凸轮机构及其设计例题

第三章 凸轮机构典型例题

例 1 在图示的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，其圆心在A点，半径R=40mm，凸轮转动方向如图所示，lOA=25mm，滚子半径rt=10mm，试问：

（1）凸轮的理论廓线为何种曲线？ （2）凸轮的基圆半径r b=? （3）从动件的升距h=?

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解：选取适当的比例尺作机构图如图（b）所示

（1）理论廓线η为半径为R+rt =40+10=50mm的圆。 （2）凸轮的基圆半径r b

凸轮理论廓线的最小向径称为凸轮的基圆半径，如图所示线段OC即为理论廓线η的最小向径，也就是凸轮的基圆半径r b。由图（b）可知

r b=l AC － lAO =（R+rt）－lAO=（40+10）－25=25mm （3）从动件的升距h

从动件上升的最大距离h称为从动件的升距，它等于理论廓线η的最大与最小向径之差。因此，

h=（lAO+R+rt）－r b=25+40+10－25=50mm

例 2 如图（a）所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它由四段直线组成。要求：画出推杆的位移线图和加速度线图；判断那几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置。凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。

第四章 凸轮机构特点: 运动精度高;结构紧凑;能实现复杂运动

组成: 机架、凸轮、从动件

§4—1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用

广泛

二、凸轮机构的分类盘形凸轮 1、按两活动构件之间 相对运动特性分类 平面凸轮机构 空间凸轮机构 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件

移动凸轮

凸 轮 机 构 分 类

2、按从动件运动副 元素形状分类

3、按凸轮高副的锁 合方式分类

力锁合形锁合

1、按两活动构件之间的相对运动特性分类(1)平面凸轮机构

1)盘形凸轮

2)移动凸轮

( 2)空间凸轮机构

2、按从动件运动副元素形状分类(1) 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

(2)直动滚子从动件

(3)直动平底从动件

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。

摆动尖顶从动件

摆动滚子从动件

凸轮机构的优缺点： 优点： 只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现 预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。 缺点：

凸轮为高副接触(点或线),压强较大，容易磨 损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。

§4—2 从动件常用的运动规律及其选择一、等速运动规律(刚性冲击,低速轻载) 二、等加速等减速运动规律(柔性冲击) 三、

凸轮机构设计(图文)

凸轮机构设计

1 概述

凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。

1.1 凸轮机构的应用（工程应用案例）

内燃机 配气机构 凸轮机构

凸轮机构设计(图文)

自动车床上的走刀机构

靠模车削机构

1.2 凸轮机构的分类

凸轮机构的类型很多，常就凸轮和从动杆的端部形状及其运动形式的不同来分类。

(1) 按凸轮的形状分

1)盘形凸轮(盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转) 分度转位机构 尖顶移动从动杆盘形凸轮机构 尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构

滚子移动从动杆盘形凸轮机构

滚子摆动从动杆盘形凸轮机构

平底移动从动杆盘形凸轮机构 平底摆动从动杆盘形凸轮机构

2)移动凸轮(移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。) 移动从动杆移动凸轮机构 摆动从动杆移动凸轮机构

凸轮机构设计(图文)

3)圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。

)

凸轮机构习题

一、填空题

1）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， 加速度 有突变，会产生 柔性 冲击。

2）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槽道凸轮和等径凸轮 。

3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力 ， 弹簧力 ，或依靠凸轮上的 几何形状 来实现。

4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律 。主要缺点为 从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合 。

5)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正偏置 侧。

6）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，加速度 将发生突变，从而引起 柔性 冲击。

7）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增大基圆半径、改变偏置方向 。

9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于 0 。

10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中， 等速运动 运动规律有刚性冲击； 等加

4.1 如图4.3(a)所示的凸轮机构推杆的速度曲线由五段直线组成。要求：在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线；判断哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置，凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在?

图4.3

【分析】要正确地根据位移曲线、速度曲线和加速度曲线中的一个画出其余的两个，必须对常见四推杆的运动规律熟悉。至于判断有无冲击以及冲击的类型，关键要看速度和加速度有无突变。若速度突变处加速度无穷大，则有刚性冲击；若加速度的突变为有限值，则为柔性冲击。

解：由图4.3(a)可知，在OA段内(0≤δ≤π/2)，因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休段，推杆的位移及加速度均为零。在AB段内(π/2≤δ≤3π/2)，因v>0，故为推杆的推程段。且在AB段内，因速度线图为上升的斜直线，故推杆先等加速上升，位移曲线为抛物线运动曲线，而加速度曲线为正的水平直线段；在BC段内，因速度曲线为水平直线段，故推杆继续等速上升，位移曲线为上升的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段；在CD段内，因速度线为下降的斜直线，故推杆继续等减速上升，位移曲线为抛物线，而加速度曲线为负的水平线段。在DE段内(3π/2≤δ≤2π)，因v<0，故为推杆的回程段，因速度曲线为水平线段，故推杆做等速下降运动。其位移曲线为下降的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段，且在D和E处其加速度分别为负无穷大和正无穷大。综上所述作出推杆的速度v及加速度a线图如图4.3(b)及(c)所示。

由推杆速度曲线和

凸轮机构习题

一、填空题

1）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， 加速度 有突变，会产生 柔性 冲击。

2）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槽道凸轮和等径凸轮 。

3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力 ， 弹簧力 ，或依靠凸轮上的 几何形状 来实现。

4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律 。主要缺点为 从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合 。

5)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正偏置 侧。

6）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，加速度 将发生突变，从而引起 柔性 冲击。

7）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增大基圆半径、改变偏置方向 。

9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于 0 。

10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中， 等速运动 运动规律有刚性冲击； 等加

新手练习

凸轮机构的设计

凸轮机构的设计一般采用反转法，是在选定从动件的运动规律和确定凸轮机构基本尺寸（基圆半径和偏距）的前提下，采用反转法原理设计出凸轮的轮廓曲线。

从动件运动规律：

S=(h/Φ)θ（0°≤θ≤180°）

S=(h/2)*(1+cos((pi/Φ)*(θ-180))) (180°≤θ≤360°) 其中，h=100mm，Φ=180，θ=ωt 运用IF(expr1:expr2,expr3,expr4)函数

启动ADAMS/View

启动ADAMS/View，选择“Create a new model”，在model name框中输入cam，如图，单击OK，进入工作界面。

新手练习

修改工作栅格 在主菜单栏中，选择

下拉菜单中

，并将size中的x，y分别

改为400，300，将spacing中的x，y改为10，10，如图

在工作屏幕区内随意单击一下，然后按F4，在工作区右下角显示坐标窗口。

创建从动件

1.在主工具箱中，单击圆锥工具图标

在参数设置栏中是，设置New Part: Length=ON，length=50，Bottom Radius=10，Top Radius=0.01，并在工作区内分别选择（0，50，0

1、在图示机构运动简图中，作出基圆，标出其基圆半径rO及推杆的行程h。（写出作图步骤）

图所示为一偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮为一以C为中心的圆盘，圆盘半径R=30mm，偏心距e=10mm，从动件偏距E=10mm，转向如图所示。试用图解法求出（按1:1的比例作图求解）

（1）凸轮的基圆半径rb和从动件的升程h；

（2）凸轮机构的推程角?、回程角?、远休止角?和近休止角

ths?s?；

图示凸轮机构，要求： (1)写出该凸轮机构的名称； (2)画出凸轮的基圆，偏距圆； (3)图示位置时从动件的位移s、压力角α

1、如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心为O1，凸轮的转动中心为O。 （1）画出基圆、偏距圆；

（2）画出从动件在图示位置时的压力角α和位移s。 （不必作文字说明，但必须保留作图线）。

3、图为一偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构，试在图上绘出： （1）、 偏距圆；（2）、 基圆； （3）、 图示位置从动件位移及压力角； （4）、 滚子在C点接触时凸轮的转角。

1、在图示机构运动简图中，作出基圆，标出其基圆半径rO及推杆的行程h。（写出作图步骤）

图所示为一偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮为一以C为中心的圆盘，圆盘半径R=30mm，偏心距e=10mm，从动件偏距E=10mm，转向如图所示。试用图解法求出（按1:1的比例作图求解）

（1）凸轮的基圆半径rb和从动件的升程h；

（2）凸轮机构的推程角?t、回程角?h、远休止角?s和近休止角

?s?；

图示凸轮机构，要求： (1)写出该凸轮机构的名称； (2)画出凸轮的基圆，偏距圆； (3)图示位置时从动件的位移s、压力角α

1、如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心为O1，凸轮的转动中心为O。 （1）画出基圆、偏距圆；

（2）画出从动件在图示位置时的压力角α和位移s。 （不必作文字说明，但必须保留作图线）。

3、图为一偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构，试在图上绘出： （1）、 偏距圆；（2）、 基圆； （3）、 图示位置从动件位移及压力角； （4）、 滚子在C点接触时凸轮的转角。

考试复习与练习题

一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案）

1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是 。

A．惯性力难以平衡 B．点、线接触，

易磨损

C．设计较为复杂 D．不能实现间歇

运动

2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是 。 A．可实现各种预期的运动规律 B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度 D．从动件的行程

可较大

3 盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。

A．摆动尖顶推杆 B．直动滚子推杆 C．摆动平底推杆 D．摆动滚子推杆 4 对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为 关系。

A．偏置比对心大 B．对心比偏置大 C．一样大 D．不一定 5 下述几种运动规律