页数：65页文件大小：1.77 MB来源： 机械原理ppt课件
本课件讲解凸轮机构的组成与分类，系统给出从动件等速、等加速等减速、简谐等常用运动规律及其选择原则，并说明反转法设计凸轮轮廓、压力角与基圆半径的确定方法。
第四章 凸轮机构及其设计封面
1第四章凸轮机构及其设计
本页为课件封面，标示课程名称与本章主题。
§4-1凸轮机构的应用及分类
2从动件凸轮滚子机架凸轮机构的组成凸轮机构→凸轮、从动件、机架凸轮→匀速运动从动件→间歇（连续）移动或摆动§4-1凸轮机构的应用及分类。
一、凸轮机构的应用
一、凸轮机构的应用1、绕线机的凸轮机构2、自动机床进刀凸轮机构3、内燃机配气凸轮机构。
盘形凸轮与凸轮机构
盘形凸轮机构在印刷机中的应用4等径凸轮机构在机械加工中的应用。
凸轮机构与圆柱凸轮
利用分度凸轮机构实现转位5圆柱凸轮机构在机械加工中的应用。
二、凸轮机构的分类凸轮
二、凸轮机构的分类凸轮机构分类1、按两活动构件之间相对运动特性分类2、按从动件运动副元素形状分类3、按凸轮高副的锁合方式分类平面凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件力锁合形锁合直动从动件摆动从动件平面复杂运动6。
凸轮机构与盘形凸轮
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类（1）平面凸轮机构1）盘形凸轮7。
2）移动凸轮
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
本页以图片为主，源文件文字有限，建议对照原课件图片理解本节要点。
（3）空间凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
从动件与运动副
2、按从动件运动副元素形状（1）直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件10偏心直动尖顶从动件。
滚子从动件与平底
对心直动滚子从动件11对心直动平底从动件（2）直动滚子从动件（3）直动平底从动件。
从动件与直动
根据从动件运动形式的不同,还可分为:直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。
摆动滚子从动件12摆动尖顶从动件。
摆动平底从动件平面复杂运动
摆动平底从动件平面复杂运动从动件13。
3、按凸轮高副
3、按凸轮高副的锁合方式分类形锁合14力锁合。
凸轮机构的特点
凸轮机构的特点：15优点：＊只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律。
＊结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点：凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。
§4-2从动件运动
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语基圆(基圆半径16)r0推程升程或行程h回程推程运动角0远休止角S回程运动角0近休止角S§4-2从动件运动规律及其选择。
1、凸轮基圆以凸轮轴心O为圆心，以其轮廓最小向径r0为半径所作的圆；为基圆半径。2、偏距从动件导路中心线相对凸轮轴心O偏置的距离称为偏距，用e表示。3、偏距圆以O为圆心，以e为半径的圆称为偏距圆。
4、从动件行程从动件的最大位移。上图所示凸轮机构的从动件行程，用h表示。5、从动件推程简称推程，指从动件在凸轮推动下远离凸轮轴心O的运动过程。在此过程中凸轮转过的角度称为推程运动角，用Φ0表示。6、从动件回程简称回程，指从动件在弹簧力或其它外力作用下移近凸轮轴心O的运动过程。在此过程中凸轮转过的角度称为回程运动角，用Φ0表示18。
7、从动件远(近)休程19简称远(近)休程，指从动件在距凸轮轴心O最远(最近)位置处休止的过程。在此过程中凸轮转过的角度称为远（近）休止角，分别用Φs、Φs表示。8、刚性冲击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。如等速运动规律。
9、柔性冲击20从动件在运动过程中，运动的始、末点处加速度有突变，产生较大的加速度和惯性力，由此而引起的冲击称为柔性冲击，这种运动规律只适用于中速运动的场合。如等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律。10、无冲击从动件在整个运动过程中速度和加速度皆连续无突变，避免了刚性冲击和柔性冲击，可以用于高速运动的场合。如正弦加速度运动规律、3-4-5多项式运动规律。
从动件与运动规律
等速运动规律
•1、等速运动规律存在刚性冲击,适合于低速轻载。
→√01a0υhω/→shφ/022。
存在柔性冲击,适用于中
存在柔性冲击,适用于中、低速√→→2021201202ωφ/a4hω/υ4hs2hφ/202120100→→0a–4hω/υ4hω(–φ)/sh–2h(–φ)2/2√推程时等加速段运动方程为：推程时等减速段运动方程为：2、等加速等减速运动规律。
3.余弦加速度运动
3.余弦加速度运动（间谐运动）规律存在柔性冲击，适用于中速场合→→√20021πφ/)/(2)aπ2hωcos(υπhω1sin(πφ/0)/(20)sh[1–cos(πφ/0)]/224。
运动规律
4、正弦加速度（摆线）运动规律避免了刚性和柔性冲击，适用于高速传动→→→0022100πφ/)/a2πhωsin(2υhω1[1–cos(2πφ/0]/0sh[φ/–sin(2πφ/)/(2π)]√25。
改进型等速运动规律特点
改进型等速运动规律特点：避免了刚性和柔性冲击。
推杆回程运动
推杆回程运动方程27→→推回推回s回h–s推√υ–υa–a。
三、从动件运动
三、从动件运动规律的选择在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值vmax和比较。
、加速度幅值amax及其影响加以分析mvmaxvmaxamaxmamaxvmaxamax28。
对于重载凸轮机构
对于重载凸轮机构，应选择29较小的运动规值较小的vmax律。
对于高速凸轮机构，宜选择amax运动规律。
若干种从动件运动规律特性比较应用场合冲击amax(hω2/Φ2)0vmax(hω/Φ0)运动规律低速轻负荷刚性1.00等速中速轻负荷柔性4.002.00等加速等减速中低速中负柔性4.931.57余弦加速度中高速轻负──6.282.00正弦加速度高速中负荷──5.771.883-4-5多项式低速重负荷──8.381.33。
§4-3按预定运动
一、凸轮廓线设计
一、凸轮廓线设计的基本原理反转法可假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度“－ω1”绕凸轮轴心回转，这时凸轮与推杆之间的相对运动关系并未改变，但是凸轮已“固定不动”，而推杆一方面随导路以角速度“－ω1”绕轴心顺时针方向转动（即所谓反转运动），另一方面还相对于导路作预期的往复移动。
由于推杆尖顶和凸轮廓线始终接触，因此推杆尖顶在这种复合运动中所描绘的轨迹就是凸轮的轮廓曲线31。
尖顶从动件与盘形凸轮
对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计1.取长度比例尺，绘出凸轮基圆。
2.作反转运动。
过凸轮回转中心O作等分点的射线，此即在反转运动中导路所占据的一系列位置。
3．计算、绘出推杆的预期位移：在推杆反转运动中的各导路线上，从基圆开始量取推杆的相应位移，得推杆尖顶在复合运动中的一系列位置4.将B0、B1、B2、…等点连成光滑曲线，即为所求的凸轮廓线32。
滚子从动件与盘形凸轮
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计1.取长度比例尺，绘出凸轮基圆。
2.绘出偏心圆。
作反转运动，过基圆等分点作偏心圆的切线（射线），此即在反转运动中导路所占据的一系列位置。
3．计算、绘出推杆的预期位移：在推杆反转运动中的各导路线上，从基圆开始量取推杆的相应位移，得推杆尖顶在复合运动中的一系列位置4.将B0、B1、B2、…等点连成光滑曲线，即为所求的凸轮廓线33。
直动从动件与盘形凸轮
341、直动从动件盘形凸轮（1）尖顶直动从动件盘形凸轮已知：从动件运动规律ss(φ)，尖顶从动件导路相对于凸轮轴心O的偏距e，凸轮基圆半径及凸轮沿顺时针转动。
要求：设计凸轮轮廓。
直动从动件示意图
35yx0ss–ω1e1ωφB0B0rB0x(s0s)cosφ–esinφy(ss)sinφecosφ→x→y→x→y→[Rφ]→φ[R]→cosφ→→sinφ–sinφcosφ→→→→→x→ysse0→→y→→→x→cosφ→sinφcosφ→e–sinφ→s0s(0□φ□2π)。
该滚子从动件凸轮的理
（2）滚子直动从动件盘形凸轮1）理论轮廓方程滚子中心的运动规律即为尖顶的运动规律。
故按尖顶从动件求得的凸轮廓线，称为该滚子从动件凸轮的理论廓线。
x(s0s)cosφ–esinφy(s0s)sinφecosφ2）工作轮廓方程dy/dφrYyr(dx/dφ)2(dy/dφ)2dx/dφ(dx/dφ)2(dy/dφ)2Xx干rr36。
–rc0a)b)图
rr–rc0a)b)图4-12crrrrcrrrr–rc0刀具中心轨迹理论廓线实际廓线刀具中心轨迹理论廓线实际廓线37。
已知：摆动从动件
3已知：摆动从动件运动规律，从动件长度l，中心距a，凸轮基圆半径r0及凸轮沿顺时针转动。
要求：设计凸轮轮廓。
ψ(φ)2、摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮机构可分为两种：顺摆式，逆摆式。
摆动从动件示意图
39→x→yy→x→→→[R]φ→→→→yψ)→x→a–lcos(ψ0lsin(ψ0ψ)y→x→→y→x→→[R]φlsin(ψ0ψ)→x→→y→a–lcos(ψψ)→→0φsinφ→cosφ–sinφ[R]→cosφ→0ψ)→x→cosφ–sinφ→a–lcos(ψ→→→→sinφcosφ→lsin(ψ0ψ)→y→x。
三：直动从动件
40三、平底直动从动件盘形凸轮实际上是“反转”过程中从动件平底一系列位置的包络线。
已知：从动件运，动规律ss(φ)从动件平底导路相对于凸轮轴心O的偏距为e，从动件平底与导路的夹角β900，凸轮基圆半径r0及凸轮沿顺时针转动。
要求：设计凸轮轮廓。
ssr0r01ωφφ–ω1900φβ900B0BBxy。
直动从动件示意图（2）
41ssr0r01ωφφ–ω1900φβ900B0BBxyYkXbktan(900φ)–cotφ–cosφ/sinφb(r0s)/sinφY–cosφX(r0s)sinφsinφf(X,Y,φ)XcosφYsinφ–(r0s)0dsdφf(X,Y,φ)/φ–XsinφYcosφ–000cosφ→→→(0□φ□2π)ds。
§4-4盘形凸轮机构
42§4-4盘形凸轮机构基本尺寸的确定一、压力角α及其许用值压力角α是从动件与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向（即凸轮轮廓在该点法线N-N的方向）与从动件上点B的速度方向之间所夹的锐角。
111cos(2bltanα→ηM0αφ)–(1)sin(αφ)tanφMsinαφ→→2φ2R2Fα2φFR1NNP121φB12F。
压力角与机械效率
143lαarctan{1/[(12b)tanφ]}–φc2c临界压力角α：在工程实际中，为保证机械效率，改善受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角αmax应小于或等于某一许用压力角[α]。
max□[α]即：。
根据实践经验：压力角
根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:44推程：直动从动件取[α]300～400。
摆动从动件取[α]350～450。
回程：直动和摆动从动件荐取[α]700～800。
二、按许用压力角
二、按许用压力角[α]确定凸轮机构的基本尺寸45αNNB12PP12是凸轮1与从动件2的相对速度瞬心。
121OPωυ2ds/dφs0ss0s–eds/dφ–etanαOP12式中：00r2–e2s。
压力角与从动件
46*压力角随从动件的随凸轮基圆半径r0的增大而减小，当基圆半径r0一定时，压力角在凸轮轴心的许用区域内选定凸轮轴心O的位置，凸轮基圆半径r0和偏距e就确定了。
0r2位移s和类速度ds/dφ的变化而变化。
tanαds/dφ–e–e2s。
对于直动从动件盘形凸轮机构
对于直动从动件盘形凸轮机构，为了改善其传力性能或减小凸轮尺寸，经常采用偏置凸轮机构。
偏置与推程时的相对瞬心P12位于凸轮轴心的同一侧。
凸轮顺时针转动时，从动件导路应偏于凸轮轴心的左侧。
凸轮逆时针转动时，从动件导路应偏置于凸轮轴心的右侧。
偏置方位确定：12P12P47。
凸轮轮廓与基圆半径
rρ–s(φ)–s(φ)0min48(0□φ□2π)三、按凸轮轮廓全部外凸条件确定凸轮基圆半径r0平底从动件盘形凸轮轮廓的外凸条件：rs(φ)s(φ)ρ(0□φ□2π)0min平底从动件盘形凸轮的基圆半径r0：。
凸轮轮廓示意图
四、滚子半径rr的选择ρaρrr1.凸轮理论轮廓的内凹部分工作轮廓曲率半径、理论轮廓曲率半径与滚子半径三者之间的关系为：2.凸轮理论轮廓的外凸部分工作轮廓曲率半径、理论轮廓曲率半径与滚子半径三者之间的关系为：ρρ–rar49。
凸轮轮廓示意图（2）
50ρρa不论选择多大的滚子，都能作出工作轮廓raρrρ0可以作出凸轮的工作轮廓rρrρ0a作出的工作轮廓出现了相交的包络线。
即出现“失真”现象。
aρ0rρr能作出凸轮工作轮廓，但出现了“尖点”。
minrrρ–Δ一般推荐：Δ=3～5mmρaρrr。
§4-5空间凸轮机构
§4-5空间凸轮机构简介1.圆柱凸轮机构51。
空间圆柱分度凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
2.圆锥凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
3.弧面凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
弧面分度凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
4.球面凸轮机构
本页为章节标题页，标示本节标题与所属篇章。
例题分析直动滚子盘形凸轮机构
例题分析图示为直动滚子盘形凸轮机构，其凸轮实际廓线为一以C点为圆心的圆形，O为其回转中心，e为其偏距，滚子中心位于B0点时为该凸轮的起始位置。
试画图（应有必要的说明）求出：1、凸轮的理论轮廓。
2、凸轮的基圆。
3、凸轮的偏距圆。
eCOB2B0B1ω57。
凸轮机构与压力角
4、当滚子与凸轮实际廓线在B1点接触时，所对应的凸轮转角φ1。
5、当滚子中心位于B2点时，所对应的凸轮机构的压力角α2及从动件推杆的位移（以滚子中心位于B0点时为位移起始参考点）。
6、凸轮的最大压力角αmax。
凸轮机构示意图
AMeCOB2B0B1ω解1、以C点为圆心，以点C到滚子铰链中心B0的距离为半径画圆M，则该圆M即为凸轮的理论轮廓，图中以红色的点划线圆表示。
2、过C点与O点作直线
2、过C点与O点作直线交理论轮廓圆M于A点，以点O为圆心，以OA为半径画圆P，则圆P即为该凸轮的基圆，图中以红色实线圆表示。
APMeCOB2B0B1ω60。
3、以O点
3、以O点为圆心，以偏距e为半径画圆N，则圆N即为该凸轮的偏距圆，图中以蓝色圆表示。
NAPMeCOB2B0B1ω61。
4、由于滚子中心位于B0点时为该凸轮
4、由于滚子中心位于B0点时为该凸轮的起始位置，延长推杆使其与偏距圆N相切，切点为E，连接O点与E点。
过C点与B1点作直线交理论轮廓于D点，过D点作偏距圆N的切线，切线的方向与该机构的起始位置一致，切点为F，连O点与F点。
则线段OE与OF之间的夹角即为φ1角，图中以粉色线条表示。
FDNEAPMeCOB2B0B1φ1ω62。
凸轮机构压力角
5、过B2点圆N的切线，方向与该机构起始位置一致，切点为G。
以O点为圆心，以OB0长度为半径画圆Q。
B2G与圆Q的交点为H，与基圆P的交点为I。
连接点B2与C，则直线B2G与B2C的夹角就为所求的该位置的压力角α2。
线段B2H为所求的推杆的位移。
HFDNEAPMeCGOα2B2B0B1φ1ωQI线段为B2位置时，推杆相对于凸轮推程起始位置的位移63。
本页以机构图形为主，源文件仅提取到少量字符「0A64」，未形成完整文字说明。建议对照原课件图片补充本页要点。
压力角
6、过点C与O作直线交偏距圆N于J，过J作圆N的切线交理论轮廓圆M于K。
连接点K与J及点K与C，则直线KC与KJ的夹角为该机构的最大压力角αmax。
ωφ1B1B0B2α2CeαmaxM65PADNEFGOHQIJK起始位置处于推程还是回程？最小压力角是多少？推程运动角、回程运动角、远休止角、近休止角各是多少？。
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}