凸轮机构详解
内容提要 研究内容： 机械的基本理论
机构
机构的结构分析 机构的设计
机器
方案设计
机构的力学分析
机器动力学
内容提要 1 绪论 2 机构的结构分析
3 平面机构的运动分析 机构的力学分析 4 平面机构的力分析 5 机械的效率和自锁 6 机械的平衡 机器动力学 7 机械的运转及 速度波动的调节 机构的结构分析
r0
【结论】 在满足压力角的条件下，基圆半径 不要太大，以免机构尺寸太大。
D
9.4 基本尺寸的设计
3 滚子半径的确定
（1）当凸轮理论廓线外凸时 滚子的半径是任意确定的吗？
a rr
当滚子半径大于等于理论廓线上的最小曲率半径时，工作 廓线会出现问题。
变尖现象
失真现象
此段运动 规律不可 实现
装卸料传动机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
送料机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
绕线机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
写字机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
熊猫 吹泡泡机构
问：类型。
9 凸轮机构及其设计
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
反转法得到的任意位置
理论廓线方程
B点的两个坐标是
x e cos (s0 s)sin
y e sin (s0 s)cos
s0 r e
2 0 2
实际廓线方程
x ' x r cos
y ' y r sin
max [ ]
9.4 基本尺寸的设计
2 基圆半径的确定
基圆半径与压力角之间有关。从而基圆半径是通过 压力角的设计准则来确定的。
相对瞬心
压力角
相对瞬心
2 基圆半径的确定
凸轮上P点的速度
v p OP
(e CP)
(e CB tan )
(e (CD DB) tan )
例2.试设计一对心直动尖顶盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知 凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。 远休止 推程
回程
近休止
推程运动角
远休止角
回程运动角
近休止角
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例2.试设计一对心尖顶直动盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知 凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。
基圆是理论廓线上的最小内切圆。 理论廓线
基圆
问题：（3）画出从推程开始到图示位置时从动件的位移S, 相应的凸轮转角。 沿着导路位置线，从基圆到理论廓 线之间的线段长度 位移 转角
求转角的三种途径
由基圆上的两个点 及转动中心
由偏距圆上的两个 切点及转动中心
由导路两位置线的 夹角
两个三角形 刚性转动 三个边转动的 角度相同
1 常用运动规律的定性分析
正弦加速度运动规律
无冲击
作 业
P172
设计，用AUTOCAD，书上尺寸
9-13
9-14
9 凸轮机构及其设计
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.4 基本尺寸的设计
1 压力角
定义：推杆上接触点B的运 动方向与其受力方向之间所 夹的锐角称为压力角。 压力角越大，则F的损失越 大。当压力角大到某个值时 ，结构出现死锁。此为临界 压力角。 设计准则：
1 常用运动规律的定性分析
一次多项式运动规律
刚性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
二次多项式运动规律
柔性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
高次多项式运动规律
无冲击
9.3 推杆运动规律的选择
1 常用运动规律的定性分析
余弦加速度运动规律
柔性冲击
9.3 推杆运动规律的选择
9.1
凸轮机构的类型及应用
1）盘形凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）移动凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
3）圆柱凸轮
在圆柱面上有曲线凹槽 在圆柱端面上有曲线轮廓
9.1
凸轮机构的类型及应用
推杆的运动形式
1.凸轮机构的类型
推杆的形状
保持高副接触的形式
凸轮的形状
9.1
凸轮机构的类型及应用
1）尖顶推杆
（4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再 在凸轮上绘制出对应的点。
（4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再 在凸轮上绘制出对应的点。
[ CAD: 圆形阵列得到射 线，偏移得到圆]
[ CAD: 延伸得到各等分点]
（5）用光滑的曲线连接推程数据点和回程数据点。
[ CAD: 用PL连线]
8 平面连杆机构
9 凸轮机构
10 齿轮机构 机构的设计 11 轮系
12 其它常用机构 13 工业机器人
方案设计 14 机械传动系统的方案设计
9 凸轮机构及其设计
引子

连杆机构的缺陷
无论连杆还是从动件很难精确实现预先给定的规律。
9 凸轮机构及其设计
引子
凸轮机构的概念
9 凸轮机构及其设计
引子
凸轮机构的概念
1）力封闭
弹簧力
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
沟槽凸轮
等宽凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2）几何封闭
等径凸轮
共轭凸轮
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
内燃机配齐机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
进刀机构
问：类型。
9.1
凸轮机构的类型及应用
2.凸轮机构的应用
凸轮机构是由凸轮、推杆(也称从动件)和机架三 个基本构件组成的高副机构。
具有曲 线轮廓 或凹槽
9 凸轮机构及其设计
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.1
凸轮机构的类型及应用
推杆的运动形式
1.凸轮机构的类型
推杆的形状
保持高副接触的形式
凸轮的形状
1 凸轮机构的类型和应用 2 凸轮轮廓曲线的设计 3 推杆运动规律的选择 4 基本尺寸的设计
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
凸轮机构的基本用途：精确控制从动件的运动规律
?
调小网格，用ADAMS创建对心凸轮机构，创建距离MEASURE
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
从动件的运动规律 设计凸轮的轮廓
如何根据给定的推杆运动规律来 设计凸轮的轮廓呢？
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例4.试设计一偏置直动滚 子盘形凸轮机构的轮廓曲 线，已知凸轮基圆半径 35mm,偏距为10mm,滚子 半径为5mm,从动件行程 40mm,其位移曲线如图。
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线 e 作图 思路
主体同例3. 把滚子中心作为尖顶推杆的尖顶即可。
1.按照尖顶推杆绘制理论廓 线
[ CAD: 用PE编辑，刷黑]
讨论：8等分后的凸轮
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例3.试设计一偏置直动尖 顶盘形凸轮机构的轮廓曲 线，已知凸轮基圆半径 35mm,偏距为10mm,从动 件行程40mm,其位移曲线 如图。
作图 思路
主体同例2. 区别在起点以及取位移的方式（在偏距圆的切线方向 上从基圆往外取点）。
（1）绘制基本的凸轮机构。凸轮用基圆表示，推杆与凸轮接触。
（2）把基圆按照推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角进行划分 。
[ CAD: 旋转拷贝OA，OB,OC,得到几个关键点。]
（3）确定转折点处的凸轮轮廓线点。圆弧连接远休止曲线和近休止曲线。
[ CAD: 偏移基圆40mm得到远休止弧线]
以回转中心为圆心，与凸轮的轮廓 线相切的最小的圆。
基圆半径
基圆
作图 思路
（1）绘制基本的凸轮机构。凸轮用基圆表示，推杆与凸轮接触。 （2）把基圆按照推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角 进行划分。 （3）确定转折点处的凸轮轮廓线点。圆弧连接远休止曲线和近休 止曲线。 （4）对于推程和回程，先对推杆的位移曲线均分为几段，再在凸 轮上绘制出对应的点。 （5）用光滑的曲线连接推程数据点和回程数据点。
反转法--基本原理
反转法—位移对应关系
9.2 凸轮轮廓曲线的设计
两种设计方法 图解法
解析法
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
例1.已知一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示，求： 根据给定的凸轮轮廓曲线，用作 图法求解从动件的位移曲线。
半圆划分为6等份
延伸得到各位置的长度
9.2.1 用图解法设计凸轮轮廓曲线
(e ( r02 -e 2 s ) tan )
推杆上P点的速度
D
ds vp d
ds (e ( r02 -e2 s) tan ) d
2 基圆半径的确定
ds (e ( r02 -e2 s) tan ) d
ds e ( r02 -e2 s) tan d
（2）画出凸轮的基圆。 （3）画出从推程开始到图示位置时 从动件的位移S,相应的凸轮转角。 （4）画出推程开始时和图示位置 时机构的压力角。 （5）画出从动件的行程h。
问题：（1）写出该凸轮机构的名称。 凸轮机构的名称构成：