1、第第6 6章章凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用u定义：由具有曲线轮廓的构件，通过高副接触带定义：由具有曲线轮廓的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副运动。动从动件实现预期运动规律的一种高副运动。u应用：在设计机械时，当需要其从动件必须准确应用：在设计机械时，当需要其从动件必须准确地实现某种预期的运动规律时，常采用地实现某种预期的运动规律时，常采用凸轮机构凸轮机构ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构
2、的应用u组成：凸轮、从动件和机架组成：凸轮、从动件和机架机架机架从动件从动件滚子滚子凸轮凸轮ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用u应用领域：凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制应用领域：凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。装置和装配生产线中。ROAD ENERGY作者：潘存云教授3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类
3、凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用u特点：特点：凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，当它运动时，通凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。得预期的运动。一般情况下，凸轮是原动件且作等速转动，从动件一般情况下，凸轮是原动件且作等速转动，从动件则按预定的运动作直线移动或摆动。则按预定的运动作直线移动或摆动。ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸
4、轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用u优点：优点：结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。u缺点：缺点：高副，易磨损，多用于传力不大的场合。高副，易磨损，多用于传力不大的场合。ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的基本名词术语二、凸轮机构的基本名词术语00ot s1)1)基圆基圆(base circle)(base circle)、基圆半基圆半径径r r0 0 3)3)推程运动角推程
5、运动角 0 02)2)推程推程(rise):(rise):由轴心向外的由轴心向外的行程行程4)4)远休远休(farthest dwell)(farthest dwell)、远休、远休止角止角 01015)5)回程回程(return)(return)、回程运动角回程运动角 0 0 6)6)近休近休(nearest dwell)(nearest dwell)、近休止近休止角角 0202 7)7)行程行程(lift):h(lift):hr0h A01010202DBCB00ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类凸轮机构分类凸轮
6、机构分类1.1.按凸轮形状分按凸轮形状分2.2.按从动件形状分按从动件形状分3.3.按凸轮与从动件保按凸轮与从动件保持接触的方式分持接触的方式分平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构：圆柱凸轮空间凸轮机构：圆柱凸轮盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮 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几何封闭几何封闭力封闭力封闭ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分按凸轮形状分凸轮是绕固定轴转动且具有凸轮是绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件，而且变化向径的盘形构件，而且从动件在垂直于凸轮轴线的从动件在垂
7、直于凸轮轴线的平面内运动，应用最广。平面内运动，应用最广。但从动件行程较大时，则凸但从动件行程较大时，则凸轮径向尺寸变化较大，而当轮径向尺寸变化较大，而当推程运动角较小时会使压力推程运动角较小时会使压力角增大。角增大。（1 1）盘形凸轮）盘形凸轮ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分按凸轮形状分其凸轮可以看作是盘形凸轮其凸轮可以看作是盘形凸轮的转动轴线在无穷远处，这的转动轴线在无穷远处，这时凸轮作往复移动，从动件时凸轮作往复移动，从动件在同一平面内运动。在同一平面内运动。盘形凸轮和移动凸轮都是盘形凸轮和移动凸
8、轮都是平平面凸轮机构面凸轮机构。（2 2）移动凸轮）移动凸轮ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按凸轮形状分按凸轮形状分其凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上，它可看成是将移动凸轮卷成其凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上，它可看成是将移动凸轮卷成一圆柱体而得到的，从动件的运动平面与凸轮轴线平行，故凸一圆柱体而得到的，从动件的运动平面与凸轮轴线平行，故凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，称为轮与从动件之间的相对运动是空间运动，称为空间凸轮机构空间凸轮机构。（3 3）圆柱凸轮）圆柱凸轮ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分
9、类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分按从动件形状分从动件的结构简单，能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，但因从动件的结构简单，能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，但因尖顶易于磨损，故只适宜于传力不大的低速凸轮机构中尖顶易于磨损，故只适宜于传力不大的低速凸轮机构中（1 1）尖顶从动件）尖顶从动件对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分按从动件形状分（2 2）滚子从动件）滚子从动件该从动件与凸轮轮廓之间为该从动件与
10、凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可承受滚动摩擦，耐磨损，可承受较大的载荷，故应用最广。较大的载荷，故应用最广。ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分按从动件形状分（3 3）平底从动件）平底从动件该从动件优点在于：凸轮对该从动件优点在于：凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的作用力始终垂直于从动件的底部（不计摩擦从动件的底部（不计摩擦时），故受力比较平稳，而时），故受力比较平稳，而且凸轮轮廓与平底的接触面且凸轮轮廓与平底的接触面间容易形成楔形油膜，润滑间容易形成楔形油膜，润滑情况良好，故常用于高速凸情况良好，
11、故常用于高速凸轮机构中。轮机构中。ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按从动件形状分按从动件形状分u根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件摆动平底从动件摆动平底从动件ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按凸轮与从动件保持接触的方式分按凸轮与从动件保持接触的方
12、式分（1 1）几何封闭）几何封闭几何封闭利用凸轮或从动件本身的特殊几何形状使从动件几何封闭利用凸轮或从动件本身的特殊几何形状使从动件与凸轮保持接触。与凸轮保持接触。(凹槽、等宽、等径、主回凸轮凹槽、等宽、等径、主回凸轮)ROAD ENERGYr1r2r1+r2=constW凹凹槽槽凸凸轮轮主主回回凸凸轮轮等等宽宽凸凸轮轮等等径径凸凸轮轮ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类按凸轮与从动件保持接触的方式分按凸轮与从动件保持接触的方式分（2 2）力封闭）力封闭力封闭凸轮机构是指利力封闭凸轮机构是指利用重力、弹簧力或其他用重力
13、、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保外力使从动件与凸轮保持接触。持接触。ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类四、凸轮机构的命名规则四、凸轮机构的命名规则名称名称 =“=“从动件的运动形式从动件的运动形式 +从动件形状从动件形状 +凸轮形状凸轮形状 +机构机构”ROAD ENERGY6.16.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类五、凸轮机构设计的基本任务五、凸轮机构设计的基本任务1.1.根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律。运动规律。2.2.确定凸轮的基圆半径。确定凸轮的基圆半径。3.3.确定凸轮的
14、轮廓。确定凸轮的轮廓。4.4.进行必要的分析，如凸轮机构的静力分析、效进行必要的分析，如凸轮机构的静力分析、效率计算等。对于高速凸轮机构，有时需进行动率计算等。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。力分析。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律一、凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的基本名词术语00ot s1)1)基圆基圆(base circle)、基圆基圆半径半径r0 3)3)推程运动角推程运动角0:2)2)推程推程(rise):由轴心向外的由轴心向外的行程行程4)4)远休远休(farthest dwell)、远、远休止角休止角01 ：5)5)回程回程(retu
15、rn)、回程运动角、回程运动角0 6)6)近休近休(nearest dwell)、近休、近休止角止角02 7)7)行程行程(lift):hr0h A01010202DBCB00ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件的运动规律二、从动件的运动规律u从动件运动规律从动件运动规律的的定义定义：指从动件在推程或回程：指从动件在推程或回程时，其位移、速度和加速度随时间时，其位移、速度和加速度随时间t t变化的规律。变化的规律。u因绝大多数凸轮作等速转动，其转角因绝大多数凸轮作等速转动，其转角与时间与时间t t成成正比，所以从动件的运动规律常表示为从动件的上正比，所
16、以从动件的运动规律常表示为从动件的上述运动参数随凸轮转角述运动参数随凸轮转角变化的规律。变化的规律。u表明从动件的位移随凸轮转角表明从动件的位移随凸轮转角而变化的线图称为而变化的线图称为从动件的位移线图从动件的位移线图。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件的运动规律二、从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律：从动件在运动过程中，从动件在运动过程中，其其位移位移、速度速度和和加速加速度度随凸轮随凸轮(时间时间)变化变化的规律。的规律。taavvssROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件的运动规律二、从动件
17、的运动规律u从动件的位移曲线取决于凸轮轮廓曲线的形状，从动件的位移曲线取决于凸轮轮廓曲线的形状，即：从动件的运动规律与凸轮轮廓曲线相对应。即：从动件的运动规律与凸轮轮廓曲线相对应。u设计凸轮时：首先根据工作要求确定从动件的运设计凸轮时：首先根据工作要求确定从动件的运动规律，绘制从动件的位移线图，然后据其绘制凸动规律，绘制从动件的位移线图，然后据其绘制凸轮轮廓曲线。轮轮廓曲线。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件的基本运动规律二、从动件的基本运动规律u多项式运动规律多项式运动规律一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动等速运动二次多项式运动规律二次多
18、项式运动规律等加速或等减速运动等加速或等减速运动五次多项式运动规律五次多项式运动规律u三角函数运动规律三角函数运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律简谐运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动规律u组合运动规律组合运动规律凸轮一般为等速运动，凸轮一般为等速运动，有有=t,=t,推杆运动规推杆运动规律常表示为推杆运动律常表示为推杆运动参数随凸轮转角参数随凸轮转角 变变化的规律。化的规律。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件的基本运动规律二、从动件的基本运动规律u多项式运动规律多项式运动规律nnCCCCs.2210
19、凸轮转角；从动件位移；待定系数，可利用边界条件来确定。snoCCCC,.,21ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律1 1、一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动规律等速运动规律运动方程运动方程式一般表式一般表达式：达式：0110dtdvaCdtdsvCCs边界条件边界条件hss,0,00运动始点运动始点运动终点：运动终点：推程推程运动运动方程式：方程式：000dtdvahdtdsvhs在起始和终止在起始和终止点速度有突变，点速度有突变，使瞬时加速度使瞬时加速度趋于无穷大，趋于无穷大，从而产生无穷从而产生无穷大惯性力，引大惯性力，
20、引起起刚性冲击刚性冲击。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律1 1、一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动规律等速运动规律运动方程运动方程式一般表式一般表达式：达式：0110dtdvaCdtdsvCCs边界条件边界条件0,00shs运动始点运动始点运动终点：运动终点：回程回程运动运动方程式：方程式：0100dtdvahvhs回程运动角回程运动角是从回程起是从回程起始位置计量的始位置计量的推杆在运动起推杆在运动起始和终止点会始和终止点会产生刚性冲击。产生刚性冲击。因此等速运动因此等速运动规律，只宜用规律，只宜用于于低速轻载的低速轻
21、载的场合场合。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律2 2、二次多项式运动规律二次多项式运动规律等加速等加速/等减速运动规律等减速运动规律运动方程式一般表达式：运动方程式一般表达式：221221022CdtdvaCCdtdsvCCCs推杆的等加速等减速运动规律推杆的等加速等减速运动规律：为保证凸轮机构运动平稳性，：为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程常使推杆在一个行程h h中的前半段作等加速运动，后半段作等中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。ROAD
22、ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律2 2、二次多项式运动规律二次多项式运动规律等加速等加速/等减速运动规律等减速运动规律推程等加速推程等加速段边界条件段边界条件2,20,0,00hsvs运动始点运动始点运动终点：运动终点：加速段加速段运运动方程式：动方程式：20220202/4/4/2hahvhs推程等减速推程等减速段边界条件段边界条件0,2/,2/00vhshs运动始点运动始点运动终点：运动终点：等减速运等减速运动方程式：动方程式：2022002020/4/)(4)(/2hahvhhsROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动
23、件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律2 2、二次多项式运动规律二次多项式运动规律等加速等加速/等减速运动规律等减速运动规律回程加速段回程加速段运动方程式：运动方程式：回程减速段回程减速段运动方程式：运动方程式：20220202/4/4/2hahvhhs：00/2:0/202022002020/4/)(4/)(2hahvhs特点：从动件的位移与凸轮转角的平方成正比，位移曲线为一抛物线，又称抛物线运动规律。这种运动规律的速度图是连续的，不会产生刚性冲击，但在在起点、中点和终点时，因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。适用于中速场合。ROAD EN
24、ERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式运动规律多项式运动规律3 3、五次多项式运动规律五次多项式运动规律推程边界条件推程边界条件0,0,0,0,0,00avhsavs运动始点运动始点运动终点：运动终点：3252242322453423215544332210201262/5432/CCCCdtdvaCCCCCdtdsvCCCCCCs505404303210/6,/15,/10,0,0,0hChChCCCC位移方程式为：位移方程式为：55044033061510hhhs解得待定系数为：解得待定系数为：ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律多项式
25、运动规律多项式运动规律3 3、五次多项式运动规律五次多项式运动规律这种运动规律既无刚性冲击，也无柔性冲击，运动平稳性好。适用于高速场合。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律1 1、余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律简谐运动规律简谐运动简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。指从动件的加速度按为简谐运动。指从动件的加速度按1/21/2个周期的余弦曲线变化，其加速个周期的余弦曲线变化，其加速度一般方程为：度一般方程为：推杆推程运动方程式：
26、推杆推程运动方程式：02022000cos2sin2cos12hahvhs推杆回程运动方程式：推杆回程运动方程式：0022000cos2sin2cos12hahvhstBAacosROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律1 1、余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律简谐运动规律推杆加速度在起点推杆加速度在起点和终点有突变，且和终点有突变，且数值有限，故有数值有限，故有柔柔性冲击性冲击。余弦加速度运动规律推余弦加速度运动规律推程运动线图程运动线图ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规
27、律三角函数运动规律2 2、正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动规律推程运动方程式为推程运动方程式为022000002sin22cos12sin21hahvhs回程运动方程为回程运动方程为 022000002sin212cos2sin211hahvhs摆线运动摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。动为摆线运动。指从动件的加速度按整周期的正弦曲线变化，其加速指从动件的加速度按整周期的正弦曲线变化，其加速度一般方程为：度一般方程为：tBAasinROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动
28、规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律2 2、正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动规律正弦加速度运动规律推正弦加速度运动规律推程运动线图程运动线图推杆作正弦加速度推杆作正弦加速度运动时，其加速度运动时，其加速度没有突变，因而将没有突变，因而将不产生冲击。适用不产生冲击。适用于高速凸轮机构。于高速凸轮机构。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律3 3、组合型运动规律组合型运动规律u目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。特性。u组合运动规律
29、的原则：组合运动规律的原则：、根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；、根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；、在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。、在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律3 3、组合型运动规律组合型运动规律示例示例u改进梯形加速度运动规律改进梯形加速度运动规律主运动主运动：等加等减运动：等加等减运动规律规律组合运动组合运动：在加速度突：在加
30、速度突变处以正弦加速度曲线变处以正弦加速度曲线过渡。过渡。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三角函数运动规律三角函数运动规律3 3、组合型运动规律组合型运动规律示例示例主运动主运动：等速运动规律：等速运动规律组合运动组合运动：等速运动的行：等速运动的行程两端与正弦加速度运动程两端与正弦加速度运动规律组合起来。规律组合起来。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三、从动件的运动规律的选用原则三、从动件的运动规律的选用原则1.1.选择推杆运动规律的基本要求：选择推杆运动规律的基本要求：u满足机器的工作要求；满足机器的工作要求；u使凸轮
31、机构具有良好的动力特性；使凸轮机构具有良好的动力特性；u使所设计的凸轮便于加工。使所设计的凸轮便于加工。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三、从动件的运动规律的选用原则三、从动件的运动规律的选用原则2.2.根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况：根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况：u只对推杆工作行程有要求，而对运动规律无特殊只对推杆工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求；推杆一定规律选取应从便于加工和动力特性要求；推杆一定规律选取应从便于加工和动力特性来考虑；来考虑；p低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于
32、加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。线作为凸轮轮廓曲线。p高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大冲击。冲击。u机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求。机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求。凸轮转速不高，按工作要求选择运动规律；凸轮转凸轮转速不高，按工作要求选择运动规律；凸轮转速较高时，选定主运动规律后，进行组合改进。速较高时，选定主运动规律后，进行组合改进。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三、从动件的运动规律的选用原则三、从动件的运动规律的选用原则3.3.从动件规律的设计原则：从动件规律的设计原则：u从
33、动件的最大速度从动件的最大速度v vmaxmax尽量小尽量小。因为。因为v vmaxmax大将导致大将导致动量动量mvmv增加增加,若机构突然被卡住，则冲击力将很大若机构突然被卡住，则冲击力将很大F=mv/tF=mv/t）。故应选用）。故应选用v vmaxmax较小的运动规律。较小的运动规律。u从动件的最大加速度从动件的最大加速度a amaxmax尽量小，且无突变尽量小，且无突变。因为。因为a amaxmax大将导致惯性力大将导致惯性力F=-maF=-ma变大变大,轮廓法向力轮廓法向力F Fn n变大，变大，对强度和耐磨性要求提高。故希望对强度和耐磨性要求提高。故希望a amaxmax 愈小愈
34、好。愈小愈好。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律三、从动件的运动规律的选用原则三、从动件的运动规律的选用原则4.4.从动件规律的选用原则：从动件规律的选用原则：u对于重载凸轮机构，应选择对于重载凸轮机构，应选择 v vmaxmax值较小的运动规律；值较小的运动规律；u对于高速凸轮机构，宜选择对于高速凸轮机构，宜选择 a amaxmax值较小的运动规律。值较小的运动规律。ROAD ENERGY6.26.2 从动件的运动规律从动件的运动规律四、若干种从动件运动规律特性比较四、若干种从动件运动规律特性比较ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓
35、曲线的设计一、凸轮轮廓曲线的设计方法一、凸轮轮廓曲线的设计方法u 根据使用场合和工作要求选择凸轮机根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的类型和从动件运动规律。构的类型和从动件运动规律。u 确定凸轮的基圆半径。确定凸轮的基圆半径。u 进行凸轮轮廓曲线的设计。进行凸轮轮廓曲线的设计。u 进行必要的分析，如凸轮机构的静力进行必要的分析，如凸轮机构的静力分析、效率计算等。对于高速凸轮机分析、效率计算等。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。构，有时需进行动力分析。u 图解法图解法u 解析法解析法u 反转法反转法设计步骤设计步骤设计方法设计方法基本原理基本原理ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲
36、线的设计凸轮轮廓曲线的设计二、凸轮轮廓曲线设计的基本原理二、凸轮轮廓曲线设计的基本原理反转法原理反转法原理：当凸轮以等角速度：当凸轮以等角速度 绕轴心做逆时针转动绕轴心做逆时针转动时，从动件在凸轮的推动下沿导路上、下往复移动实时，从动件在凸轮的推动下沿导路上、下往复移动实现预期的运动。现预期的运动。现设想给整个凸轮机构施以现设想给整个凸轮机构施以-时，不影响各构件之间时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲
37、线的设计二、凸轮轮廓曲线设计的基本原理二、凸轮轮廓曲线设计的基本原理对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮上的观察个结果凸轮上的观察个结果机架上的观察结果机架上的观察结果ROAD ENERGYrb rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4rb A1A2A3A4-rb A1A2A3A4-A1A2A3A4ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法1 1、对心式直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心式直动尖顶从动件盘形凸轮机构rb 1 2 3 4 5 6 7 8 910-1 2 1
38、0 3 4 5 6 7 8 9 475813269101 2 3 0S4 7 8 9 6 5 10 S0S0 S 0h已知条件：从动件运动规律、已知条件：从动件运动规律、凸轮转向和基圆半径凸轮转向和基圆半径ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法1 1、对心式直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心式直动尖顶从动件盘形凸轮机构rb-475813269101 2 3 0S4 7 8 9 6 5 10 已知条件：从动件运动规律、凸轮已知条件：从动件运动规律、凸轮转向和基圆半径转向和基圆半径设计步骤：设计步骤：标出标出-方向，并按此方向分割出推程方向，并按此方向分割
39、出推程运动角、远休止角、回程运动角和近休运动角、远休止角、回程运动角和近休止角止角 在基圆与位移线图共同将推程运动角和在基圆与位移线图共同将推程运动角和远休止角进行远休止角进行N N等分，并标注等分点等分，并标注等分点 过位移线图中等分点作过位移线图中等分点作Y Y轴平行线交位轴平行线交位移线于移线于I I点，过基圆上作点，过基圆上作射线射线 在射线上度量出相应推杆的位移，得尖在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点顶轨迹点 光滑连接各轨迹点得凸轮轮廓线光滑连接各轨迹点得凸轮轮廓线反转中导路线反转中导路线ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法2
40、2、对心式直动滚子从动件盘形凸轮机构对心式直动滚子从动件盘形凸轮机构 分析：分析：ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法2 2、对心式直动滚子从动件盘形凸轮机构对心式直动滚子从动件盘形凸轮机构设计：设计：rb-0794581326101 2 3 4 7 8 9 5 10 6 rb-0794581326101 2 3 4 7 8 9 5 10 6 实际廓线实际廓线理论廓线理论廓线包络线包络线1.1.基圆半径为理论廓线最小向径；基圆半径为理论廓线最小向径；2.2.先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。ROAD EN
41、ERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法3 3、对心式直动平底从动件盘形凸轮机构对心式直动平底从动件盘形凸轮机构分析：分析：尖顶轨迹线尖顶轨迹线ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法3 3、对心式直动平底从动件盘形凸轮机构对心式直动平底从动件盘形凸轮机构设计：设计：1 2 3 4 7 8 9 5 10 6 理论廓线理论廓线79458132610rb-0 将基圆沿将基圆沿-方向将方向将0和和0与位移与位移线图进行对应等分；线图进行对应等分；过等分点作射线；在射线上度量出过等分点作射线；在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶
42、轨迹点相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i i 光滑连接光滑连接i i 得凸轮理论廓线得凸轮理论廓线 作平底线的其包络线作平底线的其包络线实际廓线。实际廓线。ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法4 4、偏置式直动尖顶从动件盘形凸轮机构偏置式直动尖顶从动件盘形凸轮机构分析：分析：1123 3 2 rb-e偏偏 置置 圆圆结论：结论：a.a.偏置式凸轮机构中从动件偏置式凸轮机构中从动件导路线始终切于偏置圆；导路线始终切于偏置圆；b.b.导路线与基圆交点为推杆导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点尖顶最低点其始点。其始点。已知条件：已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置
43、圆半径。凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计作图法作图法4 4、偏置式直动尖顶从动件盘形凸轮机构偏置式直动尖顶从动件盘形凸轮机构设计：设计：2 rbe-1o23导路线导路线 3123 连接回转中心与推杆其始点，将基连接回转中心与推杆其始点，将基圆沿圆沿-方向将方向将0和和0与位移线图与位移线图进行对应等分；进行对应等分；过等分点作偏置圆切线；并在其上过等分点作偏置圆切线；并在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点迹点I I 光滑连接光滑连接i i 得凸轮理论廓线得凸轮理论廓线注意注意：也可在偏置圆上
44、进行运动角：也可在偏置圆上进行运动角等分，通过其等分点作偏置圆切线等分，通过其等分点作偏置圆切线以获得导路线。以获得导路线。ROAD ENERGY6.36.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计三、作图法设计凸轮轮廓曲线小结三、作图法设计凸轮轮廓曲线小结1.1.确定基圆和推杆的起始位置；确定基圆和推杆的起始位置；2.2.作出推杆在反转运动中依次占据的各位置线；作出推杆在反转运动中依次占据的各位置线；3.3.根据推杆运动规律，确定推杆在反转所占据的各位置根据推杆运动规律，确定推杆在反转所占据的各位置线中的尖顶位置，即复合运动后的位置；线中的尖顶位置，即复合运动后的位置；4.4.在所占据的各尖顶
45、位置作出推杆高副元素所形成的曲在所占据的各尖顶位置作出推杆高副元素所形成的曲线族；线族；5.5.作推杆高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求作推杆高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。的凸轮轮廓曲线。ROAD ENERGY知识回顾知识回顾一、凸轮机构设计的基本步骤一、凸轮机构设计的基本步骤u根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的类型和从动件运动规律。类型和从动件运动规律。u凸轮机构基本参数的确定，包括：基圆半凸轮机构基本参数的确定，包括：基圆半径、偏距、滚子半径等径、偏距、滚子半径等。u进行凸轮轮廓曲线的设计。进行凸轮轮廓曲线的设计。u进行
46、必要的分析，如凸轮机构的静力分析、进行必要的分析，如凸轮机构的静力分析、效率计算等。对于高速凸轮机构，有时需效率计算等。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。进行动力分析。除应保证使从动件能够准确地实现预期的运动规律外，还应当使机构具有良好的受力状态和紧凑的尺寸。ROAD ENERGY知识回顾知识回顾二、平面四杆机构的压力角及传力角二、平面四杆机构的压力角及传力角FVFxFy压力角压力角a a：力力F F的作用线与力作用点的作用线与力作用点绝对速度绝对速度V V所夹的锐角所夹的锐角传动角传动角 ：压力角的余角：压力角的余角 压力角压力角a a是衡量机构传力性能的一个重要指标。是衡量机构传力性能
47、的一个重要指标。Fx=F*cos a(1)(1)定义定义ROAD ENERGY知识回顾知识回顾二、平面四杆机构的压力角及传力角二、平面四杆机构的压力角及传力角a a：连杆对从动件力作用线与从动件上连杆对从动件力作用线与从动件上被作用点绝对速度方向线所夹锐角被作用点绝对速度方向线所夹锐角(2)(2)曲柄摇杆机构的压力角与传动角曲柄摇杆机构的压力角与传动角ABCDcdabVCFnFFta将将 作为度量连杆机构传作为度量连杆机构传力性能的一个重要指标。力性能的一个重要指标。显然：显然：90 90 时最好。时最好。tFaROAD ENERGY6.4 6.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定
48、基本尺寸的确定包括：基本尺寸的确定包括：u 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角u 凸轮机构基圆半径的确定凸轮机构基圆半径的确定u 滚子从动件中滚子半径的确定滚子从动件中滚子半径的确定u 平底从动件中平底尺寸的确定平底从动件中平底尺寸的确定ROAD ENERGY6.4 6.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角及其校核一、凸轮机构的压力角及其校核65lbBdFR2FR1ttnn1 12 22 2vGFu 凸轮机构的凸轮机构的压力角压力角：正压力与推杆正压力与推杆上上B B点速度方向之间的夹锐角点速度方向之间的夹锐角 0,0,0ByxMFF0cos)(cos0sin)(
49、)cos(0cos)()sin(212222112211bFblFFFFGFFFRRRRRRaa211tan)sin()/21()cos(aalbGFROAD ENERGY6.4 6.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角及其校核一、凸轮机构的压力角及其校核211tan)sin()/21()cos(aalbGF Fa若若 大到使分母趋于大到使分母趋于0 0，则：则：F最终，最终，机构发生自锁机构发生自锁考虑摩擦时驱动力的表达式：考虑摩擦时驱动力的表达式：ROAD ENERGY6.4 6.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角及其校核一
50、、凸轮机构的压力角及其校核12tan)/21(1arctanalbc压力角越大，有害分力越大；当压力角增大到某一数值压力角越大，有害分力越大；当压力角增大到某一数值时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力，这时时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力，这时无论无论凸轮给从动件的作用力有多大，都不能推动从动件凸轮给从动件的作用力有多大，都不能推动从动件运动，即机构发生自锁，此时的压力角为运动，即机构发生自锁，此时的压力角为临界压力角临界压力角。增大导轨长度增大导轨长度l l或减小悬臂尺寸或减小悬臂尺寸b b均可提高均可提高 c cROAD ENERGY6.4 6.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸
