第四章 凸轮机构

第四章 凸轮机构

第四章

凸轮机构 何俊 冯鉴 范志勇西南交通大学机械工程系

机械设计基础

第四章 凸轮机构

第一节 概述

§4-1 概述

§4-2 从动件常用运动规律 §4-3 图解法设计盘形凸轮轮廓 §4-4 凸轮机构的解析法设计

§4-5 凸轮机构设计中的几个问题 §4-6 凸轮常用材料和结构

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第四章 凸轮机构

第一节 概述

在机械装臵中，尤其是在自动控制机械中，为实现某些 特殊或复杂的运动规律，广泛地应用着各种凸轮机构

动画演示1

动画演示2

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第一节 概述

一、凸轮机构的组成和特点1、凸轮机构的组成 凸轮机构由凸轮1、从动件2和机架3三个基本构件组成，如图，其中凸 轮是一个具有控制从动件运动规律的具有曲线轮廓或凹槽的主动件，通 常作连续等速运动(也有作往复摆动或移动的);从动件则在凸轮轮廓 驱动下按预定运动规律作往复直线运动或摆动

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第一节 概述

2、凸轮机构的特点优点：只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸 轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规 律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动 可靠。 缺点：点、线接触易磨损(所以通常多用于传力不大的控制 机构);凸轮轮廓加工困难；行程不大。

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第一节 概述

二、凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种： 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 曲面凸轮

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第一节 概述

根据在运动中凸轮与推杆保持接触的方式不同，凸轮机构可分为：

力封闭的凸 轮机构 力封闭的凸轮机

几何封闭的凸 轮机构 在这类机构中，

构是利用推杆的重 力、弹簧力或其它 外力使推杆与凸轮 保持接触。如内燃 气配气系统。

利用凸轮或推杆的 特殊几何结构使凸 轮与推杆保持接触。 如；等宽凸轮机构。

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第二节 从动件常用运动规律

确定从动件的运动规律是凸轮设计的前提一、凸轮机构的工作过程

1推程、2远休止、3回程、4近休止2 1

3 4

当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。机械设计基础

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第二节 从动件常用运动规律

二、从动件常用运动规律等速运动(刚性冲击) 等加速—等减速运动(柔性冲击) 正弦加速度运动 余弦加速度运动(起停有柔性冲击)

余弦加速度运动机械设计基础

正弦加速度运动

等速运动

等加速—等减速运动

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§2 推杆的运动规律S H

基圆d0

0

d

d02

r0d0'

d01

推程、推程角、 上停程角(远休) 下停程角 (近休) 回程、回程角 转角、位移、升程

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偏置、偏距 e 、偏距圆 偏置凸轮的转角、从动杆的相对位置d wd0 w1

d

d0'

d01

工

e理

理论廓线、工作廓线 基圆半径指的是理论 廓线上的最小向径 .

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一、等速运动规律 (直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)S H

V Hw d0 d d0 d0

a

∞dd0

d

特点：设计简单、匀速进给、amax 最小。 始点、末点有刚性冲击。

∞

适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。

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二、等加速等减速运动规律 (抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)S H V 2Hw d0

a4Hw2 d0 d d0 d0 d

d d0 S H

特点: amax 最小 → 惯性力小。d

d0

起、中、末点有软性冲击. 适于中低速、中轻载.

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三、余弦加速度运动规律(简谐运动位移运动规律) 特点: 加速度变化连续平缓. 始、末点有软性冲击. 适于中低速、中轻载.pHw 2d03 2 1 0 8 1 2 3 4 5 0 4 6 5 4 3 2 1 0

S78 H

d0 1 V 2 3 4 5 6 7 8 d

5 6 7

d00 1 2 3 4 5 6 7 8

ad0 0 1 2 3 4 5 6 7 8

d

p2Hw2 2d02

d

6

7

8

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四、正弦加速度运动规律(摆线投影位移运 动规律)1

2 3

ad0 0 8 1 2 3 4 5 6 7 d

pHw2 d02

0 8 7 6 4

45 5

特点： 加速度变化连续. amax 最大.对加工误差敏感. 适于高中速、轻载.

V6

2Hw d0

32 1 0 8

7

d0 0 1 S 2 3 4 5 6 7 8H

d

d0H 5 4 3 6 7 0 1 2

0 1

2

3

4

5

6

7

8 d

p

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五、几种常用运动规律的比较SH

V

等速 等加 余弦 正弦d

d0

等速的 amax 最小, 省力. 正弦的 amax 最大.a

d0

等速的 Vmax 最小, 安 全. mVmax 最小, (动量 即冲力 F = mV/t 最小 .)

d

a等加的 amax 最小，惯性小. 等速的 a →∞. 正弦的 a 连续.

d

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第二节 从动件常用运动规律

三、从动件运动规律的选择1、在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确

定。2、对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。 3、对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速 度运动规律或其他改进型的运动规律。

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第二节 从动件常用运动规律

应用实例：

3

线

2

A

1

绕线机构机械设计基础

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第二节 从动件常用运动规律

卷带轮 1 放音键 3 4 录音机卷带机构 皮带轮 5 摩擦轮

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第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓

图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用反转法原理完成的。加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)凸轮静止不动

从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动从动件相对导路移动

从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线

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第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓

对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 基圆半径R b已知，如图： 1.选与位移线图一致的比例作 凸轮的基圆 2.将基圆分成与位移线图中相 对应的等份 3.分别自基圆圆周向外量取从 动件位移线图中相应的位移量 4.光滑连接各点即为所求的

凸 轮轮廓

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