1、.凸轮凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。构件。含有凸轮的机构称为含有凸轮的机构称为凸轮机构凸轮机构。平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构第一节凸轮机构的组成和类型第一节凸轮机构的组成和类型.1 1、组成：、组成：由由凸凸轮轮、从动件从动件和和机架机架组成。组成。一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成.2 2、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构.凸轮机构的优点：凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。结构简单，运动可
2、靠。 缺点缺点：从动件与凸轮接触应力大从动件与凸轮接触应力大,易磨损易磨损用途：用途：载荷较小的运动控制载荷较小的运动控制.1、按凸轮的形状分、按凸轮的形状分（1）盘形凸轮）盘形凸轮 （2）移动凸轮）移动凸轮 （3）圆柱凸轮）圆柱凸轮二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类. （1）尖顶从动件）尖顶从动件 （3）滚子从动件）滚子从动件 （4）平底从动件）平底从动件2、按从动件几何形状分、按从动件几何形状分(2)曲面从动件曲面从动件.3、按凸轮与从动件的锁合方式分、按凸轮与从动件的锁合方式分（1）力锁合的凸轮机构）力锁合的凸轮机构（2）形锁合的凸轮机构）形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构）沟槽凸轮机构
3、2）等宽凸轮机构）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构图）等径凸轮机构图4）主回凸轮机构）主回凸轮机构.4、根据从动件的运动形式分、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构 （对心、偏置）（对心、偏置）移动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构.h第二节从动件运动规律设计第二节从动件运动规律设计S (A)BCD( ,S) 0 0hSAB O eCDBO2rb 基圆基圆推程运动角推程运动角远休止角远休止角近休止角近休止角回程运动角回程运动角一、平面凸轮机构的结构和主要参数一、平面凸轮机构的结构和主要参数 0 0 0从动件位移曲线从动件位移曲线.升升停停回回停型停型(RDRD)升升回回停型停型
4、(RRD)升升停停回型回型(RDR)升升回型回型(RR)运动循环的类型运动循环的类型S S2( )S SS2( )S S2( )S 2( )0000.从动件的运动规律的数学方程式为从动件的运动规律的数学方程式为位移位移速度速度加速度加速度类速度类速度类加速度类加速度)( fS ddSdtdddSdtdSv222dSddtdddvdtdva .二、基本运动规律二、基本运动规律a= 2(2c2 + 6c3 +12c4 2 + +n(n-1)cn n-2)式中，式中， 为凸轮的转角（为凸轮的转角（rad）；）； c0，c1，c2， ，为，为n+1个待个待定系数。定系数。（1）n=1的运动规律的运动规
5、律(等速运动规律）等速运动规律）根据边界条件：根据边界条件： =0, s=0; = , s=h.得出：得出：C0 =0; C1 = h / s = c0+c1 v= c1 a=0 hS hv0a 1、 多项式运动规律多项式运动规律s=c0 + c1 + c2 2 + c3 3 + + cn nv= ( c1 + 2c2 + 3c3 2 + +ncn n-1).0,2, 2vhshs222224)(4)(2hahvhhs等速运动规律等速运动规律 0aa=0 （2） n=2的运动规律的运动规律2221221022caccvcccs 0sh 0vv2, 20, 0, 0hsvs22222442hah
6、vhs 0j 0vvmax 0shamax 0a-amax等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律刚性冲击刚性冲击柔性冲击柔性冲击柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律能良好的运动规律 hS hv0a . svaj 00002、三角函数运动规律、三角函数运动规律（1）余弦加速度规律（简谐）余弦加速度规律（简谐） 3222212111)cos()sin()cos(coscccvdtsccadtvctcahsvs,0,0,0)cos(2)sin(2)cos(12222hahvhs柔性冲击柔性冲击.（2）正弦加速度规律）正弦加速度规律3222212111
7、)2sin(4)2cos(2)2sin()sin(cccvdtsccadtvctcahss,0,0)2sin(2)2cos(1)2sin(2122hahvhsv 0 aj00 s 0h.运动规律组合应遵循的原则：运动规律组合应遵循的原则：1、避免刚性冲击。对于中、低速运动的、避免刚性冲击。对于中、低速运动的 凸轮机凸轮机构，要求从动件的构，要求从动件的 位移曲线和速度曲线连续。对于中、位移曲线和速度曲线连续。对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的加速度曲线的连高速运动的凸轮机构，要求从动件的加速度曲线的连续。续。三、运动规律的组合三、运动规律的组合 2、从动件的最大速度、从动件的最大速度vm
8、ax、最大加速度、最大加速度amax要要尽量小。尽量小。. a O ABCDEFO梯形加速度运动规律梯形加速度运动规律a 改进型等速运动规律改进型等速运动规律 0 0aa=0 v 0sh.从动件常用基本运动规律特性从动件常用基本运动规律特性(P75表表4-1)等等速速 1.0 刚性刚性低速轻载低速轻载等加速等减速等加速等减速 2.0 4.00柔性柔性中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93柔性柔性中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.00 6.28 无无高速轻载高速轻载运动规律运动规律 vmax(h / ) amax冲击特性冲击特性 适用范围适用范围(h 2/ 2) 四、从
9、动件运动规律的选择四、从动件运动规律的选择满足工作要求、动力特性、便于加工。满足工作要求、动力特性、便于加工。. 第三节盘形凸轮轮廓曲线设计第三节盘形凸轮轮廓曲线设计设计方法：设计方法：图解法图解法设计盘形凸轮廓线设计盘形凸轮廓线解析法解析法设计盘形凸轮廓线设计盘形凸轮廓线.一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）（反转法） 2 S 1123s1s2hOrb- 1 1s11 1s12s2s23hh32由于这种方法由于这种方法是假定凸轮固是假定凸轮固定不动而使从定不动而使从动件连同导路动件连同导路一起反转，故一起反转，故称称反转法反转法 .1、偏置尖端移动从动件盘形
10、凸轮廓线设计、偏置尖端移动从动件盘形凸轮廓线设计 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3s1 1已知：已知：S=S（ ），），rb，e， 二、图解法设计凸轮廓线二、图解法设计凸轮廓线.2、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计、偏置滚子移动从动件凸轮廓线设计 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S（ ），），rb，e， ，rr理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓注意基圆注意基圆.3、平底移动从动件凸轮廓线设计、平底移动从动件凸轮廓线设计已知：已知：S=S（ ），），rb， .4、摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构 0 0 9
11、1122334455667788 3- B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知： = （ ），），rb，L，a， A0B0 0O 0 0 A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9 3P84的弯臂的弯臂 .三、用三、用解析法设计解析法设计凸轮廓线凸轮廓线（1）尖端移动从动件盘形凸轮机构）尖端移动从动件盘形凸轮机构（2）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构（3）滚子移动从动件盘形凸轮机构）滚子移动从动件盘形凸轮机构（4）平底移动从动件盘形凸轮机构）平底移动从动件盘形凸轮机构.（1） 尖顶从动件盘形凸轮机构的设计尖顶从动件盘形
12、凸轮机构的设计xOB1eSS0rby- BC0CB0 2 S S凸轮廓线方程凸轮廓线方程BByxcos)(sinsin)(cos00SSeSSe.SSeyxBB0cossinsincos注意：注意：1） 若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与方向与x方向同向，则方向同向，则e0, 反之反之e0，反之，反之 0。平面旋转矩阵平面旋转矩阵 11BBBByxRyx.（2）滚子从动件盘形凸轮机构的设计）滚子从动件盘形凸轮机构的设计 ddyddxdydxtgBBBB sinryycosrxxrBCrBCOnnB0Brb yxrrCCCBCrrrrrm a、轮廓曲线
13、（实际）、轮廓曲线（实际）. b、刀具中心轨迹方程、刀具中心轨迹方程砂轮砂轮滚子滚子rrrcrc-rr c钼丝钼丝滚子滚子rrrcrr-rc c sinryycosrxxrBCrBC上式中用上式中用|rc- rr |代替代替rr即得刀具中心轨迹方程即得刀具中心轨迹方程.（3）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计、轮廓曲线的设计 P82.(1) 基本尺寸的确定基本尺寸的确定L = Lmax+ Lmax+(410)mmLmax=(OP) max=(ds/d ) maxL为平底总长，为平底总长， L max和和L max为平为平底与凸轮接触点到从动件导
14、路中底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧心线的左、右两侧 的最远距离。的最远距离。5432112345rbrb（2） 凸轮轮廓的向径不能变化太快凸轮轮廓的向径不能变化太快,避免从动件运动失真。避免从动件运动失真。2.平底长度的确定平底长度的确定 OA LmaxP.凸轮凸轮机构机构的计的计算机算机辅助辅助设计设计使用要求使用要求选择凸轮机构的类型选择凸轮机构的类型设计从动件的运动规律设计从动件的运动规律确定基本尺寸确定基本尺寸建立凸轮廓线方程建立凸轮廓线方程计算机仿真计算机仿真评价评价决策决策. 建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路
15、平行，凸轮理论廓线方程为：轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例例 一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过逆时针转动，当凸轮转过 =1800，从动件以等加从动件以等加速等减速运动规律上升速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过，凸轮再转过 =1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余处，其余 s =300，从动件静止不动。试用解析法，从动件静止不动。试用解析法计算计算 1= 600， 2= 2400时凸轮实际廓线上点的
16、坐时凸轮实际廓线上点的坐标值。标值。解：解：sincos)(cossin)(00essyessxBB.从动件运动规律：从动件运动规律：,2,)(8040)(22, 0,80222222222hhshs回程回程611,)(2 . 1cos(120)(cos(12hs升程升程, 054.48125022220ersb.理论廓线上点的坐标：理论廓线上点的坐标：12.18,39.55,49. 8380,60112101BByxs18.26)32 . 1cos(1 20,240202s95. 6,03.3622BByxsincosrBrBryYrxX实际廓线上点的坐标实际廓线上点的坐标: ddyddxd
17、ydxtgBBBB,60010165.30020265.200,24059.1681.5211YXsin)(cos)(cos)(sin)(00sseddsddysseddsddxBB89. 522.3322YX.第四节凸轮机构基本尺寸设计第四节凸轮机构基本尺寸设计一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 .一、移动从动件盘形凸轮机构一、移动从动件盘形凸轮机构SSOCOPACCPtg0 Serevtg22b12 ) sr (vsrvtgb12b12 21vOP 12vOP ，即即ttOPnn
18、AeSS0v2Crrb 1123P13P23压力角压力角 ttOPnAeC 1n (P13)P23瞬心瞬心1、压力角、压力角 P83对心对心:e=0“”与凸轮转向、从动件偏置方向有关与凸轮转向、从动件偏置方向有关力的方向力的方向.压力角越小，传力性能越好。压力角越小，传力性能越好。压力角大，机构易自锁。压力角大，机构易自锁。 设计时：设计时： 8070=4535=3525=移动从动件：移动从动件：摆动从动件：摆动从动件：回程：回程：推程：推程：为减小压力角，从动件偏置方向的选择：为减小压力角，从动件偏置方向的选择：凸轮逆时针，从动件偏于右侧；凸轮逆时针，从动件偏于右侧；凸轮顺时针，从动件偏于左
19、侧；凸轮顺时针，从动件偏于左侧；.2、凸轮基圆半径的确定、凸轮基圆半径的确定Serevtg22b12 加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。222212be) stged/ds(e) stge/v(r 原则：在满足许用压力角的条件下，尽量用较小的基圆半径原则：在满足许用压力角的条件下，尽量用较小的基圆半径。加大基圆半径，凸轮结构尺寸将增大。加大基圆半径，凸轮结构尺寸将增大。. 3、滚子半径的确定、滚子半径的确定当当rr min时，实际轮廓为一光滑曲线。时，实际轮廓为一光滑曲线。当当rr= min时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，时，实际轮廓将出现尖点，
20、极易磨损，会引起运动失真。会引起运动失真。rr amin理论理论 minrr 0rr= min min amin = min - rr= 0rrab.当当rr min时，实际轮廓将出现时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。交叉现象，会引起运动失真。rr amin min amin = min + rr 0内凹的轮廓曲线不内凹的轮廓曲线不存在失真。存在失真。 minrrrr min amin = min - rr 3 mm， rr min - 3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或或一般一般.二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸POPOPO
21、PO122221llall lA0PlB0PlB0PlB0P.二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 结论：摆动从动件盘形凸轮机构的压力角结论：摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动件的运动规律、摆杆长度、基圆半径与从动件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中心距有关。及中心距有关。.举例：教材90页15（a） 16（a） .注意作图步骤注意作图步骤位移：线位移、角位移位移：线位移、角位移.如何做出角位移如何做出角位移即两个位置角度差即两个位置角度差.习题 P89习题4-10习题4-13习题4-15a习题4-16a.思考题v1.从动件为等速运动规律的凸轮机构，在其运
22、动的起始点、终止点即速度有突变的地方，机构存在着 （柔性 刚性）冲击。v 2、在从动件运动规律不变的情况下，若缩小基圆半径，则凸轮机构的压力角 （保持不变 增大 缩小） v3、从减小推力和避免自锁的观点看，凸轮机构的压力角越 （大 小）越好。从机构紧凑的观点看，凸轮机构的压力角越 （大 小）越好。v4、凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角，有效推力，有害分力。v5、凸轮机构主要由、和三个基本构件组成.v6、滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的理论轮廓曲线与实际轮廓曲线之间存在什么关系？ v7、对于滚子从动件的凸轮机构，如果发现实际廓线造成从动件运动失真，可采取哪些措施？.v摩擦力可忽略不计，才能有此假设。因为作用力和反作用力总是沿接触面的法线方向。返回返回.形封闭凸轮机构力锁合等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮沟槽凸轮.习题 P121习题4-1习题4-5习题4-6习题4-7习题4-11习题4-12.
