《机械设计基础》课程教学资源（教案讲义）第07次课 凸轮机构（二）

果凸轮机构(二）A1.盘形凸轮轮廓的设计2.凸轮设计时的注意问题教学要求1.掌握盘形凸轮轮廓的设计原理、设计方法2.掌握凸轮轮廓设计时要注意的基本问题教学的重点与难点重点：盘形凸轮轮廓的设计方法、设计时要注意的问题。难点：偏置滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计方法。教学方法与手段利用动画演示、注重原理和方法。教学过程组织：复习旧课：凸轮机构的类型和特点，基本的名词术语，常用的从动件的运动规律和特点。引入新课：前面讲到了从动间的运动规律取决于凸轮的轮廓，如果要想实现某一运动规律，该怎么来设计凸轮的轮廓曲线呢？以盘形凸轮为例进行讲解。盘形凸轮轮廓曲线的设计：凸轮轮廓曲线设计的基本原理一一反转法。0W1正常反转停（动画演示）反转法---对整个机构加绕凸轮轴心O点的"-W"公共角速度反转

第七次课 凸轮机构（二） 教学内容 1. 盘形凸轮轮廓的设计 2. 凸轮设计时的注意问题 教学要求 1.掌握盘形凸轮轮廓的设计原理、设计方法 2.掌握凸轮轮廓设计时要注意的基本问题 教学的重点与难点 重点：盘形凸轮轮廓的设计方法、设计时要注意的问题。 难点：偏置滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计方法。 教学方法与手段 利用动画演示、注重原理和方法。 教学过程组织： 复习旧课： 凸轮机构的类型和特点，基本的名词术语，常用的从动件的运动规律和特点。 引入新课： 前面讲到了从动间的运动规律取决于凸轮的轮廓，如果要想实现某一运动规律，该怎么来设计凸轮 的轮廓曲线呢？以盘形凸轮为例进行讲解。 盘形凸轮轮廓曲线的设计： 凸轮轮廓曲线设计的基本原理——反转法。 （动画演示） 反转法-对整个机构加绕凸轮轴心O点的"- ω"公共角速度反转

0QS3显然：反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。1.对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计已知：凸轮的基圆半径ro，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺I，作位移曲线和基圆rO。②等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。2.对心移动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计已知：凸轮的基圆半径rb，滚子半径r、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线设计步骤：①选比例尺I，作位移曲线和基圆rO。②等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。④将各点连接成一条光滑曲线。③作一系列滚子圆及滚子圆的内（外）包络线

显然：反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。 1.对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计 已知：凸轮的基圆半径r0，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤： ① 选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。 ② 等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。 ③ 确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。 ④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 2．对心移动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计 已知：凸轮的基圆半径rb，滚子半径rr、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤： ① 选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。 ② 等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。 ③ 确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。 ④ 将各点连接成一条光滑曲线。 ⑤ 作一系列滚子圆及滚子圆的内(外)包络线

实际轮廓曲线00120°5639027理论轮廓曲线3.对心移动平底从动件盘形凸轮廓线的设计已知：凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺I，作位移曲线和基圆rO。②等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后平底与导路中心线的交点A在各等分点占据的位置。作平底直线族及平底直线族的内包络线

3．对心移动平底从动件盘形凸轮廓线的设计 已知：凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤： ① 选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。 ② 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。 ③ 确定反转后平底与导路中心线的交点A在各等分点占据的位置。 ④ 作平底直线族及平底直线族的内包络线

0A090°5120°51566'4139060°13'871110128111049"4.偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计已知条件：从动件运动规律，偏距e，凸轮转动方向，基圆半径。设计步骤如下：Bo56789可0C90'18060°30第一步以与位移线图相同的比例尺作出偏距圆及基圆，过偏距圆上任意一点K作出偏距圆的切线作为从动件导路，井与基圆相交于一B点，该点也就是从动件尖顶的起始位置

4．偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计 已知条件： 从动件运动规律，偏距e，凸轮转动方向，基圆半径。 设计步骤如下：

Bo5678900234CC180°90603060CCC第二步90°C2180从OB.开始按-w方向在基圆上画出推程Ce运动角180度，远休止角，回程运动角90度，近休止角60度，并在相应段与位移线图对应划分出若干等份，得分点Ci、C2、Cs、.....Bo345678902C90°180°60°30°60C第三步90C2180°过各分点C.、C、C.、....向偏距圆做切线，作为从动件反转后的导路线

Bo56701934B90°1806030Bt60第四步C2180Bz在以上的导路线上，从基圆上的点Ci、C2、C...开始向外量取相应的位移量得BB2.B、......，即B.C=11'BB:C=22'、B:C=33'、，得出A反转后从动件尖顶的位置B.BBoE19090°60180*3060第五步BC2180B2将B.Bz2.Bs、点连成光滑曲线就是凸轮的轮廓线。B6绘制完成。CBB9B4凸轮设计中应注意的问题：1、凸轮机构的压力角和自锁不考虑摩擦的情况下，工作时凸轮给从动件的作用力R沿接触点处的公法线方向，根据力的分解原理，有：R'=Rcosa、R"=Rsinaα是压力角。当α增大到一定程度，由R"引起的导路对从动件的摩擦阻力就会大于有效分力R'，这时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从动件都不会运动，这种现象称为自锁。为保证凸轮机构正常工作并具有一定的效率，必须对压力角加以限制。设计时应使最大压力角不超过许用值：直动从动件凸轮：[α]=30°～38°摆动从动件凸轮：[g]=40°~50°

凸轮设计中应注意的问题： 1、凸轮机构的压力角和自锁 不考虑摩擦的情况下，工作时凸轮给从动件的作用力Ｒ沿接触点处的公法线方向，根据力的分 解原理，有： R'=Rcosα、R"＝Rsinα α是压力角。 当α增大到一定程度，由R"引起的导路对从动件的摩擦阻力就会大于有效分力R' ，这时，无论凸轮加 给从动件的作用力有多大，从动件都不会运动，这种现象称为自锁。 为保证凸轮机构正常工作并具有一定的效率，必须对压力角加以限制。设计时应使最大压力角不 超过许用值： 直动从动件凸轮：[α]＝30°～ 38° 摆动从动件凸轮：[α]＝40°～ 50°

b)a)2、压力角与基圆半径的关系

2、压力角与基圆半径的关系

:αl-→r0→结构不紧凑;ro1→α↑→nt，甚至自锁基圆半径经验公式：r0= (1.6 ~ 2) r式中：『一一凸轮轴孔半径3、滚子半径的选择P实=P粗一1TrT↑接触应力!，但rT过大，凸轮的实际轮廓曲线会产生失真。当>Pmi时ptc) Pmin<Tb) Pmin=r小结：1、了解凸轮的分类。掌握常见的从动件运动规律及所具有的冲击特性。2、掌握反转法的原理

∴α↓→r0 ↑ →结构不紧凑； r0 ↓→ α ↑ → η↓，甚至自锁 基圆半径经验公式： r0=（1.6 ～ 2）r 式中：r——凸轮轴孔半径 3、滚子半径的选择 rT↑接触应力↓，但rT过大，凸轮的实际轮廓曲线会产生失真。 故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rT小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。 常取rT ≤0.8ρmin 小结： 1、了解凸轮的分类。掌握常见的从动件运动规律及所具有的冲击特性。 2、掌握反转法的原理

3、注意：对于滚子从动件盘形凸轮，基圆半径r0是指理论轮廓的最小向径。4、弄清基圆半径和压力角之间的关系。5、滚子半径rr必须小于凸轮理论轮廓外凸部分的最小曲率半径作业：教材P52:3-2，3-37米恭

3、注意：对于滚子从动件盘形凸轮，基圆半径r0是指理论轮廓的最小向径。 4、弄清基圆半径和压力角之间的关系。 5、滚子半径rr 必须小于凸轮理论轮廓外凸部分的最小曲率半径。 作业： 教材P52：3-2，3-3