机械原理讲义之凸轮机构及其设计11894.pptx

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1、机械原理机械原理讲义讲义第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 本章教学目的本章教学目的1 1、了解凸、了解凸轮机构机构应用与分用与分类2、掌握凸、掌握凸轮廓廓线曲曲线的的设计3、掌握凸、掌握凸轮机构基本尺寸的确定机构基本尺寸的确定机械原理机械原理讲义讲义本章教学内容本章教学内容 几种常用运几种常用运动规律的特点和律的特点和应用用 压力角与机构尺寸力角与机构尺寸 盘形凸形凸轮廓廓线曲曲线的的设计1 1、应用与分用与分类2 2、从从动件的运件的运动规律律3 3、凸凸轮廓廓线曲曲线的的设计4 4、凸凸轮机构基本尺寸的确定机构基本尺寸的确定重点和重点和难点：点：机械原理机械原理讲义讲义4-1

2、概概 述述 内燃机配气凸内燃机配气凸轮机机构构自自动机床机床进刀凸刀凸轮机构机构一凸一凸轮机构的概述机构的概述机械原理机械原理讲义讲义冲床凸冲床凸轮机构机构绕线机凸机凸轮机构机构机械原理机械原理讲义讲义自自动车床凸床凸轮机构机构圆柱凸柱凸轮输送机送机机械原理机械原理讲义讲义 凸凸轮机构的机构的组成成凸凸轮、从、从动件和机架。件和机架。凸凸轮机构的适用机构的适用场合合广广泛泛用用于于各各种种机机械械，特特别是是自自动机机械械、自自动控控制制装装置置和和装配生装配生产线。凸凸轮机构的机构的优点点 结构构简单、紧凑、工作可靠，可以使从凑、工作可靠，可以使从动件准确件准确实现各各种种预期的运期的运动规

3、律，律，还易于易于实现多个运多个运动的相互的相互协调配合。配合。凸凸轮机构的缺点机构的缺点 凸凸轮轮廓与从廓与从动件之件之间是高副接触，易于磨是高副接触，易于磨损。机械原理机械原理讲义讲义二凸二凸轮机构的分机构的分类(一一)按凸按凸轮的形状分的形状分 盘形凸形凸轮Plate cam移移动凸凸轮Wedge cam机械原理机械原理讲义讲义圆柱凸柱凸轮Cylindrical cam机械原理机械原理讲义讲义(二二)按从按从动件运件运动副元素的形状分副元素的形状分尖尖顶从从动件件Knife-edge follower滚子从子从动件件Roller follower机械原理机械原理讲义讲义平底从平底从动件件

4、Flat-face follower机械原理机械原理讲义讲义(三三)按从按从动件的运件的运动形式分形式分摆动从从动件件Oscillating follower移移动从从动件件Reciprocating follower机械原理机械原理讲义讲义(四四)按凸按凸轮与从与从动件件维持高副接触持高副接触(封封闭)的方式分的方式分力封力封闭型凸型凸轮机构机构Force-closed cams弹簧力封簧力封闭Force-closed by preloaded spring重力封重力封闭 Force-closed by gravity机械原理机械原理讲义讲义形封形封闭型凸型凸轮机构机构Form-closed

5、 cams凹槽凸凹槽凸轮机构机构Plate-groove cam mechanism等等宽凸凸轮机构机构Constant-breadth cam mechanism机械原理机械原理讲义讲义形封形封闭型凸型凸轮机构机构Form-closed cam mechanism等径凸等径凸轮机构机构Conjugate yoke radial cam mechanism共共轭凸凸轮机构机构Conjugate cam mechanism机械原理机械原理讲义讲义rb 三凸三凸轮机构的工作循机构的工作循环与运与运动学学设计参数参数h S S S S DD0B0B sO,t360基基圆 基基圆半径半径rb推程推程推

6、程角推程角 升距升距h远停停远停角停角 s回程回程回程角回程角 近停近停近停角近停角 s B 位移曲位移曲线机械原理机械原理讲义讲义 从从动件的运件的运动线图(Diagram of motion)位位移移线图(Displacement diagram)反反映映了了从从动件件的的位位移移s 随随时间t 或凸或凸轮转角角 变化的化的规律。律。速速度度线图(Velocity diagram)反反映映了了从从动件件的的速速度度v 随随时间t 或凸或凸轮转角角 变化的化的规律。律。加加速速度度线图(Acceleration diagram)反反映映了了从从动件件的的加速度加速度a 随随时间t 或凸或凸轮

7、转角角 变化的化的规律。律。跃度度线图线(Jerk diagram)反反映映了了从从动件件的的跃度度j 随随时间t 或凸或凸轮转角角 变化的化的规律。律。结论凸凸轮轮廓廓曲曲线的的形形状状决决定定了了从从动件件的的运运动规律律。要要使使从从动件件实现某某种种运运动规律律，就就要要设计出出与与其其相相应的的凸凸轮轮廓廓曲曲线。机械原理机械原理讲义讲义 凸凸轮机构的运机构的运动学学设计参数参数 推程角推程角(Cam angle for rise)远停角停角(Cam angle for outer dwell)S 回程角回程角(Cam angle for return)近停角近停角(Cam angl

8、e for inner dwell)S 从从动件的位移件的位移s、速度速度v、加速度加速度a、跃度度j 凸凸轮机构的基本尺寸机构的基本尺寸 基基圆(Base circle)半径半径rb 移移动从从动件凸件凸轮机构的偏距机构的偏距(Offset distance)e 摆动从从动件的杆件的杆长(Follower arm)l 中心距中心距(Center distance)L机械原理机械原理讲义讲义B dtt 第二第二节 凸凸轮机构的机构的传力特性力特性 传力特性分析目的力特性分析目的确确定定构构件件之之间相相互互的的作作用用力力，为解解决决磨磨损及及强度度尺尺寸寸设计提提供供可可靠靠的的数据。数据。

9、FR2FR1 1 2 2 vGF 压力力角角 不不计摩摩擦擦时，凸凸轮对从从动件件作作用用力力方方向向线nn与与从从动件件上上力力作作用用点点的的速速度度方方向向之之间所所夹的的锐角。角。lbnn机械原理机械原理讲义讲义传力特性分析力特性分析 载荷荷G 不不变时，压力角力角 增大，使增大，使上式分母上式分母变小，作用力小，作用力F 将增大。将增大。压力角力角 增大到增大到时分母分母为零，零，则F，机构，机构发生自生自锁。B dttFR2FR1 1 2 2 vGFlbnn机械原理机械原理讲义讲义凸凸轮机构的瞬机构的瞬时效率效率 机构机构刚好好发生自生自锁时的的压力角力角为临界界压力角力角 c 凸

10、凸轮机构能正常工作的重要条件机构能正常工作的重要条件 max c推推程程 移移动从从动件件 30 40；摆动从从动件件 40 45。回程回程 70 80。机械原理机械原理讲义讲义第三第三节 凸凸轮机构的机构的设计过程程 凸凸轮机构的机构的设计内容内容机构运机构运动分配分配设计凸凸轮机构机构选型型凸凸轮机构的机构的动力力学分析与学分析与设计凸凸轮机构机构结构构设计刀具中心刀具中心轨迹坐迹坐标计算算凸凸轮轮廓曲廓曲线设计凸凸轮机构基本尺寸机构基本尺寸设计确定凸确定凸轮各个各个转角角计算从算从动件位移参数件位移参数从从动件运件运动规律律设计凸凸轮机构运机构运动学学尺度尺度设计机械原理机械原理讲义讲义

11、第四第四节 凸凸轮机构运机构运动学参数和学参数和基本尺寸的基本尺寸的设计 一、工作循一、工作循环图与凸与凸轮工作工作转角的确定角的确定凸凸轮的的工工作作转角角应当当根根据据机机器器中中各各个个执行行机机构构动作作之之间的的配配合合关关系系，由由工工作作循循环图(Working cycle diagram)来来确定。确定。机械原理机械原理讲义讲义工工艺过程程电阻体上料阻体上料电阻体阻体夹紧送帽送帽压帽帽电阻自阻自动压帽机帽机传动系系统图送帽送帽压帽机构凸帽机构凸轮电阻坯件阻坯件电阻送料机构凸阻送料机构凸轮电阻帽阻帽夹紧机构凸机构凸轮送帽送帽压帽机构凸帽机构凸轮机械原理机械原理讲义讲义回程回程等待

12、等待夹紧电阻自阻自动压帽机工作循帽机工作循环图从从动件位移曲件位移曲线图凸凸轮轮廓廓图凸凸轮名称名称序号序号902400150送送电阻体阻体135342025260送帽送帽压帽帽012028545回程回程夹紧090180270360电阻体阻体上料凸上料凸轮电阻体阻体夹紧凸凸轮送、送、压帽帽凸凸轮132回程回程等待等待压帽帽机械原理机械原理讲义讲义 二、从二、从动件运件运动规律律设计从从动件件的的运运动规律律(Law of motion)，由由凸凸轮轮廓廓曲曲线(Cam profile)形形状状决决定定。从从动件件不不同同的的运运动规律律，要要求求凸凸轮具具有有不不同同形形状状的的轮廓曲廓曲线。

13、正确正确选择和和设计从从动件的运件的运动规律，是凸律，是凸轮机构机构设计的重要的重要环节。常用运常用运动规律律工程工程实际中中经常用到的运常用到的运动规律。律。数学方程式数学方程式 位移方程位移方程s=f()从从动件运件运动规律的表示律的表示运运动线图机械原理机械原理讲义讲义 从从动件的常用运件的常用运动规律律(一一)基本运基本运动规律律 基基本本运运动规律律(Fundamental law)包包括括多多项式式类运运动规律律(Law of polynomial motion)和三角函数和三角函数类运运动规律。律。1.多多项式式类运运动规律律 基本运基本运动规律中，律中，n 3。2.三角函数三角

14、函数类运运动规律律(Law of trigonometric function)主主要要有有余余弦弦加加速速度度运运动规律律(Law of cosine acceleration motion)和和正正弦弦加加速速度度运运动规律律(Law of sine acceleration motion)s c0 c1 c2 2 c3 3cn n机械原理机械原理讲义讲义 余弦加速度运余弦加速度运动规律律 正弦正弦加速度运加速度运动规律律或或或或机械原理机械原理讲义讲义 3.几种常用运几种常用运动规律的特点律的特点 等速运等速运动规律律(Law of constant velocity)推程推程 速度曲速

15、度曲线不不连续，机，机构将构将产生生刚性冲性冲击(Rigid impulse)。等速运。等速运动规律适律适用于低速用于低速轻载场合。合。s,t v,ta,th位移位移线图加速度加速度线图速度速度线图机械原理机械原理讲义讲义 h 2h 2 等等加加速速等等减减速速运运动规律律(Law of constant acceleration and deceleration)加速度曲加速度曲线不不连续，机构将，机构将产生柔生柔性冲性冲击(Soft impulse)。等加速等减速运。等加速等减速运动规律适用于中速律适用于中速轻载场合。合。,ta,ts4h 2 2,tv2h 推程推程后半程后半程前半程前半程

16、机械原理机械原理讲义讲义 余弦加速度运余弦加速度运动规律律,ts,ta,tvvmax 1.57h 推程推程加加速速度度曲曲线不不连续，存存在在柔柔性性冲冲击。余余弦弦加加速速度度运运动规律适用于中速中律适用于中速中载场合。合。h amax 4.93h 2 2机械原理机械原理讲义讲义 正弦加速度运正弦加速度运动规律律速速度度曲曲线和和加加速速度度曲曲线连续，无无刚性性冲冲击和和柔柔性性冲冲击。正正弦弦加加速速度度运运动规律适用于高速律适用于高速轻载场合。合。s,t,ta,tvh vmax 2h amax 6.28h 2 2推程推程机械原理机械原理讲义讲义 345次多次多项式运式运动规律律(Law

17、 of polynomial motion)推程推程,tsvah 速速度度曲曲线和和加加速速度度曲曲线连续，无无刚性性冲冲击和和柔柔性性冲冲击。3-4-5次运次运动规律适用于高速中律适用于高速中载场合。合。机械原理机械原理讲义讲义 (二二)组合运合运动规律律 为了了克克服服单一一运运动规律律的的某某些些缺缺陷陷，获得得更更好好的的运运动和和动力力特特性性，可可以以把把几几种种运运动规律律拼拼接接起起来来，构构成成组合合运运动规律律(Law of combined motion)。组合原合原则位位移移曲曲线、速速度度曲曲线必必须连续，高高速速凸凸轮机机构构加加速速度度曲曲线也也必必须连续。各各段

18、段运运动规律律的的位位移移、速速度度和和加加速速度度曲曲线在在连接接点点处其其值应分分别相等。相等。vs a ,t,t,thOOO vs a ,t,t,thOOO 正弦加速度曲正弦加速度曲线与直与直线组合合机械原理机械原理讲义讲义 (三三)选择或或设计从从动件运件运动规律律时应考考虑的的问题 当当机机器器的的工工作作过程程对从从动件件的的运运动规律律有有特特殊殊要要求求，而而凸凸轮的的转速速不不太太高高时，应首首先先从从满足足工工作作需需要要出出发来来选择或或设计从从动件的运件的运动规律，其次考律，其次考虑动力特性和便于加工。力特性和便于加工。h 刀架刀架进给凸凸轮机构机构机械原理机械原理讲义

19、讲义 工件工件 当当机机器器的的工工作作过程程只只要要求求从从动件件实现一一定定的的工工作作行行程程，而而对其其运运动规律律无无特特殊殊要要求求时，对于于低低速速凸凸轮机机构构，主主要要考考虑便于加工；便于加工；对于高速凸于高速凸轮机构，首先考机构，首先考虑动力特性。力特性。夹紧凸凸轮机构机构工件工件 机械原理机械原理讲义讲义 当当机机器器对从从动件件的的运运动特特性性有有特特殊殊要要求求，而而凸凸轮的的转速速又又较高高，并并且且只只用用一一种种基基本本运运动规律律又又难于于满足足这些些要要求求时，可以考，可以考虑采用采用满足要求的足要求的组合运合运动规律。律。在在设计从从动件件运运动规律律时

20、，除除了了要要考考虑其其冲冲击特特性性之之外外，还要要考考虑从从动件件的的最最大大速速度度vmax、最最大大加加速速度度amax以以及及最最大大跃度度jmax，这一点一点对于高速凸于高速凸轮机构尤其重要。机构尤其重要。机械原理机械原理讲义讲义CnnO Bes0sDrb ds d 三三、盘形形凸凸轮机机构构基基本本尺尺寸寸的的设计 (一一)移移动从从动件件盘形形凸凸轮机机构基本尺寸的构基本尺寸的设计 1.压力角与凸力角与凸轮基基圆的关系的关系 压力力角角对凸凸轮机机构构的的受受力力状状况况有有直直接接影影响响，在在运运动规律律选定定之之后后，它它主主要要取取决决于于凸凸轮机机构构的的基基本本结构

21、构尺寸。尺寸。P为相相对瞬心瞬心由由 BCP得得vvP 对心移心移动从从动件件盘形凸形凸轮机构机构e 0。结论移移动从从动件件盘形凸形凸轮机构的机构的压力角力角 与基与基圆半径半径rb、从从动件偏置方位和偏距件偏置方位和偏距e有关。有关。机械原理机械原理讲义讲义 2.偏置方位和偏距偏置方位和偏距e的确定的确定 偏置方位的偏置方位的选择应有利于减小凸有利于减小凸轮机构推程机构推程时的的压力角。力角。应当使从当使从动件偏置在推程件偏置在推程时瞬心瞬心P 的位置的同一的位置的同一侧 正确偏置正确偏置 OB nnPe错误偏置偏置 需需要要注注意意的的是是，若若推推程程压力力角角减减小小，则回回程程压力

22、力角角将将增增大。大。确定确定e可用可用图解法或解析法。解法或解析法。BO nnPe机械原理机械原理讲义讲义 3.凸凸轮基基圆半径的确定半径的确定 限制基限制基圆半径的条件半径的条件 凸凸轮的基的基圆半径半径rb应大于凸大于凸轮轴的半径的半径rS；最大最大压力角力角 max 许用用压力角力角 ；凸凸轮轮廓曲廓曲线的最小曲率半径的最小曲率半径 min 0。当当要要求求机机构构具具有有紧凑凑的的尺尺寸寸时，应当当按按许用用压力力角角 来确定凸来确定凸轮的基的基圆半径半径rb。步步骤 确定凸确定凸轮转动轴心的位置心的位置 确定确定从从动件的正确偏置方位以及偏距件的正确偏置方位以及偏距e 将将 代入前

23、式代入前式 确确定定s s()，求求出出ds d，代代入入上上式式求求出出一一系系列列rb值，选取其中的最大取其中的最大值作作为凸凸轮的基的基圆半径半径 机械原理机械原理讲义讲义 工工程程上上常常常常借借助助于于诺模模图(Nomogram)来来确确定定凸凸轮的的最最小小基基圆半半径径。借借助助于于诺模模图既既可可以以近近似似确确定定凸凸轮的的最最大大压力力角角，也也可可以以根根据据所所选择的基的基圆半径来校核最大半径来校核最大压力角。力角。h rb 等速运等速运动0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0 h rb等加速等减速运等加速等减速运动0.01

24、 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0 凸凸轮转角角 5101525303540205060708090100200300350最大最大压力角力角 max510152520354555657585403050607080h rb 余弦加速度运余弦加速度运动0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 510152520354555657585403050607080最大最大压力角力角 max5101525303540205060708090100200300350 凸凸轮转角角 h rb 正弦加速度运正弦加速度运动0.01 0.1 0.2 0.4 0

25、.6 1.0 2.0 5.0 机械原理机械原理讲义讲义h rb 等速运等速运动0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0 h rb等加速等减速运等加速等减速运动0.01 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0 凸凸轮转角角 5101525303540205060708090100200300350最大最大压力角力角 max510152520354555657585403050607080h rb 余弦加速度运余弦加速度运动0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 5101525203545556575854

26、03050607080最大最大压力角力角 max5101525303540205060708090100200300350 凸凸轮转角角 h rb 正弦加速度运正弦加速度运动0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 例例 一一对心心移移动从从动件件盘形形凸凸轮机机构构，45，h 19mm，推推程程时从从动件件以以正正弦弦加加速速度度规律律运运动动，推推程程压力角力角 30，确定凸，确定凸轮基基圆半径半径rb。作作图得得h rb 0.26，rb 19 0.26 73.08mmh rb 正弦加速度运正弦加速度运动机械原理机械原理讲义讲义 确定凸确定凸轮基基圆半径的通常做法半

27、径的通常做法 根根据据结构构和和强度度的的需需要要，按按经验公公式式rb(1.6 2)rS初初步步选定凸定凸轮基基圆半径半径rb，然后校核，然后校核压力角，以力角，以满足足 max 的条件的条件。注意注意凸凸轮机机构构的的效效率率不不仅与与压力力角角有有关关，还与与从从动件件支支承承的的悬臂臂长b及两支承的距离及两支承的距离l 有关，在有关，在设计时要注意要注意选择。压力力角角还与与ds d 有有关关，在在工工作作升升距距(Lift)h确确定定后后，ds d 则与与推推程程角角 有有关关。若若推推程程角角没没有有因因多多个个运运动协调关关系系而而受受到到严格格限限制制，也也可可以以通通过适适当

28、当增增大大 来来获得得较好好的的动力特性。力特性。机械原理机械原理讲义讲义nn Q 0 (二二)摆动从从动件件盘形凸形凸轮机构基本尺寸的机构基本尺寸的设计凸凸轮逆逆时针转动取取“”号；号；顺时针转动取取“”号。号。摆杆初始杆初始摆角角 0为LrbBO1 O2Plv机械原理机械原理讲义讲义 设计步步骤 按具体按具体结构所允构所允许的条件，的条件，选定基定基圆半径半径rb和中心距和中心距L 设摆杆在起始位置杆在起始位置时与基与基圆半径垂直半径垂直 选定定运运动规律律，计算算凸凸轮廓廓线上上各各点点压力力角角，校核校核 max 如如果果 max ，调整整l值，重重新新计算算；若若l超超过某某一一规定

29、定值，则增增大大rb，重重新新计算算l和和 0，直直至至满足足要求要求为止。止。及及nn Q 0 LrbBO1 O2Plv机械原理机械原理讲义讲义第五第五节 平面凸平面凸轮轮廓曲廓曲线的的设计 一、凸一、凸轮轮廓曲廓曲线设计的基本原理的基本原理 (一一)凸凸轮轮廓曲廓曲线的的设计方法方法作作图法法解析法解析法基本原理基本原理反反转法原理法原理凸轮轮廓曲线设计方法的基本原理凸轮轮廓曲线设计方法的基本原理机械原理机械原理讲义讲义rbOs 1 3 5 7 8 60120909060120 1 2 90A909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 二、二、用作用作图法法设

30、计凸凸轮廓廓线 1.对心尖心尖顶移移动从从动件件盘形凸形凸轮廓廓线的的设计已已知知凸凸轮的的基基圆半半径径rb，凸凸轮角角速速度度 和和从从动件件的的运运动规律律，设计该凸凸轮轮廓曲廓曲线。选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线和和基基圆rb。等等分分位位移移曲曲线及及反反向向等等分分各各运运动角角，确确定定反反转后后对应于各等分点的从于各等分点的从动件的位置。件的位置。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转后后从从动件件尖尖顶在在各等分点占据的位置。各等分点占据的位置。设计步步骤 将各尖将各尖顶点点连接成一条光滑曲

31、接成一条光滑曲线。机械原理机械原理讲义讲义rbOA 2.对心心滚子移子移动从从动件件盘形凸形凸轮廓廓线的的设计已知凸已知凸轮的基的基圆半径半径rb，滚子半径子半径rr、凸、凸轮角速度角速度 和从和从动件的运件的运动规律，律，设计该凸凸轮轮廓曲廓曲线。选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线和和基基圆rb。等等分分位位移移曲曲线及及反反向向等等分分各各运运动角角，确确定定反反转后后对应于于各各等等分分点点的的从从动件的位置。件的位置。理理论轮廓曲廓曲线实际轮廓曲廓曲线s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60120 1 2

32、90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转后后从从动件件滚子子中中心心在在各等分点占据的位置。各等分点占据的位置。将各点将各点连接成一条光滑曲接成一条光滑曲线。作作滚子子圆族族及及滚子子圆族族的的内内(外外)包包络线。设计步步骤机械原理机械原理讲义讲义rbOA 3.对心平底移心平底移动从从动件件盘形凸形凸轮廓廓线的的设计 已知凸已知凸轮的基的基圆半径半径rb，角速度角速度 和从和从动件的运件的运动规律，律，设计该凸凸轮轮廓曲廓曲线。选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线和和基基圆rb。设计步步骤 等等分分位位移移

33、曲曲线及及反反向向等等分分各各运运动角角，确确定定反反转后后对应于于各各等等分分点点的从的从动件的位置。件的位置。s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60120 1 2 90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转后后平平底底与与导路路中中心心线的交点的交点A在各等分点占据的位置。在各等分点占据的位置。作作平平底底直直线族族及及平平底底直直线族的内包族的内包络线。机械原理机械原理讲义讲义eA4.偏置尖偏置尖顶移移动从从动件件盘形凸形凸轮廓廓

34、线的的设计已知凸已知凸轮的基的基圆半径半径rb，角速度角速度 和从和从动件的运件的运动规律及偏心距律及偏心距e，设计该凸凸轮轮廓曲廓曲线。选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线、基、基圆rb和偏距和偏距圆e。等等分分位位移移曲曲线及及反反向向等等分分各各运运动角角，确确定定反反转后后对应于于各各等等分分点点的的从从动件件的的位置。位置。O 6 1 2 3 4 5 7 8 14 13 12 11 10 9 s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 1312 14 10 确确定定反反转后后从从动件件尖尖顶在各等分点占据的位置在各等分点占据的位置。将将各

35、各尖尖顶点点连接接成成一一条光滑曲条光滑曲线。设计步步骤k1k2k3k5k4k6k7k812345678k9k10k11k12k13k14k159101112131415机械原理机械原理讲义讲义rbO 1 2 345 6 7 8 6012090 90 5.尖尖顶摆动从从动件件盘形凸形凸轮廓廓线的的设计已知凸已知凸轮的基的基圆半径半径rb，角速度角速度，摆杆杆长度度l以及以及摆杆回杆回转中心与凸中心与凸轮回回转中心的距离中心的距离L，摆杆角位移曲杆角位移曲线，设计该凸凸轮轮廓曲廓曲线。1 2 3 4 5 6 7 120B 1 1B1B2B3B4B5B6B7B86090 dB 2 2B 3 3B

36、4 4B 5 5B 6 6B 7 7A1A2A3A4A5A6A7A8 A Bl 选比比例例尺尺 ，作作位位移移曲曲线，作作基基圆rb和和转轴圆OA。等等分分位位移移曲曲线及及反反向向等等分分各各运运动角角，确确定定反反转后后对应于于各各等等分分点的点的转轴A的位置。的位置。确确定定反反转后后从从动件件尖尖顶在各等分点占据的位置。在各等分点占据的位置。设计步步骤 将各尖将各尖顶点点连接成一条接成一条光滑光滑曲曲线。机械原理机械原理讲义讲义 三、三、用解析法用解析法设计凸凸轮廓廓线作作图法的缺点法的缺点繁繁琐、误差差较大。大。解析法的解析法的优点点计算精度高、速度快，适合凸算精度高、速度快，适合凸

37、轮在数控机床上加工。在数控机床上加工。解析法的解析法的设计结果果根根据据凸凸轮机机构构的的运运动学学参参数数和和基基本本尺尺寸寸的的设计结果果，求求出出凸凸轮轮廓廓曲曲线的的方方程程，利利用用计算算机机精精确确地地计算算出出凸凸轮轮廓廓曲曲线上各点的坐上各点的坐标值。机械原理机械原理讲义讲义 (一一)尖尖顶从从动件件盘形凸形凸轮机构机构1.尖尖顶移移动从从动件件盘形凸形凸轮机构机构已知参数已知参数 rb、e、s s()rbs0ss0e 凸凸轮轮廓曲廓曲线方程方程yBxByxB0OB 注注意意 e为代代数数量量，若若从从动件件导路路偏偏在在y轴的的右右侧，则e 0；否；否则，e 0。为对心移心移

38、动从从动件，件，e 0。规定凸定凸轮逆逆时针方向方向转动时，转角角 0，否否则，0。机械原理机械原理讲义讲义l sin(0)Lcos rbL 0 Lsin l cos(0)2.尖尖顶摆动从从动件件盘形凸形凸轮机构机构 注注意意 角角度度、(0 )都都是是代代数数值，规定定逆逆时针方向方向为正。正。已知参数已知参数 rb、l、L、s s()凸凸轮轮廓曲廓曲线方程方程 0 xOyA0B0lBAL机械原理机械原理讲义讲义 (二二)滚子从子从动件件盘形凸形凸轮机构机构 1.滚子移子移动从从动件件盘形凸形凸轮机构机构 已知参数已知参数 rb、rr、e、s s()分析分析 滚子子中中心心B的的运运动规律律

39、就就是是从从动件件的的运运动规律律。将将滚子子中中心心视为尖尖顶从从动件件的的尖尖顶，建建立立凸凸轮轮廓廓曲曲线方方程。程。理理论轮廓曲廓曲线 凸凸轮的基的基圆半径半径rb、压力角力角 定定义在理在理论轮廓曲廓曲线 上。上。rbs0ss0e BxByBxyB0Orr 理理论轮廓曲廓曲线(Pitch curve)方程方程机械原理机械原理讲义讲义 rbs0ss0e BxByBxyB0Orr 实际轮廓曲廓曲线(Cam profile)方程方程曲曲线在在B点的法点的法线nn的斜率的斜率rrnn A BA nn 机械原理机械原理讲义讲义 2.滚子子摆动从从动件件盘形凸形凸轮机构机构已知参数已知参数 rb

40、、rr、l、L、s s()凸凸轮理理论轮廓曲廓曲线方程方程 凸凸轮实际轮廓曲廓曲线方程方程 Ll sin(0)Lcos rbL xOyA0B0l 0 Lsin l cos(0)AB 0 机械原理机械原理讲义讲义 rbs PvxByB (三三)平平底底移移动从从动件件盘形形凸凸轮机构机构 已知参数已知参数 rb、s s()分析分析从从动件件的的平平底底通通常常垂垂直直于于从从动件件移移动导路路，其其凸凸轮的的实际轮廓廓曲曲线是是平平底底一一系系列列位位置置的的包包络线，通通常常按按对心从心从动件件进行行设计。凸凸轮的的实际轮廓曲廓曲线方程方程v vP OP,OP v ds d s0rbB0Oxy

41、 B Ads d 机械原理机械原理讲义讲义rcrrrcrr rc刀具中心刀具中心轨迹迹理理论轮廓曲廓曲线实际轮廓曲廓曲线b)刀具直径小于刀具直径小于滚子直径子直径刀具中心刀具中心轨迹迹实际轮廓曲廓曲线a)刀具直径大于刀具直径大于滚子直径子直径 四、刀具中心四、刀具中心轨迹迹计算算 用用数数控控机机床床加加工工凸凸轮以以及及在在凸凸轮磨磨床床上上磨磨削削凸凸轮时，通通常需要常需要给出刀具中心的直角坐出刀具中心的直角坐标值。(一一)滚子从子从动件件盘形凸形凸轮机构机构 rr理理论轮廓曲廓曲线rc rr机械原理机械原理讲义讲义刀具中心直角坐刀具中心直角坐标方程方程机械原理机械原理讲义讲义 (二二)平

42、平底底移移动从从动件件盘形形凸凸轮机构机构 平平底底移移动从从动件件盘形形凸凸轮机机构构的的凸凸轮既既可可以以用用砂砂轮的的端端面面磨磨削削，也也可可以以用用铣刀刀、砂砂轮或或钼丝的的外外圆加工。加工。用砂用砂轮的端面加工凸的端面加工凸轮刀具中心的直角坐刀具中心的直角坐标方程方程rbsBA rbOxy 机械原理机械原理讲义讲义第六第六节 凸凸轮机构从机构从动件的件的设计 从从动件件高高副副元元素素的的形形状状、从从动件件与与凸凸轮轮廓廓维持持接接触触的的方方式式、滚子子从从动件件的的滚子子直直径径、平平底底从从动件件的的平平底底宽度度等等的的确确定定，与与凸凸轮机机构构的的工工作作场合合、工工

43、作作性性能能、从从动件件的的运运动规律等方面的要求密切相关。律等方面的要求密切相关。一、从一、从动件高副元素形状的件高副元素形状的选择 平平面面凸凸轮可可以以采采用用尖尖顶、滚子子、平平底底等等形形状状的的从从动件件，空空间凸凸轮通通常常只只能能采采用用滚子子从从动件件。从从动件件高高副副元元素素形形状状应根据凸根据凸轮机构的机构的应用用场合确定。合确定。机械原理机械原理讲义讲义 二、从二、从动件件滚子半径及平底子半径及平底宽度的确定度的确定 1.滚子半径的确定子半径的确定 rr a rr 0结论对于外凸于外凸轮廓，要保廓，要保证凸凸轮正常工作，正常工作，应使使 min rr。轮廓失真廓失真

44、a rr rr a rr 0轮廓正常廓正常轮廓廓变尖尖内凹内凹轮廓廓 a rr rr a rr轮廓正常廓正常外凸外凸轮廓廓 a 理理论轮廓曲廓曲线 实际轮廓曲廓曲线 rrrrrr机械原理机械原理讲义讲义 2.平底平底宽度的确定度的确定 123456788 7 6 5 4 3 2 1 9 10 11 12 13 14 1514131211109 rblmax 作作图法确定法确定 l 2lmax(5 7)mm机械原理机械原理讲义讲义 计算法确定算法确定 vCds d s0sPv CB OP v (ds dt)d dt)ds d v OP lmax|ds d|max l 2|ds d|max (5

45、7)mm|ds d|max根据推程和根据推程和回程分回程分别计算，取其最大算，取其最大值。rbOxy B0B机械原理机械原理讲义讲义 3.平底从平底从动件凸件凸轮机构的失真机构的失真现象象 Orbrb解决措施解决措施增大基增大基圆半径半径rb机械原理机械原理讲义讲义 小小结在在进行行凸凸轮轮廓廓曲曲线设计之之前前，需需要要先先确确定定基基圆半半径径rb。在在确确定定rb时，应考考虑结构构条条件件、压力力角角、工工作作轮廓廓是是否否失失真真等等因因素素。对于于移移动动从从动件件盘形形凸凸轮机机构构，在在条条件件允允许的的情情况况下下时，应取取较大大的的导轨长度度l和和较小小的的悬臂臂尺尺寸寸b。

46、对滚子子从从动件件，应恰恰当当选取取滚子子半半径径rr；对平平底底从从动件件，应确定合适的平底确定合适的平底宽度度l。此外，此外，还应注意注意满足足强度和工度和工艺性要求。性要求。机械原理机械原理讲义讲义基本要求基本要求了了解解凸凸轮机机构构的的基基本本结构构特特点点、类型型及及应用用，学学会会根根据据工工作作要要求求和和使使用用场合合选择凸凸轮机构。机构。了了解解凸凸轮机机构构的的设计过程程，对凸凸轮机机构构的的运运动学学、动力力学学参参数数有有明明确确的的概念。概念。掌掌握握从从动件件常常用用运运动规律律的的特特点点及及适适用用场合合，了了解解不不同同运运动规律律位位移移曲曲线的拼接原的拼

47、接原则与方法。与方法。掌掌握握凸凸轮机机构构基基本本尺尺寸寸设计的的原原则，学学会会根根据据这些些原原则确确定定移移动滚子子从从动件件盘形形凸凸轮机机构构的的基基圆半半径径、滚子子半半径径和和偏偏置置方方向向，摆动从从动件件盘形凸形凸轮机构的机构的摆杆杆长、中心距以及移、中心距以及移动平底从平底从动件平底件平底宽度。度。熟熟练掌掌握握应用用反反转法法原原理理设计平平面面凸凸轮轮廓廓曲曲线，学学会会凸凸轮机机构构的的计算算机机辅助助设计方法。方法。机械原理机械原理讲义讲义第三章第三章习题3-1、3-3、3-5、3-6、3-7、3-8、3-11、3-12机械原理机械原理讲义讲义机械原理机械原理讲义讲义机械原理机械原理讲义讲义谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH