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1、机械设计基础机械设计基础国家级精品课程教材国家级精品课程教材电子工业出版社电子工业出版社主编：唐林虎主编：唐林虎副主编：张亚萍等副主编：张亚萍等第第四四章章 凸轮机构凸轮机构第第四四章章 凸轮机构凸轮机构 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律24.3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 34.4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题46 课后习题答案课后习题答案第第四四章章 凸轮机构凸轮机构教学要求教学要求（1）了解凸轮机构的应用及分类方法；）了解凸轮机构的应用及分类方法；（2）对从动件常用的运动规律及其选择原则、机
2、构压力角等有）对从动件常用的运动规律及其选择原则、机构压力角等有明确的概念；明确的概念；（3）掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法和确定基本尺寸的）掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法和确定基本尺寸的主要原则。主要原则。重点与难点重点与难点重点重点：从动件的常用运动规律，盘形凸轮轮廓曲线的设计，凸从动件的常用运动规律，盘形凸轮轮廓曲线的设计，凸轮的基圆半径与压力角及自锁问题。轮的基圆半径与压力角及自锁问题。难点难点：盘形凸轮轮廓曲线的设计、凸轮基本尺寸的确定。盘形凸轮轮廓曲线的设计、凸轮基本尺寸的确定。4 4.1.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮机构由主动凸轮、从动件（也凸轮机构
3、由主动凸轮、从动件（也称推杆）和机架组成。称推杆）和机架组成。（1）凸轮）凸轮:原动件，可作等速转动，原动件，可作等速转动，也可作往复移动。也可作往复移动。（2）从动件）从动件:被凸轮直接推动的构件，被凸轮直接推动的构件，可作往复直线运动，也可作往复摆动，并可作往复直线运动，也可作往复摆动，并通过重力、弹簧力或凹槽始终保持与凸轮通过重力、弹簧力或凹槽始终保持与凸轮接触。接触。（3）机架）机架:支承凸轮和从动件的固定支承凸轮和从动件的固定构件。构件。4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4 4.1 1.1.1应用举例应用举例内燃机气内燃机气阀阀机构机构图图 造型机凸造型机凸轮轮
4、机构机构 1凸凸轮轮；2气气阀阀 1凸凸轮轮；2滚滚子；子；3工作台工作台动态演示动态演示 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 变速操纵机构变速操纵机构 1圆圆柱柱齿轮齿轮；2拨拨叉；叉；3三三联联滑移滑移齿轮齿轮 横刀架进给机构横刀架进给机构 1凸轮；凸轮；2摆杆；摆杆；3扇形齿轮；扇形齿轮；4横刀架横刀架 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 绕线机构绕线机构 1盘盘形凸形凸轮轮；2引引线线杆；杆；3绕线轴绕线轴 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 由以上的例子可知，凸轮机构有如下基本特性：由以上的例子可知，凸轮机构有如下基本
5、特性：当当凸凸轮轮转转动动时时，借借助助于于本本身身的的曲曲线线轮轮廓廓或或凹凹槽槽迫迫使使从从动动杆杆作作一一定定规规律律的的运运动动，即即从从动动杆杆的的运运动动规规律律取取决决于于凸凸轮轮轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。廓曲线或凹槽曲线的形状。优点：优点：只只需需设设计计出出适适当当的的凸凸轮轮轮轮廓廓，便便可可使使从从动动件件得得到到任任意意的的预预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便。期运动，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：凸凸轮轮与与从从动动件件间间为为点点或或线线接接触触，易易磨磨损损，只只可可用用于于传传力力不不大大的的场场合合；凸凸轮轮轮轮廓廓精精度度要要求求较较高高，需需
6、用用数数控控机机床床进进行行加加工工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4 4.1 1.2 2凸轮机构的分类凸轮机构的分类1按凸轮形状按凸轮形状 （1）盘盘形凸形凸轮轮 （2）移）移动动凸凸轮轮 （3）圆圆柱凸柱凸轮轮移动凸轮机构移动凸轮机构 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构盘形盘形凸轮机构凸轮机构 动态演示动态演示动态演示动态演示动态演示动态演示 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类2按从动件端部形状按从动件端部形状 （1
7、）尖尖顶顶从从动动件件 （2）滚滚子从子从动动件件 （3）平底从平底从动动件件尖顶从动件尖顶从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类3按从动件运动方式按从动件运动方式 （1）直直动动从从动动件件 （2）摆动摆动从从动动件件 4按按对对心方式心方式 （1）对对心凸心凸轮轮机构机构 （2）偏置凸）偏置凸轮轮机构机构 直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件对心凸轮机构对心凸轮机构偏置凸轮机构偏置凸轮机构动态演示动态演示 4 4.1 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类5按凸轮与从动件保持高副接触的方法按凸轮与从动件保持高副
8、接触的方法 （1）力力锁锁合合 （2）形形锁锁合合 力锁合凸轮力锁合凸轮 形锁合凸轮形锁合凸轮 动态演示动态演示动态演示动态演示 4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4 4.2 2.1 1凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程（1）基）基圆圆（rb）（2）推程、推程角（）推程、推程角（t）（3）行程（）行程（h）（4）远远停程、停程、远远停程角（停程角（s）（5）回程、回程角（）回程、回程角（h）（6）近停程、近停程角（）近停程、近停程角（s）名名词术语词术语及符号及符号 4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 从从动动件的运件的运动线图动线图（1）位位移移
9、线线图图：反反映映了了从从动动件件的的位位移移s 随随时时间间t 或或凸凸轮轮转转角角 变变化的化的规规律。律。（2）速速度度线线图图：反反映映了了从从动动件件的的速速度度v 随随时时间间t 或或凸凸轮轮转转角角变变化的化的规规律。律。（3）加加速速度度线线图图：反反映映了了从从动动件件的的加加速速度度a 随随时时间间t 或或凸凸轮轮转转角角变变化的化的规规律。律。凸凸轮轮轮轮廓廓曲曲线线的的形形状状决决定定了了从从动动件件的的运运动动规规律律。要要使使从从动动件件实实现现某某种种运运动动规规律律，就就要要设设计计出出与其相应的凸轮轮廓曲线。与其相应的凸轮轮廓曲线。4 4.2 2 从动件的常用
10、运动规律从动件的常用运动规律4 4.2 2.2 2从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 1等速运动规律（直线运动规律）等速运动规律（直线运动规律）（1）运）运动规动规律：律：当当凸凸轮轮以以等等角角速速度度转转动动时时，从从动动件上升或下降件上升或下降过过程中速度保持不程中速度保持不变变。（2）运）运动动方程：方程：4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律（3）动动力特性：力特性：在在从从动动件件推推程程开开始始位位置置和和终终止止位位置置处处，速速度度发发生生突突变变，瞬瞬时时加加速速度度在在理理论论上上趋趋于于无无穷穷大大，产产生生极极大大的的惯惯性性力，存在刚性冲击。
11、力，存在刚性冲击。（4）适用场合：适用场合：一一般般只只用用于于低低速速和和从从动动件件质质量量较较小的凸轮机构中。小的凸轮机构中。4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 2等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）（1）运）运动规动规律：律：当当凸凸轮轮以以等等角角速速度度转转动动时时，从从动动件件在在推推程程或或回回程程的的前前半半行行程程作作等等加加速速，后半行程作等减速的运动规律后半行程作等减速的运动规律。（2）运）运动动方程：方程：等加速段的运等加速段的运动动方程方程为为:4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 根
12、据运根据运动线图动线图的的对对称性，可得等减速段的运称性，可得等减速段的运动动方程方程为为（3）动动力特性：力特性：在在运运动动规规律律的的起起始始点点、等等加加速速等等减减速速的的转转折折点点和和终终止止点点，从从动动件件的的加加速速度度有有限限值值的的突突然然变变化化，从从而而产产生生有有限限的的惯惯性力引起柔性冲击。性力引起柔性冲击。（4）适用）适用场场合：合：适用于中速、适用于中速、轻载轻载的的场场合。合。4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 3简谐运动规律（余弦加速度运动规律）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）（1）运）运动规动规律：律：质质点点在在圆圆周周上上作
13、作等等速速运运动动时时，它它在该圆直径上的投影所构成的运动在该圆直径上的投影所构成的运动。（2）运）运动动方程：方程：4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律（3）动动力特性：力特性：从从动动件件作作简简谐谐运运动动时时，在在行行程程的的始始点点和和终终点点也也产产生生有有限限值值的的变变化化，故故有柔性冲击，但减少了冲击次数。有柔性冲击，但减少了冲击次数。（4）适用）适用场场合：合：适用于中速、中适用于中速、中载场载场合。合。只只有有当当从从动动件件作作无无停停留留区区间间的的升升降降升升连连续续往往复复运运动动时时，才才能能避避免免冲冲击击，从而可用于高速运从而可用于高速运
14、动动。4 4.2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4 4.2 2.3 3从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 工作要求工作要求 当当机机器器的的工工作作过过程程对对从从动动件件的的运运动动规规律律有有特特殊殊要要求求，而而凸凸轮轮的的转转速速不不太太高高时时，应应首首先先从从满满足足工工作作需需要要出出发发来来选选择择或或设设计计从动件的运动规律。从动件的运动规律。加工工艺加工工艺 当当机机器器的的工工作作过过程程只只需需要要从从动动件件有有一一定定位位移移，而而对对其其无无一一定定运运动动要要求求时时，如如夹夹紧紧、送送料料等等凸凸轮轮机机构构，可可只只考考虑虑加加工工方方便
15、便，一般采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。一般采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。运动性能运动性能 当当机机器器对对从从动动件件运运动动性性能能有有特特殊殊要要求求，而而凸凸轮轮的的转转速速又又较较高高，并并且且只只用用一一种种基基本本运运动动规规律律又又难难于于满满足足这这些些要要求求时时，可可考考虑虑采用采用满满足要求的足要求的组组合运合运动规动规律。律。在在设设计计从从动动件件运运动动规规律律时时，除除了了要要考考虑虑其其冲冲击击特特性性之之外外，还还要考要考虑虑从从动动件的最大速度件的最大速度vmax和最大加速度和最大加速度amax。4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 设计方法
16、设计方法：（1）图图解解法法:简简单单、直直观观，但但精精度度有有限限，适适用用于于低低速速或或精精度要求不高的场合。度要求不高的场合。（2）解解析析法法:精精确确度度高高，适适用用于于高高速速或或精精度度要要求求较较高高的的场场合，如高速凸轮、靠模凸轮、仪表中的凸轮等。合，如高速凸轮、靠模凸轮、仪表中的凸轮等。本节主要介绍采用图解法绘制盘形凸轮轮廓的基本原理和方法。本节主要介绍采用图解法绘制盘形凸轮轮廓的基本原理和方法。4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 反转法：反转法：给给整整个个凸凸轮轮机机构构加加以以绕绕凸凸轮轮轴轴心心并并与与凸凸轮轮角角速速度度等等值值反反向向的的角角
17、速速度度-，根根据据相相对对运运动动原原理理，机机构构中中各各构构件件间间的的相相对对运运动动并并不不改改变变，但但凸凸轮轮已已视视为为静静止止。而而从从动动件件则则被被看看成成一一方方面面随随机机架架和和导导路路以以角角速速度度-绕绕O点点转转动动，另另一一方方面面又又在在导导路路中中按按一一定定运运动动规规律律往往复复运运动动。由由于于从从动动件件的的尖尖顶顶始始终终与与凸凸轮轮廓廓线线相相接接触触，所所以以反反转转后后从从动动件件尖尖顶顶的的运运动动轨轨迹迹即即为为凸凸轮轮轮廓。轮廓。4 4.3 3.1 1绘制原理绘制原理动态演示动态演示 4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计
18、 1对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计 已已知知某某对对心心直直动动尖尖顶顶从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮机机构构的的凸凸轮轮按按顺顺时时针针转转动动，升升程程h=20mm，rb=30mm；t=90，从从动动件件匀匀速速上上升升；s=90；h=180；从；从动动件匀速下降。件匀速下降。试绘试绘制此凸制此凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线。4 4.3 3.2 2直动从动件盘形凸轮轮廓的设计直动从动件盘形凸轮轮廓的设计 根根据据“反反转转法法”原原理，设计步骤如下：理，设计步骤如下：（1）选选取取比比例例尺尺L，绘绘制位移制位移线图线图。（2）画画基基圆圆并并确确定定从从动动件
19、尖件尖顶顶的起始位置。的起始位置。（3）画画反反转转过过程程中中从从动动件的件的导导路位置。路位置。（4）画凸）画凸轮轮轮轮廓。廓。4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 2对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计 由由于于凸凸轮轮转转动动时时滚滚子子与与凸凸轮轮的的相相切切点点不不一一定定在在从从动动件件的的位位置置线线上上，但但滚滚子子中中心心位位置置始始终终处处在在该该线线，从从动动件件的的运运动规律与滚子中心一致，设计步骤如下：动规律与滚子中心一致，设计步骤如下：（1）把从把从动动件件滚滚子中心作子中心作为为从从动动件的尖件的尖顶顶，按照尖，按照尖
20、顶顶从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线的的绘绘制方法，制方法，绘绘制出凸制出凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线。（2）以理以理论轮论轮廓曲廓曲线线上的各点上的各点为为圆圆心，以已知心，以已知滚滚子半径子半径rT为为半径作一半径作一系列系列圆圆，然后作，然后作这这些些圆圆的光滑内切曲的光滑内切曲线线，即得，即得该滚该滚子从子从动动件件盘盘形凸形凸轮轮的的实际轮实际轮廓曲廓曲线线。4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计 从从动动件件端端部部为为平平底底时时，凸凸轮轮轮轮廓廓的的绘绘制制方方法法也也与与尖尖顶顶从从动动
21、件件时时的的绘制方法类似，设计步骤如下：绘制方法类似，设计步骤如下：（1）将从将从动动件的平底与件的平底与导导路中路中心心线线的交点的交点B看做从看做从动动件的尖件的尖顶顶，用尖用尖顶顶从从动动件件设计设计凸凸轮轮轮轮廓的方法，廓的方法，求出尖求出尖顶顶从从动动件反件反转转后的一系列位后的一系列位置置B1、B2、。（2）过这过这些点作些点作这这些射些射线线的垂的垂线线（即一系列（即一系列“平底平底”），得一直），得一直线线族族。（3）作此直作此直线线族的包族的包络线络线，便，便可得到凸可得到凸轮轮的的轮轮廓曲廓曲线线。4 4.3 3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 4.偏置直动尖顶从动件盘形
22、凸轮轮廓设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计 若若已已知知该该凸凸轮轮机机构构的的从从动动件件运运动动规规律律，凸凸轮轮基基圆圆半半径径rb、偏偏距距e=lOA1。凸凸轮轮以以等等角角速速度度1回回转转，试试绘绘出出此此凸凸轮轮机机构构的的轮轮廓廓曲曲线线。设计步骤如下：设计步骤如下：（1）绘绘制位移制位移线图线图。（2）画基）画基圆圆并确定从并确定从动动件尖件尖顶顶的起始位置。的起始位置。（3）画反）画反转过转过程中从程中从动动件的件的导导路位置。路位置。（4）画凸）画凸轮轮轮轮廓。廓。4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 4 4.4 4.1 1滚子半径的选
23、取滚子半径的选取0：理论轮廓曲率半径理论轮廓曲率半径；rT：滚子半径滚子半径；：实际轮廓的曲率半径。实际轮廓的曲率半径。（1）当理论轮廓曲线内凹时当理论轮廓曲线内凹时：=0+rT 无无论论rT取取何何值值，凸凸轮轮工工作作轮轮廓廓总总是是光光滑滑曲曲线线，即即rT的的大大小小可可不不受受0的限制。的限制。4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题（2）当理论轮廓曲线外凸时当理论轮廓曲线外凸时:=0-rT：rT0 0，实际轮实际轮廓廓为为一平滑曲一平滑曲线线rT=0=0，实际轮实际轮廓曲廓曲线线在在该处该处将出将出现现尖点，尖点，极易磨极易磨损损，磨，磨损损后后就会改就
24、会改变变其运其运动规动规律，不能使用律，不能使用rT0 0，实际轮实际轮廓曲廓曲线线相交，相交部分相交，相交部分的的轮轮廓曲廓曲线线在在实际实际加工加工时时将被切去，将被切去，运运动动失真失真 4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 为为了了使使凸凸轮轮轮轮廓廓在在任任何何位位置置既既不不变变尖尖也也不不相相交交，滚滚子子半半径径rT必必须须小小于于理理论论轮轮廓廓外外凸凸部部分分的最小曲率半径的最小曲率半径0min。一般取：一般取：rT0.80min。为为防防止止凸凸轮轮过过快快磨磨损损，可可使使凸凸轮轮实实际际轮轮廓廓曲曲线线上的最小曲率半径上的最小曲率半径m
25、in15mm。此此外外，由由于于凸凸轮轮基基圆圆半半径径越越大大，则则凸凸轮轮廓廓线线的的最最小小曲曲率率半半径径min也也越越大大，所所以以也也可可按按凸凸轮轮的的基基圆圆半半径径rb选选取取rT，根根据据经经验验，常常取取rT0.4rb。由此可见：由此可见：4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 4 4.4 4.2 2凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角1压力角及允许值压力角及允许值 若若忽忽略略摩摩擦擦力力，把把凸凸轮轮作作用用于于从从动动件件的的法法向向力力Fn与与它它的的运运动动方方向向之之间间所所夹夹的的锐锐角角，称，称为为凸凸轮轮机构的机构的压压力角。力
26、角。FnFncosFnsin:有有用用分力分力:有害分力有害分力 压压力力角角越越大大，有有用用分分力力就就越越小小，有有害害分分力力就就越越大大，机机构构的的效效率率就就越越低低。当当压压力力角角增增大大到到一一定定程程度度，以以致致使使有有害害分分力力Fnsin引引起起的的摩摩擦擦阻阻力力大大于于有有用用分分力力Fncos时时，无无论论凸凸轮轮加加给给从从动动件件的的作作用力有多大，从用力有多大，从动动件都不能运件都不能运动动，这这种种现现象称象称为为自自锁锁。压压力角力角 动态演示动态演示 4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 （1）压力角选择原则）压力角
27、选择原则：max 压力角压力角允许值允许值直直动动从从动动件凸件凸轮轮机构机构：30摆动摆动从从动动件凸件凸轮轮机构机构：3045 推程：推程：回程：回程：=7080 （2）压压力角力角许许用用值值 4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 2压力角压力角的校核的校核 校核目的校核目的:确保良好的运确保良好的运动动特性特性。压力角的简易测量法压力角的简易测量法max ：传传力性能良好力性能良好增大基圆半径增大基圆半径采用偏置从动件采用偏置从动件max：减小减小max采取措施采取措施校核方法校核方法:max常出常出现现在从在从动动件位移曲件位移曲线线上斜率上斜率最大的
28、位置，最大的位置，测测量量时时，可在理，可在理论轮论轮廓曲廓曲线线较较陡的地方取若干点，作出陡的地方取若干点，作出过这过这些点的法些点的法线线和从和从动动件在件在这这些点的运些点的运动动方向方向线线，求出，求出它它们们之之间间所所夹夹的的锐锐角即角即压压力角，看其中最力角，看其中最大大值值是否超是否超过许过许用的用的压压力角力角值值。校核结果校核结果:目的目的 4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 在在相相同同运运动动规规律律的的条条件件下下，凸凸轮轮的的基基圆圆越越小小，则则凸凸轮轮的的尺尺寸寸越越小小，但其压力角会越大。但其压力角会越大。增大基圆半径增大基圆
29、半径偏置与对心从动件的比较偏置与对心从动件的比较 从从动动件件要要偏偏置置在在与与凸凸轮轮转转向向相反的一则，可使压力角减小。相反的一则，可使压力角减小。4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 直动直动平底从动件平底从动件的的凸轮机构，由于从动件凸轮机构，由于从动件的受力方向和运动方向的受力方向和运动方向一致，压力角始终为零，一致，压力角始终为零，故传力性能最好。故传力性能最好。4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 4 4.4 4.3 3基圆半径的确定基圆半径的确定原则原则:方法方法:（1）当凸轮与轴做成一体时当凸轮与轴做成一体时：
30、rbr+rT+（25）mm。（r：凸凸轮轴轮轴半径半径；rT：滚滚子半径子半径）在在满满足足max的条件下，的条件下，应选应选取尽可能小的基取尽可能小的基圆圆半径。半径。凸轮轴凸轮轴平键联接平键联接 （2）当凸）当凸轮轮通通过键过键等形式装在等形式装在轴轴上上时时：rbrh+rT+（25）mm。（rh：凸凸轮轮毂轮轮毂半径半径）（从从动动件不件不带滚带滚子子时时，rT=0，rh=（1.51.7）r）4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 4 4.4 4.4 4凸轮的结构与材料凸轮的结构与材料1凸轮在轴上的固定方式凸轮在轴上的固定方式 当当凸凸轮轮轮轮廓廓尺尺寸寸接
31、接近近轴轴径径尺尺寸寸时时，凸凸轮轮与与轴轴可可做做成成一一体体,即即为为凸凸轮轮轴轴，当当二二者者尺尺寸寸相相差差比比较较大大时时，凸凸轮轮与与轴轴的的固固定定采采用用键键或或销销等等联联接接形形式式。当当凸凸轮轮与与轴轴的的角角度度需需经经常常调调整整，可可采采用弹性锥套和圆螺母联接。用弹性锥套和圆螺母联接。用圆锥销联接用圆锥销联接 用弹性开口锥套和螺母联接用弹性开口锥套和螺母联接 4 4.4 4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 2凸轮和滚子的材料凸轮和滚子的材料 凸凸轮轮机机构构工工作作时时，通通常常承承受受冲冲击击载载荷荷，凸凸轮轮与与从从动动件件接接触触部部分分
32、有有严严重重磨磨损损，因因此此必必须须合合理理选选择择凸凸轮轮和和滚滚子子的的材材料料，并并进进行行适适当当的的热热处处理理，使使滚滚子子和和凸凸轮轮的的工工作作表表面面具具有有较较高高的的硬度和耐磨性，而心部要有硬度和耐磨性，而心部要有较较好的好的韧韧性以承受冲性以承受冲击击。凸凸轮轮和和滚滚子子常常用用的的材材料料有有45钢钢、20Cr、18CrMnTi或或T9、T10等，并等，并经经表面淬火表面淬火处处理。理。课后习题答案课后习题答案一、判断题一、判断题1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.二、选择题二、选择题1.B 2.A 3.B 4.A 5.C 6.A 7.B 8.C 9.D 1
33、0.B 11.A 12.A 13.A 14.B 15.A 16.A B 17.A 18.B 19.A 20.A 三、综合题三、综合题 1.凸轮机构的结构类型很多，通常按以下方法进行分类凸轮机构的结构类型很多，通常按以下方法进行分类:（1）按按凸凸轮轮形形状状可可分分为为：盘盘形形凸凸轮轮、移移动动凸凸轮轮和和圆圆柱柱凸凸轮轮。（2）按按从从动动件件端端部部形形状状可可分分为为：尖尖顶顶从从动动件件、滚滚子子从从动动件和平底从件和平底从动动件。件。课后习题答案课后习题答案 （3）按按从从动动件件运运动动方方式式可可分分为为：直直动动从从动动件件和和摆摆动动从从动动件。件。（4）按按对对心方式可分
34、心方式可分为为：对对心凸心凸轮轮机构和偏置凸机构和偏置凸轮轮机构。机构。（5）按按凸凸轮轮与与从从动动件件保保持持高高副副接接触触的的方方法法可可分分为为：力力锁锁合合和形和形锁锁合。合。凸凸轮轮机构的最大机构的最大优优点：点：（1）只只需需设设计计出出适适当当的的凸凸轮轮轮轮廓廓，便便可可使使从从动动件件得得到到任任意的意的预预期运期运动动。（2）结结构构简单简单、紧紧凑、凑、设计设计方便。方便。凸凸轮轮机构的主要缺点：机构的主要缺点：（1）凸凸轮轮与与从从动动件件间间为为点点或或线线接接触触，易易磨磨损损，只只可可用用于于传传力不大的力不大的场场合；合；（2）凸）凸轮轮轮轮廓精度要求廓精度
35、要求较较高，需用数控机床高，需用数控机床进进行加工。行加工。（3）从）从动动件的行程不能件的行程不能过过大，否大，否则则会使凸会使凸轮变轮变得笨重。得笨重。课后习题答案课后习题答案 2.在在凸凸轮轮上上，以以凸凸轮轮的的最最小小向向径径rb为为半半径径所所绘绘制制的的圆圆称称为为凸凸轮轮的基的基圆圆。rb即为基圆半径。即为基圆半径。基基圆圆半半径径也也是是凸凸轮轮设设计计中中的的一一个个重重要要参参数数。在在设设计计凸凸轮轮机机构构时时，凸凸轮轮的的基基圆圆半半径径rb取取的的越越小小，所所设设计计的的凸凸轮轮机机构构越越紧紧凑凑。但但基基圆圆半半径径过过小小又又会会引引起起压压力力角角增增大
36、大。而而基基圆圆较较大大的的凸凸轮轮轮轮廓廓较较平平缓缓，压压力力角角较较小小。因因此此，在在满满足足max的的条条件件下下，应应选选取尽可能小的基圆半径。取尽可能小的基圆半径。3.从从动动件件的的常常用用运运动动规规律律有有：等等速速运运动动规规律律、等等加加速速等等减减速运动规律和简谐运动规律。速运动规律和简谐运动规律。等等速速运运动动规规律律：当当凸凸轮轮以以等等角角速速度度转转动动时时，从从动动件件上上升升或或下下降降过过程程中中速速度度保保持持不不变变。加加速速度度为为零零，但但在在从从动动件件推推程程开开始始和和终终止止位位置置处处，速速度度发发生生突突变变，瞬瞬时时加加速速度度在
37、在理理论论上上趋趋于于无无穷穷大大，产产生生极极大大的的惯惯性性力力，引引起起刚刚性性冲冲击击。故故只只用用于于低低速速和和从从动件质量较小的凸轮机构中。动件质量较小的凸轮机构中。课后习题答案课后习题答案 等等加加速速等等减减速速运运动动规规律律：当当凸凸轮轮以以等等角角速速度度转转动动时时，从从动动件件在在推推程程或或回回程程的的前前半半行行程程作作等等加加速速，后后半半行行程程作作等等减减速速。在在运运动动规规律律的的起起始始点点、等等加加速速等等减减速速的的转转折折点点和和终终止止点点，从从动动件件的的加加速速度度有有限限值值的的突突然然变变化化，从从而而产产生生有有限限的的惯惯性性力力
38、引引起起柔柔性性冲冲击击。因因此此，等等加加速速等等减减速速运运动动规规律律适适用用于于中中速速、轻轻载载的的场场合。合。简简谐谐运运动动规规律律：质质点点在在圆圆周周上上作作等等速速运运动动时时，它它在在该该圆圆直直径径上上的的投投影影所所构构成成的的运运动动。从从动动件件作作简简谐谐运运动动时时，在在行行程程的的始始点点和和终终点点也也产产生生有有限限值值的的变变化化，故故有有柔柔性性冲冲击击，但但减减少少了了冲冲击击次次数数。适适用用于于中中速速、中中载载场场合合。只只有有当当从从动动件件作作无无停停留留区区间间的的升升降降升升连连续续往往复复运运动动时时，才才能能避避免免冲冲击击，从从
39、而而可可用用于于高高速速运动。运动。课后习题答案课后习题答案 4.若若忽忽略略摩摩擦擦力力，把把凸凸轮轮作作用用于于从从动动件件的的法法向向力力Fn与与它它的的运运动动方向之方向之间间所所夹夹的的锐锐角角，称，称为为凸凸轮轮机构的机构的压压力角。力角。如如果果最最大大压压力力角角max超超过过许许用用值值，则则应应考考虑虑修修改改设设计计，通通常采取的措施：常采取的措施：（1）加大基）加大基圆圆半径重新半径重新绘绘制凸制凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线，使得，使得max减小。减小。（2）将从）将从动动件件导导路适当偏向凸路适当偏向凸轮转动轮转动方向布置，以减小方向布置，以减小max。5.参参照照本本书书
40、4.3.2中中关关于于“偏偏置置直直动动尖尖顶顶从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮轮轮廓廓设计设计”的的设计设计步步骤进骤进行行该该机构的机构的设计设计。在在本本设设计计中中应应注注意意：若若以以凸凸轮轮轴轴心心O为为圆圆心心，偏偏距距e为为半半径径作一个偏距作一个偏距圆圆，则则从从动动件件导导路中心路中心线线必与此必与此圆圆相切。相切。课后习题答案课后习题答案 6.上上题题中中所所设设计计的的盘盘形形凸凸轮轮轮轮廓廓曲曲线线即即为为本本题题中中滚滚子子中中心心在在反反转转过过程程中中的的运运动动轨轨迹迹，即即理理论论轮轮廓廓曲曲线线。再再以以理理论论轮轮廓廓曲曲线线上上的的各各点点为为圆圆心心，以
41、以已已知知滚滚子子半半径径rT为为半半径径作作一一系系列列圆圆，然然后后作作这这些些圆圆的的光光滑滑内内切切曲曲线线，即即得得该该偏偏置置滚滚子子盘盘形形凸凸轮轮的的实实际际轮廓曲线。轮廓曲线。7.参参照照本本书书4.3.2中中关关于于“对对心心直直动动滚滚子子从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮轮轮廓廓设设计计”的的设设计计步步骤骤。即即先先将将滚滚子子中中心心视视作作尖尖顶顶从从动动件件的的尖尖端端，根根据据已已知知从从动动件件的的运运动动规规律律，做做出出位位移移线线图图，再再根根据据位位移移线线图图和和相相关关参参数数，设设计计出出尖尖顶顶从从动动件件的的盘盘形形凸凸轮轮轮轮廓廓，即即理理论论轮轮廓廓曲线，再做出实际轮廓线，即为所求。曲线，再做出实际轮廓线，即为所求。