凸轮机构的应用和分类
合集下载
凸轮机构
B6
４. 偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
第四节凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮工作轮廓必须满足以下要求： (1)保证从动件能实现预定的运动规律
(2)传力性能良好，不能自锁
(3)结构紧凑
(4)满足强度和安装等要求 为此，设计时应注意处理好
1.滚子半径的选择 2.凸轮机构的压力角 3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
（a)推程 (b)回程
２．等加速等减速运动规律
是指凸轮以等角速度转动时，从动件在一个行程中，前半行程作 等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。 运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物 线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。推程位移线图作图 方法演示。
由图可见，在推（回） 程的始末点和前、后半程 的交接处，加速度有限的 突变，因而惯性力也产生 有限的突变，由此将对机 构造成有限大小的冲击， 这种冲击称为“柔性冲击” 或“软冲”。因此这种运 动规律只适用于中速、中 载的场合。
3.按锁合方式分：力锁合、形锁合
锁合是指从动件与凸轮之间始终保持的高副接触的装置。
（1）力锁合凸轮机构
依靠重力、弹 力或其他外力 来锁合
（2）形锁合凸轮机构
依靠凸轮和从 动件几何形状 来保证锁合
4.按从动件运动方式分：
从动件导路是否通过凸轮回转中心
对心直动从动件凸轮机构 偏置移动从动件凸轮机构
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
rT＜0.8ρmin ρmin＞1～5mm rT =（0.1～0.5）rb
二、凸轮机构的压力角
１.压力角：不计摩擦时，凸轮对从 动件的作用力（法向力）与从动件 上受力点速度方向所夹的锐角。 该力可分解为两个分力 ：
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的寿命与维护
凸轮机构的寿命与运行条件、材料选择和润滑方式等有关，定期维护和保养可以延长凸轮机构的使用寿 命。
凸轮机构的保养和保养周期
凸轮机构的保养包括润滑、清洁和检查等内容，保养周期根据使用情况和负荷要求进行合理调整。
凸轮机构故障分析与排除
凸轮机构故障的原因多种多样，需要通过仔细分析和维修措施进行故障排除，以确保机械系统的正常运 行。
通过凸轮和滑块的协同运动，实现直线运动 和简单的机构功能。
摆线凸轮机构
通过凸轮的摆线运动，实现平滑且复杂的运 动轨迹和机构功能。
在IC发动机中的应用
凸轮机构在IC发动机中起到控制气门开闭时机和时序的重要作用，影响发动 机的动力性能、燃油经济性和排放控制等方面。
在汽车传动系统中的应用
凸轮机构在汽车传动系统中被广泛应用于离合器、变速器和传动轴等部位，实现动力输出和车速调节等 功能。
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械系统中的机构，通过凸轮和可动关节的协同 运动，实现了多种复杂的动作和功能。本文将介绍凸轮机构的应用和分类。
什么是凸轮机构
凸轮机构是一种由凸轮和可动关节组成的机械系统，通过凸轮的旋转运动， 使其上的可动关节产生规定的运动轨迹，从而实现特定的功能和动作。
凸轮机构的技术发展趋势
凸轮机构在现代工程中具有广泛的应用前景，随着技术的发展，凸轮机构将 更加智能化、高效化和可持续化。
注重人性化设计的凸轮机构
在凸轮机构的设计中，需注重人机工程学和人性化设计原理，提高机器操作人员的舒适度和安全性。
生产自动化中凸轮机构的应用
凸轮机构在生产自动化领域中的应用广泛，用于自动化生产线上的工件定位、 传送和操作等。
凸轮机构现代化设计思路
第4章 凸轮机构
滚子半径（rT）的确定
内凹的凸轮轮廓
a min rT
不论滚子半径大小如何， 凸轮的工作廓线总是可 以平滑地作出。
外凸的凸轮轮廓
a min - rT
1）当ρmin= rT，实际轮 廓上将出现尖点
2）当ρmin＜rT时，则 为负值，这时实际的轮 廓出现交叉，从动轮将 不能按照预期的运动规 律运动，这种现象称为
从动件位移曲线
盘形凸轮机构基本概念
凸轮轮廓组成 非圆弧曲线 AB、CD 圆弧曲线 BC、DA
基圆 基圆半径r0 推程 行程h
推程运动角δ0 远休止 远休止角δs 回程 回程运动角δh 近休止 近休止角δs
从动件位移曲线
等速运动规律
从动件速度为定值的运动规律称为等速运动规律。
推程
回程（空回行程） [a ] 70 0 ~ 80 0
压力角的选择和检验
压力角与机构尺寸的关系
由速度合成定理作出 B 点的速 度三角形，可得：
tana PD OP e ds/d e
BD s0 s
r02 e2 s
于是
r0
ds/d
(
e
s) 2
e2
tg[a ]
压力角的选择和检验
检验压力角
注意：若测量结果超过许用值，通常可用加大凸轮
基圆半径的方法使max 减小。
设计凸轮机构应注意的问题
若v、s、 已知，则压力角越大，基圆半径 越小，使得机构尺寸紧凑，但易产生自锁。
压力角越小，无用分力越小，受力性能提 高，传动效率加大，避免自锁。
针对凸轮机构传力性能和尺寸紧凑的矛盾， 设计时通常应考虑许用压力角[a]。 一般只针对推程进行压力角的校核。回程 中从动件是由弹簧、自重等外力驱动，而非由 凸轮驱动，故在回程中通常不产生自锁。
凸轮机构的应用及分类
1)盘形凸轮：它是凸轮的基本型式。是一个 相对机架作定轴转动或为机架且具有变化向 径的盘形构件，
12
2)移动凸轮：
它可视为盘形凸轮 的演化型式。 是一个相对机架作 直线移动或为机架 且具有变化轮廓的 构件，
(2)空间凸轮机构(Spatial Cam)
14
2、按从动件运动副元素形状分类
(1)尖顶从动件：尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持 接触，因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸 轮呈点接触，易磨损，故只宜用于受力不大的场合。
二、从动件运动规律
从动件的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角φ
（或时间t）的变化规律称为从动件运动规律。
从动件运动规律又可分为基本运动规律和组合运 动规律，
25
1、基本运动规律
(1)等速运动规律 从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的
始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无 穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大 的冲击，称为刚性冲击，此类运动规律只适用 于低速运动的场合。
15
根据运动形式的不同
以上三种从动件还可分为： 直动从动件； 摆动从动件； 作平面复杂运动从动件。
16
1)直动从动件(Translating Follower)：
对心直动尖顶从动件凸轮机构 偏心直动尖顶从动件凸轮机构 对心直动滚子从动件凸轮机构 对心直动平底从动件凸轮机构
17
2)摆动从动件(Oscillating)
摆动平底从动件凸轮机构
摆动尖顶从动件凸轮机构
摆动滚子从动件凸轮机构
18
3、按凸轮高副的锁合方式分
(1)力锁合：利用 重力、弹簧力或其 他外力使组成凸轮 高副的两构件始终 保持接触。
19
(2)形锁合：利用特殊几何形状（虚 约束）使组成凸轮高副的两构件始 终保持接触。
12
2)移动凸轮：
它可视为盘形凸轮 的演化型式。 是一个相对机架作 直线移动或为机架 且具有变化轮廓的 构件，
(2)空间凸轮机构(Spatial Cam)
14
2、按从动件运动副元素形状分类
(1)尖顶从动件：尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持 接触，因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸 轮呈点接触，易磨损，故只宜用于受力不大的场合。
二、从动件运动规律
从动件的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角φ
（或时间t）的变化规律称为从动件运动规律。
从动件运动规律又可分为基本运动规律和组合运 动规律，
25
1、基本运动规律
(1)等速运动规律 从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的
始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无 穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大 的冲击，称为刚性冲击，此类运动规律只适用 于低速运动的场合。
15
根据运动形式的不同
以上三种从动件还可分为： 直动从动件； 摆动从动件； 作平面复杂运动从动件。
16
1)直动从动件(Translating Follower)：
对心直动尖顶从动件凸轮机构 偏心直动尖顶从动件凸轮机构 对心直动滚子从动件凸轮机构 对心直动平底从动件凸轮机构
17
2)摆动从动件(Oscillating)
摆动平底从动件凸轮机构
摆动尖顶从动件凸轮机构
摆动滚子从动件凸轮机构
18
3、按凸轮高副的锁合方式分
(1)力锁合：利用 重力、弹簧力或其 他外力使组成凸轮 高副的两构件始终 保持接触。
19
(2)形锁合：利用特殊几何形状（虚 约束）使组成凸轮高副的两构件始 终保持接触。
凸轮机构的应用及分类
工作原理
2
车轮构成，常用于汽车传动系统。
凸轮的旋转驱动车轮，通过轮胎
与地面的摩擦力传递动力。
3
应用举例
车轮轮机构广泛应用于汽车传动 系统、自行车传动系统等领域。
曲柄摇杆机构
1 定义
曲柄摇杆机构由曲柄 和与之配合的摇杆构 成，常用于内燃机。
2 工作原理
3 应用举例
曲柄的旋转驱动摇杆， 通过连杆将旋转运动 转化为往复运动。
工作原理
凸轮的运动将动力转化 为直线或摆动运动，通 过导轨控制运动轨迹。
应用举例
曲线轮机构广泛应用于 机床、自动装配线、升 降设备等领域。
曲柄摇杆机构广泛应 用于内燃机、发电机 等领域。
双摇杆机构
定义
双摇杆机构由两个独立的摇 杆组成，常用于机械加工设 备。
工作原理
两个独立的摇杆分别由凸轮 驱动，实现不同的运动路径 和速度。
应用举例
双摇杆机构广泛应用于数控 机床、切割设备等领域。
曲线轮机构
定义
曲线轮机构由凸轮的运 动与曲线配合的导轨构 成，常用于机械驱动系 统。
凸轮机构的应用及分类
凸轮机构是一种广泛应用于机械领域的重要装置，它能够将旋转运动转化为 直线或摆动运动。本文将介绍凸轮机构的应用及分类，帮助您更好地理解和 应用这一机械原理。
直杆轮机构
1
定义
直杆轮机构由转动的凸轮和与之配合的直杆构成，常用于工程机械。
2
工作原理
凸轮转动时，直杆按一定轨迹往复运动，实现工作机构的运动。
3
应用举例
直杆轮机构广泛应用于冲床、振动筛、旋转机械等领域。交叉摇Fra bibliotek机构定义
交叉摇杆机构由两个交叉配合的摇杆组成，常用于汽车悬挂系统。
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。
凸轮机构及其设计
h
1
作者：潘存云教授
δ
δ
δ
－∞
2）.二次多项式（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。
推程加速上升段边界条件：
起始点：δ =0，
中间点：δ =δ
1
s=0， v＝ 0 /2，s=h/2
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ21 加速段推程运动方程为：
s ＝2h/δ21 δ2 v ＝4hω /δ21 δ a ＝4hω2 /δ21
在平面连杆机构中，导杆机构的α＝？
ω r0
O n
2）导杆机构 传动角恒等于90° 有效分力: F’ =Fsinγ
复习：平面连杆机构的压力角和传动角 压力角：从动件上受力点的速度方向与该点的受力方向 之间所夹锐角。用α表示 切向分力 : F’= Fcosα ( 有效分力） α → F ’↑ 法向分力: F”= Fsinα 传动角：压力角的余角。 用γ表示 B
2)理论轮廓为外凸曲线
ρ rT ρ
a
轮廓正常
ρ > rT ρa＝ρ－rT >0 轮廓变尖
rT
ρ
轮廓失真
rT
ρ
作者：潘存云教授
设计：潘存云
ρ ＝ rT ρ <r T ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ－rT<0 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： ρ min> rT=0.4 r0
-ω
ω
作者：潘存云教授
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓
设计：潘存云
实际轮廓 设计步骤小结： ①选比例尺μ l作基圆r0。 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。 基圆半径 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。
机械原理课件9 凸轮机构
1、凸轮廓线设计的基本原理
• 解析法、作图法 • 相对运动原理法:(也称反转法) • 此时，凸轮保持不动
• 对整个系统施加 -ω
运动
• 而从动件尖顶复合运动的 轨迹即凸轮的轮廓曲线。
-ω
A A A A A A A A
1 2
3’ 2’ 1’
ω
r0
1
O
2 3
3
2.用作图法设计凸轮廓线
1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮
e
对心平底推杆凸轮机构
平底摆杆凸轮机构
从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳， 传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓 必须全部外凸。
偏心平底推杆凸轮机构
滚子摆杆凸轮机构
e
§9－2 推杆的运动规律
一.推杆常用的运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式; 2)推杆运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线。
a
2h 2
02
2 sin 0
R= 2
h
A 0 1 v
2
3 4
5
6
7
8
回程： s＝h[1-δ /δ
0
′)/2π
0
′
+sin(2π δ /δ
0
0
]
v＝hω [cos(2π δ /δ 0’)-1]/δ a＝-2π
hω 2 sin(2π δ /δ
′
FI ma 0
(1).对心直动尖顶从动件盘形凸轮
s
h
对心直动尖顶从动件凸轮机构 中，已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω和从动件的运动规律， 设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤小结：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
从动件常用运动规律特性比较
运动规律 等速 （直线） 等加等减速 （抛物线） 简谐 （余弦加速度） 摆线 （正弦加速度） 3－4－5次多项式 （五次多项式）
下午10时30分
冲 击 特 性 刚性 柔性 柔性 无
vmax/(hω/Φ) 1.00 2.00 1.57 2.00
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
五次多项式
其位移方程式中多项式剩余项 的次数为3、4、5，故称3－4－5 次多项式运动规律。也称五次多 项式运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速中载。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
例：建立运动方程
已知:Φ=180, Φs=30, Φh=180, h=12, 运动规律 f(z)=10z3-15z4+6z5 求导 f’(z)=30z2-60z3+30z4 f”(z)=60z-180z2+120z3 s = 12[10( ) 15( ) + 6( ) ] 0 ≤ ≤ π 推程运动方程为 π π π
amax/(hω2/Φ2) ∞ 4.00 4.93 6.28
jmax/(hω3/Φ3) － ∞ ∞ 39.5
适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速轻载
无
1.88
5.77
60.0
高速中载
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
刚性机构的输入参数x转变为输出参数y仅 与机构几何学有关。此关系在数学上理解 为机构的传动函数y=y(x) 标准传动函数f(z)的单位为1,满足定义域 z∈[0,1],值域f(z) ∈[0,1],且满足边界 条件f(0)=0, f(1)=1。当满足f(z)=1f(1-z)时为对称标准传动函数。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮与从动件维持 高副接触的方法分类 力锁合 形锁合
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
力锁合
所谓力锁合型，是指 利用重力、弹簧力或 其它外力使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
当质点在圆周上作匀 速运动时，它在直径 上的投影点的运动即 为简谐运动。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
由于其加速度曲线为余弦曲线， 故又称为余弦加速度运动规律。 特点：速度曲线连续，故不会 产生刚性冲击，但在运动的起 始和终止位置加速度曲线不连 续，故会产生柔性冲击。 适用场合：中速中载。当从动 件作无停歇的升--降--升连续停 歇运动时，加速度曲线变成连 续曲线，可用于高速场合。
形锁合
所谓形锁合型，是指 利用高副元素本身的 几何形状使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的优点
结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多 用性和灵活性，从动件的运动规律取决于 凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求 的从动件的运动规律，都可以毫无困难地 设计出凸轮廓线来实现。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
当滚圆沿纵轴匀速滚 动时，圆周上一点的 轨迹为一条摆线，此 时该点在纵轴上的投 影即为摆线运动规律。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
由于其加速度曲线为正弦曲线， 故又称为正弦加速度运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速轻载。
凸轮廓线设计的基本原理 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 圆柱凸轮轮廓曲线的设计
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸 轮和从动件都在运动， 为了在图纸上绘制出 凸轮的轮廓曲线，可 采用反转法 反转法。 反转法 以图示的对心尖端移
滚子从动件
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
平底从动件
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。
第四章 凸轮机构及其设计
§4-1 凸轮机构的应用和分类
Knowledge Points
凸轮机构的组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的优点、缺点
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的组成
凸轮是具有曲线轮廓 或凹槽的构件 凸轮机构一般由凸轮、 从动件和机架三个构 件组成。
下午10时30分
从动件往复运动的最 大位移，用h表示。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
推程
从动件背离凸轮轴心 运动的行程。
推程运动角
与推程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
回程
从动件向着凸轮轴心 运动的行程。
回程运动角
与回程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 按照从动件的型式分 类 按照凸轮与从动件维 持高副接触的方法分 类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
盘形凸轮
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， 如。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。
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
远休止角
从动件在最远处停留 凸轮的转角。
近休止角
从动件在距离回转中 心最近处停留凸轮的 转角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
从动件位移线图
从动件位移s与凸轮转 角φ的对应关系。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍2,f2(z)=1-2(1-z)2 5次多项式 f(z)=10z3-15z4+6z5
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
常用三角规律 简谐运动 f(z)=[1-cos(πz)]/2 摆线运动 f(z)=z-sin(2πz)/(2 π)
动从动件盘形凸轮机 构为例：
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮转动时，凸轮机构的 真实运动：
凸轮以等角速度ω绕轴 O 逆时针转动，推动从动件 在导路中上、下往复移动。 当从动件处于最低位置时， 凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过φ1角 时，凸轮的向径OA 将转 到OA 的位置上，而凸轮 轮廓将转到图中兰色虚线 所示的位置。这时从动件 尖端从最低位置 A 上升到 B，上升的距离s1=AB。
一般形式
s = c0 + c1 + c2 2 + + cn n
式中c0、cl、c2、…、cn为n+1个 系数。这n+1个系数可以根据对 运动规律所提的n+1个边界条件 来确定。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
一次多项式
从动件速度为常量，故称为等速运动规 律，由于其位移曲线为一条斜率为常数的 斜直线，故又称直线运动规律。 特点：速度曲线不连续，从动件运动起 始和终止位置速度有突变，会产生刚性冲 击。 适用场合：低速轻载。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
移动凸轮
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
圆柱凸轮
如果将移动凸轮卷成 圆柱体即演化成圆柱 凸轮。图示为自动机 床的进刀机构。在这 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。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
反转时，凸轮机构的运动：
凸轮固定不动，而让从动 件连同导路一起绕O点以 角速度（－ω）转过φ1角， 此时从动件将一方面随导 路一起以角速度（－ω） 转动，同时又在导路中作 相对移动，运动到图中粉 红色虚线所示的位置。此 时从动件向上移动的距离 与前相同。此时从动件尖 端所占据的位置 B 一定是 凸轮轮廓曲线上的一点。 若继续反转从动件，可得 凸轮轮廓曲线上的其它点。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
从动件运动方程建立
推程
回程
h
s = h[1 f ( h )] 0 ≤ h ≤ Φ h h = Φ Φ s s = hf ( ) 0 ≤ ≤ Φ Φ Φ h h h h v = s′ = h f ′( h ) ′ v = s′ = f ′( ) ′ Φ Φ Φ Φ h h 2 h h h h h a = s′′ = f ′( ) ′′ + 2 f ′′( ) ′ a = s′′ = h f ′( h ) ′′ + 2 f ′′( h )( ′h ) 2 Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φh
从动件常用运动规律特性比较
运动规律 等速 （直线） 等加等减速 （抛物线） 简谐 （余弦加速度） 摆线 （正弦加速度） 3－4－5次多项式 （五次多项式）
下午10时30分
冲 击 特 性 刚性 柔性 柔性 无
vmax/(hω/Φ) 1.00 2.00 1.57 2.00
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
五次多项式
其位移方程式中多项式剩余项 的次数为3、4、5，故称3－4－5 次多项式运动规律。也称五次多 项式运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速中载。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
例：建立运动方程
已知:Φ=180, Φs=30, Φh=180, h=12, 运动规律 f(z)=10z3-15z4+6z5 求导 f’(z)=30z2-60z3+30z4 f”(z)=60z-180z2+120z3 s = 12[10( ) 15( ) + 6( ) ] 0 ≤ ≤ π 推程运动方程为 π π π
amax/(hω2/Φ2) ∞ 4.00 4.93 6.28
jmax/(hω3/Φ3) － ∞ ∞ 39.5
适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速轻载
无
1.88
5.77
60.0
高速中载
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
刚性机构的输入参数x转变为输出参数y仅 与机构几何学有关。此关系在数学上理解 为机构的传动函数y=y(x) 标准传动函数f(z)的单位为1,满足定义域 z∈[0,1],值域f(z) ∈[0,1],且满足边界 条件f(0)=0, f(1)=1。当满足f(z)=1f(1-z)时为对称标准传动函数。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮与从动件维持 高副接触的方法分类 力锁合 形锁合
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
力锁合
所谓力锁合型，是指 利用重力、弹簧力或 其它外力使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
当质点在圆周上作匀 速运动时，它在直径 上的投影点的运动即 为简谐运动。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
简谐运动规律
由于其加速度曲线为余弦曲线， 故又称为余弦加速度运动规律。 特点：速度曲线连续，故不会 产生刚性冲击，但在运动的起 始和终止位置加速度曲线不连 续，故会产生柔性冲击。 适用场合：中速中载。当从动 件作无停歇的升--降--升连续停 歇运动时，加速度曲线变成连 续曲线，可用于高速场合。
形锁合
所谓形锁合型，是指 利用高副元素本身的 几何形状使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的优点
结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多 用性和灵活性，从动件的运动规律取决于 凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求 的从动件的运动规律，都可以毫无困难地 设计出凸轮廓线来实现。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
当滚圆沿纵轴匀速滚 动时，圆周上一点的 轨迹为一条摆线，此 时该点在纵轴上的投 影即为摆线运动规律。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
三角函数运动规律
摆线运动规律
由于其加速度曲线为正弦曲线， 故又称为正弦加速度运动规律。 特点：速度曲线和加速度曲线 均连续无突变，故既无刚性冲击 也无柔性冲击。 适用场合：高速轻载。
凸轮廓线设计的基本原理 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 圆柱凸轮轮廓曲线的设计
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸 轮和从动件都在运动， 为了在图纸上绘制出 凸轮的轮廓曲线，可 采用反转法 反转法。 反转法 以图示的对心尖端移
滚子从动件
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
平底从动件
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。
第四章 凸轮机构及其设计
§4-1 凸轮机构的应用和分类
Knowledge Points
凸轮机构的组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的优点、缺点
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的组成
凸轮是具有曲线轮廓 或凹槽的构件 凸轮机构一般由凸轮、 从动件和机架三个构 件组成。
下午10时30分
从动件往复运动的最 大位移，用h表示。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
推程
从动件背离凸轮轴心 运动的行程。
推程运动角
与推程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
回程
从动件向着凸轮轴心 运动的行程。
回程运动角
与回程对应的凸轮转 角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 按照从动件的型式分 类 按照凸轮与从动件维 持高副接触的方法分 类
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
盘形凸轮
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， 如。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。
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
远休止角
从动件在最远处停留 凸轮的转角。
近休止角
从动件在距离回转中 心最近处停留凸轮的 转角。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
基本概念
从动件位移线图
从动件位移s与凸轮转 角φ的对应关系。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍2,f2(z)=1-2(1-z)2 5次多项式 f(z)=10z3-15z4+6z5
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
标准传动函数介绍
常用三角规律 简谐运动 f(z)=[1-cos(πz)]/2 摆线运动 f(z)=z-sin(2πz)/(2 π)
动从动件盘形凸轮机 构为例：
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
凸轮转动时，凸轮机构的 真实运动：
凸轮以等角速度ω绕轴 O 逆时针转动，推动从动件 在导路中上、下往复移动。 当从动件处于最低位置时， 凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过φ1角 时，凸轮的向径OA 将转 到OA 的位置上，而凸轮 轮廓将转到图中兰色虚线 所示的位置。这时从动件 尖端从最低位置 A 上升到 B，上升的距离s1=AB。
一般形式
s = c0 + c1 + c2 2 + + cn n
式中c0、cl、c2、…、cn为n+1个 系数。这n+1个系数可以根据对 运动规律所提的n+1个边界条件 来确定。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
多项式运动规律
一次多项式
从动件速度为常量，故称为等速运动规 律，由于其位移曲线为一条斜率为常数的 斜直线，故又称直线运动规律。 特点：速度曲线不连续，从动件运动起 始和终止位置速度有突变，会产生刚性冲 击。 适用场合：低速轻载。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
移动凸轮
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。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
圆柱凸轮
如果将移动凸轮卷成 圆柱体即演化成圆柱 凸轮。图示为自动机 床的进刀机构。在这 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。
下午10时30分 §4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮廓线设计的基本原理
反转时，凸轮机构的运动：
凸轮固定不动，而让从动 件连同导路一起绕O点以 角速度（－ω）转过φ1角， 此时从动件将一方面随导 路一起以角速度（－ω） 转动，同时又在导路中作 相对移动，运动到图中粉 红色虚线所示的位置。此 时从动件向上移动的距离 与前相同。此时从动件尖 端所占据的位置 B 一定是 凸轮轮廓曲线上的一点。 若继续反转从动件，可得 凸轮轮廓曲线上的其它点。
下午10时30分
§4-1 凸轮机构的应用和分类
从动件运动方程建立
推程
回程
h
s = h[1 f ( h )] 0 ≤ h ≤ Φ h h = Φ Φ s s = hf ( ) 0 ≤ ≤ Φ Φ Φ h h h h v = s′ = h f ′( h ) ′ v = s′ = f ′( ) ′ Φ Φ Φ Φ h h 2 h h h h h a = s′′ = f ′( ) ′′ + 2 f ′′( ) ′ a = s′′ = h f ′( h ) ′′ + 2 f ′′( h )( ′h ) 2 Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φh