课时授课计划
第9次课
【教学课题】：§4-4 凸轮机构设计的几个问题【教学目的】：掌握凸轮轮廓曲线的设计中的几个问题。
【教学重点及处理方法】：凸轮压力角和基圆半径。
处理方法：详细讲解
【教学难点及处理方法】：凸轮压力角和基圆半径的关系。
处理方法：分析讲解
【教学方法】: 讲授法
【教具】：三角板
【时间分配】：引入新课5min
新课80 min
小结、作业5min
第九次课
【提示启发引出新课】
由前面可知，凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律，而从动件的运动规律又要满足一定的工作要求。因此，在设计凸轮轮廓曲线之前，要根据工作要求选择适当的从动件运动规律，然后再考虑凸轮安装空间的尺寸大小及确定凸轮的基圆半径。
【新课内容】
§4-4凸轮机构设计的几个问题
一、滚子半径的确定
（1）凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系
工作廓线的曲率半径等于理论廓线的曲率半径ρ与滚子半径rT 之差。此时若ρ＝rT，工作廓线的曲率半径为零，则工作廓线将出现尖点，这种现象称为变尖现象；若ρ（2）滚子从动杆滚子半径的选择滚子半径的选择，应根据凸轮轮廓曲线是否产生变尖或失真现象来恰当地确定。1）凸轮工作廓线的最小曲率半径一般不应小于5mm 。如果不能满足此要求时，就应增大基圆半径或适当减小滚子半径，或必要时须修改从动杆的运动规律，或使凸轮工作廓线上出现尖点的地方代以合适的曲线。2）滚子的尺寸还受其强度、结构的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT＝(0.1～0.5)r0。二、凸轮机构的压力角及许用值图中F是凸轮对从动件的作用力，沿接触点A的公法线方向。压力角：指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角。从动件的受力方向与其运动方向之间所夹的锐角称为凸轮机构的压力角。将力F 分解成两个分力：αcos 1F F = αsin 2F F =F 1是从动件运动的有效分力；F 2是将从动件紧压在导路上产生摩擦阻力的有害分力。机构的自锁：当压力角增大到一定程度，无论用多大的力F ，都无法使从动件运动，即机构处于自锁状态。2. 许用压力角[a]为改善机构的受力状态，保持较高的传动效率，使机构具有良好的工作性能，使[]m in αα≤推程时：对于直动推杆取[a]＝300对于摆动推杆[a]＝350～450回程时：通常取700～800三、基圆半径的确定 由图分析可知：其中：r b ——基圆半径；ω——凸轮角速度；v 2——从动件上A 点的速度； s ——从动件位移；α——压力角；经验公式：r b>(0.8～1)ds式中：ds ——凸轮轴直径s v r b -=αωtan 2【小结】：凸轮机构的设计应该注意的问题。【作业】：预习【后记】：第九章 凸轮机构第九章 凸轮机构 一．学习指导与提示 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，是点或线接触的高副机构。它主要用于对从动件运动规律有特定要求的场合。读者应了解它和面接触的低副连杆机构的区别，比较他们的优缺点和适用场合。按凸轮的形状和运动形式来分，有盘形回转凸轮、平板移动凸轮和圆柱回转凸轮；按从动件形状不同有尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件；按从动件运动形式不同有直动从动件和摆动从动件；而直动从动件又可以根据其导路轴线是否通过凸轮轴线，分为对心直动从动件和偏直直动从动件。建议读者熟练掌握偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的原理，用反转作图法进行运动分析和廓线设计，启迪理解其它类型的凸轮机构。 1．从动件的常用运动规律及其选择 （1）对直动从动件而言，从动件的运动规律是指当凸轮以等角速度1ω转动时，从动件的位移2s 、速度2v 和加速度2a 随时间t 或凸轮转角1δ变化的规律，可用各自的表达式或线图表示。用反转作图法进行从动件运动分析或凸轮廓线设计时，常以12δ-s 线图表示从动件的运动规律，而12δ-s 线图的一阶、二阶微分线图便是12δ-v 线图和12δ-a 线图。 （2）从动件常见的运动规律有等速运动、等加速等减速运动和简谐运动。读者应掌握其位移、速度、加速度线图的变化、绘制方法、特点及其适用的场合。 （3）根据运动线图中速度线图和加速度线图的特征可判断机构是否存在刚性冲击和柔性冲击：凡在速度线图的尖点处，加速度线图阶跃变化（加速度值突然改变），必产生柔性冲击；凡加速度线图阶跃变化，加速度值趋向无穷大，必产生刚性冲击。 （4）选择从动件运动规律时需考虑的问题很多，核心是应满足凸轮在机械中执行工作的要求，要分清工作行程和回程，要考虑从动件只需实现一定的位移还是有特殊的运动规律；还应该考虑使凸轮有良好的动力特性以及使得所设计的凸轮便于制造等。 2．凸轮机构的运动分析及廓线设计 （1）凸轮机构的运动分析是指按给定的凸轮廓线和机构配置求从动件的运动规律（即求12δ-s 线图），而廓线设计是指按给定的从动件运动规律（即给定12δ-s 线图）和机构配置求凸轮廓线。凸轮机构运动分析和廓线设什互为逆过程，学习时前者相对直觉和容易一些，而后者更具有实用性。 （2）凸轮机构进行运动分析和廓线设计可采用作图法或解析法，其基本依据均为以相对运动原理为基础的反转法。读者应熟练掌握反转作图法。现以图9.1所示的偏直式的尖顶直动从动件盘形回转凸轮为例加以阐述。 图示机构中，当凸轮以等角速1ω绕轴心O 转动时，从动件、凸轮和机架三个构件之间的相对运动关系是确定的。现在设想给整个凸轮机构加上一个绕O 轴转动的公共角速度－1ω。这时三个构件之间的相对运动关系并没有改变。但这样一来．凸轮却可以看成静止不动，而从动件则随机架导路以角速度－1ω绕o 轴转动，同时又在自身的导路中相对机架往复运动。由于尖顶始终与凸轮轮廓相接触，很显然，反转中，凸轮的轮廓曲线就是从动件尖 顶的运动轨迹，从动件导路所依次途径的位置线被基圆和廓线所截的线段11 B B '、22B B ',…，即为从动件相应的位移量。由图9.1（a ）用反转法可得图9.1（b ）之12δ-s 曲线；反之，按图9.1（b ）所示给定的12δ-s 线图和所设计凸轮基圆半径0r 、偏距e 等配置情况求出从 动件的尖顶在反转运动中的轨迹点1 B '，2B '，…，光滑联接后即为所求凸轮轮廓曲线。机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计授课教案No任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟 复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习： （1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。15分钟 本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。 教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理 （2）分小组学习: 40分钟 3.1.1常用设备中的凸轮机构 1. 凸轮机构的组成 如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。 2.凸轮机构应用实例 自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。 3.1.2凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种： 1.按凸轮形状分类 (1）盘形凸轮（2）移动凸轮。（3）圆柱凸轮 2.按从动件形式分类 （1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件 从动件的结构形式 3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记 学生发言汇报并记录学习笔记 阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记 No（1）直动从动件 直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。 （2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。 4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合 利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触， （2）形锁合 利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。 3.1.3凸轮机构的常用术语如下： 1.凸轮基圆与基圆半径b r 2.凸轮的转角δ 凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。具体包括推程运动角0δ、远停程运 动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S δ'。 3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。 3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图 在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。 从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运 动规律）等常用运动规律。 1.等速运动规律 No凸轮曲线设计凸轮曲线设计 当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。 圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。 1 几何法 反转法设计原理： 以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例： 凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。 1). 直动从动件盘形凸轮机构 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构： 已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。 运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下： 1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。 2) 将位移线图s-f的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。 3) 自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C1、C2、C3凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 1. 引言 凸轮是一种机械传动装置，常用于将圆周运动转换为直线或曲线运动。凸轮的轮廓曲线设计是指根据特定要求和功能，确定凸轮的形状和尺寸的过程。本文将详细介绍凸轮轮廓曲线的设计原理、方法和注意事项。 2. 凸轮轮廓曲线的基本原理 凸轮的基本原理是通过其特定形状的外边缘，使其在旋转时能够驱动其他机械部件做直线或曲线运动。凸轮的外形通常由一条或多条连续光滑的曲线构成，这些曲线被称为凸轮的轮廓曲线。 3. 凸轮轮廓曲线设计方法 3.1 几何法 几何法是最常用的凸轮轮廓曲线设计方法之一。其基本步骤如下： 1.确定所需运动类型：直线运动、往复运动、旋转运动等。 2.根据所需运动类型选择合适的基本函数：例如直线函数、正弦函数等。 3.根据基本函数的特点和要求，确定凸轮的参数：例如振幅、周期等。 4.利用基本函数和凸轮参数，绘制凸轮的轮廓曲线。 5.对绘制得到的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.2 数值法 数值法是利用计算机辅助设计软件进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.确定凸轮的运动类型和要求。 2.利用计算机辅助设计软件创建凸轮模型。 3.在软件中选择合适的曲线函数和参数，并进行凸轮参数设置。 4.根据所选曲线函数和参数，生成凸轮的轮廓曲线。 5.对生成的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.3 实验法 实验法是通过制作实物模型来进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.根据设计要求和实际情况，选择合适的材料和加工工艺制作凸轮模型。 2.在模型上标记出所需运动类型对应的参考点。 3.利用传感器等设备记录参考点在运动过程中的位置。第六章凸轮机构设计第七章凸轮机构设计（4学时） 1．教学目标 1）了解凸轮机构的分类及应用； 2）了解推杆常用运动规律的选择原则； 3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； 4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。2．教学重点和难点 1）推杆常用运动规律特点及选择原则； 2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； 3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系； 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法：多媒体课件7.1 凸轮机构的应用及分类 一．凸轮机构的应用 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装臵组成的一种高副机构。其中凸轮是一个具 有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。下面我们先看两个凸轮使用的实例。 图6—1所示为以内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气门3开启和关闭（关闭时借助于弹簧4的作用来实现的），以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。 如图6—2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。刀具的一个进给运动循环包括：1）刀具以较快的速度接近工件；2）道具等速前进来切削工件；3） 完成切削动作后，刀具快速退回； 4） 刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。然后重复上述运动循 环。这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通 过摆动从动件来控制实现的。其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形 状。 由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。 同时，我们可以看出：凸轮机构的从动件是在凸轮控制下，按预定的运动规律运动的，这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。但是，由于是高副机构，接触应力较大，易于磨损，因此，多用于小载荷的控制或调节机构中。 二．凸轮机构的分类 根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种： 1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮：如图 6-1所示，这种凸轮是一个具有变化向径盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直与凸轮轴的平面内运动。机械原理教案12凸轮机构轮廓曲线的设计二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机 构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。 例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。从动件运动规律如下表所示： 推程 远休止 回程 近休止 运动角 1120δ= 260δ= 903=δ 490δ= 从动件运动规律 等速运动 正弦加速度运动 设计步骤： 1、建立推程段的位移方程：18120s δ =，回程段的位移方程： 12π181sin 902π90s δδ⎡⎤ ⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣ ⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份， 并求得对应点的位移。 2、画基圆和从动件的导路位置 3、画反转过程中从动件的各导路位置 4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点 5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。 需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。 2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。 如图6-19。 r0 a A0 A1 O B0B1内 容 3．直动滚子从动件盘形凸轮机构 例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。设计该机构。 设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径 4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构 思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17 图6-16 图6-17 图6-18 图6-1902 机械设计基础 拓展阅读：图解法设计凸轮机构轮廓曲线图解法设计凸轮机构轮廓曲线 从动件的运动规律与凸轮的轮廓曲线是密切相关的。那如何通过预期的从动件运动规律来设计凸轮的轮廓曲线呢？ 凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便易行且直观，但精确度有限，一般适用于低速或对从动件运动规律要求不太严格的凸轮机构的设计。解析法精确度高，一般应用于高速凸轮或精度要求较高的凸轮。接下来从作图原理、作图方法、凸轮机构设计中的常见问题三个方面来认识图解法。 一、作图原理。绘制凸轮轮廓曲线采用的是“反转法”原理，如图1所示。根据相对运动原理，给整个凸轮机构加一个与凸轮角速度ω1大小相等、方向相反的角速度-ω1，于是凸轮处于相对静止状态，而从动件一方面随机架以角速度-ω1绕凸轮轴心转动，另一方面又按已知的运动规律相对机架做直线运动，此时机构中各构件之间的相对运动并未改变。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以反转过程中从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。 图1 反转法原理 二、作图方法。以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制为例，如图2所示，其绘制步骤有四步。（1）确定凸轮的起始位置。按照从动件位移曲线一 为半径画基圆，在基圆上任取一点A作为从动件的初始位样的长度比例尺，r min 置。（2）等分位移曲线，得各分点位移量。即将推程运动角δt分成若干等分，得1、2、3、4、5、6、7、8.由各等分点作垂线，与位移线相交，得与凸轮各转角相应的从动件的位移量11’到88’。用相同的方法将回程运动角δh等分成若干份，并得出相应的从动件的位移量。（3）作从动件尖顶运动轨迹。在基圆上，自初始位置A开始，沿-ω 方向，依次取角度，按位移线图中相同等分，对推程 1 运动角δt、回程运动角δh分别作等分，在基圆上得分点1、2、3到14。连接基圆中心点到这些分点，则就是反转后从动件导路的位置。在这位置线上截取位移曲线11’等于凸轮位置线上11’，用同样的方法取后面的点。则1’、2’、3’一直到14’就是从动件的运动轨迹。（4）绘制凸轮轮廓。将凸轮上1’、2’、3’至14’用光滑曲线连接起来则得到了凸轮轮廓曲线。 图2 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的绘制 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制与刚才介绍的对心直动尖顶从动件的凸轮轮廓曲线绘制类似，如图3所示。首先将滚子的中心看作顶尖从动件的顶尖，按刚才介绍凸轮轮廓曲线的绘制的方法，作出尖顶从动件的理论轮廓曲线，再以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径为半径作一系列滚子圆，最后作这些圆的包络线，则得到对心直动滚子从动件凸轮的实际轮廓。 图3 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的绘制机械设计基础-凸轮机构要点第四章 凸轮机构 凸轮机构在机械工程领域中有着广泛的应用，特别在印刷机、包装机械、纺织机以及各种自动机中应用更加普遍。 凸轮机构具有传动、导向和控制等功能。当它作为传动机构时可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，则可以使执行机构的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可以控制执行机构的工作循环。凸轮机构还具有如下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，结构紧凑体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。 随着工业自动化程度的不断提高，凸轮机构的应用也日益广泛。本章从讨论凸轮机构的特点和应用入手，介绍凸轮机构的分类，从动件常用的运动规律，凸轮轮廓设计及凸轮机构设计的几个基本问题。 4.1 凸轮机构的应用及分类 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它与从动件通过高副接触，使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。 4.1.1 凸轮机构的应用与构成 在自动机械中，广泛应用着各种凸轮机构，它的作用主要是将凸轮(主动件)的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。例如： （1）图4-1所示的为单张纸胶印机中用于输送纸张的分纸吸嘴机构，当凸轮连续转动时，从动件(吸嘴)上下往复移动。当吸嘴下降到接近纸堆表面时，旋转气阀控制吸嘴吸气从而吸住纸堆最上面的一张纸，当凸轮继续转动时，吸嘴带纸上升并将纸交给递纸吸嘴，如此反复，完成纸张的逐张分离。 （2）图4-2所示的为一自动车床的进刀机构。当圆柱凸轮1回转时，经滚子4带动从动件2绕A 点作往复摆动，通过扇形齿轮和齿条的啮合使刀架3进刀或退刀。进刀和退刀的运动规律取决于凹槽曲线的形状。 从以上实例可以看出，凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架构成，通常凸轮作匀速转动。当凸轮作匀速转动时，从动件的运动规律(指位移、速度、加速度与凸轮转角(或时间)之间的函数关系) 1 2 3 4 图4-1 胶印机分纸吸嘴机构 1—凸轮；2—从动摆臂；3—分纸吸嘴；4—弹簧 3 1 2 A 4 图4-2 进刀机构 1—圆柱凸轮；2—从动件；3—刀架；4—滚子凸轮机构设计实验报告体会与建议凸轮机构设计实验报告体会与建议 引言 凸轮机构是机械传动系统中常用的机械元件，用于实现复杂的运动变换。在凸轮机构的设计实验中，我们对凸轮机构的结构、运动学和动力学性能进行了研究和测试。本报告将总结我们在实验中的体会和经验，并提出一些建议用于改进凸轮机构的设计。 实验目的 1.掌握凸轮机构的结构和运动学特性； 2.进行凸轮机构的动力学性能测试； 3.分析凸轮机构的不足之处，并提出改进方案。 实验方法 1. 凸轮机构的结构 凸轮机构由凸轮、从动件和传动件组成。我们首先了解了凸轮的特点和凸轮曲线的设计方法。然后选择了合适的从动件和传动件，完成了凸轮机构的总体结构设计。 2. 凸轮机构的运动学分析 为了了解凸轮机构的运动学特性，我们使用理论计算和模拟仿真的方法进行分析。通过分析凸轮的几何参数、从动件的运动规律和传动件的速度变化，我们得出了凸轮的轮廓曲线、从动件的位移-时间曲线和传动件的速度-时间曲线。 3. 凸轮机构的动力学测试 为了测试凸轮机构的动力学性能，我们进行了实际的实验。我们测量了凸轮机构的负载、转速和功率，并分析了凸轮机构的动力学特性，如动态特性、能量转换和损耗。实验结果与讨论 1. 凸轮机构的结构设计结果 我们设计了一个具有合理几何参数的凸轮，使从动件能够按照预定的规律运动。从动件和传动件的选择也符合凸轮机构的传动要求。 2. 凸轮机构的运动学分析结果 通过理论计算和模拟仿真，我们获得了凸轮的轮廓曲线、从动件的位移-时间曲线 和传动件的速度-时间曲线。我们发现凸轮机构的运动学性能与凸轮的几何形状、 从动件的工作范围和传动件的速度比等因素密切相关。 3. 凸轮机构的动力学测试结果 在实际测试中，我们发现凸轮机构的负载、转速和功率与凸轮的几何参数、从动件的工作负荷和传动件的摩擦有关。我们还观察到了凸轮机构的动态特性、能量转换和损耗等现象。 结论 凸轮机构是一种重要的机械传动元件，具有复杂的结构和运动学、动力学特性。通过实验和分析，我们对凸轮机构的设计、运动学和动力学性能有了更深入的理解。在今后的设计中，我们可以根据实验结果提出以下建议： 1.设计凸轮时应考虑几何参数的合理性，以实现所需的运动规律； 2.在凸轮机构的运动学分析中，应重点关注凸轮的轮廓曲线和从动件的位移规 律； 3.在凸轮机构的动力学测试中，应注意测量凸轮机构的负载、转速和功率，并 分析其与设计参数的关系。 通过改进凸轮的几何形状、优化从动件的工作范围和减小传动件的摩擦损耗等措施，我们可以进一步提高凸轮机构的性能和效率。 参考文献 1.张三，李四，王五. 凸轮机构设计与分析[M]. 机械工业出版社，2008. 2.刘六，陈七. 凸轮机构动力学性能研究[J]. 机械工程学报，2010，46(10): 123-130.机械原理课程教案—凸轮机构及其设计机械原理课程教案一凸轮机构及其设计 一、教学目标及基本要求 1了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。 2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。 3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。 4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。 5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。 二、教学内容及学时分配 第一节概述 第二节凸轮机构基本运动参数设计 第三节凸轮机构基本尺寸设计（第一、二、三节共2学时）第四节凸轮轮廓曲线设计（15学时） 第五节凸轮机构从动件设计（1学时）第六节凸轮机构的计算机辅助设计（0.5学时） 三、教学内容的重点和难点 重点： 1.凸轮机构的型式选择。 2.从动件运动规律的选择及设计。 3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。 4.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。 难点： 凸轮轮廓曲线设计的图解法 四、教学内容的深化与拓宽 空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。 五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题 充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。 在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互凸轮机构设计知识点凸轮机构设计知识点 凸轮机构是一种应用广泛的机械传动装置，它利用凸轮的凸起部分 与随动件的运动接触，以实现特定的运动规律和功能。在工程设计中，合理地设计凸轮机构能够优化运动性能、提高效率和可靠性。本文将 针对凸轮机构的设计知识点进行详细介绍。 一、凸轮曲线的设计 凸轮机构的性能主要取决于凸轮曲线的设计，凸轮曲线的形状和参 数会直接影响机构的运动规律和输出功率。在凸轮曲线的设计中，需 要考虑以下几个关键因素： 1. 运动规律：根据机构的要求，确定凸轮曲线的运动规律，如简谐 运动、匀加速运动等。运动规律的选择应该符合机构的实际需求。 2. 接触应力：凸轮曲线的设计应尽量避免产生过大的接触应力，以 确保传动的平稳和可靠。需要注意的是，在高速运动和重载工况下， 接触应力可能会变得更为重要。 3. 凸轮曲线的曲率半径：凸轮曲线的曲率半径对机构的运动特性有 重要影响。通常情况下，较小的曲率半径会导致更大的凸轮尺寸和更 小的接触应力，但也会增加摩擦和磨损。 4. 凸轮曲线的周期：凸轮曲线的周期直接影响机构的输出频率和运 动频率。在设计中需要确定凸轮曲线的周期和相位，以满足机构工作 的要求。二、凸轮机构的配合设计 凸轮机构的配合设计是指凸轮和随动件之间的配合关系，凸轮的凸 起部分通常与随动件的凹槽或滚道进行配合。在凸轮机构的配合设计中，需要考虑以下几个关键因素： 1. 清凸：清凸是指在凸轮的凸起部分与随动件的配合过程中，凸轮 顶部和凹槽底部的间隙。合理的清凸设计可以保证运动的平滑和噪音 的降低。 2. 凸轮与随动件的配合形式：凸轮机构的配合形式主要有滚动配合 和滑动配合两种形式。滚动配合适用于高速和高精度要求的机构，而 滑动配合适用于低速和较宽容差的机构。 3. 润滑和磨损：凸轮机构在运动中会产生摩擦和磨损，因此需要进 行良好的润滑设计，以减少摩擦和延长机构的使用寿命。 三、凸轮机构的动力分析 凸轮机构的动力分析是指对凸轮机构进行力学和动力学的数学建模 与分析，以预测和评估机构在不同工况下的运动性能和受力情况。在 凸轮机构的动力分析中，需要考虑以下内容： 1. 动力学模型：根据凸轮机构的结构和运动特性，建立凸轮机构的 动力学模型，包括质点模型、连杆机构模型等。通过模型分析，可以 预测机构的运动轨迹、力学特性等。 2. 受力分析：根据动力学模型，进行受力分析，计算凸轮机构中各 个零部件的受力情况。受力分析有助于评估机构的强度安全性和寿命。浅析凸轮机构设计中注意的几个问题浅析凸轮机构设计中注意的几个问题 作者：朱冬伟 来源：《读与写·下旬刊》2016年第12期 摘要：设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现所预期的运动规律，而且还要求其动力性能良好，体积小，结构紧凑。这就要合理确定机构各部分的尺寸，设计出质量较好的凸轮机构。 关键词：滚子半径；压力角；基圆半径 中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2016）12-0369-01 在设计机械时，常要求其中某些从动件的位移、速度或加速度按照预定的规律变化。虽然这种要求也可以利用连杆机构来实现，但难以精确满足，而且连杆机构及其设计方法也较复杂。因此，在这种情况下，特别是要求从动件按复杂的运动规律运动时，通常多采用凸轮机构。 凸轮机构是有凸轮、从动件、机架以及附属装置所组成的高副机构。当凸轮连续转动时，由于其轮廓线上各点具有不同大小的向径，通过其曲线轮廓与从动件之间的高副接触，推动从动件，使其按所预定的规律进行往复运动。例如内燃机配气机构，当具有曲线轮廓的凸轮连续转动时，凸轮迫使气阀杆相对于气阀导管作往复直线移动，从而控制气阀有规律地开启和关闭。该气阀杆的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线的形状。再如自动机床的进刀机构，当具有凹槽的圆柱凸轮连续转动时，其凹槽的侧面迫使从动件做往复摆动，从而控制刀架的自动进刀和退刀运动。刀架的运动规律完全取决于圆柱凸轮凹槽曲线的形状。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，而且其结构简单、紧凑，运动可靠，这是凸轮机构的优点。因此，凸轮机构广泛应用于各种机械、仪器以及自动控制装置之中。但凸轮机构于从动件之间为点接触或线接触，压强较大，容易磨损，且凸轮机构轮廓曲线加工较困难，所以，凸轮机构多用于要求精确实现比较复杂的运动规律而传动并不大的场合。 设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现所预期的运动规律，而且还要求其动力性能良好，体积小，结构紧凑。这些要求均与滚子半径、基圆半径、压力角等因素有关。这就要合理确定机构各部分的尺寸，设计出质量较好的凸轮机构。下面就分析凸轮机构设计中应注意的几个问题。 1.滚子半径的确定 凸轮机构中，常采用滚子从动件。合理选择滚子的半径，要考虑多方面的因素。从滚子本身的结构设计和强度等方面考虑，将滚子半径取大些好。因为这样有利于提高滚子的接触强度和寿命，也便于进行滚子结构设计和安装。但是滚子半径的增大也要收到一定的限制，因为滚探析凸轮机构设计中应注意的问题探析凸轮机构设计中应注意的问题 作者：侯毅红 来源：《中国科技博览》2014年第24期 中图分类号：F407.44 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）24-0359-01 一、压力角与自锁现象 图1所示为尖顶直动从功件凸轮机构。苦不考虑摩擦，凸轮作用于从动件上的力Fn是沿接触点的法线n-n方向。 1.定义 力与从动件运动方向之间所夹的锐角。称为凸轮机构的压力角。法向力可分解为沿从动件导路方向的有用分力和使从动件紧压导路的有害分力、是推动从功件运动的力，它除了克服作用于从动件上的工作阻力外，还需克服导路对从动件的摩擦阻力，而这个摩擦阻力是由引起的。 有用分力： 有害分力： 摩擦阻力： 当一定时.压力角增大，有害分力增大，由有害分力引起的摩擦阻力增大，凸轮推动从动件越费劲，机构的效率越低。 2.自锁现象 当压力角“增大到某一值时，有可能出现由在导路中所引起的摩擦阻大于有用分力，这时，无论凸轮给从动件的作用力有多大，都无法推动从动件运动，即机构发生自锁现象。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压力角加以限制，一般设计中，许用压力角【】的数值推荐如下： 直动从动件：推程时许用压力角 摆动从动件：推程时许用压力角 对于依导弹簧或重力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构，在回程时，从动件是在弹簧或重力作用下返回的.一般不会产个自锁现象。因此，对于这类凸轮机构，通常只需校核推 程压力角。 凸轮轮廓曲线上各点的压力角一般是变化的，设计时应使最大压力角不超过许用值。凸轮轮廓设计后通常需要对推程轮廓各处的压力进行检查，一般可在轮廓曲线比较陡的地方取若个点进行检验。若超过许用值，可适当增大圆半径以减小。 二、压力角与凸轮机构尺寸的关系 由图1可见，在其他条件都不变的情况下，凸轮的基圆半径r。愈小，机构的尺寸愈紧凑。但必须指出，基圆半径减小会引起压力角增大，致使机构的工作作情况受坏。从图1可以看出 式中——从动件的位移，一般根据工作要求给定； ——凸轮接触点处向径； ——凸轮的基圆半径。 作凸轮机构的运动分析，由图中的速度多边形可知 即所以 上式说明，当、和为一定时，如果要减小凸轮的基圆半径，就要增大压力角。因此，应在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用伯的前提下，考虑减小凸轮的尺寸。 三、滚子半径的选择 采用滚子从动件时，应合理选择滚子半径。适当增大滚子半径对减小凸轮与滚子间的接触应力是有利的。但是，必须注意滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系。 设：——凸轮理论轮廓外凸部分的最小曲率半径； ——滚子半径； ——相应位置实际轮廓的曲率半径。 ①当凸轮理论轮廓为内凹曲线时，实际轮廓曲线的曲率半径，故的大小不受的限制。 ②当理论轮廓为外凸曲线时，实际轮廓曲线的曲率半径。计算机辅助设计VB设计凸轮轮廓曲线机械原理课程设计课程设计报告 课程设计题目：计算机辅助设计基于Visual Basic6.0 设计凸轮轮廓曲线 学生姓名：席翔 专业：机械工程及其自动化 班级：机械1101班 指导教师：刘衍平 2013年07 月0 1日计算机辅助设计VB设计凸轮轮廓曲线（本人课程设计现整理包括界面和代码，为其他做相关设计的同学提供参考） 一、前言：凸轮机构是工程中用于实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，凸轮机构结构简单、紧凑，但能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的 优点。本文通过凸轮机构运动参数理论计算，建立凸轮机构数学模型，利用Visual Basic 实现面向对象化的编程。首先，查找有关凸轮机构运动参数理论计算的书籍和资料，了解凸轮机构设计的方法，建立凸轮机构参数数学模型。然后，在Visual Basic 6.0 软件中，对凸轮机构参数设计进行编程，通过VB 编程画出凸轮机构的位移曲线、速度曲线、加速度曲线及凸轮轮廓曲线，并将VB 源程序打包成可执行程序。 二、背景：凸轮机构是工程中用于实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，在轻工、纺织、食品、医药、印刷、标准零件制造、交通运输等领域运行的工作机械中获得广泛应用。 为了提高产品的质量和生产率，对机械设备的性能指标提出更高的要求，就凸轮机构而言，必须进一步提高其设计水平，在解析法的基础上开展计算机辅助设计的研究和推广应用。凸轮机构结构简单、紧凑，但能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮 机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点。 三、我国情况：近十多年来，我国无论是在凸轮机构的理论和应用研究，还是在凸轮机构的产品开发和制造方面，都已取得了很大的进步，就理论研究方面而言，已达到了世界先进水平。在凸轮机构制造方面，与发达国家相比，还有一定的差距。究其原因，一方面，我国的机械制造业的总体水平不高，缺乏精密的关键设备，自主研制和改造的设备其精度、刚度和可靠性都比较差，在材质、热处理和工艺等方面还存在不少问题；另一方面，从研究单位设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题 保承军;岳桂杰 【摘要】针对凸轮机构设计过程中应注意的主要问题进行了分析,介绍了滚子半径的选择、压力角的校核以及基圆半径对凸轮机构的影响三个方面的主要内容,为合 理设计凸轮机构起到一定的参考作用. 【期刊名称】《装备制造技术》 【年(卷),期】2007(000)012 【总页数】2页(P50,54) 【关键词】凸轮机构;滚子半径;压力角;基圆半径 【作者】保承军;岳桂杰 【作者单位】兰州城市学院,甘肃兰州,30070;兰州城市学院,甘肃兰州,30070 【正文语种】中文 【中图分类】工业技术 Equipment ManufactringTechnologyN0.12,2007设计凸轮机构应注意的问题保承军，岳桂杰（兰州城市学院，甘肃兰州 730070 ）摘要：针对凸轮机构设计过程中应注意的主要问题进行了分析，介绍了滚子半径的选择、压力角的校核以 及基圆半径对凸轮机构的影响三个方面的主要内容，为合理设计凸轮机构起到一定的参考作用。关键词：凸轮机构；滚子半径；压力角；基圆半径中图分类号：TH122文献标识码：A设计凸轮机构时，不仅要保证从动件实现预定的运动规律，还要求传动时受力良好，结构紧凑。选择凸轮滚子半径时，应考虑其对凸轮轮廓的影响；基圆半径是凸轮轮廓的一个重要参数，它对凸轮机构尺寸、受力、磨损和效率有重要的影响。 1滚子半径的选择凸轮理论轮廓曲线求出后，如果滚子半 径选择不当，其实际轮廓曲线有可能出现失真。对图 1 所示的凸轮理论轮廓外凸 部分，某处的曲率半径 Po 与对应的实际轮廓的曲率半径 p 和滚子半径 r 之间的 关系为 p=Po-r 。如果 po>r ，此时工作轮廓为一光滑曲线，如图 1 的 A 处；如果 po-r ，则 p=0 ，此时工作轮廓在该处将出现尖点，极易磨损，不能使用，如图 1 的 B 处；如果 po p。图 1 滚子半径的选择因此，尽管增大滚子半径可以减小凸轮与滚子间的接触应力，但为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径 pmin。如果p血过小， 按上述条件选择的滚子半径太小而不能满足安装和强度要求，就应当加大凸轮基 圆尺寸，重新设计凸轮轮廓曲线。理论轮廓的内凹部分对滚子半径的选择没有影响，此时工作轮廓的曲率半径 p 等于理论曲率半径 Po 与滚子半径 r 之和，不论滚子半径大小如何，由理论轮廓总可以作出实际轮廓。 2压力角的校核凸轮机构中，从动件运动方向和接触轮廓法线（或凸轮对从动件法向力）之间所夹的锐角称为压力角。图2 所示为尖顶直线从动件凸轮机构在推程的某个位置。文章编号：1672-545X(2007)12-0050-01当不考虑摩擦时，凸轮给予从动件的力 R 沿凸轮轮廓法线方向，故从动件运动方向与力 R 方向之间的夹角 a 即为压力角。 R 可分解为两个力：沿从动件运动方向的有用分力足和使从动件对导路产生侧向压力的有害分力R” ，且R'=Rcosa R"=Rsina 图 2 凸轮机构压力角图 3 压力角的检验 压力角是衡量有用分力和有害分力之比的重要参数。当 R一定时，压力角“ 越大，则有害分力月’越大，机构的效率越低。当 d 增大到一定程度，以致开’ 所引起的摩擦阻力大于或等于有用分力Rf 时，无论凸轮加给从动件的作用多大，第九章 凸轮机构及其设计要点第九章凸轮机构及其设计 1 什么是凸轮的理论轮廓曲线、实际轮廓曲线？两者之间有什么关系？ 2 在凸轮机构设计中有哪几种常用的从动件运动规律？这些运动规律各有什么特点以及适用场合？在选择从动件运动规律时应考虑哪些主要因素？ 3 发生刚性冲击的凸轮机构，其运动线图上有什么特征？如发生柔性冲击时又有什么特征？ 4 用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？ 4 何谓凸轮机构的“失真”现象？失真现象在什么情况下发生？如何避免失真现象的发生？ 6 一凸轮机构滚子从动件已损坏，要调换一个新的滚子从动件，但没有与原尺寸相同的滚子。试问用该不同尺寸的滚子行吗？为什么？ 7 何谓凸轮机构的压力角？其在凸轮机构的设计中有何重要意义？一般是怎样处理的？ 8 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？ 9 图中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。 10 凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，有突变，会产生冲击。 11根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。写出两种几何形状封闭的凸轮机构和。12为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用，，或依靠凸轮上的来实现。 13 凸轮机构的主要优点为，主要缺点为。14为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的侧。 15凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，将发生突变，从而引起冲击。 16 当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角。 17凸轮基圆半径是从到的最短距离。18平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于。机械原理第九章 凸轮机构及设计第九章 凸轮机构及其设计 题9-1 在直动推杆盘形凸轮机构中，已知凸轮的推程运动角0δ=π/2，推杆的行程角h=50mm ，试求：当凸轮的角速度ω=10rad/s 时，等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度四种常用运动规律的速度最大值m ax v 和加速度最大值a max 及所对应的凸轮转角δ。 题9-2已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求推杆的位移曲线。 解：以同一比例尺mm mm l 1=μ作推杆位移曲线如图9-2所示 0° 180° 360° S δ A 题9-2 题9-3试用作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e=10mm ，基圆半径r 0=30mm ，滚子半径r r =10mm 。推杆运动规律为：凸轮转角δ=0°~150°时，推杆等速上升16mm ；δ=150°~180°时，推杆远休；δ=180°~300°时，推杆等加速等减速回程16mm ；δ=300°~360°时，推杆近休。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为: 1) 推程： 0δh s = ， ()︒≤≤1500δ 2）回程：等加速段 2 022δδh h s -= ，()︒≤≤600δ 等减速段 ()20 2 2δδδ'-'-=h s ， ()︒≤≤︒12060δ 计算各分点的位移值如下： 取 mm mm l 1=μ作图如下: 题9-4试以作图法设计一对心平底直动推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径r 0=30mm ，推杆平底与导轨的中心线垂直，凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过150°时，推杆以五次多项式运动上升20mm ；再转过120°，推杆又以余弦加速度运动回到原位；凸轮转过其余90°时，推杆静止不动。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：凸轮机构设计第四章凸轮机构设计（4学时） 1．教学目标 1）了解凸轮机构的分类及应用； 2）了解推杆常用运动规律的选择原则； 3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； 4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。 2．教学重点和难点 1）推杆常用运动规律特点及选择原则； 2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； 3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系； 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法：多媒体课件 第四章凸轮机构 4．1 凸轮机构的特点和分类 4．2 从动件常用的运动规律 一、凸轮机构的组成和应用 1、组成 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分所组成。 2、运动规律 凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。 3、特点优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。 缺点是：凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。 因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构 二、凸轮机构的分类 1、按凸轮的形状分 (l)盘形凸轮 也叫平板凸轮。这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮l绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动 (2)移动凸轮 当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。通常称这种凸轮为移动凸轮。 (3)圆柱凸轮 凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。曲线轮廓可以开在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。 2、按从动件的形式分 (l)尖顶从动件 结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。 (2)滚子从动件 在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。因此，可用来传递较大的动力，应用也最广泛。 (3)平底从动件 从动件一端做成平底(即平面)，在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成油膜，故润滑条件较好、磨损小。当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。
（2）滚子从动杆滚子半径的选择
滚子半径的选择，应根据凸轮轮廓曲线是否产生变尖或失真现象来恰当地确定。
1）凸轮工作廓线的最小曲率半径一般不应小于5mm 。如果不能满足此要求时，就应增大基圆半径或适当减小滚子半径，或必要时须修改从动杆的运动规律，或使凸轮工作廓线上出现尖点的地方代以合适的曲线。
2）滚子的尺寸还受其强度、结构的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT＝(0.1～0.5)r0。
二、凸轮机构的压力角及许用值
图中F是凸轮对从动件的作用力，沿接触点A的公法线方向。压力角：指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角。
从动件的受力方向与其运动方向之间所夹的锐角称为凸轮机构的压力角。将力F 分解成两个分力：αcos 1F F = αsin 2F F =
F 1是从动件运动的有效分力；F 2是将从动件紧压在导路上产生摩
擦阻力的有害分力。
机构的自锁：当压力角增大到一定程度，无论用多大的力F ，都无法使从动件运动，即机构处于自锁状态。
2. 许用压力角[a]
为改善机构的受力状态，保持较高的传动效率，使机构具有良好的工作性能，使[]m in αα≤
推程时：
对于直动推杆取[a]＝300
对于摆动推杆[a]＝350～450回程时：
通常取700～800
三、基圆半径的确定 由图分析可知：
其中：r b ——基圆半径；
ω——凸轮角速度；
v 2——从动件上A 点的速度； s ——从动件位移；
α——压力角；
经验公式：
r b>(0.8～1)ds
式中：ds ——凸轮轴直径
s v r b -=α
ωtan 2
【小结】：凸轮机构的设计应该注意的问题。【作业】：预习
【后记】：
第九章 凸轮机构 一．学习指导与提示 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，是点或线接触的高副机构。它主要用于对从动件运动规律有特定要求的场合。读者应了解它和面接触的低副连杆机构的区别，比较他们的优缺点和适用场合。按凸轮的形状和运动形式来分，有盘形回转凸轮、平板移动凸轮和圆柱回转凸轮；按从动件形状不同有尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件；按从动件运动形式不同有直动从动件和摆动从动件；而直动从动件又可以根据其导路轴线是否通过凸轮轴线，分为对心直动从动件和偏直直动从动件。建议读者熟练掌握偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的原理，用反转作图法进行运动分析和廓线设计，启迪理解其它类型的凸轮机构。 1．从动件的常用运动规律及其选择 （1）对直动从动件而言，从动件的运动规律是指当凸轮以等角速度1ω转动时，从动件的位移2s 、速度2v 和加速度2a 随时间t 或凸轮转角1δ变化的规律，可用各自的表达式或线图表示。用反转作图法进行从动件运动分析或凸轮廓线设计时，常以12δ-s 线图表示从动件的运动规律，而12δ-s 线图的一阶、二阶微分线图便是12δ-v 线图和12δ-a 线图。 （2）从动件常见的运动规律有等速运动、等加速等减速运动和简谐运动。读者应掌握其位移、速度、加速度线图的变化、绘制方法、特点及其适用的场合。 （3）根据运动线图中速度线图和加速度线图的特征可判断机构是否存在刚性冲击和柔性冲击：凡在速度线图的尖点处，加速度线图阶跃变化（加速度值突然改变），必产生柔性冲击；凡加速度线图阶跃变化，加速度值趋向无穷大，必产生刚性冲击。 （4）选择从动件运动规律时需考虑的问题很多，核心是应满足凸轮在机械中执行工作的要求，要分清工作行程和回程，要考虑从动件只需实现一定的位移还是有特殊的运动规律；还应该考虑使凸轮有良好的动力特性以及使得所设计的凸轮便于制造等。 2．凸轮机构的运动分析及廓线设计 （1）凸轮机构的运动分析是指按给定的凸轮廓线和机构配置求从动件的运动规律（即求12δ-s 线图），而廓线设计是指按给定的从动件运动规律（即给定12δ-s 线图）和机构配置求凸轮廓线。凸轮机构运动分析和廓线设什互为逆过程，学习时前者相对直觉和容易一些，而后者更具有实用性。 （2）凸轮机构进行运动分析和廓线设计可采用作图法或解析法，其基本依据均为以相对运动原理为基础的反转法。读者应熟练掌握反转作图法。现以图9.1所示的偏直式的尖顶直动从动件盘形回转凸轮为例加以阐述。 图示机构中，当凸轮以等角速1ω绕轴心O 转动时，从动件、凸轮和机架三个构件之间的相对运动关系是确定的。现在设想给整个凸轮机构加上一个绕O 轴转动的公共角速度－1ω。这时三个构件之间的相对运动关系并没有改变。但这样一来．凸轮却可以看成静止不动，而从动件则随机架导路以角速度－1ω绕o 轴转动，同时又在自身的导路中相对机架往复运动。由于尖顶始终与凸轮轮廓相接触，很显然，反转中，凸轮的轮廓曲线就是从动件尖 顶的运动轨迹，从动件导路所依次途径的位置线被基圆和廓线所截的线段11 B B '、22B B ',…，即为从动件相应的位移量。由图9.1（a ）用反转法可得图9.1（b ）之12δ-s 曲线；反之，按图9.1（b ）所示给定的12δ-s 线图和所设计凸轮基圆半径0r 、偏距e 等配置情况求出从 动件的尖顶在反转运动中的轨迹点1 B '，2B '，…，光滑联接后即为所求凸轮轮廓曲线。
授课教案
No
任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟 复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习： （1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。15分钟 本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。 教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理 （2）分小组学习: 40分钟 3.1.1常用设备中的凸轮机构 1. 凸轮机构的组成 如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。 2.凸轮机构应用实例 自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。 3.1.2凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种： 1.按凸轮形状分类 (1）盘形凸轮（2）移动凸轮。（3）圆柱凸轮 2.按从动件形式分类 （1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件 从动件的结构形式 3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记 学生发言汇报并记录学习笔记 阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记 No
（1）直动从动件 直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。 （2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。 4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合 利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触， （2）形锁合 利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。 3.1.3凸轮机构的常用术语如下： 1.凸轮基圆与基圆半径b r 2.凸轮的转角δ 凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。具体包括推程运动角0δ、远停程运 动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S δ'。 3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。 3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图 在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。 从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运 动规律）等常用运动规律。 1.等速运动规律 No
凸轮曲线设计 当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。 圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。 1 几何法 反转法设计原理： 以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例： 凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。 1). 直动从动件盘形凸轮机构 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构： 已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。 运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下： 1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。 2) 将位移线图s-f的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。 3) 自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C1、C2、C3
凸轮轮廓曲线的设计 1. 引言 凸轮是一种机械传动装置，常用于将圆周运动转换为直线或曲线运动。凸轮的轮廓曲线设计是指根据特定要求和功能，确定凸轮的形状和尺寸的过程。本文将详细介绍凸轮轮廓曲线的设计原理、方法和注意事项。 2. 凸轮轮廓曲线的基本原理 凸轮的基本原理是通过其特定形状的外边缘，使其在旋转时能够驱动其他机械部件做直线或曲线运动。凸轮的外形通常由一条或多条连续光滑的曲线构成，这些曲线被称为凸轮的轮廓曲线。 3. 凸轮轮廓曲线设计方法 3.1 几何法 几何法是最常用的凸轮轮廓曲线设计方法之一。其基本步骤如下： 1.确定所需运动类型：直线运动、往复运动、旋转运动等。 2.根据所需运动类型选择合适的基本函数：例如直线函数、正弦函数等。 3.根据基本函数的特点和要求，确定凸轮的参数：例如振幅、周期等。 4.利用基本函数和凸轮参数，绘制凸轮的轮廓曲线。 5.对绘制得到的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.2 数值法 数值法是利用计算机辅助设计软件进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.确定凸轮的运动类型和要求。 2.利用计算机辅助设计软件创建凸轮模型。 3.在软件中选择合适的曲线函数和参数，并进行凸轮参数设置。 4.根据所选曲线函数和参数，生成凸轮的轮廓曲线。 5.对生成的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.3 实验法 实验法是通过制作实物模型来进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.根据设计要求和实际情况，选择合适的材料和加工工艺制作凸轮模型。 2.在模型上标记出所需运动类型对应的参考点。 3.利用传感器等设备记录参考点在运动过程中的位置。
第七章凸轮机构设计（4学时） 1．教学目标 1）了解凸轮机构的分类及应用； 2）了解推杆常用运动规律的选择原则； 3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； 4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。2．教学重点和难点 1）推杆常用运动规律特点及选择原则； 2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； 3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系； 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法：多媒体课件
7.1 凸轮机构的应用及分类 一．凸轮机构的应用 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装臵组成的一种高副机构。其中凸轮是一个具 有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。下面我们先看两个凸轮使用的实例。 图6—1所示为以内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气门3开启和关闭（关闭时借助于弹簧4的作用来实现的），以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。 如图6—2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。刀具的一个进给运动循环包括：1）刀具以较快的速度接近工件；2）道具等速前进来切削工件；3） 完成切削动作后，刀具快速退回； 4） 刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。然后重复上述运动循 环。这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通 过摆动从动件来控制实现的。其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形 状。 由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。 同时，我们可以看出：凸轮机构的从动件是在凸轮控制下，按预定的运动规律运动的，这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。但是，由于是高副机构，接触应力较大，易于磨损，因此，多用于小载荷的控制或调节机构中。 二．凸轮机构的分类 根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种： 1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮：如图 6-1所示，这种凸轮是一个具有变化向径盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直与凸轮轴的平面内运动。
二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机 构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。 例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。从动件运动规律如下表所示： 推程 远休止 回程 近休止 运动角 1120δ= 260δ= 903=δ 490δ= 从动件运动规律 等速运动 正弦加速度运动 设计步骤： 1、建立推程段的位移方程：18120s δ =，回程段的位移方程： 12π181sin 902π90s δδ⎡⎤ ⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣ ⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份， 并求得对应点的位移。 2、画基圆和从动件的导路位置 3、画反转过程中从动件的各导路位置 4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点 5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。 需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。 2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。 如图6-19。 r0 a A0 A1 O B0B1
内 容 3．直动滚子从动件盘形凸轮机构 例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。设计该机构。 设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径 4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构 思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17 图6-16 图6-17 图6-18 图6-19
图解法设计凸轮机构轮廓曲线 从动件的运动规律与凸轮的轮廓曲线是密切相关的。那如何通过预期的从动件运动规律来设计凸轮的轮廓曲线呢？ 凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便易行且直观，但精确度有限，一般适用于低速或对从动件运动规律要求不太严格的凸轮机构的设计。解析法精确度高，一般应用于高速凸轮或精度要求较高的凸轮。接下来从作图原理、作图方法、凸轮机构设计中的常见问题三个方面来认识图解法。 一、作图原理。绘制凸轮轮廓曲线采用的是“反转法”原理，如图1所示。根据相对运动原理，给整个凸轮机构加一个与凸轮角速度ω1大小相等、方向相反的角速度-ω1，于是凸轮处于相对静止状态，而从动件一方面随机架以角速度-ω1绕凸轮轴心转动，另一方面又按已知的运动规律相对机架做直线运动，此时机构中各构件之间的相对运动并未改变。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以反转过程中从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。 图1 反转法原理 二、作图方法。以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制为例，如图2所示，其绘制步骤有四步。（1）确定凸轮的起始位置。按照从动件位移曲线一 为半径画基圆，在基圆上任取一点A作为从动件的初始位样的长度比例尺，r min 置。（2）等分位移曲线，得各分点位移量。即将推程运动角δt分成若干等分，得1、2、3、4、5、6、7、8.由各等分点作垂线，与位移线相交，得与凸轮各转角相应的从动件的位移量11’到88’。用相同的方法将回程运动角δh等分成若干份，并得出相应的从动件的位移量。（3）作从动件尖顶运动轨迹。在基圆上，
自初始位置A开始，沿-ω 方向，依次取角度，按位移线图中相同等分，对推程 1 运动角δt、回程运动角δh分别作等分，在基圆上得分点1、2、3到14。连接基圆中心点到这些分点，则就是反转后从动件导路的位置。在这位置线上截取位移曲线11’等于凸轮位置线上11’，用同样的方法取后面的点。则1’、2’、3’一直到14’就是从动件的运动轨迹。（4）绘制凸轮轮廓。将凸轮上1’、2’、3’至14’用光滑曲线连接起来则得到了凸轮轮廓曲线。 图2 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的绘制 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制与刚才介绍的对心直动尖顶从动件的凸轮轮廓曲线绘制类似，如图3所示。首先将滚子的中心看作顶尖从动件的顶尖，按刚才介绍凸轮轮廓曲线的绘制的方法，作出尖顶从动件的理论轮廓曲线，再以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径为半径作一系列滚子圆，最后作这些圆的包络线，则得到对心直动滚子从动件凸轮的实际轮廓。 图3 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的绘制
第四章 凸轮机构 凸轮机构在机械工程领域中有着广泛的应用，特别在印刷机、包装机械、纺织机以及各种自动机中应用更加普遍。 凸轮机构具有传动、导向和控制等功能。当它作为传动机构时可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，则可以使执行机构的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可以控制执行机构的工作循环。凸轮机构还具有如下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，结构紧凑体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。 随着工业自动化程度的不断提高，凸轮机构的应用也日益广泛。本章从讨论凸轮机构的特点和应用入手，介绍凸轮机构的分类，从动件常用的运动规律，凸轮轮廓设计及凸轮机构设计的几个基本问题。 4.1 凸轮机构的应用及分类 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它与从动件通过高副接触，使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。 4.1.1 凸轮机构的应用与构成 在自动机械中，广泛应用着各种凸轮机构，它的作用主要是将凸轮(主动件)的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。例如： （1）图4-1所示的为单张纸胶印机中用于输送纸张的分纸吸嘴机构，当凸轮连续转动时，从动件(吸嘴)上下往复移动。当吸嘴下降到接近纸堆表面时，旋转气阀控制吸嘴吸气从而吸住纸堆最上面的一张纸，当凸轮继续转动时，吸嘴带纸上升并将纸交给递纸吸嘴，如此反复，完成纸张的逐张分离。 （2）图4-2所示的为一自动车床的进刀机构。当圆柱凸轮1回转时，经滚子4带动从动件2绕A 点作往复摆动，通过扇形齿轮和齿条的啮合使刀架3进刀或退刀。进刀和退刀的运动规律取决于凹槽曲线的形状。 从以上实例可以看出，凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架构成，通常凸轮作匀速转动。当凸轮作匀速转动时，从动件的运动规律(指位移、速度、加速度与凸轮转角(或时间)之间的函数关系) 1 2 3 4 图4-1 胶印机分纸吸嘴机构 1—凸轮；2—从动摆臂；3—分纸吸嘴；4—弹簧 3 1 2 A 4 图4-2 进刀机构 1—圆柱凸轮；2—从动件；3—刀架；4—滚子
凸轮机构设计实验报告体会与建议 引言 凸轮机构是机械传动系统中常用的机械元件，用于实现复杂的运动变换。在凸轮机构的设计实验中，我们对凸轮机构的结构、运动学和动力学性能进行了研究和测试。本报告将总结我们在实验中的体会和经验，并提出一些建议用于改进凸轮机构的设计。 实验目的 1.掌握凸轮机构的结构和运动学特性； 2.进行凸轮机构的动力学性能测试； 3.分析凸轮机构的不足之处，并提出改进方案。 实验方法 1. 凸轮机构的结构 凸轮机构由凸轮、从动件和传动件组成。我们首先了解了凸轮的特点和凸轮曲线的设计方法。然后选择了合适的从动件和传动件，完成了凸轮机构的总体结构设计。 2. 凸轮机构的运动学分析 为了了解凸轮机构的运动学特性，我们使用理论计算和模拟仿真的方法进行分析。通过分析凸轮的几何参数、从动件的运动规律和传动件的速度变化，我们得出了凸轮的轮廓曲线、从动件的位移-时间曲线和传动件的速度-时间曲线。 3. 凸轮机构的动力学测试 为了测试凸轮机构的动力学性能，我们进行了实际的实验。我们测量了凸轮机构的负载、转速和功率，并分析了凸轮机构的动力学特性，如动态特性、能量转换和损耗。
实验结果与讨论 1. 凸轮机构的结构设计结果 我们设计了一个具有合理几何参数的凸轮，使从动件能够按照预定的规律运动。从动件和传动件的选择也符合凸轮机构的传动要求。 2. 凸轮机构的运动学分析结果 通过理论计算和模拟仿真，我们获得了凸轮的轮廓曲线、从动件的位移-时间曲线 和传动件的速度-时间曲线。我们发现凸轮机构的运动学性能与凸轮的几何形状、 从动件的工作范围和传动件的速度比等因素密切相关。 3. 凸轮机构的动力学测试结果 在实际测试中，我们发现凸轮机构的负载、转速和功率与凸轮的几何参数、从动件的工作负荷和传动件的摩擦有关。我们还观察到了凸轮机构的动态特性、能量转换和损耗等现象。 结论 凸轮机构是一种重要的机械传动元件，具有复杂的结构和运动学、动力学特性。通过实验和分析，我们对凸轮机构的设计、运动学和动力学性能有了更深入的理解。在今后的设计中，我们可以根据实验结果提出以下建议： 1.设计凸轮时应考虑几何参数的合理性，以实现所需的运动规律； 2.在凸轮机构的运动学分析中，应重点关注凸轮的轮廓曲线和从动件的位移规 律； 3.在凸轮机构的动力学测试中，应注意测量凸轮机构的负载、转速和功率，并 分析其与设计参数的关系。 通过改进凸轮的几何形状、优化从动件的工作范围和减小传动件的摩擦损耗等措施，我们可以进一步提高凸轮机构的性能和效率。 参考文献 1.张三，李四，王五. 凸轮机构设计与分析[M]. 机械工业出版社，2008. 2.刘六，陈七. 凸轮机构动力学性能研究[J]. 机械工程学报，2010，46(10): 123-130.
机械原理课程教案一凸轮机构及其设计 一、教学目标及基本要求 1了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。 2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。 3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。 4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。 5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。 二、教学内容及学时分配 第一节概述 第二节凸轮机构基本运动参数设计 第三节凸轮机构基本尺寸设计（第一、二、三节共2学时）第四节凸轮轮廓曲线设计（15学时） 第五节凸轮机构从动件设计（1学时）
第六节凸轮机构的计算机辅助设计（0.5学时） 三、教学内容的重点和难点 重点： 1.凸轮机构的型式选择。 2.从动件运动规律的选择及设计。 3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。 4.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。 难点： 凸轮轮廓曲线设计的图解法 四、教学内容的深化与拓宽 空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。 五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题 充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。 在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互
凸轮机构设计知识点 凸轮机构是一种应用广泛的机械传动装置，它利用凸轮的凸起部分 与随动件的运动接触，以实现特定的运动规律和功能。在工程设计中，合理地设计凸轮机构能够优化运动性能、提高效率和可靠性。本文将 针对凸轮机构的设计知识点进行详细介绍。 一、凸轮曲线的设计 凸轮机构的性能主要取决于凸轮曲线的设计，凸轮曲线的形状和参 数会直接影响机构的运动规律和输出功率。在凸轮曲线的设计中，需 要考虑以下几个关键因素： 1. 运动规律：根据机构的要求，确定凸轮曲线的运动规律，如简谐 运动、匀加速运动等。运动规律的选择应该符合机构的实际需求。 2. 接触应力：凸轮曲线的设计应尽量避免产生过大的接触应力，以 确保传动的平稳和可靠。需要注意的是，在高速运动和重载工况下， 接触应力可能会变得更为重要。 3. 凸轮曲线的曲率半径：凸轮曲线的曲率半径对机构的运动特性有 重要影响。通常情况下，较小的曲率半径会导致更大的凸轮尺寸和更 小的接触应力，但也会增加摩擦和磨损。 4. 凸轮曲线的周期：凸轮曲线的周期直接影响机构的输出频率和运 动频率。在设计中需要确定凸轮曲线的周期和相位，以满足机构工作 的要求。
二、凸轮机构的配合设计 凸轮机构的配合设计是指凸轮和随动件之间的配合关系，凸轮的凸 起部分通常与随动件的凹槽或滚道进行配合。在凸轮机构的配合设计中，需要考虑以下几个关键因素： 1. 清凸：清凸是指在凸轮的凸起部分与随动件的配合过程中，凸轮 顶部和凹槽底部的间隙。合理的清凸设计可以保证运动的平滑和噪音 的降低。 2. 凸轮与随动件的配合形式：凸轮机构的配合形式主要有滚动配合 和滑动配合两种形式。滚动配合适用于高速和高精度要求的机构，而 滑动配合适用于低速和较宽容差的机构。 3. 润滑和磨损：凸轮机构在运动中会产生摩擦和磨损，因此需要进 行良好的润滑设计，以减少摩擦和延长机构的使用寿命。 三、凸轮机构的动力分析 凸轮机构的动力分析是指对凸轮机构进行力学和动力学的数学建模 与分析，以预测和评估机构在不同工况下的运动性能和受力情况。在 凸轮机构的动力分析中，需要考虑以下内容： 1. 动力学模型：根据凸轮机构的结构和运动特性，建立凸轮机构的 动力学模型，包括质点模型、连杆机构模型等。通过模型分析，可以 预测机构的运动轨迹、力学特性等。 2. 受力分析：根据动力学模型，进行受力分析，计算凸轮机构中各 个零部件的受力情况。受力分析有助于评估机构的强度安全性和寿命。
浅析凸轮机构设计中注意的几个问题 作者：朱冬伟 来源：《读与写·下旬刊》2016年第12期 摘要：设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现所预期的运动规律，而且还要求其动力性能良好，体积小，结构紧凑。这就要合理确定机构各部分的尺寸，设计出质量较好的凸轮机构。 关键词：滚子半径；压力角；基圆半径 中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2016）12-0369-01 在设计机械时，常要求其中某些从动件的位移、速度或加速度按照预定的规律变化。虽然这种要求也可以利用连杆机构来实现，但难以精确满足，而且连杆机构及其设计方法也较复杂。因此，在这种情况下，特别是要求从动件按复杂的运动规律运动时，通常多采用凸轮机构。 凸轮机构是有凸轮、从动件、机架以及附属装置所组成的高副机构。当凸轮连续转动时，由于其轮廓线上各点具有不同大小的向径，通过其曲线轮廓与从动件之间的高副接触，推动从动件，使其按所预定的规律进行往复运动。例如内燃机配气机构，当具有曲线轮廓的凸轮连续转动时，凸轮迫使气阀杆相对于气阀导管作往复直线移动，从而控制气阀有规律地开启和关闭。该气阀杆的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线的形状。再如自动机床的进刀机构，当具有凹槽的圆柱凸轮连续转动时，其凹槽的侧面迫使从动件做往复摆动，从而控制刀架的自动进刀和退刀运动。刀架的运动规律完全取决于圆柱凸轮凹槽曲线的形状。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，而且其结构简单、紧凑，运动可靠，这是凸轮机构的优点。因此，凸轮机构广泛应用于各种机械、仪器以及自动控制装置之中。但凸轮机构于从动件之间为点接触或线接触，压强较大，容易磨损，且凸轮机构轮廓曲线加工较困难，所以，凸轮机构多用于要求精确实现比较复杂的运动规律而传动并不大的场合。 设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现所预期的运动规律，而且还要求其动力性能良好，体积小，结构紧凑。这些要求均与滚子半径、基圆半径、压力角等因素有关。这就要合理确定机构各部分的尺寸，设计出质量较好的凸轮机构。下面就分析凸轮机构设计中应注意的几个问题。 1.滚子半径的确定 凸轮机构中，常采用滚子从动件。合理选择滚子的半径，要考虑多方面的因素。从滚子本身的结构设计和强度等方面考虑，将滚子半径取大些好。因为这样有利于提高滚子的接触强度和寿命，也便于进行滚子结构设计和安装。但是滚子半径的增大也要收到一定的限制，因为滚
探析凸轮机构设计中应注意的问题 作者：侯毅红 来源：《中国科技博览》2014年第24期 中图分类号：F407.44 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）24-0359-01 一、压力角与自锁现象 图1所示为尖顶直动从功件凸轮机构。苦不考虑摩擦，凸轮作用于从动件上的力Fn是沿接触点的法线n-n方向。 1.定义 力与从动件运动方向之间所夹的锐角。称为凸轮机构的压力角。法向力可分解为沿从动件导路方向的有用分力和使从动件紧压导路的有害分力、是推动从功件运动的力，它除了克服作用于从动件上的工作阻力外，还需克服导路对从动件的摩擦阻力，而这个摩擦阻力是由引起的。 有用分力： 有害分力： 摩擦阻力： 当一定时.压力角增大，有害分力增大，由有害分力引起的摩擦阻力增大，凸轮推动从动件越费劲，机构的效率越低。 2.自锁现象 当压力角“增大到某一值时，有可能出现由在导路中所引起的摩擦阻大于有用分力，这时，无论凸轮给从动件的作用力有多大，都无法推动从动件运动，即机构发生自锁现象。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压力角加以限制，一般设计中，许用压力角【】的数值推荐如下： 直动从动件：推程时许用压力角 摆动从动件：推程时许用压力角 对于依导弹簧或重力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构，在回程时，从动件是在弹簧
或重力作用下返回的.一般不会产个自锁现象。因此，对于这类凸轮机构，通常只需校核推 程压力角。 凸轮轮廓曲线上各点的压力角一般是变化的，设计时应使最大压力角不超过许用值。凸轮轮廓设计后通常需要对推程轮廓各处的压力进行检查，一般可在轮廓曲线比较陡的地方取若个点进行检验。若超过许用值，可适当增大圆半径以减小。 二、压力角与凸轮机构尺寸的关系 由图1可见，在其他条件都不变的情况下，凸轮的基圆半径r。愈小，机构的尺寸愈紧凑。但必须指出，基圆半径减小会引起压力角增大，致使机构的工作作情况受坏。从图1可以看出 式中——从动件的位移，一般根据工作要求给定； ——凸轮接触点处向径； ——凸轮的基圆半径。 作凸轮机构的运动分析，由图中的速度多边形可知 即所以 上式说明，当、和为一定时，如果要减小凸轮的基圆半径，就要增大压力角。因此，应在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用伯的前提下，考虑减小凸轮的尺寸。 三、滚子半径的选择 采用滚子从动件时，应合理选择滚子半径。适当增大滚子半径对减小凸轮与滚子间的接触应力是有利的。但是，必须注意滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系。 设：——凸轮理论轮廓外凸部分的最小曲率半径； ——滚子半径； ——相应位置实际轮廓的曲率半径。 ①当凸轮理论轮廓为内凹曲线时，实际轮廓曲线的曲率半径，故的大小不受的限制。 ②当理论轮廓为外凸曲线时，实际轮廓曲线的曲率半径。
课程设计报告 课程设计题目：计算机辅助设计基于Visual Basic6.0 设计凸轮轮廓曲线 学生姓名：席翔 专业：机械工程及其自动化 班级：机械1101班 指导教师：刘衍平 2013年07 月0 1日
计算机辅助设计VB设计凸轮轮廓曲线（本人课程设计现整理包括界面和代码，为其他做相关设计的同学提供参考） 一、前言：凸轮机构是工程中用于实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，凸轮机构结构简单、紧凑，但能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的 优点。本文通过凸轮机构运动参数理论计算，建立凸轮机构数学模型，利用Visual Basic 实现面向对象化的编程。首先，查找有关凸轮机构运动参数理论计算的书籍和资料，了解凸轮机构设计的方法，建立凸轮机构参数数学模型。然后，在Visual Basic 6.0 软件中，对凸轮机构参数设计进行编程，通过VB 编程画出凸轮机构的位移曲线、速度曲线、加速度曲线及凸轮轮廓曲线，并将VB 源程序打包成可执行程序。 二、背景：凸轮机构是工程中用于实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，在轻工、纺织、食品、医药、印刷、标准零件制造、交通运输等领域运行的工作机械中获得广泛应用。 为了提高产品的质量和生产率，对机械设备的性能指标提出更高的要求，就凸轮机构而言，必须进一步提高其设计水平，在解析法的基础上开展计算机辅助设计的研究和推广应用。凸轮机构结构简单、紧凑，但能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮 机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点。 三、我国情况：近十多年来，我国无论是在凸轮机构的理论和应用研究，还是在凸轮机构的产品开发和制造方面，都已取得了很大的进步，就理论研究方面而言，已达到了世界先进水平。在凸轮机构制造方面，与发达国家相比，还有一定的差距。究其原因，一方面，我国的机械制造业的总体水平不高，缺乏精密的关键设备，自主研制和改造的设备其精度、刚度和可靠性都比较差，在材质、热处理和工艺等方面还存在不少问题；另一方面，从研究单位
设计凸轮机构应注意的问题 保承军;岳桂杰 【摘要】针对凸轮机构设计过程中应注意的主要问题进行了分析,介绍了滚子半径的选择、压力角的校核以及基圆半径对凸轮机构的影响三个方面的主要内容,为合 理设计凸轮机构起到一定的参考作用. 【期刊名称】《装备制造技术》 【年(卷),期】2007(000)012 【总页数】2页(P50,54) 【关键词】凸轮机构;滚子半径;压力角;基圆半径 【作者】保承军;岳桂杰 【作者单位】兰州城市学院,甘肃兰州,30070;兰州城市学院,甘肃兰州,30070 【正文语种】中文 【中图分类】工业技术 Equipment ManufactringTechnologyN0.12,2007设计凸轮机构应注意的问题保承军，岳桂杰（兰州城市学院，甘肃兰州 730070 ）摘要：针对凸轮机构设计过程中应注意的主要问题进行了分析，介绍了滚子半径的选择、压力角的校核以 及基圆半径对凸轮机构的影响三个方面的主要内容，为合理设计凸轮机构起到一定的参考作用。关键词：凸轮机构；滚子半径；压力角；基圆半径中图分类号：TH122文献标识码：A设计凸轮机构时，不仅要保证从动件实现预定的运动规律，还要求传动时受力良好，结构紧凑。选择凸轮滚子半径时，应考虑其对凸轮轮廓
的影响；基圆半径是凸轮轮廓的一个重要参数，它对凸轮机构尺寸、受力、磨损和效率有重要的影响。 1滚子半径的选择凸轮理论轮廓曲线求出后，如果滚子半 径选择不当，其实际轮廓曲线有可能出现失真。对图 1 所示的凸轮理论轮廓外凸 部分，某处的曲率半径 Po 与对应的实际轮廓的曲率半径 p 和滚子半径 r 之间的 关系为 p=Po-r 。如果 po>r ，此时工作轮廓为一光滑曲线，如图 1 的 A 处；如果 po-r ，则 p=0 ，此时工作轮廓在该处将出现尖点，极易磨损，不能使用，如图 1 的 B 处；如果 po p。图 1 滚子半径的选择因此，尽管增大滚子半径可以减小凸轮与滚子间的接触应力，但为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径 pmin。如果p血过小， 按上述条件选择的滚子半径太小而不能满足安装和强度要求，就应当加大凸轮基 圆尺寸，重新设计凸轮轮廓曲线。理论轮廓的内凹部分对滚子半径的选择没有影响，此时工作轮廓的曲率半径 p 等于理论曲率半径 Po 与滚子半径 r 之和，不论滚子半径大小如何，由理论轮廓总可以作出实际轮廓。 2压力角的校核凸轮机构中，从动件运动方向和接触轮廓法线（或凸轮对从动件法向力）之间所夹的锐角称为压力角。图2 所示为尖顶直线从动件凸轮机构在推程的某个位置。文章编号：1672-545X(2007)12-0050-01当不考虑摩擦时，凸轮给予从动件的力 R 沿凸轮轮廓法线方向，故从动件运动方向与力 R 方向之间的夹角 a 即为压力角。 R 可分解为两个力：沿从动件运动方向的有用分力足和使从动件对导路产生侧向压力的有害分力R” ，且R'=Rcosa R"=Rsina 图 2 凸轮机构压力角图 3 压力角的检验 压力角是衡量有用分力和有害分力之比的重要参数。当 R一定时，压力角“ 越大，则有害分力月’越大，机构的效率越低。当 d 增大到一定程度，以致开’ 所引起的摩擦阻力大于或等于有用分力Rf 时，无论凸轮加给从动件的作用多大，
第九章凸轮机构及其设计 1 什么是凸轮的理论轮廓曲线、实际轮廓曲线？两者之间有什么关系？ 2 在凸轮机构设计中有哪几种常用的从动件运动规律？这些运动规律各有什么特点以及适用场合？在选择从动件运动规律时应考虑哪些主要因素？ 3 发生刚性冲击的凸轮机构，其运动线图上有什么特征？如发生柔性冲击时又有什么特征？ 4 用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？ 4 何谓凸轮机构的“失真”现象？失真现象在什么情况下发生？如何避免失真现象的发生？ 6 一凸轮机构滚子从动件已损坏，要调换一个新的滚子从动件，但没有与原尺寸相同的滚子。试问用该不同尺寸的滚子行吗？为什么？ 7 何谓凸轮机构的压力角？其在凸轮机构的设计中有何重要意义？一般是怎样处理的？ 8 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？ 9 图中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。 10 凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，有突变，会产生冲击。 11根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。写出两种几何形状封闭的凸轮机构和。12为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用，，或依靠凸轮上的来实现。 13 凸轮机构的主要优点为，主要缺点为。14为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的侧。 15凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，将发生突变，从而引起冲击。 16 当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角。 17凸轮基圆半径是从到的最短距离。18平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于。
第九章 凸轮机构及其设计 题9-1 在直动推杆盘形凸轮机构中，已知凸轮的推程运动角0δ=π/2，推杆的行程角h=50mm ，试求：当凸轮的角速度ω=10rad/s 时，等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度四种常用运动规律的速度最大值m ax v 和加速度最大值a max 及所对应的凸轮转角δ。 题9-2已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求推杆的位移曲线。 解：以同一比例尺mm mm l 1=μ作推杆位移曲线如图9-2所示 0° 180° 360° S δ A 题9-2 题9-3试用作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e=10mm ，基圆半径r 0=30mm ，滚子半径r r =10mm 。推杆运动规律为：凸轮转角δ=0°~150°时，推杆等速上升16mm ；δ=150°~180°时，推杆远休；δ=180°
~300°时，推杆等加速等减速回程16mm ；δ=300°~360°时，推杆近休。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为: 1) 推程： 0δh s = ， ()︒≤≤1500δ 2）回程：等加速段 2 022δδh h s -= ，()︒≤≤600δ 等减速段 ()20 2 2δδδ'-'-=h s ， ()︒≤≤︒12060δ 计算各分点的位移值如下： 取 mm mm l 1=μ作图如下: 题9-4试以作图法设计一对心平底直动推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径r 0=30mm ，推杆平底与导轨的中心线垂直，凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过150°时，推杆以五次多项式运动上升20mm ；再转过120°，推杆又以余弦加速度运动回到原位；凸轮转过其余90°时，推杆静止不动。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：
第四章凸轮机构设计（4学时） 1．教学目标 1）了解凸轮机构的分类及应用； 2）了解推杆常用运动规律的选择原则； 3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； 4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。 2．教学重点和难点 1）推杆常用运动规律特点及选择原则； 2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； 3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系； 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法：多媒体课件 第四章凸轮机构 4．1 凸轮机构的特点和分类 4．2 从动件常用的运动规律 一、凸轮机构的组成和应用 1、组成 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分所组成。 2、运动规律 凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。 3、特点
优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。 缺点是：凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。 因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构 二、凸轮机构的分类 1、按凸轮的形状分 (l)盘形凸轮 也叫平板凸轮。这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮l绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动 (2)移动凸轮 当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。通常称这种凸轮为移动凸轮。 (3)圆柱凸轮 凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。曲线轮廓可以开在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。 2、按从动件的形式分 (l)尖顶从动件 结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。 (2)滚子从动件 在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。因此，可用来传递较大的动力，应用也最广泛。 (3)平底从动件 从动件一端做成平底(即平面)，在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成油膜，故润滑条件较好、磨损小。当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。
