中国矿业大学机械原理课件22872.pptx
6凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计6.26.2 凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式6.46.4 盘形凸轮轮廓线的作图法设计盘形凸轮轮廓线的作图法设计盘形凸轮轮廓线的作图法设计盘形凸轮轮廓线的作图法设计6.76.7凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用6.16.1 概述概述概述概述6.36.3 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律6.56.5 盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计6.66.6 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、凸轮机构工作能力验算方法。凸轮机构工作能力验算方法。凸轮机构工作能力验算方法。凸轮机构工作能力验算方法。凸轮机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。6.16.1概概概概 述述述述提要提要提要提要Chapter 6 Cam Mechanisms and Design6凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计6.26.2凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式凸轮机构的分类及封闭形式 凸轮机构的类型很多，根据从动件的运动形式，可分为直动和摆动两凸轮机构的类型很多，根据从动件的运动形式，可分为直动和摆动两类。根据凸轮形状、从动件形状、封闭形式的不同，凸轮机构有如下类型。类。根据凸轮形状、从动件形状、封闭形式的不同，凸轮机构有如下类型。第一第一，直动从动件凸轮机构，如图直动从动件凸轮机构，如图6.1中的中的(a)(e)、(i)、(j)所示。所示。第二第二，摆动从动件凸轮机构，如图，摆动从动件凸轮机构，如图6.1中的中的(f)(h)所示。所示。第三第三，从动件与凸轮以力封闭的凸轮机构，如图从动件与凸轮以力封闭的凸轮机构，如图6.1(c)所示。所示。第四第四，从动件与凸轮以几何封闭的凸轮机构，如图，从动件与凸轮以几何封闭的凸轮机构，如图6.1(i)、(j)所示。所示。平面凸轮机构的基本类型如下图所示。平面凸轮机构的基本类型如下图所示。平面凸轮机构的基本类型如下图所示。平面凸轮机构的基本类型如下图所示。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)图图6.1凸轮机构的类型凸轮机构的类型2eV21r01AB3CV2(a)平面图平面图(1)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构(b)三维图三维图11V223图图6.1(a)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构二维动画二维动画2eV21r01AB3C(1)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构图图6.1(a)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画(a)平面图平面图e2V2C3D1r01AB(a)平面图平面图(2)(2)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构(b)三维图三维图11V223e2V2图图61(b)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构二维动画二维动画(a)平面图平面图e2V2C3D1r01AB(2)(2)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构图图6.1(b)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画(3)(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构32eBC1r01Ae(b)三维图三维图11V223图图6.1(c)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构二维动画二维动画(a)平面图平面图(3)(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构(a)平面图平面图32eBC1r01A图图6.1(c)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动平底从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画(4)(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构11ABr0223CD(a)平面图平面图12211322(b)三维图三维图图图6.1(f)摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构11ABr0223CD(a)平面图平面图(4)(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构图图6.1(f)摆动尖底从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画(b)三维图三维图11322(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构(a)平面图平面图223CD11ABr0223CD11ABr0图图6.1(g)摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构(5)(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构(a)平面图平面图223CD11ABr0图图6.1(g)摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画11Ar0223C(a)平面图平面图D(6)(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构11322(b)三维图三维图11Ar023CD图图6.1(h)摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构11Ar0223C(a)平面图平面图D(6)(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构图图6.1(h)摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画(7)(7)盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构11O123V2(a)平面图平面图图图6.1(i)盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构盘形沟槽凸轮机构三维动画三维动画V11V223(8)(8)移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构V11V223图图6.1(e)移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构三维动画三维动画(a)平面图平面图(9)(9)力封闭凸轮机构力封闭凸轮机构力封闭凸轮机构力封闭凸轮机构23V311O1r04511O1r0图图6.1(c)力封闭力封闭移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构(a)平面图平面图 (b)三维图三维图 (10)(10)等宽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构32V21O11V211O132(a)(b)图图6.1(j)等宽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构(11)(11)共轭凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构1O1123(b)(a)图图6.1(k)共轭凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构r0001002ADCB1BOtS6.3 6.3 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 图图6.2对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构r0001002ADCB1BOtS000102h凸轮机构的名词术语凸轮机构的名词术语凸轮机构的名词术语凸轮机构的名词术语0称为推程运动角。称为推程运动角。01称为远休止角。称为远休止角。0称为回程运动角。称为回程运动角。02称为近休止角。称为近休止角。(1)(1)多项式运动规律的一般表达式为多项式运动规律的一般表达式为多项式运动规律的一般表达式为多项式运动规律的一般表达式为推程或回程时从动件的位移推程或回程时从动件的位移推程或回程时从动件的位移推程或回程时从动件的位移 S S(或角位移或角位移或角位移或角位移)、速度、速度、速度、速度V V(或角速度或角速度或角速度或角速度 2 2)、加速、加速、加速、加速度度度度a a(或角加速度或角加速度或角加速度或角加速度 2 2)随时间随时间随时间随时间t t的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角 与时间与时间与时间与时间t t成正比，所以也可表示为成正比，所以也可表示为成正比，所以也可表示为成正比，所以也可表示为S S=S S()(位移规律位移规律位移规律位移规律)、V V=V V()(速度规律速度规律速度规律速度规律)和和和和a a=a a()(加速度规律加速度规律加速度规律加速度规律)。下面介绍下面介绍下面介绍下面介绍多项式运动规律多项式运动规律多项式运动规律多项式运动规律、三角函数三角函数三角函数三角函数运动规律的函数形式以及传动特运动规律的函数形式以及传动特运动规律的函数形式以及传动特运动规律的函数形式以及传动特征。征。征。征。(2)余弦加速度运动规律为余弦加速度运动规律为(3)正弦加速度运动规律为正弦加速度运动规律为 凸轮以等角速度凸轮以等角速度凸轮以等角速度凸轮以等角速度 转动，推程角为转动，推程角为转动，推程角为转动，推程角为 0 0，行程为，行程为，行程为，行程为h h，式式式式(6-1)(6-1)只保留一只保留一只保留一只保留一次项并求一、二阶导数得次项并求一、二阶导数得次项并求一、二阶导数得次项并求一、二阶导数得 S S=C0 0+C1 1 V=d=dS/d/dt=C1 1 (6.2)(6.2)a=d=dV/d/dt 边界条件为边界条件为边界条件为边界条件为推程始点处推程始点处推程始点处推程始点处=0=0、S S=0=0；推程终点处推程终点处推程终点处推程终点处 =0 0、S S=h h。代入代入代入代入式式式式(6.2)(6.2)得得得得C C0 0=0,=0,C C1 1=h h/0 0。同理可以推出回程的运动方程式。同理可以推出回程的运动方程式。同理可以推出回程的运动方程式。同理可以推出回程的运动方程式。S S、V V 及及及及a a 图如下图所示。图如下图所示。图如下图所示。图如下图所示。6.3.16.3.1一次多项式规律一次多项式规律一次多项式规律一次多项式规律推程：推程：S=h/0回程回程：S=h(1/0)V=h/0V=h/0a=0a=0h/08+OOOSaV0h0h/08+8图图6.3一次多项式运动曲线一次多项式运动曲线一次多项式运动曲线一次多项式运动曲线6.3.6.3.2 2二次多项式运动规律二次多项式运动规律二次多项式运动规律二次多项式运动规律 S S=C C0 0+C C1 1 +C C2 2 2 2V V=d=dS S/d/dt t=C C1 1 +2+2C C2 2 (6.3)(6.3)a a=d=dV V/d/dt t=2 =2 C C2 2 2 2 推程等推程等推程等推程等加加加加速度段的边界条件为速度段的边界条件为速度段的边界条件为速度段的边界条件为 推程始点处推程始点处推程始点处推程始点处 =0=0、S S=0=0、V V=0=0；推程中点处推程中点处推程中点处推程中点处 =0 0/2/2、S S=h h/2/2。将其代入式将其代入式将其代入式将其代入式(6.3)(6.3)得得得得C C0 0、C C1 1、C C2 2 C C0 0=0=0、C C1 1=0=0、C C2 2=2=2h h/2 20 0二次多项式运动规律的通式为二次多项式运动规律的通式为二次多项式运动规律的通式为二次多项式运动规律的通式为推程等推程等推程等推程等减减减减速度段的边界条件为速度段的边界条件为速度段的边界条件为速度段的边界条件为 始点处始点处始点处始点处 =0 0/2/2、S S=h h/2/2；终点处终点处终点处终点处 =0 0、S S=h h、V V=0=0。将其代入式将其代入式将其代入式将其代入式(6.3)(6.3)得得得得C C0 0、C C1 1 、C C2 2 C C0 0=h h、C C1 1=4=4h h/0 0、C C2 2=2 2h h/2 20 0于是得二次多项式运动规律为于是得二次多项式运动规律为于是得二次多项式运动规律为于是得二次多项式运动规律为S S=2=2hh2 2 2 20 0S S=h h(1(12 2 2 2/2 2 0 0)V V=4=4hh/2 20 0V V=4 4 h h /2 20 0a a=4=4h h 2 2 /2 20 0 ，0 022 ，0 022S S=h h 1 12(2(0 0 )2 2/2 20 0 0 0/2,/2,0 0 S=2 S=2 h h(0 0 )2 2 /2 20 0 0 0/2,/2,0 0 ，0 022 ，0 022V V=4=4hh(0 0 )/)/2 20 0V V=4 4hh(0 0 )/)/2 20 0a a=-4=-4h h 2 2/2 20 0a a=-4=-4h h 2 2/2 20 0a a=4=4h h 2 2/2 20 0推程推程回程回程图图图图6.46.4二次多项式运动曲线二次多项式运动曲线二次多项式运动曲线二次多项式运动曲线h0 /20 /20 /20 /20 /20 /20/20/20/20/20/20/200aOSOOV6.3.36.3.3五次多项式运动规律五次多项式运动规律五次多项式运动规律五次多项式运动规律S=C0+C1+C22+C33+C44+C55V=dS/dt=C1+2 C2+3 C32+4 C43+5 C54 (6.7)a=dV/dt=2 C22+6 C32+12 C422+20 C523 五次多项式运动规律的通式为五次多项式运动规律的通式为五次多项式运动规律的通式为五次多项式运动规律的通式为始点处始点处始点处始点处 =0=0、S S=0=0、V V=0=0、a a=0=0。终点处终点处终点处终点处 =0 0、S S=h h、V V=0=0、a a=0=0。代入式代入式代入式代入式(6.7)(6.7)得得得得C C0 0=C C1 1=C C2 2=0,=0,C C3 3=10=10h h/3 30 0，C C4 4=1515h h/4 40 0，C C5 5=6=6h h/5 50 0，为此得到推程运动方程式。同理推得回程运动方程式以及运动规律。为此得到推程运动方程式。同理推得回程运动方程式以及运动规律。为此得到推程运动方程式。同理推得回程运动方程式以及运动规律。为此得到推程运动方程式。同理推得回程运动方程式以及运动规律。推程时其边界条件为推程时其边界条件为推程时其边界条件为推程时其边界条件为h图图图图6.5 6.5 五次多项式运动曲线五次多项式运动曲线五次多项式运动曲线五次多项式运动曲线O0SOOaV0/26.3.46.3.4余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律(简谐运动规律简谐运动规律简谐运动规律简谐运动规律)hOSOOaV0/20图图图图6.66.6余弦加速度规律运动曲线余弦加速度规律运动曲线余弦加速度规律运动曲线余弦加速度规律运动曲线6.3.5 6.3.5 正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律(摆线运动规律摆线运动规律摆线运动规律摆线运动规律)图图图图6.76.7正弦加速度运动正弦加速度运动正弦加速度运动正弦加速度运动 曲线曲线曲线曲线hOSOOaV0/2016.46.4盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计 图图图图6.4F01 6.4F01 凸轮轮廓线设计的凸轮轮廓线设计的凸轮轮廓线设计的凸轮轮廓线设计的“反转法反转法反转法反转法”-13302211O基本原理基本原理基本原理基本原理OS0010025101520h图图图图6.4F026.4F02对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计(a)(a)从动件的运动规律曲线从动件的运动规律曲线从动件的运动规律曲线从动件的运动规律曲线6.4.16.4.1对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 已知从动件的运动规律曲线，如图已知从动件的运动规律曲线，如图已知从动件的运动规律曲线，如图已知从动件的运动规律曲线，如图6.4F026.4F02所示。所示。所示。所示。-6.4.16.4.1对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 2345671089D1715161412201918111310r0OCAB(b)作图过程作图过程图图图图6.86.8对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计11171516141312201918DC图图图图6.86.8对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计12345671089AB-r0O6.4.2对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 图图图图6.96.9偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计-2345987610e016.4.36.4.3偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 6.4.46.4.4偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 图图图图6.106.10偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计-eO图图图图6.116.11对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计2461080A1357911171516141312201918-r0O6.56.5盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计图图图图6.126.12对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计xyB0VCBdS/dPS0S-Or06.5.1平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计 凸轮实际廓线方程凸轮实际廓线方程凸轮实际廓线方程凸轮实际廓线方程(B B点坐标方程点坐标方程点坐标方程点坐标方程)为为为为图图图图6.126.12对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计xyB0VCBdS/dPS0S-Or0偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图图图图6.136.13所示。所示。所示。所示。图图图图6.136.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge16.5.26.5.2滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计图图图图6.136.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计 图图图图6.136.13所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。在图示的坐标系在图示的坐标系在图示的坐标系在图示的坐标系xOyxOy中，取从动件尖底运动的起始点为中，取从动件尖底运动的起始点为中，取从动件尖底运动的起始点为中，取从动件尖底运动的起始点为B B0 0，按反转法，当凸轮转过，按反转法，当凸轮转过，按反转法，当凸轮转过，按反转法，当凸轮转过 角时，角时，角时，角时，从动件位移为从动件位移为从动件位移为从动件位移为S S，则滚子中心，则滚子中心，则滚子中心，则滚子中心B B点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1图图图图6.136.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计滚子中心滚子中心滚子中心滚子中心B B点的坐标为点的坐标为点的坐标为点的坐标为SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1 式中式中式中式中e e 为偏距，为偏距，为偏距，为偏距，S S0 0=(=(r r2 20 0-e e2 2)0.50.5。当凸轮逆时针方向转动，从动件当凸轮逆时针方向转动，从动件当凸轮逆时针方向转动，从动件当凸轮逆时针方向转动，从动件处于凸轮处于凸轮处于凸轮处于凸轮 转动中心右侧时，转动中心右侧时，转动中心右侧时，转动中心右侧时，e e 取正值，反之为负；当凸轮顺时针方向转取正值，反之为负；当凸轮顺时针方向转取正值，反之为负；当凸轮顺时针方向转取正值，反之为负；当凸轮顺时针方向转动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，e e 为负，反之为正。为负，反之为正。为负，反之为正。为负，反之为正。图图图图6.136.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1图图图图6.136.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计滚子从动件凸轮的滚子从动件凸轮的滚子从动件凸轮的滚子从动件凸轮的实际廓线实际廓线实际廓线实际廓线是与是与是与是与理论廓线理论廓线理论廓线理论廓线距离为距离为距离为距离为 r rg g (滚子半径滚子半径滚子半径滚子半径)的的的的等距曲线，如等距曲线，如等距曲线，如等距曲线，如图图图图6.136.13所示。过所示。过所示。过所示。过B B点作理论廓线的法线点作理论廓线的法线点作理论廓线的法线点作理论廓线的法线 n nn n，向内取，向内取，向内取，向内取 r rg g 距离、得距离、得距离、得距离、得 B B(x x，y y)点，点，点，点，B B 点即为外凸轮上的一点。点即为外凸轮上的一点。点即为外凸轮上的一点。点即为外凸轮上的一点。B B 点的坐标方程即点的坐标方程即点的坐标方程即点的坐标方程即为实际廓线的方程。为实际廓线的方程。为实际廓线的方程。为实际廓线的方程。SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1 理论廓线理论廓线理论廓线理论廓线B B点处的法线点处的法线点处的法线点处的法线n nn n的斜率等于该点切线斜率的负倒的斜率等于该点切线斜率的负倒的斜率等于该点切线斜率的负倒的斜率等于该点切线斜率的负倒数，即数，即数，即数，即 由式由式由式由式(6.13)(6.13)得得得得式中式中式中式中“”号用于内等距曲线号用于内等距曲线号用于内等距曲线号用于内等距曲线(外凸轮外凸轮外凸轮外凸轮)，“”用于外等距曲线用于外等距曲线用于外等距曲线用于外等距曲线(内凸轮内凸轮内凸轮内凸轮)。式中。式中。式中。式中 coscos、sinsin 的表达式同前。的表达式同前。的表达式同前。的表达式同前。实际廓线上对应点实际廓线上对应点实际廓线上对应点实际廓线上对应点B B (x x,y y)的坐标为的坐标为的坐标为的坐标为图图图图6.13 6.13 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge16.5.3 6.5.3 摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构如图如图如图如图 6.5F01 6.5F01 所示，取坐标所示，取坐标所示，取坐标所示，取坐标系系系系 x O yx O y，0 0 为起始角，从动为起始角，从动为起始角，从动为起始角，从动件滚子中心件滚子中心件滚子中心件滚子中心 B B0 0 为起始点；为起始点；为起始点；为起始点；OAOA0 0 反转反转反转反转 角后，从动件由角后，从动件由角后，从动件由角后，从动件由 0 0 向外向外向外向外摆动摆动摆动摆动 角，其滚子中心为角，其滚子中心为角，其滚子中心为角，其滚子中心为 B B 点；点；点；点；a a 为凸轮转动中心为凸轮转动中心为凸轮转动中心为凸轮转动中心 O O 到从动到从动到从动到从动件固定转动中心件固定转动中心件固定转动中心件固定转动中心 A A 的距离；的距离；的距离；的距离；l l 为从动件的长度。凸轮的理论为从动件的长度。凸轮的理论为从动件的长度。凸轮的理论为从动件的长度。凸轮的理论廓线方程为廓线方程为廓线方程为廓线方程为图图图图6.5F016.5F01摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程盘形凸轮轮廓线方程盘形凸轮轮廓线方程盘形凸轮轮廓线方程yOa0lA0B00lxr0AB-图图图图6.5F016.5F01摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程凸轮实际廓线方程式同式凸轮实际廓线方程式同式凸轮实际廓线方程式同式凸轮实际廓线方程式同式(6.16)(6.16)。yOa0lA0B00lxr0AB-6.66.6凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定Ger0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434图图6.14偏置直动滚子从动件盘形偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的受力分析凸轮机构的受力分析凸轮机构的基本尺寸包括理论凸轮机构的基本尺寸包括理论基圆半径基圆半径r0、滚子半径、滚子半径rg、从动件、从动件的安装结构尺寸的安装结构尺寸L1和和L2、正负偏置、正负偏置距距e和压力角和压力角，如，如图图6.14所示。所示。00.10.20.30.40.50.60.70.80102030405060708090 100 110120图图6.15偏置直动滚子从动件盘形偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率凸轮机构的机械效率6.6.16.6.1凸轮机构中的作用力与许用压力角凸轮机构中的作用力与许用压力角凸轮机构中的作用力与许用压力角凸轮机构中的作用力与许用压力角在图在图6.14中，凸轮中，凸轮1给滚子给滚子2的驱动力为的驱动力为F12，滚子，滚子2给推杆给推杆3的作用的作用力力F23F12，机架，机架4在在D、E两点给推杆两点给推杆3的作用力分别为的作用力分别为F43D、F43E，推，推杆杆3上总阻力为上总阻力为G，推杆，推杆3上的惯性力不计。由推杆上的惯性力不计。由推杆3的力平衡条件的力平衡条件Fx，Fy和和MA得得化简后得作用力化简后得作用力化简后得作用力化简后得作用力F F23 23 与总阻力与总阻力与总阻力与总阻力G G 的关系为的关系为的关系为的关系为 若当量摩擦角若当量摩擦角340，则得理想状态下的作用力，则得理想状态下的作用力F230G/cos。此时。此时机械效率机械效率为为为了提高机械效率，规定凸轮机构的最大压力角为了提高机械效率，规定凸轮机构的最大压力角max小于许用压力小于许用压力角角。在推程阶段，当推杆作移动时，。在推程阶段，当推杆作移动时，30；当推杆作摆动时，；当推杆作摆动时，3545。在回程阶段，。在回程阶段，7080。6.6.26.6.2凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定Ger0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434图图6.14偏置直动滚子从动件盘偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的受力分析形凸轮机构的受力分析在在图图6.14中，由直角中，由直角ACP得关得关于压力角于压力角的函数式为的函数式为 图图图图6.156.15偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率在在图图6.14所示的偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，设理论基圆半所示的偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，设理论基圆半径径r00.100m、滚子半径、滚子半径rg0.030m、从动件的直径、从动件的直径d0.025m、从、从动件的安装结构尺寸动件的安装结构尺寸L10.300m和和L20.060m、正偏置距、正偏置距e0.020m，0.098m，移动副中的摩擦，移动副中的摩擦3410。假设从动件。假设从动件2的运的运动规律为正弦加速度，动规律为正弦加速度，h0.150m，01202/3，。由此得。由此得00时，偏置直动滚时，偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率子从动件盘形凸轮机构的机械效率如如图图6.15所示。所示。00.10.20.30.40.50.60.70.80102030405060708090 100 110120对于对于对于对于图图图图6.126.12所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角 始终始终始终始终等于零，所以凸轮基圆半径等于零，所以凸轮基圆半径等于零，所以凸轮基圆半径等于零，所以凸轮基圆半径r r0 0的选择主要影响凸轮轮廓的存在性，如的选择主要影响凸轮轮廓的存在性，如的选择主要影响凸轮轮廓的存在性，如的选择主要影响凸轮轮廓的存在性，如图图图图6.166.16所示。所示。所示。所示。112323OB1B2B3B1B2B31B0B0001设从动件的运动规律已经确定，设从动件的运动规律已经确定，若凸轮的基圆半径选为若凸轮的基圆半径选为r0OB0，当，当从动件的平底位于从动件的平底位于B0、B1、B2、B3、时，不存在一条光滑的曲线与每一时，不存在一条光滑的曲线与每一个平底相切，即凸轮的轮廓不存在；个平底相切，即凸轮的轮廓不存在；若凸轮的基圆半径选为若凸轮的基圆半径选为r01OB0，当，当从动件的平底位于从动件的平底位于B0、B1、B2、B3、时，存在一条光滑的曲线与每一个时，存在一条光滑的曲线与每一个平底相切，该光滑的曲线即为凸轮的平底相切，该光滑的曲线即为凸轮的轮廓。轮廓。图图6.16直动平底从动件盘形凸轮直动平底从动件盘形凸轮机构凸轮基圆半径与轮廓的存在性机构凸轮基圆半径与轮廓的存在性 6.6.36.6.3滚子半径的确定滚子半径的确定滚子半径的确定滚子半径的确定图图图图6.176.17滚子半径滚子半径滚子半径滚子半径r rg g对凸轮实际轮廓的影响对凸轮实际轮廓的影响对凸轮实际轮廓的影响对凸轮实际轮廓的影响minrg rg min rg=minmin rgminrrmin(a)(b)(c)6.6.46.6.4平底最小长度的确定平底最小长度的确定平底最小长度的确定平底最小长度的确定 图图图图6.126.12对心直动平底从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构xyB0VCBdS/dPS0S-Or0-xVCBdS/dPS0S6.76.7凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用 1234图图6.18是发动机是发动机图图2.7(a)中的中的凸轮配气机构，当凸轮转动时，凸轮配气机构，当凸轮转动时，移动从动件移动从动件2作间歇的上下运动，作间歇的上下运动，从而实现气门的开与闭。从而实现气门的开与闭。图图6.18汽车发动机的配气机构汽车发动机的配气机构(1)汽车发动机的配气机构汽车发动机的配气机构(2)(2)家用缝纫机的送布机构家用缝纫机的送布机构家用缝纫机的送布机构家用缝纫机的送布机构图图6.19家用缝纫机的送布机构家用缝纫机的送布机构CAEG1B1DF24567893P送布送布返回返回下降下降抬高抬高送料齿板送料齿板布料板布料板P点的运动轨迹点的运动轨迹针距座针距座H(3)(3)曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构 hAB112147ab1K3K2K1K4K56KB2b2358C1C2DE图图6.20曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构6.86.8凸轮副的接触应力凸轮副的接触应力凸轮副的接触应力凸轮副的接触应力 接触长度为接触长度为接触长度为接触长度为 L L 的两个圆柱体，如图的两个圆柱体，如图的两个圆柱体，如图的两个圆柱体，如图6.8F01(a)6.8F01(a)所示，在法向力所示，在法向力所示，在法向力所示，在法向力F Fn n(N)(N)作用作用作用作用下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，在理论接触线上接触应力达到最大值，如图在理论接触线上接触应力达到最大值，如图在理论接触线上接触应力达到最大值，如图在理论接触线上接触应力达
