单元4 凸轮机构
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任务1 认识凸轮机构
3.凸轮机构的基本类型及特点
凸轮类型
表4-1 凸轮机构的类型及特点 图例
特点
盘形凸轮
盘形凸轮是一个绕固定轴线转动 并具有变化半径的盘形零件。从 动件在垂直于凸轮旋转轴线的平 面内运动
移动凸轮
移动凸轮可看做是盘形凸轮的回
转中心趋于无穷远，相对于机架 作直线往复移动
）
Ａ．高副
Ｂ．转动副
Ｃ．移动副
⑸内燃机的配气机构采用了（
）
Ａ．凸轮机构
Ｂ．铰链四杆机构
Ｃ．齿轮机构
⑹凸轮机构中，从动件构造最简单的是（
）
Ａ．平底从动件
Ｂ．滚子从动件
Ｃ．尖顶从动件
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任务1 认识凸轮机构
2.填空题： ⑴ 凸轮机构主要由__________、__________和__________三个基本构件组成。 ⑵ 在凸轮机构中，凸轮为__________件，通常做等速__________或 __________。 ⑶ 在凸轮机构中，通过改变凸轮__________使从动件实现设计要求的运动。 ⑷ 在凸轮机构中，按凸轮形式分类，凸轮有__________、__________和 __________三种。 ⑸ 凸轮机构工作时，凸轮轮廓与从动件之间必须始终__________，否则，凸 轮机构就不能正常工作。 3.判断题： ⑴ 在凸轮机构中，凸轮作主动件。（ ） ⑵ 凸轮机构广泛用于机械自动控制。（ ） ⑶ 移动凸轮相对机架作直线往复移动。（ ） ⑷ 在一些机器中，要求机构实现某种特殊的或复杂的运动规律，常采用凸轮 机构。（ ） ⑸ 根据实际需要，凸轮机构可以任意拟定从动件的运动规律。（ ）
表4-3 凸轮从动件升-停-降-停运动循环
从动件运 动情况
升
图例
描述
以凸轮轮廓上最小半径所作的圆称为凸轮的基圆，rb以表示。 图中从动件位于最低位置，它的尖端与凸轮轮廓上点A（基圆 与曲线AB的连接点）接触。当凸轮以等角速度ω逆时针转过δ0 时，从动件在凸轮轮廓曲线的推动下，将由A点位置被推到B´点 位置。 从动件由最低位置被推到最高位置，从动杆运动的这一过程 称为推程。 凸轮转角δ0称为推程运动角。
曲线类型
图例
描述
位移曲线
位移线图由两段抛物线组成。推程的 前h/2的位移方程为s=αt2/2，位移是 时间t（或凸轮转角）的二次函数
速度曲线
初始速度v=0，推程的前h/2的速度方 程为υ=at
加速度曲线
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推程的前h/2等加速，后h/2等减速； 推程的O、A、B点有加速度的突变，将 产生柔性冲击
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任务2 从动件常用运动规律
3.内燃机凸轮机构的工作过程分析
表4-5 分析凸轮机构的工作过程
步骤
1.凸轮转动时
2.从动杆不动时,气门静 止,凸轮转动的角度 3.从动杆降时,气门开, 凸轮转动的角度
描述
从动杆升,气门关,凸轮转动一定角度。从动件由最低位置被推 到最高位置，从动杆运动的这一过程称为推程。 凸轮转角称为推程运动角。 从动件静止不动，且从动件停在最高位置，这一过程称为远停 程。 凸轮转角称为远停程角。
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任务1 认识凸轮机构
练习题
1.选择题：
⑴ 凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是（ ）
A.移动副 B.转动副
C.高副
⑵（ ）决定从动件预定的运动规律。
A.凸轮转速 B.凸轮轮廓曲线 C.凸轮形状
⑶凸轮机构中，主动件通常作（
）
Ａ．等速转动或移动
Ｂ．变速 转动
Ｃ．变速移动
⑷凸轮与从动件接触处的运动副属于（
A.抛物线
B.斜直线
C.双曲线
⑵ 从动件作等加速等减速运动的凸轮机构（ ）
A.存在刚性冲击 B.存在柔性冲击 C.没有冲击
⑶ 从动件作等速运动规律的凸轮机构，一般适用于（ ）、轻载的场合。
A.低速
B.中速
C.高速
⑷ 从动件作等加速等减速运动规律的位移曲线是（ ）。
A.斜直线
B.抛物线 C.双曲线
2.判断题：
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图4-2 凸轮机构示意图 1-凸轮 2-从动件 3-机架
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任务1 认识凸轮机构
2.凸轮机构的应用特点
（1）优点 结构简单紧凑、工作可靠、设计适当的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意 预期的运动规律； （2）缺点 凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线接触，不便于润滑，易磨损，只选 用于传力不大的场合，如自动机构、仪表、控制机构和调节机构中。
从动件由最高位置点回到最低位置点，这一过程称为回程。 凸轮转角称为回程运动角。
4.从动杆再次不动时,气 从动件将处于最低位置且静止不动，这一过程称为近停程。 门静止,凸轮转动角度 凸轮转角称为近停程角。
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任务2 从动件常用运动规律
练习题
1.选择题：
⑴ 从动件等速运动规律的位移曲线形状是（ ）
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任务1 认识凸轮机构 任务2 从动件常用的运动规律 任务3 设计凸轮轮廓
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任务1 认识凸轮机构
知识目标： 1.熟悉凸轮机构的组成 2.掌握凸轮机构的类型及特点
技能目标： 合理选择凸轮机构的种类
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任务1 认识凸轮机构
1.凸轮的组成
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，凸轮是一 个具有曲线轮廓或槽的构件，主动件凸轮通常作等速转动或移动，凸轮机构是通 过高副接触使从动件得到所预期的运动规律。
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停
单元4 凸轮机构
凸轮转过δs´时，从动件与凸轮轮廓线上最小向径 的圆弧DA接触，从动件将处于最低位置且静止不动， 这一过程称为近停程。
凸轮转角δs´称为近停程角。
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任务2 从动件常用运动规律
2.从动件常用的运动规律
曲线类型
表4-4 等速运动规律位移s、速度v、加速度α线图
图例
描述
位移曲线
位 移 方 程 为 s=vt ， 等 速 运 动 时 位 移曲线为一倾斜直线
速度曲线 加速度曲线
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从动件运动过程中，速度v为恒值
从动件在推程的起始与终止速度有 突变，使O、A位置加速度达到无穷 大，产生刚性冲击
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任务2 从动件常用运动规律
表4-5 等加速等减速运动规律位移s、速度v、加速度α线图
停
单元4 凸轮机构
因凸轮BC段轮廓为圆弧，故凸轮转过角度δs，从动件静止不 动，且从动件停在最高位置，这一过程称为远停程。
凸轮转角δs称为远停程角
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从动件运 动情况
降
任务2 从动件常用运动规律
图例
描述
凸轮继续转过δ0´，从动件由最高位置C´点回到最 低位置D´点，这一过程称为回程。
凸轮转角δ0´称为回程运动角。
⑸ 凸轮机构从动件的运动规律可按要求任意拟定。（ ）
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任务3 设计凸轮轮廓
知识目标： 掌握 “反转法” 设计凸轮机构的原理
技能目标： 学会运用“反转法”原理设计凸轮机构
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任务3 设计凸轮轮廓
1.反转法原理
假想: 给机构加一公共角速度, 凸轮：相对静止不动 推杆：一方面随导轨以ω绕凸轮轴心转动,另一方 面又沿导轨作预期的往复移 动, 推杆尖顶在这种复合运 动中的运动轨迹即为凸轮轮 廓曲线。
（2）对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的设计 已知：凸轮的基圆半径为r0,滚子半径r,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的 运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。
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任务3 凸轮轮廓设计
4.对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计实例
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⑴ 凸轮机构中，所谓从动件作等速运动规律是指从动件上升时的速度和下降时的速度
必定相等。（ ）
⑵ 凸轮机构中，从动员件作等速运动规律的原因是凸轮作等速转动。（
）
⑶ 凸轮机构中，从动件作等加速等减速运动规律，是指从动件上升时作等加速运动，
而下降时作等减速运动。（ ）
⑷ 凸轮机构产生的柔性冲击，不会对机器产生破坏。（ ）
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任务3 设计凸轮轮廓
2.反转原理求位移线图
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任务3 设计凸轮轮廓
3.直动从动件盘形凸轮轮廓设计
（1）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计 已知：基圆半径为r0,逆时针方向等速回转。推杆运动规律如图。试设计凸轮轮廓线。
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任务3 设计凸轮轮廓
滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨 损较小，故可用来传递较大的动力， 应用较广
凸轮与平底的接触面间易形成油膜， 润滑较好，常用于调整传动中
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任务1 认识凸轮机构
4.内燃机的配气机构分析
（1）组成:凸轮、气门杆、机架 （2）分析:图中内燃机配气机构实际上是一种对心平底移动从动件盘形凸轮机构, 凸轮1连续 转动,当径向尺寸变化的凸轮轮廓与气门杆2的平底接触时,气门杆产生上下 移动,而以凸轮回转中心为圆心的圆弧段轮廓与气门杆接触时,气门杆将静止不动,从而 按预定的规律和时间要求打开或关闭气门,完成配气要求。
任务3 凸轮轮廓设计
练习题
一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按顺时针方向转动，其基圆半 径r0=20mm。从动件的行程h=30mm运动规律如下：