《机械设计与应用案例化教程（第二版）》 课件 项目一任务三知识点：3-3凸轮机构的设计

项目一、常用机构的工作情况分析与设计主讲教师|程畅任务3绕线机凸轮机构的设计凸轮机构类型1凸轮机构的特性分析2凸轮机构的设计3案例分析4一、凸轮轮廓曲线设计AAAAAAAAAAAA设计方法：图解法、解析法相对运动原理法(也称反转法)对整个系统施加-ω运动凸轮：相对静止不动推杆：一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动；另一方面又沿导轨作预期的往复移动AAr0

-

r0

推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线二、反转法的方法和步骤1、根据从动件的运动规律：作出位移线图s-δ，并等分角度；2、定基圆；3、作出推杆在反转运动中依次占据的位置；4、据运动规律，求出从动件在预期运动中依次占据的位置；5、将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点；6、将各位置点联接成光滑的曲线；7、在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓。60°rb120°-ωω1’

已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角，原则是：陡密缓疏。③确定反转后从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’2’3’4’5’

6’7’

8’9’10’11’12’13’14’90°90°A187654321413121110915`60°120°90°90°135789111315s

δ9’11’13’12’14’10’O911131513578OeAO'

已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ωωrb6’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb;

②反向等分各运动角;

③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;

④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8

60°120°90°90°s

δs

δ911131513578rbA120°1’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角，原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’

6’7’

8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理论轮廓实际轮廓⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。3.对心滚子直动从动件盘形凸轮

已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和从动件的运动规律、滚子半径rT，设计该凸轮轮廓曲线。

60°120°90°90°ω-ωOs

δ911131513578rb已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角,原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。4.对心直动平底从动件盘形凸轮8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωωA1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’123456781514131211109

60°120°90°90°O120°B’1φ1rb

60°120°90°90°s

δ

已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω，摆杆长度ι以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。5、摆动从动件盘形凸轮1’2’3’4’56785’6’7’8’B1B2B3B4B5B6B7B860°90°ω-ωdABl1234B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7A1A2A3A4A5A6A7A8O三、凸轮机构基本结构参数的确定1、压力角与传力性能aa↓→F1↑、F2↓→效率η↑，传力性能越好；a↑→F2↑、F1

↓→效率η↓，传力性能越差。当a大于一定值,凸轮机构将自锁，推程[a]=30

~

40

（移动从动件）

[a]=45

~50

（摆动从动件）回程[a']=70

~80

QｎｎｔｔνF2F1FF1＝Fｃｏｓα

（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）2、凸轮基圆半径rb的确定rb越小，凸轮机构紧凑，但α越大，会造成αmax>[α]，所以rb不能过小。rb越大，α越小，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑。一般先取rb=（1.6～2.0）rs

,rs为凸轮轴的半径，再根据αmax

≤[α]核算。3、滚子半径rT的选取

a、内凹凸轮轮廓线

a=min+rT

结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线b、外凸凸轮轮廓线

a=

min-rT

min>rT，a>0，实际廓线平滑

min=rT，a=0，实际廓线变尖

min<rT，a<0，实际廓线出现交叉、切割，运动失真

a=

min-rT＝0

arT理论实际

a

min

a=

min+rTrT

min

min>rTrT

min

a=

min-rT<0rT

min=rT

min

a=

min-rT>0

min<rT实际轮廓线曲率半径：a、理论轮廓线曲率半径：

min、滚子半径：rT

结论：取rT≤0.8

min凸轮轴

整体式

组合式四、凸轮机构的结构1.从动件的结构为了减少摩擦，从动件的端部常采用滚子的形式。2.凸轮的结构除尺寸较小的凸轮与轴制成一体的情况外，结构设计应考虑安装时便于调整凸轮与轴相对位置的需要。凸轮的常用结构有：

1、选择凸轮机构类型

确定凸轮的形式，从动件的形状、从动件的运动形式，以及维持从动件与凸轮始终保持接触的方式等。

2、拟定运动规律

根据工程应用对推杆行程和运动特性的要求，确定推杆的位移、速度（或加速度）的变化规律。