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1、第6章凸轮机构及其设计ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用u定义：由具有曲线轮廓的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副运动。u应用：在设计机械时，当需要其从动件必须准确地实现某种预期的运动规律时，常采用凸轮机构ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用u组成：凸轮、从动件和机架机架从动件滚子凸轮ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用u应用领域：凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。内内 燃燃 机机 配配 汽汽 机机 构构自动机床的进刀机构自动机床的进刀机构ROAD E
2、NERGY作者：潘存云教授 3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用 等径凸等径凸 轮机构轮机构 在在 机械加机械加 工中的工中的 应用应用利用利用 分度分度 凸轮凸轮 机构机构 实现实现 转位转位盘形凸盘形凸 轮机构轮机构 在印刷在印刷 机中的机中的 应用应用圆柱凸圆柱凸 轮机构轮机构 在在 机械加机械加 工中的工中的 应用应用ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用u特点： 凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与
3、从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。 一般情况下，凸轮是原动件且作等速转动，从动件则按预定的运动作直线移动或摆动。ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用u优点： 结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。u缺点： 高副，易磨损，多用于传力不大的场合。ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的基本名词术语00ot s1)基圆(base circle)、基圆半 径r0 3)推程运动角02)推程(rise): 由轴心向外的 行程4)远休(farthest dwell)、远休 止角015)回
4、程(return)、回程运动角0 6)近休(nearest dwell)、近休止 角02 7)行程(lift): hr0hA 01010202DBCB00ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类凸轮机构分类1. 按凸轮形状分2. 按从动件形状分3. 按凸轮与从动件保 持接触的方式分平面凸轮机构空间凸轮机构：圆柱凸轮盘形凸轮移动凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件几何封闭力封闭ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分凸轮是绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件，而且从动件在垂直于凸轮轴线的平面内运动，应用最广。但从动件行程较大时
5、，则凸轮径向尺寸变化较大，而当推程运动角较小时会使压力角增大。（1）盘形凸轮ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分其凸轮可以看作是盘形凸轮的转动轴线在无穷远处，这时凸轮作往复移动，从动件在同一平面内运动。盘形凸轮和移动凸轮都是平面凸轮机构。（2）移动凸轮ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分其凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上，它可看成是将移动凸轮卷成一圆柱体而得到的，从动件的运动平面与凸轮轴线平行，故凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，称为空间凸轮机构。（3）圆柱凸轮ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应
6、用和分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分从动件的结构简单，能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，但因尖顶易于磨损，故只适宜于传力不大的低速凸轮机构中（1）尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分（2）滚子从动件该从动件与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可承受较大的载荷，故应用最广。ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分（3）平底从动件该从动件优点在于：凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的底部（不计摩擦时），故受力比较平稳，而且凸轮轮廓与平底的接触面间容易形成楔形油
7、膜，润滑情况良好，故常用于高速凸轮机构中。ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分u根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动平底从动件ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按凸轮与从动件保持接触的方式分（1）几何封闭几何封闭利用凸轮或从动件本身的特殊几何形状使从动件与凸轮保持接触。( 凹槽、等宽、等径、主回凸轮)ROAD ENERGYr1r2r1+r2 =constW凹 槽 凸 轮主 回 凸 轮等 宽 凸 轮等 径 凸 轮ROAD ENERG
8、Y 6.1 凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类按凸轮与从动件保持接触的方式分（2）力封闭力封闭凸轮机构是指利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触。ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类四、凸轮机构的命名规则名称=“从动件的运动形式+从动件形状+凸轮形状+机构”ROAD ENERGY 6.1 凸轮机构的应用和分类五、凸轮机构设计的基本任务1. 根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律。2. 确定凸轮的基圆半径。3. 确定凸轮的轮廓。4. 进行必要的分析，如凸轮机构的静力分析、效率计算等。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。ROAD ENERGY 6.2 从动
9、件的运动规律一、凸轮机构的基本名词术语00ot s1)基圆(base circle)、基圆 半径r0 3)推程运动角0:2)推程(rise): 由轴心向外的 行程4)远休(farthest dwell)、远 休止角01 ：5)回程(return)、回程运动角 0 6)近休(nearest dwell)、近休 止角02 7)行程(lift): hr0hA 01010202DBCB00ROAD ENERGY 6.2 从动件的运动规律二、从动件的运动规律u从动件运动规律的定义：指从动件在推程或回程时，其位移、速度和加速度随时间t变化的规律。u因绝大多数凸轮作等速转动，其转角与时间t成正比，所以从动件
10、的运动规律常表示为从动件的上述运动参数随凸轮转角变化的规律。u表明从动件的位移随凸轮转角而变化的线图称为从动件的位移线图。ROAD ENERGY 6.2 从动件的运动规律二、从动件的运动规律从动件的运动规律： 从动件在运动过程中 ，其位移、速度和加 速度随凸轮(时间)变 化的规律。ROAD ENERGY 6.2 从动件的运动规律二、从动件的运动规律u从动件的位移曲线取决于凸轮轮廓曲线的形状，即：从动件的运动规律与凸轮轮廓曲线相对应。u设计凸轮时：首先根据工作要求确定从动件的运动规律，绘制从动件的位移线图，然后据其绘制凸轮轮廓曲线。ROAD ENERGY 6.2 从动件的运动规律二、从动件的基本
11、运动规律u多项式运动规律 一次多项式运动规律等速运动 二次多项式运动规律等加速或等减速运动 五次多项式运动规律u三角函数运动规律 余弦加速度运动规律简谐运动规律 正弦加速度运动规律摆线运动规律u组合运动规律凸轮一般为等速运动 ，有=t, 推杆运动规律常表示为推杆运 动参数随凸轮转角变化的规律。ROAD ENERGY 6.2 从动件的运动规律二、从动件的基本运动规律u多项式运动规律凸轮转角；从动件位移；待定系数，可利用边界条件来确定。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律1、一次多项式运动规律等速运动规律运动方程 式一般表 达式：推程运动线图推程运动线图边界条件运动始点运动
12、终点：推程运动 方程式：在起始和终止 点速度有突变 ，使瞬时加速 度趋于无穷大 ，从而产生无 穷大惯性力， 引起刚性冲击 。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律1、一次多项式运动规律等速运动规律运动方程 式一般表 达式：边界条件运动始点运动终点：回程运动 方程式：回程运动角是从回程起 始位置计量的推杆在运动起 始和终止点会 产生刚性冲击 。因此等速运 动规律，只宜 用于低速轻载 的场合。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律2、二次多项式运动规律等加速/等减速运动规律运动方程式一般表达式：推杆的等加速等减速运动规律：为保证凸轮机构运动平稳性 ，常使
13、推杆在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律2、二次多项式运动规律等加速/等减速运动规律推程等加速 段边界条件运动始点运动终点：加速段运 动方程式 ：推程等减速 段边界条件运动始点运动终点：等减速运 动方程式 ：ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律2、二次多项式运动规律等加速/等减速运动规律回程加速段 运动方程式 ：回程减速段 运动方程式 ：00/2:0/20特点：从动件的位移与凸轮 转角的平方成正比，位移曲 线为一抛物线，又称抛物线 运动规律。这种运动规律的速度图
14、是连 续的，不会产生刚性冲击， 但在在起点、中点和终点时 ，因加速度有突变而引起推 杆惯性力的突变，且突变为 有限值，在凸轮机构中由此 会引起柔性冲击。适用于中速场合。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律3、五次多项式运动规律推程边界条件运动始点运动终点：位移方程式为：解得待定系数为：ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律多项式运动规律3、五次多项式运动规律这种运动规律既无刚性 冲击，也无柔性冲击， 运动平稳性好。适用于高速场合。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律1、余弦加速度运动规律简谐运动规律简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其
15、在直径上的投影的运动即为 简谐运动。指从动件的加速度按1/2个周期的余弦曲线变化，其加速度 一般方程为：推杆推程运动方程式：推杆回程运动方程式：ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律1、余弦加速度运动规律简谐运动规律推杆加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击。余弦加速度运动规律推 程运动线图ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律2、正弦加速度运动规律摆线运动规律推程运动方程式为回程运动方程为 摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动 为摆线运动。 指从动件的加速度按整周期的正弦曲线变化，其加速度 一般方程为：RO
16、AD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律2、正弦加速度运动规律摆线运动规律正弦加速度运动规律推 程运动线图推杆作正弦加速度运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速凸轮机构。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律3、组合型运动规律u目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。u组合运动规律的原则： 、根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合； 、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的； 、在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律3、组合型运动规律示例u改进梯形加速度运动规律主运动：等加等减运动 规律 组合运动：在加速度突 变处以正弦加速度曲线 过渡。ROAD ENERGY6.2 从动件的运动规律三角函数运动规律3、组合型运动
