凸轮机构及间歇机构.ppt
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凸轮机构
凹 槽 凸 轮
等 宽 凸 轮
W
等 径 凸 轮 r1+r2 =const
r1 r2
主 回 凸 轮
作者：潘存云教授
它的缺点是：凸轮轮廓与从动件的接触为点或者线的接触，易于磨损，所以通常用于 凸轮机构的特点是：只需恰当的设计出凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到任意的预期 传递不大的控制机构中。 运动规律，而且结构简单、紧凑，设计方便。
§六、 凸轮机构的应用和类型
平面连杆机构是一种低副机构，一般只能近似地实现给定的运动规律， 而且其设计也较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格的按照 结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。 预定规律变化时，尤其是当原动件作连续运动而从动件必须作周期性件间 歇运动时，则采用凸轮机构最为简便。
2)按推杆形状分(从动件类型）：尖顶、 滚子、 平底从动件。
特点： (1)尖顶从动件 尖顶能与复杂形状的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任 尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；
意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，所以只宜用于受力不大 的低速凸轮机构。 滚子――磨损小，应用广； (2)滚子从动件 如图3—3和图3—4所示，为了克服尖顶从动件的缺点， 在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为 平底――受力好、润滑好，用于高速传动。 滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大载荷，所以是从动件中最常用的一种型式。 (1)盘形凸轮 盘形凸轮是一个绕固定轴转动并且轮廓向径变化的盘形零件，如 (3)平底从动件 如图3—1所示，这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面 (2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动 为一平面。显然，平底不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是： (3)圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮，如图3—4所示。 当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直。传 动效率较高，且接触面间易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。
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。
凸轮机构及其设计PPT课件
行程
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
远休止：从动件在离 轴心最远的位置休 止
远休止角：凸轮相应 的转角
s
B’
h
A r0
o δ0 δ01
t δ
δ0
ω
δ01
B
C
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
回程：从动件沿凸轮 轮廓以一定运动规 律从离凸轮轴心最 远的位置回到最低 位置，这一过程称 为回程
1 凸轮机构的类型及应用
凸轮机构的分类
按凸轮的形状分类
圆柱凸轮
1 凸轮机构的类型及应用
凸轮机构的分类
1 凸轮机构的类型及应用
按从动件的形状分类
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
凸轮机构的分类
1 凸轮机构的类型及应用
按从动件的运动形式分类
直动从动件 直动从动件又可分为对心和偏置
摆动从动件
凸轮机构的分类
δ 6
v=πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0
δ
a=π2hω2 cos(πδ/δ0)/2δ02 回程运动方程：
a
s＝h[1＋cos(πδ/δ0’)]/2
v=-πhωsin(πδ/δ0’)δ/2δ0’
δ
a=-π2hω2 cos(πδ/δ0’)/2δ’02
回程运动角：凸轮相 应的转角
s
B’
h
D
A r0
t
o δ0 δ01 δ’0
δ
δ0
δ’0
δ01
ω
B
C
2 从动件的运动规律设计
凸轮机构的基本名词术语
近休止：从动件在离 轴心最近的位置休 止
近休止角：凸轮相应 的转角
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
s
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。
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。
第3章凸轮机构与间歇运动机构
轮的实际廓线。
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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
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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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3.4.2棘轮机构的应用
◆制动
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◆间歇送进
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35
◆超越、离合
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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 凸轮机构分解
10
1
2
3
4
5
6
s
2h 2
2
v
v
4h
2
a
4h 2
2
柔性冲击 适用于低速场合
0
a
0
j
0
/2 /2
/2
19
等加速等减速运动规律
推程
回程 ？
推程
等加速s段 2h 2
2
v
4h
2
a
4h 2
2
等减速段
回程
等加速段
sh
2h '2
(
s )2
等减速段 2h s '2
(
s
' )2
§4-2 从动件的常用运动规律
•从动件 一边随着机架以角速度
-ω 绕 o 点转动，
O
一边在导路中往复移动
r0
反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓
1 2 3
4
5
6
7 29 29
8
一、直 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 轮 廓
1. 对心 尖顶 移动 从动件 盘形 凸轮 廓线的设计
已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角 速度和从动件的运动规律，设计该
O1
o
最大摆角
从动件摆角 最大摆角
BC
max
S
近休止角
D 2
S
max 推程运动角 远休止角 回程运动角
摆角 O2
14
凸轮机构的运动学设计参数
凸轮 推程角 远停角S 回程角 近停角S
从动件的位移s、速度v、 加速度a、跃度j
凸轮机构的基本尺寸
基圆半径 rb
移动从动件凸轮机构的偏距 e
第3章 凸轮机构
2 0
02
a
4h12
/
2 0
推程时等减速段
s
h 2h(0 4h1 (0
)2 /
)
/
2 0
2 0
a
4h12
/
2 0
速度连续，加速度不
连续，称为柔性冲击。
用于中、低速场合。
§3 – 2 从动件的常用运动规律
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
§3 – 2 从动件的常用运动规律
凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括：推程、远休程、回 程、近休程四个部分
§3 – 2 从动件的常用运动规律
基圆：以轮廓的最小向径所作的圆 r0－基圆半径 推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。 升程ｈ：推程所移动的距离。
机械设计基础
机械设计基础
绪论
机械零件设计概论
平面机构的自由度和速度分析
连接
平面连杆机构
齿轮传动
凸轮机构
蜗杆传动
齿轮机构
带传动和链传动
轮系
轴间歇运动机构 机构运转速 Nhomakorabea波动的调节
滑动轴承
滚动轴承
联轴器、离合器和制动器
回转件的平衡
弹簧
第3章 凸轮机构
§3 – 1 凸轮机构的应用和类型 §3 – 2 从动件的常用运动规律 §3 – 3 凸轮机构的压力角 §3 – 4 图解法设计凸轮轮廓 §3 – 5 解析法设计凸轮轮廓*
什么是凸轮机构
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
机 械 原 理 凸 轮 机 构
●
1)加大基圆半径r0 2)将对心改为偏置 3)采用平底从动件。
在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大 于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6~2)r。
机 械 原 理
●
r0
(
ds / d e s ) 2 e2 tg[a ]
3.3 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法
3.3.1 反转法原理
机 械 原 理 凸 轮 机 构
●
加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)
凸轮静止不动
从动件与导路以角速度-w绕凸轮转动
从动件相对导路移动
从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线
对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就 是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距 滚子半径rT的一条等距曲线。
凸确定上述极值r0不方便，工程上常根据诺模图来确定r0 轮 机 构
凸轮转角δ0 h/r0 等速运动
凸轮转角δ0
机 械 原 理 凸 轮 机 构
●
h/r0
正弦加速度运动 余弦加速度运动
h/r0
h/r0 等加等减速运动
αmax
αmax
诺模图 应用实例：一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，δ0＝45º ， h=13 mm, 推杆以正弦加速度运动，要求αmax ≦30º ，试确定 凸轮的基圆半径r0 。 作图得：h/r0＝0.26 r0＝≧ 50 mm
机 械 原 理 凸 轮 机 构
●
B′点坐标：
X x rr cos Y y rr sin
dx ds ( )sin ( s0 s) cos d d e dy ds ( ) cos ( s0 s)sin d d e