上一頁下一頁返回結束章目錄§8—1凸輪機構概述§8—2凸輪機構的工作原理第八章凸輪機構第五章凸輪機構上一頁下一頁返回結束教學要求教學要求

1.了解凸輪機構的分類、應用及特點。

2.了解凸輪輪廓曲線的畫法，熟悉常用位移曲線的畫法。3、掌握基圓半徑、行程、壓力角等基本參數(shù)的概念和它們對工作的影響。4、掌握凸輪從動件的常用運動規(guī)律及其特點和應用。

第五章凸輪機構一、本課程知識體系框架（一）一、本課程知識體系框架（二）一、凸輪機構的基本組成二、凸輪機構的應用特點節(jié)目錄§8—1凸輪機構概述第五章凸輪機構三、凸輪機構的基本類型一、凸輪機構的基本組成

利用連續(xù)轉動的凸輪的輪廓，迫使氣閥的氣門桿往復移動，從而按預定的時間打開或關閉氣閥，完成配氣要求。內(nèi)燃機配氣機構§6—1凸輪機構概述一、凸輪機構的基本組成第五章凸輪機構

當凸輪轉動時，其輪廓迫使從動桿往復擺動，通過固定在從動桿上的扇形齒輪，帶動橫刀架下部的齒條，使橫刀架前、后移動，完成所需要的進刀和退刀運動。自動車床走刀機構§6—1凸輪機構概述一、凸輪機構的基本組成第五章凸輪機構

當圓柱凸輪回轉時，凸輪上的凹槽迫使撥叉沿軸Ⅲ上左右往復移動，撥動軸Ⅱ上的三聯(lián)滑移齒輪滑動，使齒輪a、b、c分別與軸Ⅰ上的固定齒輪d、e、f相嚙合，從而使軸Ⅰ獲得三種不同的轉速。變速操縱機構一、凸輪機構的基本組成凸輪機構凸輪：通常為主動件，并作等速回轉或移動。從動件：擺動或移動機架1、概念：（1）凸輪：具有曲線輪廓或凹槽，能控制從動件運動規(guī)律的構件。（具有曲線或曲面輪廓且作為高副元素的構件）（2）凸輪機構：含有凸輪的機構。應用實例內(nèi)燃機配氣機構自動車床走刀機構靠模車削機構插齒機切深機構火柴自動裝盒機構縫紉機緊線機構繞線機構縫紉機緊線機構1—凸輪2—挑線板(搖桿)3—機架圖6-3繞線機構

凸輪機構結構簡單、緊湊。但凸輪機構中包含有高副，因此不宜傳遞較大的動力，此外，凸輪的曲線輪廓加工制造比較復雜。所以凸輪機構一般適用于實現(xiàn)特殊要求的運動規(guī)律而傳力不太大的場合。二、凸輪機構的分類與特點：按形狀分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪按從動件運動形式分移動從動件擺動從動件按從動件端部形狀分尖頂從動件滾子從動件平底從動件曲面從動件（一）分類1、按凸輪形狀分（1）盤形凸輪：繞固定軸線轉動并具有變化半徑的盤形零件。類別盤形外輪廓凸輪盤形槽凸輪原理：靠半徑的變化推動從動件產(chǎn)生平面運動。從動件在⊥于凸輪軸線的平面內(nèi)運動。應用：一般用于從動件行程或擺動較小的場合。（2）移動凸輪：盤形凸輪r→∞演變而成。*移動凸輪通常作往復直線移動*常用于靠模仿型機械中?！?—1凸輪機構概述第五章凸輪機構

當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，即成為移動凸輪，移動凸輪通常作往復直線移動。§6—1凸輪機構概述第五章凸輪機構

（2）柱體凸輪柱體凸輪圓柱凸輪：在圓柱面上開有曲線凹槽端面凸輪：在圓柱端面上作出曲線輪廓原理：靠長度尺寸的變化推動從動件運動特點：可用較小徑向尺寸得到較大行程*從動件在∥于凸輪軸線的平面內(nèi)運動*屬于空間凸輪機構（3）錐體凸輪§6—1凸輪機構概述第五章凸輪機構2．按從動件的型式分類§6—1凸輪機構概述（二）、凸輪機構的應用特點第五章凸輪機構

（1）．凸輪機構可以用在對從動件運動規(guī)律要求嚴格的場合。可以根據(jù)實際需要任意擬定從動件的運動規(guī)律，如運動軌跡、位移量、速度、加速度和間歇運動的運動時間與間歇時間的比例、停歇次數(shù)等。（２）．凸輪機構可以高速起動，動作準確可靠。1、優(yōu)點：（1）．凸輪機構是高副機構，兩構件接觸處為點接觸或線接觸，單位面積上承載壓力較高，且難以保持良好的潤滑，故容易磨損，壽命低。（2）．凸輪機構能傳遞較復雜的運動，但對復雜的運動特性要求，精確分析和設計凸輪的輪廓曲線比較困難，制造和維修也較困難。隨著電子計算機和數(shù)控機床的廣泛應用，凸輪輪廓型面的設計、制造將變得方便、容易。2、缺點：一、凸輪機構的工作過程和有關參數(shù)二、從動件的常用運動規(guī)律節(jié)目錄§8—2凸輪機構的工作原理第五章凸輪機構§6—2凸輪機構的工作原理一、凸輪機構的工作過程和有關參數(shù)第五章凸輪機構推程（升程）：從動件從最近→最遠的過程。停程：從動件在最近或最遠處停止不動的過程?；爻蹋簭膭蛹淖钸h→最近的過程。二、主要參數(shù)1、轉角推程運動角δo：從動件從最近→最遠時凸輪轉過的角度遠休止角δs：從動件在最遠處停止不動時，凸輪的轉角?；爻踢\動角δo′：從動件從最遠→最近時凸輪的轉角。近休止角δs′：從動件在最近處停止不動時，凸輪的轉角。δo+δs+δo′+δs′=360°其中：δs、δs′可以等于零度。2、實際輪廓線：直接與從動件接觸的凸輪廓線。3、理論輪廓線：凸輪從動件的參考點（尖端、滾子中心、平底中點）在凸輪平面內(nèi)的運動軌跡。尖頂從動件：理論廓線與實際廓線重合。滾子從動件：理論廓線與實際廓線法向等距（滾子半徑）平底從動件：理論廓線與實際廓線接近。4、基圓：以凸輪回轉中心為圓心以凸輪理論廓線的最小半徑為半徑所作的圓。ro尖頂從動件：基圓與實際廓線相切滾子從動件：基圓與實際廓線相交5、位移S:凸輪轉過一定角度，從動件對應移動的距離。6、行程h:從動件所能達到的最大位移。（理論廓線的半徑差）7.壓力角α：a

a

↑→F2

↑

F1→效率η↓當α大于一定值,將自鎖.一般,推程α≤30

(移動)

α≤45(擺動) 回程α≤70—80

ｔｔνFF1＝Fｃｏｓα（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）凸輪理論廓線上某點的法線方向和從動件速度方向所夾的銳角。（半徑最小、最大的點=0°）F2F1F影響凸輪機構工作性能的參數(shù)有：rt、r0、α參數(shù)對工作的影響參數(shù)要求滾子半徑rt<ρ理論min實際廓線為光滑曲線，能得到預定運動規(guī)律為使運動不失真，rt<ρ理論min,一般取rt<0.8ρ理論minrt=ρ理論min實際廓線上有尖點，磨損后運動失真rt>ρ理論min實際廓線上有叉形，加工中被切去，運動失真參數(shù)對工作的影響參數(shù)要求壓力角α↑，有效分力↓，有害分力↑，當α增大到某一數(shù)值時，機構會自鎖而卡死

移動從動件

擺動從動件推程α≤30°α≤45°回程α≤70°—80°α≤70°—80°基圓半徑ro↑，α↓，受力情況好，但機構尺寸大在保證α不超過許用值時，才考慮減小roro↓,α↑,機構尺寸減小，但受力變壞，且滾子半徑也減小，運動易失真轉角凸輪由起始位置（一般為距回轉中心最近點），經(jīng)一定時間后轉過的角度基圓以凸輪理論輪廓上最小半徑所作的圓推程從動件從最低位置升到最高位置的過程回程從動件從最高位置降到最低位置的過程遠休止角從動件在最高位置停止不動，與此對應的凸輪轉角近休止角從動件在最低位置（基圓弧上）停止不動，與此對應的凸輪轉角推程角推動從動件實現(xiàn)推程時的凸輪轉角回程角與回程相對應的凸輪轉角行程移動從動件在推程或回程中移動的最大距離位移表示凸輪轉過一角度，從動件對應移動的距離位移曲線表示從動件位移S和凸輪轉角的關系曲線速度曲線表示從動件運動速度和凸輪轉角的關系曲線加速度曲線表示從動件加速度和凸輪轉角的關系曲線1.基圓、基圓半徑r02.推程運動角δ03.遠休止角δs4.回程運動角δ0′5.近休止角δs'6.轉角、位移S7.行程(升程)hr0Shδ0δSδ0′δs'wABCD已知:凸輪逆時針轉動,求:

（1）凸輪的基圓半徑,（2）轉動90之后的壓力角理論輪廓基圓基圓1.含有

的機構稱為凸輪機構。凸輪機構主要由

、

和

三個基本構件組成。在凸輪機構中，凸輪通常為

件并作

或

。2.僅具有

尺寸變化并繞其

旋轉的凸輪稱為盤形凸輪,盤形凸輪分為

和

兩種。3.當盤形凸輪的回轉中心趨于

時，即成為移動凸輪,移動凸輪通常作

運動，多用于

機械中。4.

凸輪和

凸輪統(tǒng)稱柱體凸輪。5.凸輪從動件與凸輪的接觸形式有

、

、

、

等四種，在傳力較大的機構中，應采用

式。凸輪凸輪從動件機架主動件等速轉動移動徑向軸線盤形外輪廓凸輪盤形槽凸輪無窮遠往復直線移動靠模仿形圓柱端面尖頂從動件滾子從動件平底從動件曲面從動件滾子6.凸輪機構是點接觸的高副機構。﹝﹞7.凸輪機構廣泛應用于機械自動化控制。﹝﹞8.圓柱凸輪機構，凸輪與從動件的運動在同一平面內(nèi)。﹝﹞9.凸輪機構是高副機構，凸輪與從動件接觸處難以保持好的潤滑而易磨損。﹝﹞10.凸輪機構可以高速起動，且動作準確可靠。﹝√

﹞11.對運動的準確性要求高、傳力小、速度低的凸輪機構，常用的從動件形式為

。A.尖頂式B.滾子式C.平底式D.曲面式12.

可使從動件得到較大的行程。A.盤形凸輪機構B.移動凸輪機構C.圓柱凸輪機構×√AC×√§6—2凸輪機構的工作原理二、常用運動規(guī)律第五章凸輪機構從動件的位移曲線直觀地表示了從動件的位移變化規(guī)律，是凸輪輪廓設計的依據(jù)1、等速運動規(guī)律：從動件上升或下降的速度為一常數(shù)的運動規(guī)律。剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大突變引起的沖擊位移曲線：斜直線應用：凸輪作低速回轉、從動件質量小和輕載的場合。應用實例：自動進刀機構§6—2凸輪機構的工作原理第五章凸輪機構修正圓弧半徑r可取行程h的1/2。圖中虛線即為修正后的位移曲線，MN為兩修正圓弧所在圓的內(nèi)公切線。為了避免產(chǎn)生剛性沖擊，通常在產(chǎn)生剛性沖擊的位移曲線轉折處采取用圓弧過渡的方法進行修正§6—2凸輪機構的工作原理第五章凸輪機構2．等加速等減速運動規(guī)律通常，加速段和減速段的時間相等，位移也相等（h/2），加速度的絕對值也相等。從動件在行程（如推程）中先作等加速運動（上升），后作等減速運動（上升）的運動規(guī)律柔性沖擊：加速度發(fā)生有限值的突變

位移曲線：拋物線速度曲線：斜直線應用：凸輪作中速回轉，從動件質量不大和輕載的場合應用實例：內(nèi)燃機配氣機構設計過程中：凸輪的輪廓形狀取決于從動件的運動規(guī)律，從動件的運動規(guī)律取決于機器的工作要求。使用過程中：從動件的運動規(guī)律取決于凸輪的理論輪廓曲線1、如圖6-11所示的凸輪機構的S-δ曲線，試回答；1）、凸輪轉過______________范圍時，從動件為升程且從動件作______________運動規(guī)律；2）、凸輪從φ2轉到φ3時，從動件運動速度V=_____；3）、凸輪從___轉到____時，從動件的位移曲線為斜直線，在這個過程中從動件作_________運動規(guī)律；φ1φ2φ3φ4φ5φOs0-φ2等加速等減速0φ3φ4等速運動1、凸輪機構中，以下各選項中最可能是從動件周期的是﹝﹞。A．從動件推程時間B．從動件推程回程時間之和C．凸輪轉一周時間D．從動件回程時間2、凸輪的﹝﹞決定從動件預定的運動規(guī)律。A．轉速B.結構形狀C.實際輪廓曲線D.理論輪廓曲線3、凸輪機構工作時，凸輪的轉向改變則從動件的運動規(guī)律也改變。﹝﹞4、在盤形凸輪機構中，為防止直動式從動件在運動中突然自鎖，一般規(guī)定推程壓力角﹝﹞。A．α≤30°B．α＞30°C．α≤45°D．α≤80°5．凸輪機構（）的大小主要影響其承載能力。A．滾子半徑rtB．基圓半徑r0

C．壓力角αD．理論輪廓曲線6．通常對于擺動從動件的凸輪機構，要求推程時的壓力角應滿足的范圍要求是（）。A.α≤200B.α≤300

C.α≤450D.α≤8001.從動件自最低位置升到最高位置的過程稱為

，推動從動件實現(xiàn)這一過程相對應的凸輪轉角稱為

。2.凸輪理論輪廓曲線上某點的法線方向，即為從動件的

與從動件

之間所夾的銳角，稱為凸輪在該點的

。3.從動件的位移s與凸輪轉角φ的關系可用

表示。等速運動規(guī)律的位移曲線為一條

，等加速和等減速運動規(guī)律的位移曲線是

。推程運動角所受力的方向運動方向位移曲線斜直線拋物線壓力角推程4.等速運動規(guī)律凸輪機構在從動件速度變化時將產(chǎn)生沖擊，因此只適用于凸輪作

、從動件質量較小和

的場合。5.從動件的運動規(guī)律取決于

，凸輪的輪廓形狀取決于

。6.凸輪轉速較高時，為避免剛性沖擊，從動件常采用

運動規(guī)律。7.從動件常用的運動規(guī)律有

和

，前者的位移曲線是

，工作中產(chǎn)生

沖擊；后者的位移曲線是

，工作中產(chǎn)生

沖擊。低速機器的工作要求從動件運動規(guī)律等加速等減速等速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律斜直線剛性拋物線柔性輕載8.不同類型的從動件采用同一種運動規(guī)律，所用的凸輪輪廓是相同的。﹝﹞9.滾子從動件凸輪機構的工作輪廓即為理論輪廓。﹝﹞10.凸輪的輪廓曲線決定了從動件的位移、速度和加速度的變化規(guī)律。﹝﹞11.凸輪的基圓半徑越大，壓力角就越小，有害分力越小，因此基圓半徑越大越好。﹝﹞×√××12.壓力角的大小影響凸輪機構的傳動效率，但不影響機構的傳動性能。﹝﹞13.為避免柔性沖擊，可采用r=h/2的過渡圓弧修正凸輪輪廓。﹝﹞14.（）決定從動件預定的運動規(guī)律。A.凸輪轉速B.凸輪形狀C.凸輪輪廓曲線D.基圓半徑大小15.有一滾子從動件凸輪機構，若凸輪不變，改用尖頂從動件，其運動規(guī)律（）。A.不會改變B.不一定改變C.會改變D.以上都不對××CC16.對移動從動件凸輪機構限制推程時的壓力角為（）A.α≤45°B.α>45°C.α≤70°～80°D.α≤30°17.等加速等減速運動規(guī)律的位移曲線是（）。A.直線B.拋物線C.雙曲線D.兩個半圓弧線18.產(chǎn)生剛性沖擊的原因是（）。A.速度無窮大B.加速度無窮大C.速度為零D.加速度為零DBB畫尖頂式從動件凸輪機構圖并在圖中標出相關參數(shù)：基圓半徑r0、行程h和推（回）程角、遠（近）休止角及實際輪廓線。下圖6-9所示為一凸輪機構，分析并回答以下問題：（1）該機構適用于_____（高速、低速）、作用力___（大、?。┑膱龊?；（2）要使該機構的從動件的運動規(guī)律為等加速等減速，則必須改變凸輪的____________，此時該機構會產(chǎn)生_____沖擊。圖6-9低速小輪廓形狀柔性（3）該機構逆時針轉過45o時，該機構將作____（上升、下降）運動，在圖中作出此時的壓力角。（4）該機構的行程為_____，推程角為____。（5）該機構推程時必須滿足______。條件才能避免產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，若不滿足該條件時，可以適當增大__________來滿足要求。圖6-9上升24180oα≤30°基圓半徑如圖6-6所示的凸輪機構，已知圓盤凸輪逆時針方向轉動，其半徑r=25mm，凸輪回轉中心“O2”距圓盤幾何中心“O1”的距離e=10mm，試解答下列問題：1.指出實際輪廓線和理論輪廓線，畫出基圓；實際輪廓曲線理論輪廓曲線2.從動件的推程運動角為____度，回程運動角為____度；畫出當凸輪由圖示位置轉過90°后，從動件的位移s，標出從動件的行程h，并求出行程h=_____；（3）分別畫出在圖示位置接觸和在D點接觸時的壓力角，當凸輪A、B兩點與從動件接觸時，壓力角為__度；18018020mm

0【解題思路】本題主要考查了凸輪機構基本參數(shù)的計算、畫法及其對傳動性能的影響。解題時可從以下幾個方面入手：⑴一組關系：設計時“工作要求→從動件運動規(guī)律→凸輪輪廓形狀”；應用時“凸輪輪廓形狀→從動件運動規(guī)律→工作要求”；⑵三曲線一位移：三曲線即“理論輪廓曲線”、“實際輪廓曲線”、“基圓”；一位移即“行程”。它們之間的關系表現(xiàn)為：實際輪廓曲線與理論輪廓曲線隨著從動件形狀不同二者可能“重合”、“徑向等距”或“近似形”；基圓的半徑為理論輪廓曲線的最小曲率半徑；行程為最大理論輪廓曲線與最小理論輪廓曲線的差值；⑶一個角度：壓力角。作法強調“參考點”、“從動件的兩個方向”；從傳力性能的角度限制其范圍。方法歸納：⑴“3”“2”“1”“1”：凸輪機構作圖中常見的“3”（理論廓線、實際廓線、基圓）、“2”（主動件回轉方向、從動件移動方向）、“1”（壓力角）、“1”（從動件位移）；⑵一個習慣：反轉法；⑶位移與距離：從動件的位移和距離是兩個不同的概念，在主動件連續(xù)運動的過程中，兩者時而相同，時而不同。實際中必須注意區(qū)分。⑷影響傳動性能的三個參數(shù)：基圓、壓力角、滾子半徑。2．如圖所示的凸輪機構，已知圓盤凸輪回轉方向如圖所示，其半徑為25mm，滾子半徑rT=5mm，凸輪回轉中心O距圓盤幾何中心O′的距離e=10mm。試分析并回答以下各題：（1）作出基圓和圖示位置的壓力角，并求出回程中最大壓力角αmax=

；（2）標出從動件的升程；arcsin1/3（3）指出壓力角為0°的點；（4）從動件的升程h為

mm，當凸輪軸圖示位置轉過90度后，從動件的位移S=

mm；（5）當力F一定時，壓力角越大，機構的

分力越大，機構的結構就越

；當壓力角增大到某一數(shù)值時，從動件會出現(xiàn)

現(xiàn)象。因此規(guī)定該機構推程時的壓力角α應控制在

的范圍內(nèi)；α≤30o2011.72有害緊湊自鎖（6）若凸輪實際廓線不變，而將滾子半徑變?yōu)閞T=10mm，則從動件運動規(guī)律

，升程h

，推程中αmax；（7）若凸輪角速度ω=π/5rad/s，則從動件在一個周期內(nèi)的平均速度為

。改變不變減小4mm/s如圖1-1-4所示擺動滾子從動件圓盤凸輪機構中，滾子中心為B，凸輪O′以角速度ω逆時針方向繞轉動中心O轉動。試在圖上完成下列各題：⑴畫出理論輪廓曲線、基圓。⑵標出圖示位置時的壓力角α。例題2已知:凸輪逆時針轉動,求:凸輪的基圓半徑,轉動90之后的壓力角解：基圓速度方向？理論輪廓基圓1、圖6-2示機構中，鉸鏈四桿機構各桿的尺寸為：AB=15mm，BC=50mm，CD=15mm，DA=50mm，偏心輪中心為C點，其半徑r=30mm，AB順時針傳動，試解答：（1）該機構由_________與_______________兩個典型機構組成；輪1的基圓半徑為___mm；從動件2在圖示位置的壓力角為___度；當AB桿轉至BC桿共線時，從動件2的壓力角為___度；

凸輪機構平行四邊形機構3015

0

當主動件AB桿轉動時，機構___（有、無）死點位置；當AB桿由圖示位置轉過90度時，從動件2的位移s=__________mm；（5）從動件2的升程h=____mm。

有30圖示為繞線機，線軸轉動帶動蝸桿轉動，蝸桿右旋，試回答下列問題：該繞線機由_____傳動和_____凸輪機構組成。（2）圖示線軸的轉動方向為_____。蝸桿盤形向下（3）該凸輪機構從動件多用于傳力__、速度___、傳動靈敏的場合。為避免該機構發(fā)生自鎖現(xiàn)象，凸輪機構推程壓力角應小于等于_____度。凸輪機構的壓力角越小，凸輪輪廓曲線越____（平直、彎曲）。δs=___

。（5）該機構屬于____（高副、低副）機構。小低45平直00高副如左圖所示滾子擺動從動件盤形凸輪機構，凸輪1為主動件，以角速度順時針等速轉動，圖中示意畫出了凸輪的部分廓線KK，廓線上的MN段為圓心在A點的一段圓弧，其半徑為廓線上的最小向徑，2為擺動從動件，3為機架。（1）在原圖上畫出凸輪的基圓，并標注出基圓半徑r0；（2）在圖示位置，從動件上的滾子與凸輪廓線在C點接觸，請在原圖上標出在該位置時的壓力角；（3）若本題中的從動件選用如右圖所示的運動規(guī)律，推程角120°，在右圖中補全從動件運動的位移曲線和加速度曲線。右圖中的運動線圖所表示的運動規(guī)律是

運動規(guī)律，該運動規(guī)律有柔性沖擊，一般適用于

（低、中、高）速，

（輕、重）載。等加速等減速中

輕如圖所示為組合機構，四桿機構各桿長度為lAB=104mm，lAD=132mm，lBC=78mm，lCD=96mm，凸輪1繞O點作等速轉動，其外輪廓MN是以O為圓心的一段圓弧，它的回轉半徑r最小。分析該機構，解答下列問題：（1）構件1、2和5組成的機構中，構件2的擺動角度一般應盡可能

（大、?。?；（2）為了保證構件2有較好的傳動性能，一般規(guī)定，該機構在推程時，壓力角應滿足

要求；小≤45o

（3）凸輪

半徑的取值與壓力角有關;（4）圖示情況下，該組合機構

（能、不能）將構件4作主動件;（5）構件1、2、5組成的機構中，若從動件的運動規(guī)律為等加速等減速運動，則機構存在

沖擊，故該運動規(guī)律只適用于

（高速重載、中速輕載、高速輕載）的場合;基圓

柔性

不能中速輕載（6）在圖中作出凸輪機構的基圓;（7）在圖中作出凸輪運動到圖示位置時，構件2的壓力角。1、補齊圖6-5中尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構的部分運動線圖，并回答：（1）指出有剛性沖擊位置的點：____，柔性沖擊位置的點：____________。（2）若改為滾子式從動件，則運動規(guī)律_____（改變，不改變）；（3）在推程運動過程中，若不發(fā)生自鎖，則必須有______條件。123456760012001800240030003600

φsvφaφ1234