第六章 凸轮机构

1、第第六六章章 凸凸轮轮机机构构第六章 凸轮机构第第六六章章 凸凸轮轮机机构构参考文献参考文献张策主编，机械原理与机械设计（上册），机械工业出版社，2004郑文纬、吴克坚，机械原理第七版，高等教育出版社，1997其他机械原理的相关书籍第第六六章章 凸凸轮轮机机构构第一节第一节 概述概述第二节第二节 从动件常用运动规律从动件常用运动规律第三节第三节 图解法设计平面凸轮轮廓图解法设计平面凸轮轮廓第四节第四节 解析法设计平面凸轮轮廓解析法设计平面凸轮轮廓第五节第五节 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定主要内容主要内容第第六六章章 凸凸轮轮机机构构特点：从动件可按任意给定规律运动，结特点：从动

2、件可按任意给定规律运动，结构简单、紧凑；凸轮轮廓加工困难，从动构简单、紧凑；凸轮轮廓加工困难，从动件易磨损。件易磨损。第一节第一节 概述概述一、凸轮机构一、凸轮机构组成：凸轮、从动件和机架组成：凸轮、从动件和机架凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动。通常作连续等速转动。从动件：按预定运动规律作间歇（或连续）从动件：按预定运动规律作间歇（或连续）直线往复移动或摆动。直线往复移动或摆动。第第六六章章 凸凸轮轮机机构构二、凸轮机构类型二、凸轮机构类型按凸轮的形状分按凸轮的形状分 1. 盘形凸轮盘形凸轮 a） 移动凸轮移动凸轮 b） 2. 圆柱

3、凸轮圆柱凸轮 c）第第六六章章 凸凸轮轮机机构构按从动件的形状分按从动件的形状分 1. 尖底从动件尖底从动件 a） 2. 滚子从动件滚子从动件 b） 3. 平底从动件平底从动件 c）第第六六章章 凸凸轮轮机机构构应用应用 1. 录音机卷带机构录音机卷带机构13245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构第第六六章章 凸凸轮轮机机构构2. 绕线机构绕线机构作者：潘存云教授绕线机构绕线机构3作者：潘存云教授12A线线第第六六章章 凸凸轮轮机机构构作者：潘存云教授132送料机构送料机构第第六六章章 凸凸轮轮机机构构第二节第二节 从动件常用运动规律从动件常用运动规

4、律回程回程推程推程停程停程盘形凸轮机构盘形凸轮机构基圆基圆rb 行程行程h推程运动角推程运动角 回程运动角回程运动角 远休止运动角远休止运动角 s近休止运动角近休止运动角 s第第六六章章 凸凸轮轮机机构构从动件运动规律是从动件在整个工作循环从动件运动规律是从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随中，运动参数（位移、速度和加速度）随凸轮转角凸轮转角 变化的规律。变化的规律。从动件的运动规律与一定的凸轮轮廓形状相从动件的运动规律与一定的凸轮轮廓形状相对应。对应。S=S(t)S=S(t)V= =V(t)(t)a= =a(t)(t)有多项式运动规律和三角函数运动规律。有多项式运动规律和

5、三角函数运动规律。第第六六章章 凸凸轮轮机机构构一一.等速运动规律等速运动规律(一次多项式）一次多项式） 00hshvva刚性冲击刚性冲击适用于低速凸轮机构适用于低速凸轮机构 运动线图运动线图位移线图位移线图线图速度线图速度加速度线图加速度线图第第六六章章 凸凸轮轮机机构构二二.等加速等减速运动规律（二次多项式）等加速等减速运动规律（二次多项式） 222202244hshvhaa222222()4()4hshhvha 柔性冲击柔性冲击适用于中、低速凸轮机构适用于中、低速凸轮机构 等减速等减速等加速等加速运动线图运动线图位移线图位移线图速度线图速度线图加速度线图加速度线图第第六六章章 凸凸轮轮机

6、机构构三三.简谐运动规律简谐运动规律（余弦加速度）（余弦加速度）2221(1 cos)2sin2cos2shvha 在运动始末点（在运动始末点（A、E点），点），加速度有变化柔性冲击，加速度有变化柔性冲击，只适于中速。只适于中速。当从动件作连续升当从动件作连续升-降循环运动时，降循环运动时， 加速度曲加速度曲线连续，无线连续，无 冲击，可用于高速凸轮机构。冲击，可用于高速凸轮机构。运动线图运动线图位移线图位移线图速度线图速度线图加速度线图加速度线图第第六六章章 凸凸轮轮机机构构三三.摆线运动规律摆线运动规律（正弦加速度）（正弦加速度）cos2sin2)cos1 (2222hahvhs在起始和终

7、止处在起始和终止处没有柔性冲击。没有柔性冲击。 savh0 0无冲击无冲击vmax=2h/0 0amax=6.28=6.28hh2 2/ /0 02 2123456r=h/2=2/=2/0 0第第六六章章 凸凸轮轮机机构构第三节第三节 图解法设计平面凸轮轮廓图解法设计平面凸轮轮廓已知：从动件的运动规律已知：从动件的运动规律 凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径 方法：反转法方法：反转法 原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动件尖底的运动动规律在导路中作

8、相对运动，从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。轨迹就是凸轮的轮廓曲线。第第六六章章 凸凸轮轮机机构构一一. 直动从动件盘形凸轮轮廓直动从动件盘形凸轮轮廓 1、尖底从动件尖底从动件 已知：已知： 从动件导路与凸轮回转中心的偏距从动件导路与凸轮回转中心的偏距e 凸轮基圆半径凸轮基圆半径rb 凸轮以等角速度凸轮以等角速度 逆时针方向转动逆时针方向转动 从动件的位移线图从动件的位移线图第第六六章章 凸凸轮轮机机构构60r0120-1已知基圆半径已知基圆半径r0，角速度角速度和从动件和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l

9、作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 91113121410第第六六章章 凸凸轮轮机机构构O OeA A-1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8911 13 151

10、3 5 7 813578911131214 601209090s2 偏心凸轮偏心凸轮第第六六章章 凸凸轮轮机机构构2、滚子从动件、滚子从动件以滚子中心作为上述从动以滚子中心作为上述从动件尖底，依上述方法画出件尖底，依上述方法画出凸轮轮廓理论廓线。凸轮轮廓理论廓线。s 911 13 151 3 5 7 813578911131214 601209090r0A120-12345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径为半以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径为半径，沿理论廓线作一系列圆。这些圆的

11、内包径，沿理论廓线作一系列圆。这些圆的内包络线即为滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线。络线即为滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线。画法动画画法动画第第六六章章 凸凸轮轮机机构构3、平底从动件、平底从动件r08765432191011121314-A123456781514131211109s 911 13 151 3 5 7 813578911131214 601209090第第六六章章 凸凸轮轮机机构构二二. 摆动从动件盘形凸轮轮廓摆动从动件盘形凸轮轮廓 已知：已知： 凸轮轴心与从动件的回转中心距凸轮轴心与从动件的回转中心距a 凸轮基圆半径凸轮基圆半径rb，从动件长，从动件长 L 凸轮以等角速度凸轮以等

12、角速度 逆时针方向转动逆时针方向转动 从动件的位移线图从动件的位移线图第第六六章章 凸凸轮轮机机构构120B11 1r0 601209090s 12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 -dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8第第六六章章 凸凸轮轮机机构构 第四节第四节 解析法设计平面凸轮轮廓解析法设计平面凸轮轮廓一、尖底直动从动件盘形凸轮轮廓一、尖底直动从动件盘形凸轮轮廓 已知已知：偏距：偏距e、基圆半径、基圆半径rb 、 从动件运动规律从动件运动规律sf（ ） 求求：凸轮轮廓曲线上各

13、点坐标：凸轮轮廓曲线上各点坐标 设计原理设计原理反转法反转法 第第六六章章 凸凸轮轮机机构构极点极点极轴极轴极坐标系极坐标系向径向径极角极角0A2222arctanarctanbbAreresee2222()Abrreseeserb22arctaneerb220arctan第第六六章章 凸凸轮轮机机构构二、摆动从动件盘形凸轮轮廓二、摆动从动件盘形凸轮轮廓 已知已知：基圆半径：基圆半径rb，摆杆长度，摆杆长度 ， 凸轮以等角速度凸轮以等角速度 逆时针转动逆时针转动 中心距中心距OO1=a 摆杆运动规律摆杆运动规律 f（ ） 求求：凸轮轮廓曲线上各点坐标：凸轮轮廓曲线上各点坐标 设计原理设计原理反

14、转法反转法l第第六六章章 凸凸轮轮机机构构极点极点极轴极轴极坐标系极坐标系向径向径极角极角)cos(2022alalrA0A2220cos2blaral)(f运动方程：arlarbb2arccos2220arlarAA2arccos222第第六六章章 凸凸轮轮机机构构第五节第五节 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构压力角一、凸轮机构压力角的确定的确定压力角：不考虑摩压力角：不考虑摩擦时，凸轮对从动擦时，凸轮对从动件的正压力（沿件的正压力（沿nn方向）与从动件上方向）与从动件上力作用点的速度方力作用点的速度方向所夹的锐角。向所夹的锐角。压力角越小，机构受力压力角越小，机构受

15、力情况越好，效率越高。情况越好，效率越高。2cos()(1)sin()QabFFlfl第第六六章章 凸凸轮轮机机构构 若其它条件不变，若其它条件不变， ，则推力，则推力F 。 lim 机构自锁，机构自锁， 2cos()(1) sin()0ablfl为改善凸轮受力情况，在结构允许条件下，为改善凸轮受力情况，在结构允许条件下，尽可能尽可能 导轨长度导轨长度lb和和 悬臂尺寸悬臂尺寸la。许用压力角许用压力角 lim 工作行程：移动从动件工作行程：移动从动件 30 ， 摆动从动件摆动从动件 45 回回 程：程： 70 80 第第六六章章 凸凸轮轮机机构构二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定 2tan

16、()()KKKbKbKbKdsdsvdtddrsrsrsdt21tan()tankkbkvvrs增加基圆半径有利于减小凸增加基圆半径有利于减小凸轮的压力角。轮的压力角。知：知： rb rb 第第六六章章 凸凸轮轮机机构构 三、滚子半径的确定三、滚子半径的确定 滚子半径滚子半径rr、实际廓线曲率半径、实际廓线曲率半径 c、 理论廓线曲率半径理论廓线曲率半径 对于内凹的理论轮廓曲线对于内凹的理论轮廓曲线 不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可以作出来。以作出来。 rcr第第六六章章 凸凸轮轮机机构构对于外凸的理论轮廓曲线对于外凸的理论轮廓曲线 1. rr0 ，实际轮廓

17、曲线可以，实际轮廓曲线可以作出。作出。 rcr第第六六章章 凸凸轮轮机机构构2. rr= 、 c =0 ，实际轮廓曲线出现一尖，实际轮廓曲线出现一尖点，易磨点，易磨 损。损。c）图）图3. rr 、 c 0 ，产生交叉的实际轮廓曲，产生交叉的实际轮廓曲线，得不到完整的轮廓曲线，从动件运线，得不到完整的轮廓曲线，从动件运动将会失真。动将会失真。d）图）图第第六六章章 凸凸轮轮机机构构结论结论 滚子半径滚子半径rr必须小于凸轮理论轮廓线外凸必须小于凸轮理论轮廓线外凸部分的最小曲率半径部分的最小曲率半径 可根据经验公式选取：可根据经验公式选取：minbrrrrr4 . 08 . 0min及第第六六章章 凸凸轮轮机机构构本章难点轮廓线设计的反转法原理。本章难点轮廓线设计的反转法原理。正确确定从动件在反转运动中的位置正确确定从动件在反转运动中的位置 对心直动从动件位