第5章 凸轮机构

1、第五章第五章 凸凸 轮轮 机机 构构本章主要内容本章主要内容第二节第二节 本章学习要求本章学习要求 1、了解凸轮机构的类型和应用。、了解凸轮机构的类型和应用。 2、掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，能根据、掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，能根据工作要求选择从动件运动规律。工作要求选择从动件运动规律。 3、熟练掌握并能应用、熟练掌握并能应用“反转法反转法”原理，能根据给定的运原理，能根据给定的运动规律设计绘制各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线。动规律设计绘制各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线。 4、了解凸轮廓线方程的建立过程，能用解析法进行盘形、了解凸轮廓线方程的建立过程，能用解析法进行盘形凸

2、轮轮廓的设计计算。凸轮轮廓的设计计算。 5、掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，滚子半径选择的、掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，滚子半径选择的原则；压力角的校核与自锁关系；原则；压力角的校核与自锁关系； 6、掌握基圆半径对压力角的影响。、掌握基圆半径对压力角的影响。本章重点难点本章重点难点本章重点本章重点本章难点本章难点 1、推杆常用运动规律的特点及其选择原则、推杆常用运动规律的特点及其选择原则 2、盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计、盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计 3、凸轮机构压力角与凸轮机构基本尺寸的关系、凸轮机构压力角与凸轮机构基本尺寸的关系 1、应用、应用 “反转法反转法”原理设计凸轮机构原理

3、设计凸轮机构 2压力角压力角与凸轮机构基本尺寸的关系与凸轮机构基本尺寸的关系 第第 一节一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用一、凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成和应用组成：组成：凸轮凸轮 ：具有曲线轮廓或凹槽的构件：具有曲线轮廓或凹槽的构件从动件（推杆从动件（推杆) :) :运动规律由凸轮廓线决定的构件运动规律由凸轮廓线决定的构件机机 架架优点：优点： 只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实现任意预定的运动规律。现任意预定的运动规律。 结构简单紧凑，运动可靠。结构简单紧凑，运动可靠。缺点：缺点：易于磨损易于磨损, 多用于传力不大的场

4、合。多用于传力不大的场合。 第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用一、凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成和应用：内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构自动进刀凸轮机构自动进刀凸轮机构对心移动从动件盘形凸轮机构对心移动从动件盘形凸轮机构 第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类: 1. 按凸轮的类型分类按凸轮的类型分类 （1 1）平面凸轮（）平面凸轮（1 1）：）：凸轮和从动件互作平行平面运动凸轮和从动件互作平行平面运动 第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类 1. 按凸轮的类

5、型分类按凸轮的类型分类:（1 1）平面凸轮（）平面凸轮（2 2）：）： 移动凸轮机构移动凸轮机构 偏置移动从动件盘形凸轮机构偏置移动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构按凸轮的类型分类按凸轮的类型分类:(2)(2)空间凸轮（空间凸轮（1 1）图图 5 8 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用1、按凸轮的类型分类、按凸轮的类型分类:(2)(2)空间凸轮（空间凸轮（2 2）第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用图图 59 圆锥凸轮机构圆锥凸轮机构图图510 弧面凸轮机构弧面凸轮机构图图511 端面凸轮机构端面凸轮机

6、构2. 2. 按从动件的的类型分类按从动件的的类型分类: :u 尖端从动件尖端从动件u 滚子从动件滚子从动件u平底从动件平底从动件u曲面从动件曲面从动件第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用（2 2）形锁合）形锁合（1 1）力锁合）力锁合靠重力、靠重力、 弹簧力等锁合弹簧力等锁合3. 3. 按锁合方式分类按锁合方式分类 内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构第一节第一节 凸轮机构的类型和应用凸轮机构的类型和应用图图512 几种形锁合的凸轮机构几种形锁合的凸轮机构等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮共轭凸轮共轭凸轮沟槽凸轮沟槽凸轮 第二节第二节 从动件的几种常用运动规律从动件的几种常用

7、运动规律一凸轮机构的基本名词术语一凸轮机构的基本名词术语推推 程程运动角运动角回回 程程运动角运动角远休止角远休止角近休止近休止角角远休止远休止近休近休止止推推 程程回回 程程 第二节第二节 从动件的几种常用运动规律从动件的几种常用运动规律一凸轮机构的基本名词术语一凸轮机构的基本名词术语（1）理论廓线）理论廓线（2）实际廓线）实际廓线（3）基圆）基圆（4）行程）行程（5）推程）推程 推程运动角推程运动角 （6）回程）回程 回程运动角回程运动角 （7）远休止）远休止 远休止角远休止角（8）近休止）近休止 近休止角近休止角 运动线图运动线图u 冲击特性：冲击特性：刚性冲击刚性冲击。0ahvhstt

8、u 适用场合低速轻载适用场合低速轻载二从动件常用运动规律二从动件常用运动规律 （一）等速运动规律（一）等速运动规律 u推程推程运动方程（运动方程（t0第二节第二节 从动件的几种常用运动规律从动件的几种常用运动规律u推程推程运动方程运动方程22222442ttthahvhs(0 t /2)加速段加速段222224)(4)(2ttttthahvhhs(t /2 t )减速段减速段（二）等加速等减速运动规律（二）等加速等减速运动规律 运动线图运动线图u 冲击特性：冲击特性：柔性冲击柔性冲击u 适用场合：中速轻载适用场合：中速轻载第二节第二节 从动件的几种常用运动规律从动件的几种常用运动规律u推程推程

9、运动方程运动方程ttttthahvhscos2sin2cos12222(0 t )( (三三) ) 余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律( (简谐运动规律简谐运动规律) ) 运动线图运动线图u 冲击特性冲击特性:柔性冲击（无冲击）柔性冲击（无冲击）u 适用场合适用场合:中速中载（高速）中速中载（高速）第二节第二节 从动件的几种常用运动规律从动件的几种常用运动规律“反转法反转法“原理原理01”2”3”4”oo- 第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计一图解法设计凸轮廓线一图解法设计凸轮廓线基本原理基本原理:反转法反转法 从动件的运动从动件的运动=反转运动反转运动(- ) +预

10、定移动预定移动(s)SsOht2h（一）尖端对心移动从动件盘形凸轮廓线的绘制（一）尖端对心移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径，凸轮逆时针转动。按反转法绘制凸轮廓线。已知：从动件位移曲线、基圆半径，凸轮逆时针转动。按反转法绘制凸轮廓线。 步骤：步骤：1）按已知半径作基圆。其与从动件导路中心线的）按已知半径作基圆。其与从动件导路中心线的交点交点A0即为从动件尖端的起始位置。即为从动件尖端的起始位置。1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111A11sthsA1A2A3A4A5A6A7A8A9A102） 自自OA0起

11、，以起，以(- ）方向依次量取）方向依次量取hst,并将并将 分成与位移线图对应的若干等分，分别与基圆交于分成与位移线图对应的若干等分，分别与基圆交于A1、 A2、 A3，则径向线则径向线OA1、0A2、OA3即为反转后从动件中心线的相应位置。即为反转后从动件中心线的相应位置。ht,3）分别量取线段）分别量取线段A1B111、, A2B2 22、,A3B3 33 ，则则B1、 B2、 B3即反即反转后从动件尖端的相应位置。转后从动件尖端的相应位置。4）连接）连接B1、 B2、 B3成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲

12、线的设计shstsOS2h1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sthsA1A2A3A4A5A6A8A9A7A10A11（二）滚子对心移动（二）滚子对心移动从动件从动件盘形凸轮廓线的绘制盘形凸轮廓线的绘制已知：已知： 基圆半径基圆半径rb，从动件位移曲线，滚子，从动件位移曲线，滚子半径半径rk，凸轮逆时针方向转动。，凸轮逆时针方向转动。设计凸轮廓线。设计凸轮廓线。步骤：步骤：1）将滚子中心）将滚子中心B看作尖端从动件的尖端，按前述方法看作尖端从动件的尖端，按前述方法绘出尖端从动件凸轮廓线。该廓线为反转后滚子绘出尖端从动件凸轮廓线

13、。该廓线为反转后滚子中心的轨迹，即凸轮的理论廓线。中心的轨迹，即凸轮的理论廓线。2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rk为半径作一系列的圆，该圆族的内包络线为半径作一系列的圆，该圆族的内包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。即为凸轮的实际轮廓曲线。凸轮的实际廓线是理论廓线的等距曲线。凸轮的实际廓线是理论廓线的等距曲线。第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计（三）平底对心移动平底对心移动从动件从动件盘形凸轮廓线的绘制盘形凸轮廓线的绘制stsOS2h1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B111

14、1A11sthsA1A2A3A4A5A6A7A8A9A10已知：已知： 基圆半径基圆半径rb，从动件位移曲线，滚子半，从动件位移曲线，滚子半径径rk，凸轮逆时针方向转动。，凸轮逆时针方向转动。设计凸轮廓线。设计凸轮廓线。步骤：步骤：1）将平底与导路中心线的交点）将平底与导路中心线的交点B看作尖端看作尖端从动件的尖端，按前述方法凸轮的理论廓从动件的尖端，按前述方法凸轮的理论廓线上的一系列点线上的一系列点B1 、 B2、 B3.。2） 过过B1 、 B2、 B3. 作一系列代表作一系列代表从动件平底的直线段，该直线段族的从动件平底的直线段，该直线段族的包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。包络线即为凸轮的

15、实际轮廓曲线。第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计hstsOS2h1122334455667788991010B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sK0htK1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1sA8A11A0（四）尖端偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制（四）尖端偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距e，凸轮凸轮逆时针逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。 步骤：步骤：1）以）以O为圆心，偏距为圆心，偏距e为半径作

16、偏置圆，从为半径作偏置圆，从动件初始位置的切点为动件初始位置的切点为K0 。2）在偏置圆上从）在偏置圆上从OK0起沿起沿 方向依次量方向依次量取运动角并等分。取运动角并等分。3）反转后的从动件导路中心线是偏）反转后的从动件导路中心线是偏置圆的一系列切线置圆的一系列切线K1A1、 K2A2 、 K3A3,从动件的位移从动件的位移A1B1、 A2B2 、 A3B3应在相应的切线上自基圆圆周应在相应的切线上自基圆圆周向外截取。向外截取。4）连接）连接B1、 B2、 B3成一光滑曲线，即成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。为所求凸轮廓线。第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计hsA0t

17、sOS2h1122334455667788991010B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sK0htK1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1sA8A11滚子偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制滚子偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距e，凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。 步骤：步骤：1）将滚子中心）将滚子中心B看作尖端从动件的尖端，按前看作尖端从动件的尖端，按前述方法绘出尖端从动件凸轮廓线。即凸轮的理述方法绘出尖端从动件

18、凸轮廓线。即凸轮的理论廓线。论廓线。2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径径rk为半径作一系列的圆，该圆族的内包为半径作一系列的圆，该圆族的内包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。络线即为凸轮的实际轮廓曲线。第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计hstsO2max（五）摆动从动件盘形凸轮廓线的绘制（五）摆动从动件盘形凸轮廓线的绘制1232233445566778899101011C0A2A4A5A6A7A8A9A1A3B0B10A10A0B1B2B3B4B5B6B7B8B9C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10456789tshs已知：已知：从动

19、件角位移曲线、凸轮转动中心与从动从动件角位移曲线、凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离件摆动中心的距离loc, 从动摆杆长从动摆杆长l及及基圆半径基圆半径rb、凸轮凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。凸轮凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。 步骤：步骤：1）分别作基圆和中心圆，该中心圆即为反转）分别作基圆和中心圆，该中心圆即为反转后从动件摆动中心后从动件摆动中心C的轨迹。的轨迹。2) 在中心圆上选取在中心圆上选取C0点为起始点，以点为起始点，以(- ）方向依次量取方向依次量取 ,并将并将 分成分成与角位移线图对应的若干等分，各径向线与与角位移线图对应的若干等分，各径向线与中心圆的交点中心

20、圆的交点C1、 C2、 C3，即为反转后，即为反转后从动件摆动中心的一系列位置。从动件摆动中心的一系列位置。 hst,ht,3）以）以C1、 C2、 C3为圆心，以为圆心，以l为半径作为半径作弧与基圆相交，所得交点弧与基圆相交，所得交点A0、 A1、 A2 即即反转后从动件尖端依次占据的起始位置。反转后从动件尖端依次占据的起始位置。5）连接各交点成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。）连接各交点成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。4）以）以C1 A1 、 C2 A2 、 C3 A32 为始边作摆为始边作摆角分别等于角位移线图对应的角位移，在终角分别等于角位移线图对应的角位移，在终边上以边上以l截取，所得

21、交点截取，所得交点B1、 B2 即反转兼即反转兼摆动后从动件尖端依次占据的起始位置。摆动后从动件尖端依次占据的起始位置。h第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设盘形凸轮轮廓曲线的设计计对滚子从动件，作理论廓线的等距曲线，即得实际廓线。对滚子从动件，作理论廓线的等距曲线，即得实际廓线。“”: 内等距曲线内等距曲线“”: 外等距曲线外等距曲线（一）理论廓线方程（一）理论廓线方程 B(x, y)sincos)(cossin)(00essOHAHyessOCCDx220ersb(二）实际廓线方程二）实际廓线方程 B(x, y) 与理论廓线等距，则理论廓线之法与理论廓线等距，则理论廓线之法线上取线上取rk即

22、为对应于即为对应于B点的点的B点。点。sincosrrryyrxx)/arctan(/tanddyddxddyddxdydx法线斜率（切线斜率的负倒数）：法线斜率（切线斜率的负倒数）：cos, sin二、解析法设计凸轮廓线二、解析法设计凸轮廓线第三节第三节 盘形凸轮轮廓曲线的设盘形凸轮轮廓曲线的设计计CAEHS0SDnnS0rkeOrbxyB0BB(三）刀具中心轨迹方程三）刀具中心轨迹方程由凸轮理论廓线方程分析导出由凸轮理论廓线方程分析导出 第四节第四节 凸轮机构的基本尺寸设计凸轮机构的基本尺寸设计一、滚子半径的选择一、滚子半径的选择u min rk ， cmin0， 实际廓线变尖实际廓线变尖u min rk ， cmin 0 实际廓线平滑实际廓线平滑理论廓