = dS / dt = C1ω + 2C2ωδ a = dV / dt = 2 C2ω2 边界条件为 推程始点处 δ = 0、S = 0、V = 0； 推程中点处 δ = δ0 / 2、S = h / 2。 将其代入式 (6－3) 得 C0 = 0、C1 = 0、C2 = 2h / δ20 (6－4)
1
三维动画
(a) (b) 图6－1e 移动凸轮机构
(9) 力封闭凸轮机构
4 5 V3 3 2
1
O1
ω1
r0
(a) 图6－1c 力封闭移动凸轮机构
(b )
(10) 等宽凸轮机构
3 V2
3 V2
2
2
ω1 1 O1
ω1
1
O1
(a) 图6－1j 等宽凸轮机构
(b )
(11) 共轭凸轮机构 2 3
ω1
(a)
B r0 ω1 (a) 图6－1g A 1 ω1
1
(b)
摆动滚子从动件盘形凸轮机构
(5) 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
3 ω2
D
2
C
B r0 ω1 (a) 图6－1g 摆动滚子从动件盘形凸轮机构 A 1
三维动画
(6) 摆动平底从动件盘形凸轮机构
3
3 ω2 2 1 r0
ω2
2 C
D
A
1
ω1 (a) ω1