凸轮机构工作过程(精)
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电子课件-《机械基础(第六版)》-A02-3658 8第八章 凸轮机构
§8—2 凸轮机构的类型
3．平底从动件
4．曲面从动件
易于形成楔形 油膜，润滑较好
可避免因安装位置偏 斜或不对中而造成的表 面应力过大和磨损增大
第八章 凸轮机构
§8—3 凸轮机构工作过程 及从动件运动规律
一、凸轮机构工作过程
凸轮回转时，从动件作“升—停—降—停”的运动循环
1．升
2．停
3．降
4．停
§8—1 凸轮机构概述
二、凸轮机构的特点 1．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
2．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，只适用于传力不大的场合
第八章 凸轮机构
§8—2 凸轮机构的类型
一、凸轮的类型
1．盘形凸轮
2．移动凸轮
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
Hale Waihona Puke §8—1 凸轮机构概述自动车床走刀机构
当凸轮回转时，其曲线凹槽驱使从动件绕
O 点摆动。从动件另一端的扇形齿轮与刀架
下的齿条相啮合，使刀架实现进刀和退刀
§8—1 凸轮机构概述
靠模车削机构
当工件回转时，刀架向左运动，并且在凸轮（靠模板）的 推动下作横向运动，从而切削出与靠模板曲线一致的工件
知识链接
凸轮常用材料
在低速、中小载荷等一般场合下，凸轮材料常 采用45钢、40Cr，并进行表面淬火（硬度为40 ～50HRC）。也可采用15钢、20Cr、20CrMnTi ，并进行渗碳淬火（硬度为56～62HRC）
第八章 凸轮机构
制作：王希波
机械基础
第八章 凸轮机构
第八章 凸轮机构
机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0
v
0 a +
0 -
机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
s h 0’
0
0
v
0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2
s
v
2h
2
4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止
C
回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
0
v
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机械设计基础——凸轮机构
等速运动（续）
回程(0’0) 运动方程： 位移方程： s h1 / 0 ' 速度方程： v h / 0 加速度方程：a 0
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运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载
机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运 动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动
t
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推程
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远休止
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回程
02
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回程，回程运动角0’ 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构
凸轮机构工作过程(精)
以凸轮轮廓曲线的最小向径为半径所作的圆其半径为基圆半径r凸轮廓线的组成凸轮廓线的组成bc段向径不变的曲线以凸轮回转中心为圆心的一段圆弧
凸轮机构工作过程
凸轮机构的几个基本名词
向径：凸轮轮廓上任意一点K与 凸轮回转中心之间的距离称为K 点处的向径。 基圆：以凸轮轮廓曲线的最小向 径为半径所作的圆，其半径为基 圆半径rb。 行程：随着凸轮逆时针转动，从 动件从最低点A向上运动到最高 点B’，AB’称为行程，用字母h表 示。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
凸轮机构又循环重复升—停—降—停，也即推程—远停 程—回程—近停程的工作过程。
按工作需要，凸 轮机构可以没有 近停程或远停程， （例如绕线机的 引线机构），但 一定有推程和回 程。
s
B’ h A
δ0
o
tδ0Biblioteka δ推程运动角δ0：凸轮推 程过程中转过的角度。
C
ω
B
凸轮机构的工作过程
远停程：凸轮逆时针方向继 续转动，凸轮BC段轮廓上各 点依次与从动件接触，向径 不变，因此从动件在距离凸 轮回转中心最远的位置B’点 保持不动，这一过程称为远 停程。
s
B’ h A
δ0 δs
o
t
δ0
δs
δ
远停程角δs：凸轮远停程 过程中转过的角度。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
回程：凸轮逆时针方向继续 转动，凸轮CD段轮廓上各点 依次与从动件接触，向径减 小，因此从动件又逐渐下降 至A点，这一过程称为回程。
D
s
B’ h A
δ0 δ’0 δs
o
t
δ0
δs
δ’0
δ
回程运动角δ0’：凸轮回 程过程中转过的角度。
凸轮机构工作过程
凸轮机构的几个基本名词
向径：凸轮轮廓上任意一点K与 凸轮回转中心之间的距离称为K 点处的向径。 基圆：以凸轮轮廓曲线的最小向 径为半径所作的圆，其半径为基 圆半径rb。 行程：随着凸轮逆时针转动，从 动件从最低点A向上运动到最高 点B’，AB’称为行程，用字母h表 示。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
凸轮机构又循环重复升—停—降—停，也即推程—远停 程—回程—近停程的工作过程。
按工作需要，凸 轮机构可以没有 近停程或远停程， （例如绕线机的 引线机构），但 一定有推程和回 程。
s
B’ h A
δ0
o
tδ0Biblioteka δ推程运动角δ0：凸轮推 程过程中转过的角度。
C
ω
B
凸轮机构的工作过程
远停程：凸轮逆时针方向继 续转动，凸轮BC段轮廓上各 点依次与从动件接触，向径 不变，因此从动件在距离凸 轮回转中心最远的位置B’点 保持不动，这一过程称为远 停程。
s
B’ h A
δ0 δs
o
t
δ0
δs
δ
远停程角δs：凸轮远停程 过程中转过的角度。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
回程：凸轮逆时针方向继续 转动，凸轮CD段轮廓上各点 依次与从动件接触，向径减 小，因此从动件又逐渐下降 至A点，这一过程称为回程。
D
s
B’ h A
δ0 δ’0 δs
o
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δ0
δs
δ’0
δ
回程运动角δ0’：凸轮回 程过程中转过的角度。
第八章 凸轮机构第三节 凸轮机构的工作过程
图 7—8 等加速等减速运动规律位移曲线
式中 a 和ω都是常数，所以位移 s 和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速 等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲 率方向相反的抛物线连成。 (2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近 零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合 在中、低速条件下工作。 当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基 圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法 的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。
平罗县职业教育中心
二、从动件的运动规律
1．等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为 等速运动规律。 （1） 位移曲线(S—δ曲线) 若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ0，那么由运动学可 知，在等速运动中，从动件的位移 S 与时间 t 的关系为： S＝v·t 凸轮转角δ与时间 t 的关系为： δ＝ω·t 则从动件的位移 S 与凸轮转角δ之间的关系为: v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件 作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始 和终止时；从动件的速度从零突然增大到 v 或由 v 突然减为零，此时，理论上的加速 度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚 性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强 烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和 从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律
式中 a 和ω都是常数，所以位移 s 和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速 等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲 率方向相反的抛物线连成。 (2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近 零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合 在中、低速条件下工作。 当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基 圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法 的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。
平罗县职业教育中心
二、从动件的运动规律
1．等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为 等速运动规律。 （1） 位移曲线(S—δ曲线) 若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ0，那么由运动学可 知，在等速运动中，从动件的位移 S 与时间 t 的关系为： S＝v·t 凸轮转角δ与时间 t 的关系为： δ＝ω·t 则从动件的位移 S 与凸轮转角δ之间的关系为: v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件 作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始 和终止时；从动件的速度从零突然增大到 v 或由 v 突然减为零，此时，理论上的加速 度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚 性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强 烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和 从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律
凸轮机构
机械技术应用基础
(3) 平底从动件 凸轮与从动件间的作用始 终垂直于从动件的平底，因 此传动平稳； 接触面间容易形成油膜， 润滑较好,传动效率高，常用 于高速凸轮机构。 运动规律受到一定的限制。
机械技术应用基础
3、按从动件运动形式 、 （1）移动凸轮机构 ） （2）摆动凸轮机构 ）
机械技术应用基础
B6 B7 e
－ω
B8 B8 ′ B′ 7 B′ 6
B9
B0 B1 B1 ′ K K8 K9 K6 7 K0 K5 K1 K4 K K2
3
B2 B′ 2
B3 ′ B′ 4
B3
B′ 5
ω
B4
B5
机械技术应用基础
二、凸轮机构压力角的校核 凸轮对从动件作用力的方向 与从动件上力作用点的速度方 向之间所夹的锐角，用α表示。 将从动件所受力Ｆ沿接触点 的法线n-n方向和切线t-t方向分 n-n t-t 解为 Ft=Fcosα Fn=Fsinα
机械技术应用基础
（2）作基圆取分点
为圆心， 任取一点O为圆心，以点B为从动件 尖顶的最低点, 尖顶的最低点,由长度比例尺取rb=15 mm作基圆。 点始, mm作基圆。从B点始,按(－ω）方向取 作基圆 推程角、回程角和近停程角， 推程角、回程角和近停程角，并分成 与位移线图对应的相同等分， 与位移线图对应的相同等分，得分点 点重合。 B1、B2、…、B11与B点重合。 、
■ 凸轮机构的运动过程 机械技术应用基础
二、常用从动件的运动规律 推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、 速度和加速度随时间变化（凸轮转角δ变化）的规律。 常用的从动件运动规律有等速运动规律、 等加速等减速运动规律、 余弦加速度运动规律等。 1. 等速运动规律 从动件推程或回程的运动速度为常数的运动规律。即： 等速上升和等速下降（两个速度不不一定相等）。 其运动方程和运动线图所示。
凸轮机构原理
凸轮机构原理凸轮机构是一种常见的机械传动机构，它是通过凸轮的转动运动来推动工作部件实现工作的。
在许多机械装置中，凸轮机构都有广泛的应用，比如汽车发动机、印刷机等，因此对凸轮机构的原理和工作过程进行了深入研究。
凸轮机构的基本构成部分就是凸轮。
凸轮是一种椭圆形、圆形、正弦形等截面形状的曲面，它是通过转动轴的运动来驱动工作部件的。
在凸轮机构中，凸轮与摆动杆、推杆、滑块等配合使用，通过它们的相互作用，实现了机械运动的传递。
接下来我们就来详细了解凸轮机构的原理及其工作过程。
一、凸轮机构的工作原理凸轮机构的工作原理是利用凸轮的转动运动来推动工作部件进行工作。
凸轮的形状可以根据需要进行设计，通常是根据工作部件的形状和运动轨迹来决定。
根据凸轮的形状不同，可以将凸轮机构分为圆形凸轮机构、正弦形凸轮机构、椭圆形凸轮机构等三类。
- 圆形凸轮机构圆形凸轮机构是一种最简单的凸轮机构，常见于日常生活中的各种机械。
其原理是圆形凸轮的转动带动摆动杆进行往复运动，从而推动工作部件实现工作。
通常情况下，摆动杆在运动过程中的偏移量是不变的，因此圆形凸轮机构的运动状态相对稳定。
- 正弦形凸轮机构正弦形凸轮机构是一种难度较高的凸轮机构，它需要将正弦形凸轮的运动与工作部件的运动进行精密匹配，才能实现准确的运动传递。
通常情况下，正弦形凸轮机构适用于一些对运动要求较高的场合，如高速运动的机械。
- 椭圆形凸轮机构椭圆形凸轮机构是一种具有典型工业应用的凸轮机构，其原理是利用椭圆形凸轮的转动运动来推动工作部件进行工作。
椭圆形凸轮机构适用于需要进行往复运动或旋转运动的场合，如某些机床的上下工作台、搅拌机等。
二、常见的凸轮机构类型凸轮机构按照其功能和结构特点，可以分为如下几种类型：- 滑块式凸轮机构滑块式凸轮机构的特点是通过凸轮的转动，实现滑块的往复运动，从而推动工作部件完成工作。
常见的滑块式凸轮机构有快进机构、闸门机构等。
这种机构结构简单、运动状态稳定，广泛用于多种家电、机床、汽车等领域。
凸轮机构完整ppt课件
精品
36
滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：
（1）画出滚子中心的轨
迹（称为理论轮廓曲线）
（2）以理论轮廓上的点为
圆心，滚子半径rT为半径作 一系列的滚子圆，再画滚子
圆的内包络线，则为从动件
β′
凸轮的实际轮廓曲线。
理论轮廓曲线
注意：
n
rT r0
B C
n
实际轮廓曲线
β
（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；
44
（2）压力角的校核
凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方
向之间所夹的锐角a称为压力角。
F1Fcoas
F2Fsina
自锁：当α增大到一定程度后，以
至于导路的摩擦阻力大于有效分力 时，无论凸轮给予从动件多大的力， 从动件都不能运动。
精品
45
4.4.2 压力角的校核
推荐压力角数值 移动从动件[a]=30°
精品
0
0 0
∞
26
1.等速运动规律
从动件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加 速度趋于无穷大，从而产生无限值惯性力，并 由此对凸轮产生冲击 —— 刚性冲击
因此只适用于低速、轻载的场合。
精品
27
s h
1.等加速-等减速运动规律
h/2
从动件在一个行程h中，前 半行程做等加速运动，后半 行程作等减速运动的运动规 律。
对心移动从动件
偏置移动从动件
精品
13
（一）凸轮机构的应用及分类
3）按从动件的运动形式分： 摆动从动件
精品
14
（一）凸轮机构的应用及分类
4）按凸轮高副的锁合方式分：力锁合
精品
15
凸轮机构
速度曲线也必须连续。
③尽量减小速度和加速度的最大值。
特点: amax 最小 → 惯性力小。
0
起、中、末点有软性冲击. 适于中低速、中轻载.
低速轻载凸轮机构：
采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓
曲线，如气门开闭。
高速重载凸轮机构：
①首先考虑动力特性，以避免产生过
大的冲击。 ②为避免刚性冲击，位移曲线和速度 曲线必须连续；而为避免柔性冲击，加
s
2
S
s
2
O
S
O
S
（1）升-停-回-停型（RDRD型） （2）升-回-停型（RRD型）
s
2
s
2
O
S
O
（3）升-停-回型（RDR型）
（4）升-回型（RR型）
二、凸轮从动件的运动规律
• 常用的从动件的运动规律有等速运动规律 和等加速等减速运动规律。
一、等速运动规律 (直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
8.3凸轮机构工作过程及从动件运动规律
• 一、凸轮机构的工作过程 • 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作 等速回转运动，从动件作往复移动。凸轮 回转时，从动件作升—停—降—停的运动 循环。
圆弧段
圆弧段
圆弧段
基圆（rmin）——以最短向径所作的圆
600 rmin 1200
1200 600
S2
对心尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
偏置尖顶直动从动件 盘形凸轮机构
滚子摆动从动件盘形 凸轮机构
沟 槽 凸 轮 重力锁合凸轮
弹 力 锁 合 凸 轮
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ω
B
C
凸轮廓线的组成
凸轮廓线的组成 :
AB段 ── 向径逐渐变大的曲线； BC段 ── 向径不变的曲线，以凸轮 回转中心为圆心的一段圆弧；
D B’ h A rb K
CD段 ── 向径逐渐变小的曲线；
DA段 ── 向径不变且为最小的 圆弧；即基圆上的一段圆弧。
C
ω
B
凸轮机构的运动过程
最好按下一张PPT中的图修改此动画，或者将此动画中的各标 记修改如下：φl——δ0; φs——δs; φh——δ0’; φs’——δs’ B0——A ；B1——B；B2——C ；B3——D
s
B’ h A
δ0 δs
o
t
δ0
δs
δ
远停程角δs：凸轮远停程 过程中转过的角度。
ω
B
Cபைடு நூலகம்
凸轮机构的工作过程
回程：凸轮逆时针方向继续 转动，凸轮CD段轮廓上各点 依次与从动件接触，向径减 小，因此从动件又逐渐下降 至A点，这一过程称为回程。
D
s
B’ h A
δ0 δ’0 δs
o
t
δ0
δs
δ’0
δ
回程运动角δ0’：凸轮回 程过程中转过的角度。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
近停程：凸轮逆时针方向继 续转动，凸轮DA段轮廓上各 点依次与从动件接触，向径 不变，因此从动件又在距离 凸轮回转中心最近的位置A点 保持不动，这一过程称为近 停程。
s
B’ h A D δ’s
δ0 δ’0 δs
o
t
δ0
δs
δ’0
δ’s
δ
近停程角δs’：凸轮近停 程过程中转过的角度。
ω
B
C
凸轮机构的工作过程
凸轮机构又循环重复升—停—降—停，也即推程—远停 程—回程—近停程的工作过程。
按工作需要，凸 轮机构可以没有 近停程或远停程， （例如绕线机的 引线机构），但 一定有推程和回 程。
凸轮机构的工作过程
推程：凸轮逆时针方向转动， 凸轮AB段轮廓上各点依次与 从动件接触，从动件在向径 渐增的凸轮轮廓作用下，被 推至距凸轮回转中心最远的 位置B’点，这一过程称为推 程。
s
B’ h A
δ0
o
t
δ0
δ
推程运动角δ0：凸轮推 程过程中转过的角度。
C
ω
B
凸轮机构的工作过程
远停程：凸轮逆时针方向继 续转动，凸轮BC段轮廓上各 点依次与从动件接触，向径 不变，因此从动件在距离凸 轮回转中心最远的位置B’点 保持不动，这一过程称为远 停程。
凸轮机构工作过程
凸轮机构的几个基本名词
向径：凸轮轮廓上任意一点K与 凸轮回转中心之间的距离称为K 点处的向径。 基圆：以凸轮轮廓曲线的最小向 径为半径所作的圆，其半径为基 圆半径rb。 行程：随着凸轮逆时针转动，从 动件从最低点A向上运动到最高 点B’，AB’称为行程，用字母h表 示。
B’ h A D rb K