机械设计基础（3D版）课件 第4章 凸轮机构

第4章

凸轮机构机械设计基础（3D版）凸轮机构的应用及分类4.1从动件的常用运动规律4.2凸轮轮廓曲线的设计4.3凸轮机构基本尺寸的确定4.4目录contents§1凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的组成及应用凸轮+从动件+机架

组成应用传力不大的控制或辅助机构应用实例：……继续从动件可实现较任意的运动规律凸轮与从动件高副接触，传力小特点内燃机配气机构Next§1凸轮机构的应用和类型Back应用实例：印刷机转位设备用于机加工§1凸轮机构的应用和类型§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于印刷机中Back§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于转位设备Back§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于机加工凸轮盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮二：凸轮机构的分类锁合方式力锁合形状锁合凸轮机构的命名：从动件末端形状＋从动件的运动＋凸轮的形状从动件尖顶滚子平底直动摆动运动形式端部形状§1凸轮机构的应用和类型

各种类型的凸轮机构

偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构

对心滚子直动从动件盘形凸轮机构

对心平底直动从动件盘形凸轮机构

尖顶摆动从动件盘形凸轮机构

滚子摆动从动件盘形凸轮机构

平底摆动从动件盘形凸轮机构

空间凸轮机构形锁合凸轮机构直动滚子从动件移动凸轮机构

各种类型的凸轮机构一：从动件位移与凸轮转角间对应关系推程运动分析凸轮机构的一个运动循环从动件凸轮转角近休程----回程运动角δ3---近休止角δ4回程运动------远休止角δ2远休程----推程运动角δ1其它术语：

ωABCDh

升程h：推程中从动件的最大位移基圆：从动件位移线图Eδ1δ2δ3δ40δsδ1δ2δ3δ4§2从动件的常用运动规律二：从动件常用运动规律δ0+∞δ0v=v0=h/Ts=v0t=h·t/Ta=dv2/dt=0sδ01、等速运动规律推程中：§2从动件的常用运动规律

当速度有突变时，理论上加速度为无穷大，此时推杆上的惯性力产生的冲击。刚性冲击:运动特点：

在行程的起始和终止位置有刚性冲击，适用于低速、轻载场合。等速运动规律§2从动件的常用运动规律推程中（等加速段）：2、等加速等减速运动规律特点：在行程的起始、中间和终止位置有柔性冲击，适用于中速、轻载场合。§2从动件的常用运动规律§2从动件的常用运动规律

当加速度有突变时，推杆上的惯性力产生的冲击。柔性冲击:运动特点：

在行程的起始、中间和终止位置有柔性冲击，适用于中速。等加速等减速运动规律§2各种类型的凸轮机构§2从动件的常用运动规律3、简谐运动规律简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影所构成的运动。sδ0当θ＝π时，δ＝δ1，故运动方程（略）特点：在行程的起始和终止位置有柔性冲击，适用于中速。

运动特点：

在行程的起始和终止位置有柔性冲击，适用于中速。简谐运动规律§2从动件的常用运动规律§3.凸轮轮廓曲线的设计

一、凸轮轮廓设计基本原理

设想给整个凸轮机构加上一个绕转动轴心转动的公共角速度-ω，此时，凸轮相对静止，从动杆一边随导路以-ω转动，一边沿导路做往复运动。反转法：1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮§3.凸轮轮廓曲线的设计1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮§3.凸轮轮廓曲线的设计已知：凸轮以角速度ω逆时针回转，其基圆半

径r0、从动杆运动规律为：凸轮转角从动杆运动0°～120°等速上升h120°～180°远休180°～270°简谐运动下降h

270°～360°近休(1)作从动件位移线图。s60°120°90°90°1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮设计步骤：1、以作从动件的s-δ线图4、定反转后从动件导路的各个位置5、定反转后从动件尖顶相对于凸轮的各个位置6、将各点连成光滑的曲线所求凸轮轮廓2、以相同的画基圆,定从动件尖顶的起始位置A0sδ03、在s-δ线图上，定s和δ的对应关系r01、对心尖顶直动从动件盘形凸轮2、对心滚子直动从动件盘形凸轮滚子从动件的运动特点：1）凸轮轮廓线与滚子的接触点到滚子中心的距离恒等于滚子的半径；2）滚子是转动的，只有滚子中心的运动与尖端从动件的运动完全相同。设计步骤：1）将滚子中心视为尖端从动件的尖端，按尖端从动件的作图法，得到的

轮廓曲线——理论廓线2）作一系列滚子圆（滚子中心在理论廓线上）的切线——实际廓线O理论轮廓工作轮廓2、对心滚子直动从动件盘形凸轮2、对心滚子直动从动件盘形凸轮2、对心滚子直动从动件盘形凸轮设计时应注意两点：1）r0是作理论廓线的基圆半径；2）实际廓线和理论廓线是法向方向等距的两条

曲线。nn实际轮廓理论轮廓or0r0（1）将从动杆导路中心线与平底的交点视为尖顶，按尖顶从动杆设计方法找到从动杆末端的一系列点的位置。（2）过从动杆末端各点作一系列平底直线，并作平底直线族的包络线

——工作轮廓3、对心平底直动从动件盘形凸轮3、对心平底直动从动件盘形凸轮4、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮2）反转中从动件导路位置与辅助圆相切。（2）作凸轮机构初始位置。r0e（3）找从动杆的反转位置。0120°60°90°90°56789（4）量取从动杆在各反转位置上的位移。1243（5）将从动杆末端各点连成光滑曲线。-ω

s60°120°90°90°（1）作从动件位移线图。与对心从动件不同点：1）需画辅助圆（偏距圆）；

例1图示凸轮机构中，凸轮顺时针转动。（1）写出该凸轮机构的名称；（2）画出理论廓线、偏距圆、基圆及升程H；（3）标出凸轮推程运动角δ1、回程运动角δ3；（4）画出图示位置时推杆B点的压力角α。例题例2图示凸轮机构中，凸轮以

逆时针方向转动。1)写出凸轮机构的名称；并在图上画出理论轮廓曲线、基圆、偏距圆；2)标出凸轮推程运动角δ1、回程运动角δ3及图示位置时从动件的位移

s；3)标出凸轮由图示位置逆时针转过90时机构的压力角α。

例

题§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定F一、凸轮机构的压力角α

从动件在接触点B处所受力的方向与其速度方向之间所夹的锐角。

压力角是反映凸轮机构受力情况的一个重要参数。F有效分力有害分力α机构自锁＞时当机构传力性能v§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定v

通常规定：

αmax≤

[α]

许用压力角[α]的推荐值为：

推程：直动从动件[α]=30º—40º

回程：[α]’=70º—80º二、压力角与基圆半径之间的关系

r0↗——

↘v§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定可根据[α]计算基圆半径r0§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定三、滚子半径的选择2、凸轮理论轮廓为外凸时：当ρ>rr时，

ρa>0当ρ≤rr时，ρa≤

0，出现“失真”现象1、凸轮理论轮廓为内凹时：不会出现“失真”现象滚子半径的选择外凸的凸轮轮廓曲线：一般情况下：滚子半径

rr<

min

amin≥

1～5mmrr=

(0.1~0.15)r0重点与难点1、凸轮机构的类型；2、从动件推杆常用的运动规律；3、凸轮廓线设计方法的基本原理；4、用图解法设计盘形凸轮轮廓；5、压力角的概念；6、本章的难点是反转法。图示为一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。凸轮以ω顺时针转动。试在图中标出：Cω练习1练习2右图所示凸轮以角速度ω绕O点匀速转动，凸轮工作轮廓由两段圆弧和与之相切的两条直线光滑连接而成。要求：画出凸轮的理论轮廓；画出凸轮的基圆；③标出从动杆的行程h；④标出凸轮的推程角δ1、远休止角δ2、回程角δ3、近休止角δ4；⑤标出凸轮由图示位置按逆时针方向转过45°时机构的压力角α。补充作业：a）b)图示为偏置直动从动杆盘形凸轮机构，图a为尖端从动杆，图b为平底从动杆。已知两种机构的凸轮轮廓曲线相同，凸轮转动中心均为O，转动方向均为逆时针方向。要求：（1）在a图上标出凸轮的推程运动角δt、回程运动角δh和从动杆的升程h；（2）在a图上分别标出A点和B点与从动杆接触时，机构的压力角αA、αB；（3）在b图上分别标出A点和B点与从动杆接触时，机构的压力角αA、αB；问题思考1、试从冲击的观点来分析等速、等加速等减速、简谐运动三种运动规律，并说明它们适用的场合？2、何谓理论轮廓？何谓实际轮郭？实际轮郭与理论