05 第四章 凸轮机构及其设计.ppt

第1页：第四章凸轮机构及其设计

第四章凸轮机构及其设计

第四章凸轮机构及其设计

第2页：§4-1 凸轮机构的应用和分类

§4-1 凸轮机构的应用和分类为本节标题页，本节依次讲解凸轮机构的组成、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类按照凸轮的形状分类等内容。

第3页：凸轮机构的组成

• 凸轮机构的组成
• 凸轮机构的分类
• 凸轮机构的优点、缺点

第4页：凸轮机构的组成

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。

第5页：凸轮机构的分类

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

第6页：凸轮机构的分类按照凸轮的形状分类

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

第7页：盘形凸轮

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。

第8页：移动凸轮

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。

第9页：圆柱凸轮

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。

第10页：凸轮机构的分类按照从动件的型式分类

凸轮机构的分类按照从动件的型式分类

• 尖底从动件
• 滚子从动件
• 平底从动件

第11页：尖底从动件

尖底从动件

• 从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。

第12页：滚子从动件

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。

第13页：平底从动件

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14页：凸轮机构的分类按照凸轮与从动件维持高副接

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

第15页：力锁合

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。

第16页：形锁合

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。

第17页：凸轮机构的优点

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。

第18页：凸轮机构的缺点

凸轮机构的缺点

• 凸轮轮廓线与从动件之间是点或线接触的高副，易于磨损，故多用于传力不大的场合。

第19页：§4-2 从动件的运动规律

§4-2 从动件的运动规律为本节标题页，本节依次讲解基本概念、多项式运动规律、三角函数运动规律等内容。

第20页：多项式运动规律

• 多项式运动规律
• 三角函数运动规律
• 组合运动规律

第21页：基本概念

基本概念

• 基圆
• 以凸轮理论轮廓的最小向径r0为半径作的圆。
• 基圆半径
• 即为最小向径r0。

第22页：基本概念

基本概念

• 偏距
• 凸轮回转中心至从动件导路的偏置距离e。
• 偏距圆
• 以e为半径作的圆。

第23页：基本概念

基本概念

• 行程
• 从动件往复运动的最大位移，用h表示。

第24页：基本概念

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。

第25页：基本概念

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。

第26页：基本概念

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。

第27页：基本概念

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。

第28页：多项式运动规律

多项式运动规律

• 一般形式式中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。

第29页：多项式运动规律

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。

第30页：多项式运动规律

多项式运动规律

二次多项式从动件在推程或回程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，通常加速度和减速度绝对值相等。由于其位移曲线为两段在O点光滑相连的反向抛物线，故又称为抛物线运动规律。特点：速度曲线连续，不会产生刚性冲击；因加速度曲线在运动的起始、中间和终止位置有突变，会

第31页：多项式运动规律

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。

第32页：三角函数运动规律

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。

第33页：三角函数运动规律

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，

第34页：三角函数运动规律

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。

第35页：三角函数运动规律

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。

第36页：组合运动规律

组合运动规律

为了获得更好的运动和动力特性，可把几种常用运动规律组合起来加以使用，这种组合称为运动曲线的拼接。

• 为了获得更好的运动和动力特性，可把几种常用运动规律组合起来加以使用，这种组合称为运动曲线的拼接。
• 图示等加速—等速—等减速组合运动规律

第37页：组合运动规律

组合运动规律

• 组合后的从动件运动规律应满足的条件：1.满足工作对从动件特殊的运动要求。2.各段运动规律的位移、速度和加速度曲线在连接点处其值应分别相等，避免刚性冲击和柔性冲击，这是运动规律组合时应满足的边界条件。3.应使最大速度vmax和最大加速度amax的值尽可能小，以避免过大的动量和惯性力对机构运转造成不利的影响。

第38页：从动件常用运动规律特性比较运动规律冲击特

从动件常用运动规律特性比较运动规律冲击特性vmax/(hω/Φ)amax/(hω2/Φ2)jmax/(hω3/Φ3)适用场合等速（直线）刚性

说明：本表由源文本粘连内容还原，数值与行序已按教材通行表格整理，建议对照原课件图片核对。

第39页：标准传动函数介绍

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)=1-f(1-z)时为对称标准传动函数。

第40页：标准传动函数介绍

标准传动函数介绍

• 常用多项式规律
• 1次多项式f(z)=z
• 2次多项式f1(z)=2z2,f2(z)=1-2(1-z)2
• 5次多项式f(z)=10z3-15z4+6z5

第41页：标准传动函数介绍

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)

第42页：从动件运动方程建立

从动件运动方程建立

• 推程
• 回程

第43页：例：建立运动方程

例：建立运动方程

• 已知:Φ=180º, Φs=30º, Φh=180º, h=12,运动规律f(z)=10z3-15z4+6z5
• 求导f’(z)=30z2-60z3+30z4f”(z)=60z-180z2+120z3
• 推程运动方程为

第44页：§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线—

§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线——作图法为本节标题页，本节依次讲解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、移动从动件盘形凸轮廓线的设计a）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。将位移曲线的横坐标分成若干等份，得分点1，2,…，12。b）选取同样的比例尺，以O为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置等内容。

第45页：凸轮廓线设计的基本原理

• 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

第46页：凸轮廓线设计的基本原理

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。
• 以图示的对心尖端移动从动件盘形凸轮机构为例

第47页：凸轮廓线设计的基本原理

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´。

第48页：凸轮廓线设计的基本原理

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。

第49页：凸轮廓线设计的基本原理

凸轮廓线设计的基本原理

• 真实运动与反转对照
• 这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法（或运动倒置法）。

第50页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 例：偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构
• 已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，从动件的位移曲线如图（b）所示，试设计凸轮的轮廓曲线。

第51页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计a）选取适当

移动从动件盘形凸轮廓线的设计a）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。将位移曲线的横坐标分成若干等份，得分点1，2,…，12。b）选取同样的比例尺，以O为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置

移动从动件盘形凸轮廓线的设计a）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。将位移曲线的横坐标分成若干等份，得分点1，2,…，12。b）选取同样的比例尺，以O 为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置。

第52页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计c）以O为圆

移动从动件盘形凸轮廓线的设计c）以O为圆心、OK＝e为半径作偏距圆，该圆与从动件的起始位置线切于K点。d）自K点开始，沿（-ω）方向将偏距圆分成与图(b)横坐标对应的区间和等份，得若干个分点。过各分点作偏距圆的切射线，这些线代表从动件在反转过程中从动件占据的位置线。它们与基圆的交点分别为C1，C2，…，C11

移动从动件盘形凸轮廓线的设计c）以O 为圆心、OK＝e 为半径作偏距圆，该圆与从动件的起始位置线切于K点。d）自K点开始，沿（-ω）方向将偏距圆分成与图(b)横坐标对应的区间和等份，得若干个分点。过各分点作偏距圆的切射线，这些线代表从动件在反转过程中从动件占据的位置线。它们与基圆的交点分别为C1，C2，…，C11。

第53页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计e）在上述切

移动从动件盘形凸轮廓线的设计e）在上述切射线上，从基圆起向外截取线段，使其分别等于图（b）中相应的坐标，即C1B1＝11'，C2B2＝22',…,得点B1，B2，…，B11，这些点即代表反转过程中从动件尖端依次占据的位置。f）将点B0，B1，B2，…连成光滑的曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线

移动从动件盘形凸轮廓线的设计e）在上述切射线上，从基圆起向外截取线段，使其分别等于图（b）中相应的坐标，即C1B1＝11'，C2B2＝22', …,得点B1，B2，…，B11，这些点即代表反转过程中从动件尖端依次占据的位置。f）将点B0，B1，B2，…连成光滑的曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线。

第54页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构具体设计步骤演示

第55页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构
• 从动件的滚子在反转过程中，将始终与凸轮轮廓曲线保持接触，而滚子中心将描绘出一条与凸轮廓线法向等距的曲线η。由于滚子中心B 是从动件上的一个铰接点，所以它的运动规律就是从动件的运动规律，即曲线η可根据从动件的位移曲线作出。

第56页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）将滚子

移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）将滚子中心B假想为尖端从动件的尖端，按照上述尖端从动件凸轮轮廓曲线的设计方法作出曲线h，这条曲线是反转过程中滚子中心的运动轨迹，称之为凸轮的理论廓线。（2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rr为半径,作一系列滚子圆，然后作这族滚子圆的内包络线h',它就是凸轮的实际廓线。很显然，该实际廓线是上述理论廓线的等距曲线（法向等距，其距离为滚子半径）

移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）将滚子中心B假想为尖端从动件的尖端，按照上述尖端从动件凸轮轮廓曲线的设计方法作出曲线h，这条曲线是反转过程中滚子中心的运动轨迹，称之为凸轮的理论廓线。（2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rr为半径,作一系列滚子圆，然后作这族滚子圆的内包络线h', 它就是凸轮的实际廓线。很显然，该实际廓线是上述理论廓线的等距曲线（法向等距，其距离为滚子半径）。

第57页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 若同时作出这族滚子圆的内、外包络线h'和h" 则形成槽凸轮的轮廓曲线。
• 由上述作图过程可知，在滚子从动件盘形凸轮机构的设计中,rb指的是理论廓线的基圆半径。需要指出的是，从动件的滚子与凸轮实际廓线的接触点是变化的。

第58页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构具体设计步骤演示

第59页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 平底从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计思路与上述滚子从动件盘形凸轮机构相似，不同的是取从动件平底表面上的B0点作为假想的尖端。

第60页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）取平底

移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）取平底与导路中心线的交点B0作为假想的尖端从动件的尖端，按照尖端从动件盘形凸轮的设计方法，求出该尖端反转后的一系列位B1,B2,B3,…。（2）过B1,B2,B3,…各点，画出一系列代表平底的直线，得一直线族，这族直线即代表反转过程中从动件平底依次占据的位置。（3）作该直线族的包络线，即可得到凸轮的实际廓线

移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）取平底与导路中心线的交点B0作为假想的尖端从动件的尖端，按照尖端从动件盘形凸轮的设计方法，求出该尖端反转后的一系列位B1,B2,B3,…。（2）过B1,B2,B3,…各点，画出一系列代表平底的直线，得一直线族，这族直线即代表反转过程中从动件平底依次占据的位置。（3）作该直线族的包络线，即可得到凸轮的实际廓线。

第61页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 由图中可以看出，平底上与凸实际廓线相切的点是随机构位置而变化的。因此，为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮的所有廓线必须都是外凸的，并且平底左、右两则的宽度应分别大于导路中心线至左、右最远切点的距离b'和b" 。

第62页：移动从动件盘形凸轮廓线的设计

移动从动件盘形凸轮廓线的设计

• 平底从动件盘形凸轮机构具体设计步骤演示

第63页：摆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

• 图示为一尖端摆动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距为a，凸轮基圆半径为rb，从动件长度为l，凸轮以等角速度ω逆时针转动，从动件的运动规律如图示。设计该凸轮的轮廓曲线。

第64页：摆动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）选取适

摆动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图，并将推程和回程区间位移曲线的横坐标各分成若干等份。与移动从动件不同的是，这里纵坐标代表从动件的摆角,单位角度。（2）以0为圆心、以rb为半径作出基圆，并根据已知的中心距，确定从动件转轴A的位置A0然后以A0为圆心，以从动件杆长为半径作圆弧，交基圆C0点。A0C0即代表从动件的初始位置，C0即为从动件尖端的初始位置。（3）以0为圆心，以OA0=a为半径作转轴圆，并自A0点开始沿着(-ω)方向将该圆分成与位移线图中横坐标对应的区间和等份，得点A1,A2,…,A9它们代表反转过程中从动件转轴A依次占据的位置。（4）以上述各点为圆心，以从动件杆长l为半径分别作圆弧，交基圆于C1,C2…各点，得线段A1C1,A2C2…；以A1C1,A2C2…为一边，分别作∠C1A1B1，∠C2A2B2…使它们分别等于位移线图中对应的角位移，得线段A1B1,A2B2…这些线段即代表反转过程中从动件所依次占据的位置。B1，B2…即为反转过程中从动件尖端的运动轨迹。（5）将点B0,B1,B2,…连成光滑曲线，即得凸轮的轮廓曲线

摆动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图，并将推程和回程区间位移曲线的横坐标各分成若干等份。与移动从动件不同的是，这里纵坐标代表从动件的摆角, 单位角度。（2）以0为圆心、以rb为半径作出基圆，并根据已知的中心距，确定从动件转轴A的位置A0然后以A0为圆心，以从动件杆长为半径作圆弧，交基圆C0点。A0C0即代表从动件的初始位置，C0即为从动件尖端的初始位置。（3）以0为圆心，以OA0=a为半径作转轴圆，并自A0点开始沿着(-ω)方向将该圆分成与位移线图中横坐标对应的区间和等份，得点A1,A2,…,A9它们代表反转过程中从动件转轴A依次占据的位置。（4）以上述各点

第65页：摆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

• 由图中可以看出，该廓线与线段AB在某些位置已经相交。故在考虑机构的具体结构时，应将从动件做成弯杆形式，以避免机构运动过程中凸轮与从动件发生干涉。

第66页：圆柱凸轮轮廓曲线的设计

圆柱凸轮轮廓曲线的设计

• 圆柱凸轮机构是一种空间凸轮机构。其轮廓曲线为一条空间曲线，不能直接在平面上表示。圆柱面可以展开成平面，圆柱凸轮展开后便成为平面移动凸轮。平面移动凸轮是盘形凸轮的一个特例，它可以看作转动中心在无穷远处的盘形凸轮。因此可用前述盘形凸轮轮廓曲线设计的原理和方法，来绘制圆柱凸轮轮廓曲线的展开图。

第67页：反转法原理

反转法原理

• 在凸轮机构中，如果对整个机构绕凸轮转动轴心O加上一个与凸轮转动角速度ω大小相等、方向相反的公共角速度（-ω），这时凸轮与从动件之间的相对运动关系并不改变。但此时凸轮将固定不动，而移动从动件将一方面随导路一起以等角速度（-ω）绕O点转动，同时又按已知的运动规律在导路中作往复移动；摆动从动件将一方面随其摆动中心一起以等角速度（-ω）绕O点转动，同时又按已知的运动规律绕其摆动中心摆动，由于从动件尖端应始

第68页：§4-5 凸轮机构基本尺寸的确定

§4-5 凸轮机构基本尺寸的确定为本节标题页，本节依次讲解凸轮机构的压力角和自锁、尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径、尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论1)如果e=0，r0与1/tanα成线性关系结构紧凑r0↓，传动效率高α↓，成为一对互相制约的参数以尺寸作为准则的优化：在αmax≤[α]的前提下，选取尽可能小的基圆半径r0等内容。

第69页：凸轮机构的压力角和自锁

• 凸轮机构的压力角和自锁
• 按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径
• 按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮机构凸轮的基圆半径
• 滚子半径的选择

第70页：凸轮机构的压力角和自锁

凸轮机构的压力角和自锁

• 压力角定义
• 在不计摩擦的情况下，凸轮对从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。
• 图示移动滚子从动件盘形凸轮机构，过滚子中心所作理论廓线的法线nn与从动件的运动方向线之间的夹角α就是其压力角。

第71页：凸轮机构的压力角和自锁

凸轮机构的压力角和自锁

• 压力角与作用力的关系
• 凸轮对从动件的作用力F可以分解成两个分力，即沿着从动件运动方向的分力F1和垂直于运动方向的分力F2。前者是推动从动件克服载荷的有效分力，后者将增大从动件与导路间的滑动摩擦，是一种有害分力。
• 压力角α越大，有害分力越大。
• 压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。

第72页：凸轮机构的压力角和自锁

凸轮机构的压力角和自锁

• 自锁
• 当压力角α增加到某一数值时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力F1，这时无论凸轮给从动件的作用力多大，都不能推动从动件运动，即机构将发生自锁。
• 机构开始出现自锁的压力角αlim称为极限压力角
• 压力角α越小，所需推力减小，避免自锁，使机构具有良好的受力状况。

第73页：凸轮机构的压力角和自锁

凸轮机构的压力角和自锁

• 压力角的许用值[α]
• 摆动从动件，通常取[α] =40°~50 °
• 移动从动件，通常取[α] =30°~38 °
• 力锁合式凸轮机构的回程压力角可以较大。

第74页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

• 该类凸轮的基本尺寸按许用压力角确定
• 滚子直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式

第75页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论1

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论1)如果e=0，r0与1/tanα成线性关系结构紧凑r0↓，传动效率高α↓，成为一对互相制约的参数以尺寸作为准则的优化：在αmax≤[α]的前提下，选取尽可能小的基圆半径r0

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论1)如果e=0，r0与1/tanα成线性关系结构紧凑r0↓，传动效率高α↓，成为一对互相制约的参数以尺寸作为准则的优化：在αmax≤[α]的前提下，选取尽可能小的基圆半径r0。

第76页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论2

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论2)如果e≠0，正配置时因推程ds／dφ≥0，使推程压力角相对e=0时减小α↓因回程ds／dφ≤0，使回程压力角相对e=0时增大α↑负配置时情况相反

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论2)如果e≠0，正配置时因推程ds／dφ≥0，使推程压力角相对e=0时减小α↓因回程ds／dφ≤0，使回程压力角相对e=0时增大α↑负配置时情况相反

第77页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

• 从动件偏置方向的选择
• 在设计凸轮机构时，如压力角超过了许用值、而机械的结构空间又不允许增大基圆半径，则可通过选取从动件适当的偏置方向来获得较小的推程压力角。即：若凸轮逆时针回转，使从动件轴线偏于凸轮轴心右侧；若凸轮顺时针回转，使从动件轴线偏于凸轮轴心左侧。

第78页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径

• 滚子直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式

第79页：尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论

尖底/滚子从动件盘形凸轮的基圆半径讨论

• 如果是正配置，acosψ0<l，可减小推程压力角α；如果是负配置，acos（ψ0+ψmax）>l，可减小推程压力角α。

第80页：平底从动件盘形凸轮的基圆半径

平底从动件盘形凸轮的基圆半径

• 右图为一移动平底从动件盘形凸轮机构的设计图。所选用的基圆半径rb=25mm，从动件运动规律为：当凸轮转过90°时，从动件以摆线运动规律上升h=100mm；当凸轮转过一周中剩余270°时，从动件以摆线运动规律返回原处。

第81页：平底从动件盘形凸轮的基圆半径

平底从动件盘形凸轮的基圆半径

• 从图中可以明显地看出，凸轮实际廓线本身出现了交叉。在加工凸轮时，廓线中交叉的部分将被刀具切去，即产生过度切割现象，从而使从动件不能完全实现预期的运动规律，即产生运动失真。
• 该类凸轮的基本尺寸按轮廓曲线全部外凸条件确定

第82页：平底从动件盘形凸轮的基圆半径凸轮廓线出现

平底从动件盘形凸轮的基圆半径凸轮廓线出现交叉原因

• 选用的基圆半径太小（rb=25mm），
• 试图在凸轮转过一周中相对小的角度（Φ=90°）时，推动从动件移动过大的升距离（h=100mm）。
• 防止出现运动失真的两种办法？

第83页：平底从动件盘形凸轮的基圆半径凸轮基圆半径

平底从动件盘形凸轮的基圆半径凸轮基圆半径的确定

• 当凸轮廓线出现交叉时，其曲率半径将变换符号，由正变为负。因此，若凸轮廓线上某处处于临界交叉状态，那么该处凸轮廓线将变为一个尖点，即对应于φ的某一值，ρa将变为零。所以，为了避免过度切割，所选取的基圆半径必须大到足以使凸轮廓线上各点的曲率半径ρa>0。下面以偏置移动平底从动件盘形凸轮机构为例，来研究凸轮廓线曲率半径与基圆半径之间的关系

第84页：平底从动件盘形凸轮的基圆半径从动件偏置方

平底从动件盘形凸轮的基圆半径从动件偏置方向的选择

• 由以上分析可看出，偏距e并不出现在机构的封闭矢量多边形方程式中。这说明，对于移动平底从动件盘形凸轮机构来说，偏距e并不影响凸轮廓线的形状。选择适当的偏距，通常是为了减轻从动件过大的弯曲应力。因此，从动件偏置方向的选择要遵循以下原则：使从动件在推程阶段所受的弯曲应力减小。

第85页：平底宽度的确定

平底宽度的确定

• 在设计平底从动件盘形凸轮机构时，为了保证机构在运转过程中，从动件平底与凸轮廓线始终正常接触，还必须确定平底的宽度。由式（3.13）可知，在任一瞬时，凸轮与平底的接触点偏离凸轮轴心的距离L等于该瞬时的值。因此，为了保证从动件平底与凸轮廓线正常接触，从凸轮转轴算起，平底的最小宽度必须至少向右侧延长和向左侧延长即平底宽度平底从动件盘形凸轮的基圆半径

第86页：滚子半径的选择

滚子半径的选择

• 滚子从动件盘形凸轮的实际廓线，是以理论廓线上各点为圆心作一系列滚子圆，然后作该圆族的包络线得到的。因此，凸轮实际廓线的形状将受滚子半径大小的影响。若滚子半径选择不当，有时可能使从动件不能准确地实现预期的运动规律。
• 凸轮实际廓线形状与滚子半径的关系（右图）

第87页：滚子半径的选择

滚子半径的选择

在于其理论廓线的最小曲率半径ρmin小于滚子半径rT，即ρmin-rT<0。产生过渡切割的凸轮廓线将使从动件不能准确的实现预期的运动规律，这种现象称为运动失真。

• 凸轮实际廓线产生过度切割的原因
• 在于其理论廓线的最小曲率半径ρmin小于滚子半径rT，即ρmin-rT<0。产生过渡切割的凸轮廓线将使从动件不能准确的实现预期的运动规律，这种现象称为运动失真。

第88页：滚子半径的选择为了避免凸轮实际廓线产生过

滚子半径的选择为了避免凸轮实际廓线产生过度切割，可以：1)减小滚子半径；2)通过增大基圆半径加大理论廓线的最小曲率半径ρmin。设计时一般应保证凸轮实际廓线的最小曲率半径不小于某一许用值[ρa]。即ρamin=ρmin-rT≥[ρa](一般取[ρa]=3～5mm)

滚子半径的选择为了避免凸轮实际廓线产生过度切割，可以：1)减小滚子半径；2)通过增大基圆半径加大理论廓线的最小曲率半径ρmin。设计时一般应保证凸轮实际廓线的最小曲率半径不小于某一许用值[ρa]。即ρamin=ρmin-rT≥[ρa] (一般取[ρa]=3～5mm)