《精密机械设计》课程授课教案（讲义）第三章 凸轮机构

第三章凸轮机构学时4知识要点：凸轮机构工作原理、从动件运动规律、了解凸轮压力角、滚子半径的确定S1概述组成：凸轮、从动件和机架。凸轮：一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件为直线往复移动或摆动。凸轮机构的优点：机构简单、紧、工作可靠。从动件按任意规律运动。凸轮机构的缺点：轮廓曲线加工比较困难，与从动件为高副接触，压强大、易磨损，般用于传力不大的控制机构中。二、按凸轮的形状分类(a)(b)(c)图6-1凸轮机构的分类(）盘形凸轮如图6-1a，盘形凸轮是绕定轴转动并具有变化半径的盘形构件，是各种凸轮的基本形式。当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就变为移动凸轮，如图6-1b。台圆形凸轮如图6-1c，将移动凸轮绕成圆柱体即成为圆柱凸轮。三、按从动件的形状分一夏图6-2从动件的型式（尖底从动件如图6-2a，结构简单，能与凸轮轮廓上所有点接触，但容易磨损，适用于低速和传力较小的场合。台滚子从动件在从动件的一端装有自由转动的滚子（图6-2b）。摩擦力小，转动灵活应用较多。白平底从动件如图6-2c所示，从动件仅能与轮廓全部外凸的盘形凸轮相作用，不能用于有内凹轮廓的盘形凸轮。磨损小，凸轮对从动件的作用始终垂直于平底，传动效率高，常用于高速凸轮机构中。82从动件常用运动规律图6-3所示为尖底直动从动件盘形凸轮机构。以最小向径rb为半径的圆称为基圆。r为基圆半径。凸轮作逆时针等角速转动。运动过程如下：1：推程：从动件由基圆开始，向径渐增的轮廓将从动件推到用6-3坐形凸轮机构1

1 第三章 凸轮机构 学时 4 知识要点：凸轮机构工作原理、从动件运动规律、了解凸轮压力角、滚子半径的确定 §1 概述 一、 组成:凸轮、从动件和机架。 凸轮:一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,通常作连续等速转动,从动件为直线往复移动或 摆动。 凸轮机构的优点：机构简单、紧凑、工作可靠。从动件按任意规律运动。 凸轮机构的缺点：轮廓曲线加工比较困难，与从动件为高副接触，压强大、易磨损，一 般用于传力不大的控制机构中。 二、按凸轮的形状分类 （a） （b） （c） 图 6-1 凸轮机构的分类 ㈠ 盘形凸轮 如图 6-1a，盘形凸轮是绕定轴转动并具有变化半径的盘形构件，是各种凸 轮的基本形式。当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就变为移动凸轮，如图 6-1b。 ㈡ 圆形凸轮 如图 6-1c，将移动凸轮绕成圆柱体即成为圆柱凸轮。 三、按从动件的形状分 图 6-2 从动件的型式 ㈠ 尖底从动件 如图 6-2a，结构简单，能与凸轮轮廓上所有点接触，但容易磨损，适用 于低速和传力较小的场合。 ㈡ 滚子从动件 在从动件的一端装有自由转动的滚子（图 6-2b）。摩擦力小，转动灵活应 用较多。 ㈢ 平底从动件 如图 6-2c 所示，从动件仅能与轮廓全部外凸的 盘形凸轮相作用，不能用于有内凹轮廓的盘形凸轮。磨损小，凸轮 对从动件的作用始终垂直于平底，传动效率高，常用于高速凸轮机 构中。 §2 从动件常用运动规律 图 6-3 所示为尖底直动从动件盘形凸轮机构。以最小向径 rb 为半径的圆称为基圆。rb 为基圆半径。凸轮作逆时针等角速转动。 运动过程如下： 1．推程：从动件由基圆开始，向径渐增的轮廓将从动件推到

最远点的过程。此时凸轮相应转过的角度Φ称为推程运动角，从动件的位移h称为行程。2.远停程：凸轮转动，从动件停止不动的过程。此时Φs称为远程休止角。3.回程：凸轮转动，从动件下滑向低处的过程。Φ为回程运动角。4.近停程：基圆上DA弧与尖底作用，从动件在距凸轮回转中心最近位置停留不动，转角Φ，称近休止角。凸轮回转，从动件升一停二降一停循环运动。从动件运动规律是指从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随凸轮转角的变化规律。且从动件的运动规律与一定的凸轮轮廓相对应，即不同运动规律要求不同的轮廓曲线。S I、等速运动规律$,t运动图线如图6-4所示，其位移线图为-过圆点的倾斜直线，表达式如下hAns=-0dΦ,tShU=Vo=0ddΦ-a=0BCd,t然而，在A、B、C点，产生速度突变，加1速度无穷大，有“刚性冲击”。故用过渡圆弧代替直线。因此，单纯的等速运动只能用于低速凸轮机构。图6-4等速运动规律二、等加速等减速运动规律如果加速段与减速段的时间相等，则其运动线图如图6-5所示。由运动学可的位移方程：1215%(2)S=20f0如果当Φ=Φ/2时，S=h/2，即4ho?a。=Φ?将上式代入位移方程并对时间t求导，得2h.2S=024hoD:o204ho?a=a@2根据运动图像的对称性，等减速（BC段）的运动方程为图6-5等加速运动规律2hS=h-(Φ-p)?@2

2 最远点的过程。此时凸轮相应转过的角度Φ称为推程运动角，从动件的位移 h 称为行程。 2．远停程：凸轮转动，从动件停止不动的过程。此时Φs 称为远程休止角。 3．回程：凸轮转动，从动件下滑向低处的过程。Φ’为回程运动角。 4．近停程：基圆上 DA 弧与尖底作用，从动件在距凸轮回转中心最近位置停留不动， 转角Φs’称近休止角。 凸轮回转，从动件升—停—降—停循环运动。 从动件运动规律是指从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随 凸轮转角的变化规律。且从动件的运动规律与一定的凸轮轮廓相对应，即不同运动规律要求 不同的轮廓曲线。 一、等速运动规律 运动图线如图 6-4 所示，其位移线图为一 过圆点的倾斜直线，表达式如下： h s =   0 h    = =  a = 0 然而，在 A、B、C 点，产生速度突变，加 速度无穷大，有“刚性冲击”。故用过渡圆弧 代替直线。因此，单纯的等速运动只能用于低 速凸轮机构。 图 6-4 等速运动规律 二、等加速等减速运动规律 如果加速段与减速段的时间相等，则其运动线图如图 6-5 所示。由运动学可的位移方程： 2 2 0 0 1 1 ( ) 2 2 s a t a   = = 如果当φ=Φ/2 时，s=h/2，即 2 0 2 4h a  =  将上式代入位移方程并对时间 t 求导，得 2 2 2h s =   2 4h   =  2 0 2 4h a a  = =  根据运动图像的对称性，等减速（BC 段）的运动方程为 图 6-5 等加速运动规律 2 2 2 ( ) h s h = −  −  A A A B B B C C C a v s v0 φ h v0 φ, t φ, t φ, t

4ho(@-p)D=@24ho?a=@?由运动图像知，这种运动规律的速度曲线是不连续的，不会出现刚性冲击。在B、D处加速度有突变，但均为有限值，会产生“柔性冲击”。适用于中、低速凸轮机构。三、简谐运动质点在周围作匀速运动，它在这个圆的直径方向上的投影所构成的运动称为简谐运动。运动线图如图6-6。运动方程为1元S=(1-cos-Φ)2Φh元0元D=sin-2ddh元0?元a=203cos0d运动在A、E点加速度有变化，会产生柔性冲击，只适图用于中速转动。只有当从动件作无停程的升降升连续往复运6-6简谐运动规律动时，才可以得到连续的加速度曲线，从而适用于高速转动。3

3 2 4 ( ) h   =  −  2 2 4h a  = −  由运动图像知，这种运动规律的速度曲线是不连续的，不会出现刚性冲击。在 B、D 处 加速度有突变，但均为有限值，会产生“柔性冲击”。适用于中、低速凸轮机构。 三、简谐运动 质点在周围作匀速运动，它在这个圆的直径方向上的投 影所构成的运动称为简谐运动。运动线图如图 6-6。运动方 程为 2 2 2 1 (1 cos ) 2 sin 2 cos 2 s h h a           = −  =   =   运动在A、E 点加速度有变化，会产生柔性冲击，只适 图 用于中速转动。只有当从动件作无停程的升降升连续往复运 6-6 简谐运动规律 动时，才可以得到连续的加速度曲线，从而适用于高速转动