1、第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1 12 23 34 41.凸轮机构的特点、应用与分类凸轮机构的特点、应用与分类一、一、凸轮机构的组成、特点与应用凸轮机构的组成、特点与应用基本组成：基本组成：1-1-凸轮，凸轮，2-2-推杆，推杆，3-3-机架机架1 1、凸轮机构的组成凸轮机构的组成附加装置：附加装置：4-4-锁合装置，锁合装置，其作用是保 持高副锁合（封闭）。一般为主动件一般为从动件第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计2 2、凸轮机构的特点、应用及其实例凸轮机构的特点、应用及其实例推杆可实现各种预期推杆可实现各种预期 的运动
2、规律；的运动规律；用于传力不大的用于传力不大的控制和调节装置控制和调节装置 在印刷机中的应用在变速换档中的应用 在自动钳口中的应用 结构简单，构件少。结构简单，构件少。凸轮与推杆高副接触，凸轮与推杆高副接触，传力小；传力小；第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构在印刷机中的应用 第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计机构机构 二、二、凸轮机构的分类与命名凸轮机构的分类与命名用一例说明，对图示凸轮机构作如下分析：凸轮形状凸轮形状该凸轮机构可名命为：力锁合形锁合尖顶推杆滚子推件平底推件盘形凸轮圆柱凸轮板状凸轮盘形凸轮盘形凸轮对心直
3、动对心直动尖顶推杆尖顶推杆重力锁合重力锁合可以组合出多种类型的凸轮机构对心直动偏置直动 摆动高副锁合方式高副锁合方式推杆形状推杆形状推杆运动形式推杆运动形式第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计更多类型 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 尖顶摆动推杆盘形凸轮机构 对心直动平底推杆盘形凸轮机构 滚子摆动推杆盘形凸轮机构 平底摆动推杆盘形凸轮机构第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 直动尖顶推杆板状移动凸轮机构 圆柱凸轮机构形锁合凸轮机构等宽凸轮 等径凸轮 主回凸轮第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及
4、其设计凸轮机构及其设计2.推杆运动规律及其选择推杆运动规律及其选择一、一、推杆位移与凸轮转角的对应关系推杆位移与凸轮转角的对应关系偏偏 距距 :凸轮回转中心与推杆凸轮回转中心与推杆 导路间的偏置距离导路间的偏置距离,用用 e 表示。表示。推 杆凸 轮从距凸轮转动中心最近最远=推程推程-推程运动角推程运动角0 0在最远处仃止不同=远休远休-远休止角远休止角0101从距凸轮转动中心最远最近=回程回程-回程运动角回程运动角0 0在最近处仃止不同=近休近休-近休止角近休止角0202凸轮基圆凸轮基圆 ：以凸轮转动中心以凸轮转动中心 为圆心为圆心,以其轮廓最小向径以其轮廓最小向径r0 为为 半径的圆；半径
5、的圆；推杆升程推杆升程:在推程或回程中在推程或回程中 推杆的最大位移推杆的最大位移,用用 h 表示；表示；0 0010102020 00 001010 00202he第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计二、二、推杆常用运动规律推杆常用运动规律多项式型一次多项式 等速运动组合改进型二次多项式 等加速等减速运动五次多项式三角函数型余弦加速度 简谐运动正弦加速度 摆线运动第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计二、二、推杆常用运动规律推杆常用运动规律1、等速运动规律等速运动规律V000Vv tVvdts00h0dtdvatvatlim00t
6、vatlim01sva0-1位移：位移：速度：速度：加速度：加速度：（以推程为例分析）0V0h0h第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计二、二、推杆常用运动规律推杆常用运动规律等速运动特点：在行程的起始和终止位置有刚性冲击，在行程的起始和终止位置有刚性冲击，适用于低速。适用于低速。1、等速运动规律等速运动规律刚性冲击当速度有突变时，理论上加速度为无穷大，当速度有突变时，理论上加速度为无穷大，此时推杆上的惯性力产生的冲击。此时推杆上的惯性力产生的冲击。hsva1230-00-0102第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计2、等加速等减速
7、运动规律等加速等减速运动规律svatAadtv012022012121tAstAvdts0201AaAa位移：位移：速度：速度：加速度：加速度：0A0-A0tAv020 0h（以推程为例分析）2202A2202A2024h2024h204h204h2202h2202h第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计2、等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律等加速等减速运动特点：在行程的起始、中间和终止在行程的起始、中间和终止 位置有柔性冲击，适用于中速。位置有柔性冲击，适用于中速。柔性冲击当加速度有突变时，推杆上的惯性力当加速度有突变时，推杆上的惯性力 产生的冲击。产生的
8、冲击。hsva123000010245第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计3、余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律（以推程为例分析）sva00 0h)cos(1 20hs)cos(202022ha 位移：位移：速度：速度：加速度：加速度：)sin(200hv 第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计3、余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律余弦加速度运动特点：在行程的起始和终止位置在行程的起始和终止位置 有柔性冲击，适用于中速。有柔性冲击，适用于中速。hsva1200001023第二章 机构的结构分析第五章第五章
9、 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 4 、正弦加速度、正弦加速度(摆线摆线)运动规律运动规律正弦加速度运动特点：无冲击，适用于高速无冲击，适用于高速 a001020第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计5、改进型等速运动规律改进型等速运动规律特点：满足等速要求且无冲击，适用于高速满足等速要求且无冲击，适用于高速 a001020第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计三、三、推杆运动规律的选择推杆运动规律的选择1.首先考虑满足机器工作要求2.考虑使机器有良好的动力特性3.考虑凸轮加工方便第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计
10、凸轮机构及其设计对于重载凸轮机构：应选择vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构：应选择amax值较小的运动规律。各种运动规律性能比较各种运动规律性能比较第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计用凸轮机构控制的夹紧开关用凸轮机构控制的夹紧开关第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计课堂小结：1.凸轮机构的组成、分类及特点2.凸轮机构中推杆位移与凸轮 转角的对应关系3.推杆常用运动规律：等速等加速等减速余弦加速度位移线图、运动特点第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1.何谓凸轮机构设计的反转原理？何谓凸轮机
11、构设计的反转原理？2.如何应用反转原理设计凸轮轮廓？如何应用反转原理设计凸轮轮廓？教材习题：教材习题：5-1第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计第四章 凸轮机构一、凸轮轮廓设计基本原理3.凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 设想给整个凸轮机构加上一个绕转动轴心转动的公共角速度-，此时，凸轮相对静止，推杆一边随导路以-转动，一边沿导路做往复运动。反转法：第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1.1.直动尖顶推杆盘形凸轮直动尖顶推杆盘形凸轮二、图解法设计凸轮轮廓已知：凸轮逆时针已知：凸轮逆时针回转，其基圆半径回转，其基圆半径r0 0、
12、偏距、偏距e，推杆运动规律为：，推杆运动规律为：凸轮转角 推杆运动0120等速上升等速上升h120180远休远休180270余弦加速度下降余弦加速度下降h 270360近休近休（1）作推杆位移线图，作推杆位移线图，s601209090h并取分点：并取分点：1234567890线图中线图中s 的比例尺的比例尺s第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计901.1.直动尖顶推杆盘形凸轮直动尖顶推杆盘形凸轮（2）作凸轮机构初始位置作凸轮机构初始位置（3）找推杆的反转位置找推杆的反转位置（4）量取推杆在各反转位量取推杆在各反转位置上的位移置上的位移（5）将推杆末端各点连成将推
13、杆末端各点连成光滑曲线光滑曲线（1）作推杆位移线图作推杆位移线图e0567891243-s601209090h1234567890r01206090采用与线图相同的采用与线图相同的比例尺比例尺s在偏距圆上量取各在偏距圆上量取各；推杆反转位置应与偏距圆相切推杆反转位置应与偏距圆相切在偏距圆的切线在偏距圆的切线上量取上量取第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计2.2.直动滚子推杆盘形凸轮直动滚子推杆盘形凸轮单击进入动态演示理论轮廓理论轮廓工作轮廓工作轮廓（1）将滚子中心视为尖顶，按尖顶推杆设计一凸轮轮廓 理论轮廓理论轮廓（2）以理论轮廓上各点为圆心，滚子半径为半径，作
14、一系列滚子圆，并作滚子圆族的包络线工作轮廓工作轮廓基圆基圆滚子推杆凸轮的基圆滚子推杆凸轮的基圆是指理论轮廓上最小是指理论轮廓上最小向径为半径的圆。向径为半径的圆。第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计3.3.直动平底推杆盘形凸轮直动平底推杆盘形凸轮单击进入动态演示（1）将推杆导路中心线与平底的交点视为尖顶，按尖顶推杆设计方法找到推杆末端的一系列点的位置。（2）过推杆末端各点作一系列平底直线，并作平底直线族的包络线工作轮廓工作轮廓第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计4.4.摆动推杆盘形凸轮摆动推杆盘形凸轮单击进入动态演示注意：（1）位
15、移曲线中纵坐标表示的是推杆的角位移；（2）找推杆反转位置时，应保持凸轮转动中心与推杆摆动中心距离不变。第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计滚子中心 B：sincos)(cossin)(00essyessx理论轮廓方程工作轮廓上B：sincosrrryyrxx工作轮廓方程注意：注意：e e的正负：的正负：凸轮逆时针，e偏在右侧时为正；e偏在左侧为负；凸轮顺时针，e偏在右侧时为负；e偏在左侧为正；三、解析法设计凸轮轮廓第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计课堂小结：2.凸轮反转设计原理：应用该原理分析凸轮运动角、推杆位移3.凸轮图解设计
16、方法：直动推杆盘形凸轮轮廓设计（尖顶、滚子、平底）4.凸轮解析设计方法基本思路1.推杆常用运动规律：等速等加速等减速余弦加速度位移线图、运动特点第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1.1.何谓凸轮机构的压力角？何谓凸轮机构的压力角？影响压力角大小的主要因素有哪些？影响压力角大小的主要因素有哪些？2.2.何谓运动失真？如何避免运动失真？何谓运动失真？如何避免运动失真？教材习题：教材习题：5-15-1 5-3 5-3（设推杆向右偏置）第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计B4.凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、一、凸轮机构
17、的压力角凸轮机构的压力角 推杆在与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角。Fv压力角越大，凸轮机构压力角越大，凸轮机构 传力性能越差。传力性能越差。FnFt1.1.压力角压力角:sincosFFFFntF有效分力有害分力第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计通常规定：max 许用压力角的推荐值为：推程：直动推杆 =30 40 摆动推杆 =35 45回程：=70 80BFv一、一、凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角2.2.对压力角的限制对压力角的限制:3.3.减小压力角的措施减小压力角的措施:平底直动推杆，其压力角可恒等于平底直动推杆，
18、其压力角可恒等于0 0。偏置推杆可减小推程压力角偏置推杆可减小推程压力角增大基圆半径增大基圆半径r0 0，可减小机构压力角，可减小机构压力角BFv第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计当凸轮逆时针转动时，向右偏置当凸轮逆时针转动时，向右偏置减小推程压力角减小推程压力角偏置方向对压力角的影响：当凸轮顺时针转动时，向左偏置当凸轮顺时针转动时，向左偏置减小推程压力角减小推程压力角FBvv0对心式偏置式BC第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计二、凸轮基圆尺寸的确定 OPvvPsereddssseOPtg2200)/(1.1.基圆与压力角的关
19、系基圆与压力角的关系增大基圆可减小压力角增大基圆可减小压力角当偏距及运动规律一定时：123P由凸轮由凸轮1 1与推杆与推杆2 2的瞬心的瞬心 P 可得：可得：ddsvOP第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 2 2）根据凸轮与轴的结构根据凸轮与轴的结构 关系由经验确定关系由经验确定r01 1）可根据许用压力角计算确定）可根据许用压力角计算确定r02.2.基圆尺寸的确定方法基圆尺寸的确定方法r安装凸轮轴的半径。凸轮与轴一体时：凸轮与轴一体时：r0 r轴毂连接时轴毂连接时:r0 0=(1.6=(1.62.0)2.0)rrr0rr0第二章 机构的结构分析第五章第五章
20、凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计三、滚子半径的选择2 2）凸轮理论轮廓为外凸时：）凸轮理论轮廓为外凸时：当 rr时,a 0当当 rr时时,a 0工作轮廓将出现工作轮廓将出现 “交叉交叉”1 1）凸轮理论轮廓为内凹时：）凸轮理论轮廓为内凹时：1、工作轮廓与滚子半径的关系：设：滚子半径滚子半径 rr ，理论轮廓曲率半径理论轮廓曲率半径，工作轮廓曲率半径工作轮廓曲率半径arar无论滚子大小工作轮廓均可呈光滑曲线rar工作轮廓均可呈光滑曲线第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计不失真的条件：不失真的条件：滚子半径滚子半径 rr 理论轮廓理论轮廓 min3、滚子尺寸的确定2
21、、运动失真当凸轮的实际轮廓推动推杆运动时，当凸轮的实际轮廓推动推杆运动时，不能准确实现预期的运动规律。不能准确实现预期的运动规律。对于外凸的凸轮轮廓曲线,应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径.保证不失真保证不失真保证滚子具有一定的强度保证滚子具有一定的强度常取：常取：rr=(0.1 0.15)r0第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1.1.凸轮机构的特点、类型及应用凸轮机构的特点、类型及应用2.2.推杆位移与凸轮转角的关系推杆位移与凸轮转角的关系3.3.推杆常用运动规律推杆常用运动规律4.4.凸轮机构反转设计原理及方法凸轮机构反转设计原理及方法5.5.凸轮设计
22、中注意问题：凸轮设计中注意问题：推程角、远休止角、回程角、近休止角推程角、远休止角、回程角、近休止角反转设计原理的理解和应用反转设计原理的理解和应用压力角、失真、基圆大小的影响压力角、失真、基圆大小的影响等速等速等加速等减速等加速等减速余弦加速度余弦加速度运动线图及特性运动线图及特性第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 学习指南：学习指南：第五章第五章 2.1)2.1)1.1.齿轮机构有哪些类型？齿轮机构有哪些类型？2.2.如何保证齿轮机构按定传动比传动？如何保证齿轮机构按定传动比传动？第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计分析各机
23、构图示位置的压力角分析各机构图示位置的压力角及凸轮转过及凸轮转过9090后的压力角后的压力角90909090=090=09090第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计1 1）在凸轮机构推杆常用的运动规律中，）在凸轮机构推杆常用的运动规律中，运动规律会使运动规律会使机构产生刚性冲击，而机构产生刚性冲击，而 运动规律会使机构产生柔运动规律会使机构产生柔性冲击。性冲击。3 3）尖顶推杆盘形凸轮机构中，基圆的大小会影响）尖顶推杆盘形凸轮机构中，基圆的大小会影响 。A A推杆位移推杆位移 ；B B推杆加速度；推杆加速度；C C机构的压力角机构的压力角2 2）在直动推杆盘形凸
24、轮机构中，）在直动推杆盘形凸轮机构中，的润滑条件和的润滑条件和传力性能最好。传力性能最好。A.A.尖顶尖顶 B B.滚子滚子 C C.平底平底 4 4）与其它机构相比，凸轮机构的最大优点是）与其它机构相比，凸轮机构的最大优点是 。A A便于润滑；便于润滑；B B制造方便；制造方便；C C可实现各种预期的运动规律。可实现各种预期的运动规律。第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 7 7）设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时，若压力角超过许用值，）设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时，若压力角超过许用值，则应则应 。A A.增大滚子半径增大滚子半径 B B.增大基圆半径增大基圆半径 C C.减小基圆半径减小基圆半径5 5）为避免出现运动失真，滚子推杆凸轮的理论轮廓不能）为避免出现运动失真，滚子推杆凸轮的理论轮廓不能 。A A内凹；内凹；B B有尖点；有尖点；C C变平。变平。6 6）若凸轮机构出现运动失真，可采取）若凸轮机构出现运动失真，可采取 的措施。的措施。A A增大滚子半径；增大滚子半径；B B增大基圆半径；增大基圆半径；C C.减小基圆半径。减小基圆半径。第二章 机构的结构分析第五章第五章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计
