10 第三章 凸轮机构
《凸轮机构基本知识》课件
推程运动角
从动件由最低位置开始 上升到最高位置时对应
的凸轮转角。
回程运动角
从动件由最高位置开始 下降到最低位置时对应
的凸轮转角。
03
凸轮机构的分类
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ERA
按形状分类的凸轮机构
盘形凸轮机构
凸轮的形状类似于盘子， 通常用于实现连续的旋转 运动。
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《凸轮机构基本知识》PPT
课件
• 凸轮机构概述 • 凸轮机构的工作原理 • 凸轮机构的分类 • 凸轮机构的设计与优化 • 凸轮机构的维护与保养
目录
CONTENTS
01
凸轮机构概述
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凸轮和从动件都做往复直线运动。
按从动件分类的凸轮机构
刚性从动件凸轮机构
从动件的位移和速度由凸轮精确确定 ，适用于高精度和高速的场合。
柔性从动件凸轮机构
从动件的位移和速度有一定的柔性， 适用于对冲击和振动有一定承受能力 的场合。
04
凸轮机构的设计与优化
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ERA
凸轮机构的定义
总结词
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。
详细描述
凸轮机构是一种常见的机械机构，它利用凸轮的转动来驱动 从动件进行往复运动。凸轮机构中的凸轮是一个具有曲线轮 廓的盘形构件，而从动件则是一个与凸轮轮廓相接触的构件 。机架是支撑整个机构的固定构件。
凸轮机构的特点
凸轮机构的工作过程
机械设计基础习题及答案
第一章平面机构的自由度和速度分析题1-1在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。
试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。
题1—2图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。
B点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。
试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。
题1—3计算题1－3图a）与图b）所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）。
题1－3图a）题1－3图b）题1—4计算题1—4图a、图b所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。
题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）,并标出原动件。
题1—5图 题解1—5图题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。
第二章 连杆机构题2-1在图示铰链四杆机构中，已知 l BC =100mm ，l CD =70mm ，l AD =60mm ，AD 为机架。
试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求l AB 的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB 最小值； （3）若此机构为双摇杆机构，求l AB 的取值范围。
题2-2 如图所示的曲柄滑块机构： （1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作 行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角g min ； （3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置 。
D题2-1图题2-3图示为偏置曲柄滑块机构，当以曲柄为原动件时，在图中标出传动角的位置，并给出机构传动角的表达式，分析机构的各参数对最小传动角的影响。
题2-4设计一曲柄摇杆机构，已知机构的摇杆DC长度为150mm，摇杆的两极限位置的夹角为45°，行程速比系数K=1.5，机架长度取90mm。
机构应用举例
机构应用举例【篇一：机构应用举例】凸轮机构应用举例范文一：第三章凸轮机构典型例题例 1 在图示的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，其圆心在a点，半径r=40mm，凸轮转动方向如图所示，loa=25mm，滚子半径rt=10mm，试问：（1）凸轮的理论廓线为何种曲线？（2）凸轮的基圆半径r b=?（3）从动件的升距h=?解：选取适当的比例尺作机构图如图（b）所示（2）凸轮的基圆半径r br b=l ac － lao =（r+rt）－lao=（40+10）－25=25mm（3）从动件的升距hh=（lao+r+rt）－r b=25+40+10－25=50mm例2 如图（a）所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它由四段直线组成。
要求：画出推杆的位移线图和加速度线图；判断那几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的f位置。
凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。
解：由图（a）所示推杆的速度线图可知在oa段内，因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休止，推杆的位移及加速度均为零，即s=0，a=0，如图（b）（c）所示。
解：在de段内，因v由推杆速度线图（a）和加速度线图（c）可知，在d及e处，有速度突变，且在加速度线图上分别为负无穷大和正无穷大。
故在在d及e处有刚性冲击。
在加速度线图上a在f处有正的加速度值，故有惯性力，但既无速度突变，也无加速度突变，因此，f处无冲击存在。
例3 图示为一移动滚子从动件盘形凸轮机构，滚子中心位于b0点时为该机构的起始位置。
试求：解（1）这是灵活运用反转法的一种情况，即已知凸轮廓线，求当从动件与凸轮廓线上从一点到另一点接触时，凸轮转过的角度。
求解步骤如下：1）正确作出偏距圆，如图（b）所示3）找出滚子与凸轮在b1点接触时滚子中心的位置b1。
（2）这是灵活运用反转法的另一种情况，即已知凸轮廓线，求当凸轮从图示位置转过某一角度到达另一位置时，凸轮机构的压力角。
机械设计基础凸轮机构
+ (2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无
穷远时，则成为移动凸轮，当移动凸轮沿 工作直线往复运动时，推动从动件作往复 运动。如靠模车削机构。
+ (3)圆柱凸轮
3.2 凸轮的分类(2)
按从动件的形状分：尖底、滚子、平底。
滚子从动件
平底从动件
从动件与凸轮之间易形
凸轮与从动件之间为滚 成油膜，润滑状况好，受
F1＝Fｃｏｓα （有效分力） F2＝Fｓｉｎ α（有害分力）
a ↑→ F2 ↑ F1 →效率η↓ 当 a 大于一定值, 将自锁. 一般, 推程 [a ] = 30 (移动)
35 — 45 (摆动) 回程无自锁 [a ' ] = 70~ 80
ｎ
F F2 ｔ
Q
ｔ F1 ν
a
ｎ
Q
a' 过大 将造成滑脱
3、 压力角 a 与基圆半径 r0
从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的
3、推程：运动规律由离回转中心最近位置A到达
最远位置B的过程。
4、行程：
从动件在推程中上升的最大位移h。
5、推程运动角：
与推程相应的凸轮转角δ0。 δ0= ∠AOB
O
B'
h
A
δs' D δ0
δ0 ' δs
w
B
C
6、远停程：
凸轮由B转动到C，从 动件在最远位置停止不 动。
3.2 凸轮的分类(4)
按凸轮与从动件维持接触的方式分：外力锁合（重 力、弹簧力、其他力）、几何锁合（通过几何形状来锁 合）
弹簧力锁合
重力锁合
几何锁合
滚子对心移动从动件盘形凸轮机构
机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，滚子接触,摩擦阻 力小，不易摩擦，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子 轴处有间隙，不宜高速。
凸轮机构运动原理解析
凸轮机构运动原理解析凸轮机构是一种机械传动装置，广泛应用于各种机械系统中，例如汽车发动机、工业机械和机床等。
本文将对凸轮机构的运动原理进行解析，以帮助读者更好地理解其工作原理。
一、凸轮机构的定义和构成凸轮机构是由凸轮和从动件（如滑块、摇臂等）组成的传动装置。
凸轮是一种特殊形状的轮轴，其外形常为椭圆或心形，具有多个凸起部分。
从动件则通过与凸轮接触，实现凸轮机构的运动传动。
二、凸轮机构的工作原理凸轮机构的工作原理基于凸轮的运动和从动件的运动响应之间的关系。
一般来说，凸轮的运动可以是旋转、往复或其他特殊的轨迹形式，这取决于具体的应用场景。
旋转运动的凸轮机构：当凸轮进行旋转运动时，从动件跟随凸轮的轨迹做往复运动。
这种机构常用于各类发动机的气门传动系统中。
例如，汽车发动机中的凸轮轴通过凸轮的旋转来驱动气门的开闭。
往复运动的凸轮机构：当凸轮进行往复运动时，从动件以一定的轨迹做复杂运动。
这种机构常用于机床和工业机械中。
例如，磨床的主轴就是通过往复运动的凸轮来驱动的。
其他特殊形式的凸轮机构：除了旋转和往复运动，凸轮还可以设计成其他特殊的轨迹形式，以满足特定的运动需求。
例如，摇杆机构中的摇杆就是一种特殊的凸轮，它通过摇杆的旋转运动来驱动从动件。
三、凸轮机构的优缺点凸轮机构具有以下几点优点：1. 可实现复杂的运动传动：由于凸轮可以设计成各种复杂的轨迹形式，因此凸轮机构可以实现各种复杂的运动传动需求。
2. 传动精度高：凸轮机构的传动精度高，能够满足精密机械装置的要求。
3. 结构简单可靠：凸轮机构的结构相对简单，不容易出现故障，具有较高的可靠性。
然而，凸轮机构也存在一些缺点：1. 摩擦和磨损问题：由于凸轮和从动件之间的接触，会产生摩擦和磨损，这可能会限制凸轮机构的使用寿命。
2. 噪音和振动：凸轮机构在工作时可能会产生噪音和振动，这对于要求低噪音和低振动的装置来说可能是一个问题。
四、凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛应用于各种机械系统中，包括但不限于以下几个领域：1. 汽车工业：凸轮机构被广泛应用于汽车发动机的气门传动系统，实现气门的开闭控制。
机械基础练习题及答案
第一章机械基础概述一、填空题1.机器或机构，都是由组合而成。
2.机器或机构的之间，具有确定的相对运动。
3.机器可以用来人的劳动，完成有用的。
4.组成机构，并且相互间能作的物体，叫做构件。
5.组成构件，但相互之间相对运动的物体，叫零件。
6.从运动的角度看，机构的主要功用在于运动或运动的形式。
7.构件是机器的单元。
8.零件是机器的单元。
9.一般常以这个词作为机构和机器的通称。
10.机器的原动部分是的来源。
11.机器的工作部分须完成机器的动作，且处于整个传动的。
12.机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的。
13.任何一种机械，基本上都是由部分、部分、和部分等三部分组成的。
14.运动副是指能使两构件之间既保持接触，而又能产生一定形式相对运动的。
15.运动副的两构件之间，接触形式有接触、接触和接触三种。
16.由于组成运动副中两构件之间的形式不同，运动副分为高副和低副。
17.两构件之间作接触的运动副叫低副。
18.两构件之间，作或接触的运动副叫高副。
19.转动副的两构件之间，在接触处只允许孔的轴心线作相对转动。
20.移动副的两构件之间，在接触处只允许按方向作相对移动。
21.带动其他构件的构件，叫主动件。
22.构件之间具有的相对运动，并能完成的机械功或实现能量转换的组合，叫机器。
23.低副的优点：制造和维修，单位面积压力，承载能力。
24.低副的缺点：由于是摩擦，摩擦损失，效率。
25.高副的特点：制造和维修，单位面积压力，接触处磨损，可传递的运动。
26.暖水瓶螺旋瓶盖的旋紧或旋开，是低副中的副在接触处的复合运动。
27.房门的开、关运动，是副在接触处所允许的相对转动。
28.抽屉的拉出或推进运动，是副在接触处所允许的相对移动。
29.火车车轮在铁轨上的滚动，属于副。
二、判断题：(对的画O，错的画×)1.机器是构件之间具有确定的相对运动、并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。
( )2.两构件间凡直接接触，而又相互联接的都叫运动副。
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装置，它通过凸轮的旋转运动将其上连接的零件带动实现特定的运动规律。
在本文中，将介绍凸轮机构的原理及其应用。
一、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和驱动件组成。
其中，凸轮是核心部件，它通常形状为圆柱体，其轴线与从动件轴线平行。
凸轮的外表面通常具有不规则的形状，以满足特定的运动要求。
从动件与凸轮接触并被驱动进行运动，驱动从动件的力来自于驱动件。
凸轮机构的工作原理是基于凸轮的旋转运动。
当凸轮旋转时，凸轮上的形状会与从动件进行接触，从而产生驱动力。
凸轮的形状决定了从动件的运动规律，可以实现直线运动、转动运动或复杂的轨迹运动等。
在凸轮机构中，凸轮的运动通常是以连续的方式完成的。
当凸轮旋转一周后，以不同速度和运动规律运动的从动件会回到初始位置，从而实现特定的往复或连续运动。
在某些凸轮机构中，凸轮的速度和角度可以通过其他传动装置进行调节，以实现调整从动件的运动规律。
二、凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，其中最常见的是内燃机的气门控制系统。
在内燃机中，凸轮机构负责控制气门的开关，以实现燃烧室的进气和排气。
凸轮机构通过凸轮和气门杆的连接，将凸轮的旋转运动转换为气门的上下运动，从而实现气门的开启和关闭。
不同类型内燃机根据其工作原理和要求，凸轮机构的设计和形状也会有所不同。
此外，凸轮机构还应用于机床、自动化生产线、纺织机械等领域。
在机床中，凸轮机构可以用于驱动工作台、进给机构和切削工具等，以实现工件的加工和加工过程的自动化。
在自动化生产线中，凸轮机构可以配合其他传动装置，如链条、齿轮等，实现物料的输送和组装。
而在纺织机械领域，凸轮机构则常用于纺纱机、织布机等的驱动系统，以实现纱线的拉伸和布匹的运动。
凸轮机构的应用范围非常广泛，其原理简单可靠，具有良好的可控性和稳定性。
通过根据具体的运动要求设计凸轮的形状和相关的传动装置，可以实现各种复杂的运动规律，为机械运动的控制和操作提供了有效的解决方案。
3凸轮机构
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
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类 沟 槽 凸 轮 重力锁合凸轮
弹 力 锁凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
§ 3-1 凸轮机构的应用和分类
S2 h
1200 1800 3000 3600
0
t
1200
s
600
0
1200
s'
600
1
§ 3-3 凸轮机构常用的运动规律
一、从动件常用运动规律
运动规律 推杆在推程或 回程时，其位移S、速度V、和 加速度a 随时间t 的变化规律。
s
h δ
0
等速运动运动规律(Law of
Constant Velocity Motion )
3000
3600
0
0
1200 600 1200
600
1
F
§ 3-2 凸轮机构的基本概念
DB段从动件在近处停止， 其对应的转角s’——近休止角。
S2 h
1200 1800 3000 3600
s'
0
t
1200
s
0
s'
600
600 1200
1
§ 3-2 凸轮机构的基本概念
t——推程角；s——远休止角 h——回程角；s——近休止角
偏置滚子从动件凸轮机构
3
2
e
r0
A
O
1
1
实际廓线
理论廓线
凸轮的基圆半径rb、压力角定义在理论轮廓曲线上。
第三章凸轮机构习题
4.1 图示为从动件在推程时的部分运动线图，其远、近休止角均不等于零。
试根据s 、v 和a 之间的关系定性地补全该运动线图，并指出何处存在刚性冲击，何处存在柔性冲击。
题4.1图 题4.2图4.2 设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮转向及从动件初始位置如图所示。
已知偏距mm e 10=，基圆半径mm r 400=，滚子半径mm r T 10=。
从动件运动规律如下： 150=Φ， 60,120,30=Φ'=Φ'=Φs s ，从动件推程以简谐运动规律上升，行程mm h 20=；回程以等加速等减速运动规律返回原处。
试绘制从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。
4.3 设计一尖底摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮转向及从动件初始位置如图所示。
已知mm l OA 75=，mm r mm l AB 30,580==。
从动件运动规律如下： 120,0,180=Φ'=Φ=Φs ， 60=Φ's ，从动件推程以简谐运动规律顺时针摆动，最大摆角 15m ax =ψ；回程以等加速等减速运动规律返回原处。
试绘制从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。
题4.3图4.4 设计一平底摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮转向及从动件初始位置如图所示。
已知mm l OA 75=，mm r 300=，从动件运动规律如下： 0,180,0,180=Φ'=Φ'=Φ=Φs s ；从动件推程以简谐运动规律顺时针摆动， 15m ax =ψ；回程以等加速等减速运动规律返回原处。
试设计凸轮轮廓曲线并确定从动件的长度。
题4.4图4.5 画出图示凸轮机构中凸轮的基圆，并在图上标出凸轮由图示位置转过45角时凸轮轮廓上的接触点位置及凸轮机构的压力角 。
题4.5图4.6 图示两个凸轮机构中凸轮均为偏心圆盘，转向如图。
已知mm l mm R OA 10,30==，mm l mm l mm r mm e BC OB T 40,50,5,15====。
机械设计基础第3章
常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失 真现象的前提下，取r0最小。
三,平底与导路中心线的交点为尖顶
四 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知凸轮以等角速w顺时针回转，凸轮基圆半径为r0，凸轮 与摆动从动件的中心距为a，从动件长度l，从动件最大摆角ymax， 以及从动件的运动规律（位移线图y-f），求作此凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l与基圆交点于点 （2）作从动件位移线图，并分成若干等分 （3）以中心矩a为半径，o为原心作图 （4）用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2，…… （5）以l为半径，A1，A2，……，为原心作一系列圆弧、……交于 基圆C1，C2，……点 （6）以l为半径作对应等分角。 （7）以A1C1，A2C2向外量取对应的A1B1，A2B2…… （8）将点B0，B1，B2……连成光滑曲线。
§3-5 凸轮廓线的解析法设计
一 滚子直动从动件盘形凸轮 已知偏距e，基圆半径r0，滚子半径rT，从动件运动规 律s=s( )以及凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
• 已知基圆半径r0，从动件运动规律s=s( )以及 凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
二 平底直动从动件盘形凸轮
第三章 凸轮机构
机架 从动件(推杆)
凸轮
凸轮机构的优点：凸轮具有曲线工作表面， 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得 到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、 设计方便。 凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间是 点接触或线接触，易于磨损，通常用于传力 不大的控制机构。
凸轮和滚子材料的选择
（2）将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分 （图中各为四等分）。 （3）自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止 角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、 C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线 图对应的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8诸点。 （4）过C1、C2、C3、...作偏距圆的一系列切线，它们便是反转 后从动件导路的一系列位置。 注意：射线方向应与凸轮的转动方向相一致。 （5）沿以上各切线自基圆开始往外量取从动件相应的位移量， 即取线段C1B1=11' 、C2B2=22'、...，得反转后尖底的一系列位 置B1、B2、...。 （6）将B0、B1、B2、...连成光滑曲线（B4和B5之间以及B9和 B0之间均为以O为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。 滚子直动从动件盘形凸轮 只要首先取滚子中心为参考点，把它看作为尖顶从动件的尖顶， 则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲 线为圆心，滚子半径rT为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的 曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲线。其中r0指 理论轮廓曲线的基圆半径。