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1、1第一节第一节 凸轮机构的类型凸轮机构的类型一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成内内燃燃机机的的配配气气凸凸轮轮机机构构第1页/共67页2自自动动机机床床的的进进刀刀凸凸轮轮机机构构凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构凸轮机构的组成凸轮机构的组成第2页/共67页3二、凸轮机构的应用二、凸轮机构的应用1-1-凸轮凸轮 2-2-摆动从动件摆动从动件3-3-线轴线轴绕线机构绕线机构第3页/共67页41-1-圆柱凸轮圆柱凸轮2-2-直动从动件直动从动件3-3-毛坯毛坯自动送料机构自动送料机构第4页/共67页5内燃机配气机构内燃机配气机构 第5页/共67页6三、凸轮机构的类型三、凸轮机构的类型1
2、.1.按凸轮的形状分按凸轮的形状分盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮第6页/共67页72.2.按从动件的结构形式分按从动件的结构形式分（1 1）尖底从动件）尖底从动件第7页/共67页尖顶从动件可实现任意的运动规律。结构简单，但尖底处极易磨损，只适用于低速场合。第8页/共67页9（2 2）滚子从动件）滚子从动件 凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此磨磨损损较较小小，可可用用于于传传递递较大的动力，应用广泛。较大的动力，应用广泛。第9页/共67页10（3 3）平底从动件）平底从动件 受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常常用用于于高高速速场场合合。但但与
3、与之之相相配配合合的的凸凸轮轮轮轮廓须全部外凸。廓须全部外凸。第10页/共67页113.3.按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分（1 1）直动直动从动件从动件对心直动从动件对心直动从动件偏置直动从动件偏置直动从动件摆动从动件（2 2）摆动摆动从动件从动件第11页/共67页12（2 2）摆动从动件）摆动从动件第12页/共67页134.4.按凸轮与从动件的接触方式分按凸轮与从动件的接触方式分（1 1）力封闭凸轮机构）力封闭凸轮机构弹弹簧簧力力封封闭闭利用从动件自身重力、回复弹利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与凸轮簧力或其它外力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触。廓线始终保持接触
4、。第13页/共67页14（2 2）几何封闭凸轮机构）几何封闭凸轮机构槽型凸轮机构槽型凸轮机构利用构成高副元素本身的利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件与凸轮始几何形状，使从动件与凸轮始终接触。终接触。通过其沟槽两侧的廓线通过其沟槽两侧的廓线始终保持与从动件接触。始终保持与从动件接触。第14页/共67页15等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于平行切线间的距离都等于从动件矩形框架内侧两个从动件矩形框架内侧两个平底之间的距离。平底之间的距离。第15页/共67页16等径凸轮机构等径凸轮机构 过凸轮轴心所作任一径过凸轮轴心所作任一径向线上与凸轮相接触的
5、两滚向线上与凸轮相接触的两滚子中心间的距离处处相等。子中心间的距离处处相等。从动件运动规律的选从动件运动规律的选择受到一定的限制。择受到一定的限制。第16页/共67页17共轭凸轮机构共轭凸轮机构 一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件件完完成成正正行行程程运运动动，另另一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件件完完成成反反行行程程的的运运动动。这这种种凸凸轮轮机机构构又又称称为为主主回凸轮机构。回凸轮机构。第17页/共67页反凸轮机构反凸轮机构第18页/共67页19四、凸轮机构的特点四、凸轮机构的特点u优点：优点：u缺点：缺点：u结构简单，紧凑；结构简单，紧凑；n=2n=2u应用灵活；高副机构应用灵活；
6、高副机构u可实现从动件任意的运动规律设计方便。可实现从动件任意的运动规律设计方便。u高副接触，易于磨损，多用于传力不大的场合高副接触，易于磨损，多用于传力不大的场合;u凸轮加工比较困难凸轮加工比较困难;u从动件行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸过大。从动件行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸过大。第19页/共67页偏置尖底直动从动件盘形偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮机构21第二节第二节 凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的基本名词术语1.1.基圆和偏距圆基圆和偏距圆 基圆半径基圆半径r r0 0 偏距偏距 e e2.2.推程和推程运动角（推程和推程运动角（）3.3.远休止和远休止角（远休止和远休止角（s
7、）4.4.回程和回程运动角（回程和回程运动角（）5.5.近休止和近休止角（近休止和近休止角（s）6.6.凸轮转角凸轮转角7.7.从动件位移从动件位移 s8.8.从动件行程从动件行程 h一、基本名词术语第21页/共67页22从动件的运动规律从动件的运动规律从动件从动件的位移、速度和加速度与时间的位移、速度和加速度与时间或凸轮转角间的关系。或凸轮转角间的关系。9.9.从动件的运动线图从动件的运动线图s=f()位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程第22页/共67页23s11MM1Ms11s1第23页/共67页25位移方程位移方程1、等速运动规律、等速运动规律加速度方程：加速度方程：位
8、移方程：位移方程：速度方程：速度方程：hsOvO-aO+第第2 2节节 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律第25页/共67页26u应用：低速、轻载应用：低速、轻载u特点：有刚性冲击特点：有刚性冲击刚性冲击刚性冲击：由理论上趋于无：由理论上趋于无穷大的加速度产生的惯性力穷大的加速度产生的惯性力引起的冲击。引起的冲击。回程运动方程：回程运动方程：0=a -=hv)1(-=hs hsOvO-aO+第26页/共67页27等加速等减速运动规律二次运动规律（二次运动规律（n n2 2）（推程）（推程）第27页/共67页28u应用：中速、轻载应用：中速、轻载u特点：有柔性冲击特点：有柔性冲击柔性冲击柔
9、性冲击：由有限的加速度：由有限的加速度产生的惯性力引起的冲击。产生的惯性力引起的冲击。回程位移曲线图绘制回程位移曲线图绘制:（2 2）二次多项式运动规律（）二次多项式运动规律（n n2 2）（推程）（推程）第28页/共67页29（3 3）五次多项式运动规律（）五次多项式运动规律（n n5 5）（推程）（推程）位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：3-4-5多项式运动规律多项式运动规律第29页/共67页30avsavs3-4-5运动规律运动规律应用：高速、中载应用：高速、中载特点：无冲击特点：无冲击第30页/共67页312.2.三角函数运动规律三角函数运动规律（1 1）
10、简谐运动规律（推程）简谐运动规律（推程）余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：第31页/共67页32u应用：中速、中载应用：中速、中载u特点：有柔性冲击特点：有柔性冲击（1 1）简谐运动规律（推程）简谐运动规律（推程）第32页/共67页33h/2123456781235678sOh 位移曲线图绘制位移曲线图绘制:4第33页/共67页34（2 2）摆线运动规律（推程）摆线运动规律（推程）位移方程：位移方程：正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律第34页/共67页35u应用：高速、轻载应用：高速、轻载u特点：无冲击特点：无冲击（2 2）摆
11、线运动规律（推程）摆线运动规律（推程）第35页/共67页36s123456r=h/2=2=2/h位移曲线图绘制位移曲线图绘制:第36页/共67页37vsahooou组合运动规律组合运动规律（1 1）改进等速运动规律）改进等速运动规律主运动：等速运动规律主运动：等速运动规律组合运动：组合运动：等速运动的行程两端与正等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。弦加速度运动规律组合起来。+-第37页/共67页38（2 2）改进梯形运动规律）改进梯形运动规律主运动：等加速等减速运动规律主运动：等加速等减速运动规律组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡。组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线
12、过渡。第38页/共67页39二、从动件运动规律的选择二、从动件运动规律的选择1.1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度时，推杆完成机器的工作过程只要求凸轮转过一角度时，推杆完成一行程一行程h h或或，对运动规律并无严格要求。，对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。曲线。如夹紧凸轮。工件工件第39页/共67页40 h 2.2.机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮
13、。第40页/共67页41表表5 51 1 从动件常用运动规律的特性比较从动件常用运动规律的特性比较等加速等减速等加速等减速 2.0 4.02.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载五次多项式五次多项式 1.88 5.771.88 5.77 无无 高速中载高速中载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.931.57 4.93 柔性柔性 中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.0 6.282.0 6.28 无无 高速轻载高速轻载改进正弦加速度改进正弦加速度 1.76 5.531.76 5.53 无无 高速重载高速重载100分钟运动规律运动规律 V Vmaxmax a amaxmax 冲击冲击 适用场
14、合适用场合 (h/)(h/)(h/(h/2 2)等等 速速 1.0 1.0 刚性刚性 低速轻载低速轻载3.3.对高速凸轮，还应当考虑对高速凸轮，还应当考虑V Vmaxmax和和a amaxmax。a amaxmax惯惯性性力力F=-mF=-ma a对对强强度度和和耐耐磨磨性性要要求求。对对高高速速凸轮，希望凸轮，希望a amaxmax 愈小愈好。愈小愈好。动量动量mv,mv,对重载凸轮，则对重载凸轮，则V Vmaxmax越小越好。越小越好。VVmaxmax第41页/共67页42第第3 3节节 凸轮机构的轮廓设计凸轮机构的轮廓设计一、凸轮轮廓设计方法的基本原理一、凸轮轮廓设计方法的基本原理反转法
15、反转法反转法反转法给整个机构加一给整个机构加一个公共角速度个公共角速度-,-,各构件各构件的相对运动关系并不改变。的相对运动关系并不改变。-原机构原机构转化机构转化机构 -=0凸轮凸轮从动件从动件机架机架00-=-第42页/共67页43r0os-11011222233 33第43页/共67页44二、用图解法设计凸轮轮廓曲线二、用图解法设计凸轮轮廓曲线1.1.直动从动件盘形凸轮机构直动从动件盘形凸轮机构（1 1）对心尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线）对心尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线已知：凸轮的基圆半径已知：凸轮的基圆半径r r0 0，从动，从动件件的运动规律的运动规律和从动件的和从动件的行程行程
16、h h，凸轮以凸轮以角速度角速度逆逆时针转动。时针转动。设计设计：凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。第44页/共67页4512345678A609090120-s12345 67 8 60120909013578911 13 1591113121418765432s（）mm/mm取适当的比例尺取适当的比例尺ls（）/mm12131411109r0o1413121110915第45页/共67页46按给定从动件的运动规律绘制从动件的位移线图。按给定从动件的运动规律绘制从动件的位移线图。确定从动件尖底的初始位置。确定从动件尖底的初始位置。确定导路在反转过程中的一系列位置。确定导路在反转过程中的一系列位置。
17、确定尖底在反转过程中的一系列位置。确定尖底在反转过程中的一系列位置。绘制凸轮廓线。绘制凸轮廓线。设计步骤：设计步骤：第46页/共67页47（2 2）滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线）滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线已知：滚子半径已知：滚子半径r rT T，凸轮的基圆半径，凸轮的基圆半径r r0 0，从动件，从动件的运动的运动规律规律和从动件的行程和从动件的行程h h，凸轮以凸轮以角速度角速度逆时针转逆时针转动。动。设计设计：凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。第47页/共67页48r0609090120-1234567891011121314A1876543214131211109理论廓线理论廓线实际廓线
18、实际廓线注：注：n从动件端部的滚从动件端部的滚子与凸轮实际廓线子与凸轮实际廓线的接触点会随凸轮的接触点会随凸轮的转动而不断变化。的转动而不断变化。n基圆是指凸轮理基圆是指凸轮理论廓线上由最小半论廓线上由最小半径所作的圆。径所作的圆。取长度比例尺取长度比例尺 l lo第48页/共67页491234567815141312111098765432191011121314（3 3）平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线）平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线取长度比例尺取长度比例尺 l l第49页/共67页50（4 4）偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线）偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线已知：凸轮的基圆半径已知：凸轮的基
19、圆半径r r0 0，偏距，偏距e e，从动件，从动件的运动规的运动规律律和从动件的行程和从动件的行程h h，凸轮以凸轮以角速度角速度逆时针逆时针转动。转动。设计设计：凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。第50页/共67页51eA A-O Os 601209090135781 3 5 7 8911 13 159111312141514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109取长度比例尺取长度比例尺 l l12345678k1k2k3k5k4k6k7k8第51页/共67页52按给定从动件的运动规律绘制从动件的位移线图。按给定从动件的运动规律绘制从
20、动件的位移线图。确定从动件尖底的初始位置。确定从动件尖底的初始位置。确定导路在反转过程中的一系列位置。确定导路在反转过程中的一系列位置。确定尖底在反转过程中的一系列位置。确定尖底在反转过程中的一系列位置。绘制凸轮廓线。绘制凸轮廓线。l设计步骤：设计步骤：第52页/共67页532.2.摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度逆逆时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮轴轴与与摆摆杆杆回回转转中中心心的的距距离离为为a a，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，摆摆杆杆长长度度l l和摆杆的运动规律。和摆杆的运动规律。设计设计：凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。第53
21、页/共67页54A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11 1B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7-r0ABla 60120909012341 2 3 45 67 85768（）/mm（）/mmo第54页/共67页55作从动件的角位移线图。作从动件的角位移线图。确定摆杆的初始位置。确定摆杆的初始位置。确定摆杆轴心在反转过程中的一系列位置。确定摆杆轴心在反转过程中的一系列位置。确定摆杆尖底的一系列位置。确定摆杆尖底的一系列位置。绘制凸轮廓线。绘制凸轮廓线。l设计步骤：设计步骤：第55页/共67页56第第4 4节节 凸轮机构的轮
22、廓设计基本参凸轮机构的轮廓设计基本参数的确定数的确定一、凸轮机构的压力角和自锁一、凸轮机构的压力角和自锁F F凸轮对从动件的作用力凸轮对从动件的作用力v v从动件的速度从动件的速度压力角（锐角）压力角（锐角）F F可分解可分解有效分力：有效分力：FFFcosFcos有害分力：有害分力：FFFsinFsin压力角过大将使机构出现压力角过大将使机构出现自锁自锁。第56页/共67页57许用压力角许用压力角 ：工程上要求：工程上要求：maxmax 直动从动件，推程：直动从动件，推程：30303838摆动从动件，推程：摆动从动件，推程：40405050回程：回程：70708080思考：平底直动从动件思考
23、：平底直动从动件？nnvOr r0 0第57页/共67页58二、按许用压力角确定凸轮的基圆半径二、按许用压力角确定凸轮的基圆半径90 rr 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rr第62页/共67页63 rr 0=00实际廓线光滑连续；实际廓线光滑连续；实际廓线光滑连续；实际廓线光滑连续；实际廓线变尖；实际廓线变尖；实际廓线变尖；实际廓线变尖；实际廓线交叉，运动失真。实际廓线交叉，运动失真。实际廓线交叉，运动失真。实际廓线交叉，运动失真。出现尖点或失真应采取的措施：出现尖点或失真应采取的措施：（1）适当减少滚子半径；适当减少滚子半径；（2）增大基圆半径。增大基圆半径。第63页/共67页642.2.滚子半径的选择滚子半径的选择 rr min min，rrmin min rr（）r0（考虑结构及强度的限制）（考虑结构及强度的限制）第64页/共67页65四、平底宽度的确定四、平底宽度的确定推程：推程：回程：回程：总宽度：总宽度：通常取：通常取：圆盘平底直径：圆盘平底直径：第65页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页