凸轮轮廓曲线设计的基本原理

凸轮轮廓曲线设计的基本原理

一、引言

凸轮作为机械传动中的一种重要元件，其设计对于机械传动的性能具有重要影响。凸轮轮廓曲线设计是凸轮设计中的一个关键环节，其目的是使得凸轮在运动过程中能够满足特定的运动要求。本文将介绍凸轮轮廓曲线设计的基本原理。

二、凸轮运动学基础

在介绍凸轮轮廓曲线设计之前，我们需要先了解一些凸轮运动学基础知识。

1. 凸轮类型

根据不同的应用场景和工作要求，凸轮可以分为以下三种类型：（1）往复式凸轮：用于转换旋转运动为往复直线运动。

（2）回转式凸轮：用于转换旋转运动为旋转或者往复曲线运动。（3）摆线式凸轮：用于将旋转运动转换为直线往复运动。

2. 凸轮参数

在进行凸轮设计时，需要确定一些关键参数，包括：

（1）基圆半径：即未加工前的圆形母体半径。

（2）偏心距：即摇杆中心线与凸轮中心线的距离。

（3）凸轮高度：即凸轮曲线顶点到基圆半径的距离。

（4）凸轮半径：即凸轮曲线顶点到凸轮中心线的距离。

3. 凸轮运动

在运动学分析中，我们通常将凸轮视为一个旋转体，其运动可以分为

两个方向：径向和周向。根据不同的工作要求，我们可以通过调整凸

轮参数来实现不同的运动方式。

三、凸轮轮廓曲线设计基本原理

在进行凸轮设计时，我们需要根据具体的工作要求来确定其运动方式，并且通过合理的曲线设计来实现这种运动方式。下面将介绍一些常用

的凸轮曲线设计方法。

1. 圆弧法

圆弧法是一种简单直观的凸轮曲线设计方法。该方法将整个曲线分为

多段圆弧，并且通过调整圆弧半径和连接处角度来控制曲线形状。该

方法适用于一些简单的往复或者回转式凸轮设计。

2. 三角函数法

三角函数法是一种常用的摆线式凸轮设计方法。该方法将凸轮曲线表

示为三角函数的形式，通过调整函数参数来控制曲线形状。该方法适

用于一些要求高精度和高速度的摆线式凸轮设计。

3. 贝塞尔曲线法

贝塞尔曲线法是一种基于数学模型的凸轮曲线设计方法。该方法通过定义一些控制点，并且通过调整这些控制点来实现凸轮曲线的设计。该方法适用于一些复杂的回转式凸轮设计。

四、结论

凸轮轮廓曲线设计是凸轮设计中的一个关键环节，其目的是使得凸轮在运动过程中能够满足特定的运动要求。在进行凸轮曲线设计时，我们需要根据具体的工作要求选择不同的设计方法，并且通过合理的参数调整来实现所需运动方式。

第五章凸轮

第1章凸轮机构 凸轮机构是最基本的高副机构，由凸轮、从动件和机架所构成。本章主要介绍凸轮机构的基本类型和特点、平面凸轮机构中高副的轮廓曲线设计方法、平面凸轮机构基本尺寸的确定。高副轮廓曲线设计是本章的重点，其它高副机构也是如此。 §1-1 凸轮机构的基本类型、特点及主要参数 一凸轮机构的基本原理和特性 在实际工作中，一些特殊复杂的运动可以由凸轮机构来实现。如图5-1所示，是内燃机气门控制机构，凸轮1旋转，从动件----气阀杆随着凸轮轮廓做有规律的运动，完成气门定时的开启、闭合动作。图5-2是车床上的走刀机构，当圆柱凸轮旋转时，从动件---上面刀架按照圆柱表面上加工好的槽作水平方向的往复运动。 1—凸轮2—弹簧 3—导套4—气阀杆 图5- 1 内燃机气门控制机构图5-2 车床走刀机构 凸轮机构的特点主要是由高副连接所决定的。从机构运动方面来说，改变凸轮轮廓曲线,就几乎可以使从动构件实现任意需要的运动规律，其实现传动功能的灵活性远远超过了低副连杆机构，且可以做到结构紧凑简单。因此，凸轮机构广泛地运用于机械、仪器的操纵控制装置当中。但从受力的角度来说，凸轮机构中的高副接触，接触应力大，易于磨损，所以不宜传递较大的动力。再者为实现预定运动，曲线轮廓加工制造较复杂。所以凸轮机构的适用范围一般为实现特殊要求运动规律而传力不大的场合。

二凸轮机构的基本类型 1、按照高副接触的实现方式分 （1）尖底接触从动件上与凸轮的接触处的曲率半径为0。运动方面来说，此时凸轮轮廓曲线可以任意向实体内凹曲，实现运动规律的灵活性很大；但尖底接触的从动件及易磨损，故实际中很少应用。 （2）滚子接触从动件与凸轮的接触通过新增加的滚子构件实现高副接触。此时，高副接触的摩擦状态得到极大改善，故得到广泛应用；但凸轮廓线上内凹程度不能太小，否则无法实现正常接触，此外，从动件过渡太强的运动要求也可能无法实现。 （3）平底接触从动件上与凸轮的接触处为平面接触，曲率半径为无限大。此时，在从动件平底处与凸轮间易形成油膜，润滑好，磨损小，传动效率高，适宜用于高速；但由于从动件是平底，因此凸轮外轮廓须严格外凸，运动规律的受限比滚子接触更大。 图5-3 凸轮高副的接触方式 当然，凸轮与从动间的接触也可以是其它任意的光滑曲线，但这种情况很少见。 2、按照凸轮与机架之间的运动副的型式分 （1）盘形凸轮机构凸轮与机架之间通过转动副连接。凸轮是轮廓各点到凸轮转轴具有不同半径的盘形构件。当凸轮绕固定轴线转动时，推动从动件运动，图5-1中所示凸轮就是一盘形凸轮。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用最为广泛，但从动件的行程不能太大，否则将使凸轮的径向尺寸变化过大。所以盘形凸轮机构多用在行程较短的传动中。 （2）移动凸轮机构凸轮与机架之间通过移动副连接。图5-4所示是靠模车削机构，工件1转动时，靠模板3和工件一起在水平方向做纵向移动，刀架2 带着车刀随着靠模板的曲线轮廓作有规律的水平方向运动，将形状复杂的回转体工件加工出来，因此模板3就是移动凸轮，也可以移动凸轮看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮。

第4.3节(盘形凸轮廓线的设计)

第三节 盘形凸轮廓线的设计 当根据工作要求和结构条件选定了凸轮机构的类型、从动件的运动规律和凸轮的基圆半径（其确定将在下节中介绍）等结构参数后，就可以设计凸轮的轮廓曲线。凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法，其设计原理基本相同。本节先简要介绍图解法，后重点介绍解析法设计凸轮廓线。 一、凸轮廓线设计的基本原理 图4-13 反转法设计凸轮廓线基本原理 图4-13所示为一尖顶对心盘形凸轮机构，设凸轮以等角速度ω逆时针转动，推动从动件2在导路中上、下往复移动。当从动件处于最低位置时，凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过1ϕ角时，凸轮的向径A A 0将转到A A '0位置，而凸轮轮廓将转到图中虚线所示的位置。从动件尖端从最低位置A 上升至B '，上升的位移为B A S '=1，这是从动件的运动位移。 若设凸轮不动，从动件及其运动的导路一起绕A 0点以等角速度-ω转过1ϕ角，从动件将随导路一起以角速度-ω转动，同时又在导路中作相对导路的移动，如图中的虚线位置，此时从动件向上移动的位移为B A 1。而且，11S B A B A ='=，即在上述两种情况下，从动件移动的距离不变。由于从动件尖端在运动过程中始终与凸轮轮廓曲线保持接触，所以从动件尖端的运动轨迹即为凸轮轮廓。设计凸轮廓线时，可由从动件运动位移先定出一系列的B 点，将其连接成光滑曲线，即为凸轮廓线。 由于这种方法是假设凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称为反转法。对其它类型的凸轮机构，也可利用反转法进行分析和凸轮廓线设计。 二、图解法设计凸轮廓线 1. 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 （1）尖端从动件 图4-14a 所示为一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构。设已知凸轮的基圆半径为b r ，从动件导路偏于凸轮轴心A 0的左侧，偏距为e ，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动。从动件的位移曲线如图4-14b 所示，试设计凸轮的轮廓曲线。

凸轮轮廓曲线设计的基本原理

凸轮轮廓曲线设计的基本原理 一、引言 凸轮作为机械传动中的一种重要元件，其设计对于机械传动的性能具有重要影响。凸轮轮廓曲线设计是凸轮设计中的一个关键环节，其目的是使得凸轮在运动过程中能够满足特定的运动要求。本文将介绍凸轮轮廓曲线设计的基本原理。 二、凸轮运动学基础 在介绍凸轮轮廓曲线设计之前，我们需要先了解一些凸轮运动学基础知识。 1. 凸轮类型 根据不同的应用场景和工作要求，凸轮可以分为以下三种类型：（1）往复式凸轮：用于转换旋转运动为往复直线运动。 （2）回转式凸轮：用于转换旋转运动为旋转或者往复曲线运动。（3）摆线式凸轮：用于将旋转运动转换为直线往复运动。 2. 凸轮参数 在进行凸轮设计时，需要确定一些关键参数，包括： （1）基圆半径：即未加工前的圆形母体半径。 （2）偏心距：即摇杆中心线与凸轮中心线的距离。

（3）凸轮高度：即凸轮曲线顶点到基圆半径的距离。 （4）凸轮半径：即凸轮曲线顶点到凸轮中心线的距离。 3. 凸轮运动 在运动学分析中，我们通常将凸轮视为一个旋转体，其运动可以分为 两个方向：径向和周向。根据不同的工作要求，我们可以通过调整凸 轮参数来实现不同的运动方式。 三、凸轮轮廓曲线设计基本原理 在进行凸轮设计时，我们需要根据具体的工作要求来确定其运动方式，并且通过合理的曲线设计来实现这种运动方式。下面将介绍一些常用 的凸轮曲线设计方法。 1. 圆弧法 圆弧法是一种简单直观的凸轮曲线设计方法。该方法将整个曲线分为 多段圆弧，并且通过调整圆弧半径和连接处角度来控制曲线形状。该 方法适用于一些简单的往复或者回转式凸轮设计。 2. 三角函数法 三角函数法是一种常用的摆线式凸轮设计方法。该方法将凸轮曲线表 示为三角函数的形式，通过调整函数参数来控制曲线形状。该方法适 用于一些要求高精度和高速度的摆线式凸轮设计。

机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计

授课教案

No

任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟 复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习： （1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。15分钟 本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。 教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理 （2）分小组学习: 40分钟 3.1.1常用设备中的凸轮机构 1. 凸轮机构的组成 如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。 2.凸轮机构应用实例 自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。 3.1.2凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种： 1.按凸轮形状分类 (1）盘形凸轮（2）移动凸轮。（3）圆柱凸轮 2.按从动件形式分类 （1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件 从动件的结构形式 3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记 学生发言汇报并记录学习笔记 阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记 No

（1）直动从动件 直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。 （2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。 4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合 利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触， （2）形锁合 利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。 3.1.3凸轮机构的常用术语如下： 1.凸轮基圆与基圆半径b r 2.凸轮的转角δ 凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。具体包括推程运动角0δ、远停程运 动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S δ'。 3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。 3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图 在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。 从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运 动规律）等常用运动规律。 1.等速运动规律 No

凸轮曲线设计

凸轮曲线设计 当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。 圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。 1 几何法 反转法设计原理： 以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例： 凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。 1). 直动从动件盘形凸轮机构 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构： 已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。 运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下： 1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。 2) 将位移线图s-f的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。 3) 自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C1、C2、C3

凸轮轮廓曲线的设计

凸轮轮廓曲线的设计 1. 引言 凸轮是一种机械传动装置，常用于将圆周运动转换为直线或曲线运动。凸轮的轮廓曲线设计是指根据特定要求和功能，确定凸轮的形状和尺寸的过程。本文将详细介绍凸轮轮廓曲线的设计原理、方法和注意事项。 2. 凸轮轮廓曲线的基本原理 凸轮的基本原理是通过其特定形状的外边缘，使其在旋转时能够驱动其他机械部件做直线或曲线运动。凸轮的外形通常由一条或多条连续光滑的曲线构成，这些曲线被称为凸轮的轮廓曲线。 3. 凸轮轮廓曲线设计方法 3.1 几何法 几何法是最常用的凸轮轮廓曲线设计方法之一。其基本步骤如下： 1.确定所需运动类型：直线运动、往复运动、旋转运动等。 2.根据所需运动类型选择合适的基本函数：例如直线函数、正弦函数等。 3.根据基本函数的特点和要求，确定凸轮的参数：例如振幅、周期等。 4.利用基本函数和凸轮参数，绘制凸轮的轮廓曲线。 5.对绘制得到的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.2 数值法 数值法是利用计算机辅助设计软件进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.确定凸轮的运动类型和要求。 2.利用计算机辅助设计软件创建凸轮模型。 3.在软件中选择合适的曲线函数和参数，并进行凸轮参数设置。 4.根据所选曲线函数和参数，生成凸轮的轮廓曲线。 5.对生成的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.3 实验法 实验法是通过制作实物模型来进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.根据设计要求和实际情况，选择合适的材料和加工工艺制作凸轮模型。 2.在模型上标记出所需运动类型对应的参考点。 3.利用传感器等设备记录参考点在运动过程中的位置。

哈工大机械原理考研-第3章-凸轮机构(理论)

第3章凸轮机构及其设计 3.1基本要求 1.了解凸轮机构的类型及其特点。 2.掌握从动件的几种常用运动规律及特点。掌握从动件行程、从动件 推程、推程运动角、从动件回程、回程运动角、从动件远（近）休程及远（近）休止角及凸轮的基圆、偏距等基本概念。 3.熟练掌握并灵活运用反转法原理，应用这一原理设计直动从动件盘 形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构及平底直动从动件盘形凸轮机构。 4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，根据这些原则确定凸轮机构的 的压力角及其许用值、基圆半径、偏距、滚子半径等基本尺寸。 5.掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助 设计的方法。 3.2内容提要 一、本章重点 本章重点是从动件运动规律的选择及其特点，按预定从动件运动规律设计平面凸轮轮廓曲线和凸轮机构基本尺寸的确定。涉及到根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式、选择或设计从动件的运动规律、合理选择或确定凸轮的基圆半径、正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析以校核其是否满足设计要求。 1 凸轮机构的类型选择 选择凸轮机构的类型是凸轮机构设计的第一步，称为凸轮机构的型综合。凸轮的形状有平面凸轮（盘形凸轮、移动凸轮）和空间凸轮，从动件的形状有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件，而从动件的运动形式有移动和摆动之分，凸轮与从动件维持高副接触的方法又有分为力锁合、形锁合。故凸轮机构的类型多种多样，设计凸轮机构时，

可根据使用场合和工作要求的不同加以选择。 （1）各类凸轮机构的特点及适用场合 尖顶从动件凸轮机构：优点是结构最简单，缺点是尖顶处极易磨损，故只适用于作用力不大和速度较低的场合。 滚子从动件凸轮机构：优点是滚子与凸轮廓线间为滚动摩擦，摩擦较小，可用来传递较大的动力，故应用广泛。 平底从动件凸轮机构：优点是平底与凸轮廓线接触处极易形成油膜、能减少磨损，且不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，受力平稳、传动效率较高，故适用于高速场合。故缺点是仅能与轮廓曲线全部外凸的凸轮作用。 盘形凸轮机构和移动凸轮机构：均属于平面凸轮机构，其特点是凸轮与从动件之间的相对运动是平面机构。当主动凸轮作定轴转动时，采用盘形凸轮机构，当主动凸轮作往复移动时，采用移动凸轮机构。与圆柱凸轮机构和和圆锥凸轮机构相比结构简单，盘形凸轮机构应用极为广泛。 圆柱凸轮机构和圆锥凸轮机构：属空间凸轮机构，其特点是凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，故适用于从动件的运动平面与凸轮轴线平行的场合。当工作要求从动件的移动行程较大时，采用圆柱凸轮机构或圆锥凸轮机构要比盘形凸轮机构尺寸更为紧凑。缺点是结构较盘形凸轮复杂，且不宜用在从动件摆角过大的场合。 力锁合型凸轮机构：优点是锁合方式简单、适合于各种类型的从动件，且对从动件的运动规律没有限制。缺点是当从动件行程较大时，所需要的回程弹簧太大。 槽凸轮机构：在形锁合型凸轮机构中，其锁合方式简单、且从动件的运动规律不受限制。缺点是增大了凸轮的尺寸及重量，且不能采用平底从动件。 等宽和等径凸轮机构：属于形锁合型凸轮机构。前者只适用凸轮

机械原理 凸轮机构及其设计

第六讲凸轮机构及其设计 （一）凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构 1．组成：凸轮，推杆，机架。 2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 二、凸轮机构的分类 1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮 2．按推杆的形状分 尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合 滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。 4．根据凸轮与推杆接触方法不同分： （1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮 （二）推杆的运动规律 一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r称为基圆半径。推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。休止：推杆处于静止不动的阶段。推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角 二、推杆常用的运动规律 1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。 2.柔性冲击：加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起有限冲击，

机械原理教案12凸轮机构轮廓曲线的设计

二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机 构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。 例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。从动件运动规律如下表所示： 推程 远休止 回程 近休止 运动角 1120δ= 260δ= 903=δ 490δ= 从动件运动规律 等速运动 正弦加速度运动 设计步骤： 1、建立推程段的位移方程：18120s δ =，回程段的位移方程： 12π181sin 902π90s δδ⎡⎤ ⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣ ⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份， 并求得对应点的位移。 2、画基圆和从动件的导路位置 3、画反转过程中从动件的各导路位置 4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点 5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。 需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。 2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。 如图6-19。 r0 a A0 A1 O B0B1

内 容 3．直动滚子从动件盘形凸轮机构 例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。设计该机构。 设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径 4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构 思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17 图6-16 图6-17 图6-18 图6-19

圆柱凸轮机构_设计_结构计算

圆柱凸轮机构_设计_结构计算 本章介绍凸轮机构的类型、特点、应用及盘形凸轮的设计。 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。在第4章介绍中，我们已经看到。凸轮机构在各种机械中有大量的应用。即使在现代化程度很高的自动机械中，凸轮机构的作用也是不可替代的。 凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意的运动规律。在自动机械中，凸轮机构常与其它机构组合使用，充分发挥各自的优势，扬长避短。由于凸轮机构是高副机构，易于磨损;磨损后会影响运动规律的准确性，因此只适用于传递动力不大的场合。 图12-1为自动机床中的横向进给机构，当凸轮等速回转一周时，凸轮的曲线外廓推动从动件带动刀架完成以下动作:车刀快速接近工件，等速进刀切削，切削结束刀具快速退回，停留一段时间再进行下一个运动循环。 图12-1 图12-2

图12-2为糖果包装剪切机构，它采用了凸轮—连杆机构，槽凸轮1绕定轴B 转动，摇杆2与机架铰接于A点。构件5和6与构件2组成转动副D和C，与构件3和4(剪刀)组成转动副E和F。构件3和4绕定轴K转动。凸轮1转动时，通过构件2、5、和6，使剪刀打开或关闭。 图12-3为机械手及进出糖机构。送糖盘7从输送带10上取得糖块，并与钳糖机械手反向同步放置至进料工位?，经顶糖、折边后，产品被机械手送至工位?后落下或由拨糖杆推下。机械手开闭由机械手开合凸轮(图中虚线)1控制，该凸轮的轮廓线是由两个半径不同的圆弧组成，机械手的夹紧主要靠弹簧力。 - 212 -

基于matlab的凸轮轮廓曲线设计

基于matlab的凸轮轮廓曲线设计 凸轮是机械中常见的关键零件之一，其主要功能是将旋转的运动转化为直线运动，用 于推动某些机械元件进行工作。凸轮轮廓曲线的设计对于凸轮的运动和工作效率有着重要 的影响。在本文中，我们将介绍基于matlab的凸轮轮廓曲线设计方法，以帮助读者了解凸轮轮廓曲线设计的基本概念和方法。 凸轮的形状通常是复杂的非圆形曲线。凸轮的轮廓曲线设计过程中，需要考虑控制凸 轮输送运动的速度和加速度等因素，同时还需要考虑各种机械元件之间的协调性和协定性。针对以上问题，我们提出了基于连续逼近法的凸轮轮廓曲线设计方法。 1. 连续逼近法的基本原理 连续逼近法是一种典型的非线性规划方法，其基本思想是将目标函数逐渐逼近最优解。在凸轮轮廓曲线设计中，我们可以将凸轮轮廓曲线视为目标函数，通过不断调整曲线的形状，逐渐逼近最优轮廓曲线。 连续逼近法的具体实现过程包括以下步骤： （1）确定初始值 首先需要确定一个初始轮廓曲线，通常可以使用圆弧、抛物线等基本曲线来作为起始 轮廓曲线。 （2）建立数学模型 接着需要建立凸轮轮廓曲线的数学模型，以便于通过数值方法来求解最优轮廓曲线。 其中，常见的模型包括三次贝塞尔曲线、三次样条曲线等。 （3）计算目标函数 根据建立的数学模型，通过计算目标函数来评估轮廓曲线的性能。通常，目标函数包 括运动速度、加速度、平衡性等因素。 （4）优化轮廓曲线 通过对目标函数的优化，不断调整轮廓曲线的形状，逐渐逼近最优曲线。 （5）确定最优解 最终确定最优解，并验证其性能。

matlab是一种常见的数学软件，可以运用其强大的计算能力来进行凸轮轮廓曲线的设计。具体实现过程如下： （1）数据处理 将凸轮相关的数据通过matlab进行存储和处理。常见的数据包括凸轮的尺寸、旋转角度、轮廓曲线等。 根据凸轮的数据建立轮廓曲线的数学模型，其中包括选择适当的曲线类型、确定曲线参数等。 （5）性能验证 3. 总结

南京理工大学机械设计基础上——解析法设计凸轮的轮廓曲线

§4—4 用解析法设计凸轮的轮廓曲线 一、滚子从动件盘形凸轮 1．理论轮廓曲线方程 （1）直动从动件盘形凸轮机构 图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。求凸轮理论廓线的方程，反转法给整个机构一个绕凸轮轴心O 的公共角速度-ω，这时凸轮将固定不动，而从动件将沿-ω方向转过角度ϕ，滚子中心将位于B 点。B 点的坐标，亦即理论廓线的方程为： ⎭ ⎬⎫++=-+=ϕϕϕϕsin )(cos sin cos )(00s s e y e s s x （4-15） 220e r s a -=，r a 为理论廓线的基圆半径，对于对心从动件凸轮机构，因e=0，所以s 0=r a ⎭ ⎬⎫+=+=ϕϕs i n )(c o s )(s r y s r x a a （4-16） （2）摆动从动件盘形凸轮机构 图所示为摆动滚子从动件盘形凸轮机构。仍用反转法使凸轮固定不动，而从动件沿-ω方向转过角度ϕ，滚子中心将位于B 点。B 点的坐标，亦即理论廓线的方程为： ⎭ ⎬⎫-+-=-+-=)sin(sin )cos(cos 00ϕψψϕϕψψϕl a y l a x （4-17） ψ0为从动件的起始位置与轴心连线OA 0之间的夹角。 al r r l a T 2)(arccos 2 0220+-+=ψ （4-18） 在设计凸轮廓线时，通常e 、r 0、r T 、a 、l 等是已知的尺寸，而s 和ψ是ϕ的函数，它们分别由已选定的位移方程s =s (ϕ)和角位移方程ψ=ψ（ϕ）确定。 2．实际廓线方程 滚子从动件盘形凸轮的实际廓线是圆心在理论廓线上的一族滚子圆的包络线。由微分几何可知，包络线的方程为： ⎪⎭ ⎪⎬⎫=∂∂=0),,(0),,(1111ϕϕϕy x f y x f （4-20） 式中x 1、y 1为凸轮实际廓线上点的直角坐标。 对于滚子从动件凸轮，由于产生包络线（即实际廓线）的曲线族是一族滚子圆，其圆心在理论廓线上，圆心的坐标由式（4-15）~（4-17）确定，所以由（4-20）有： 0)()(),,(2212111=--+-=T r y y x x y x f ϕ 0)(2)(2),,(1111=----=∂∂ϕ ϕϕϕd dy y y d dx x x y x f

02 机械设计基础 拓展阅读：图解法设计凸轮机构轮廓曲线

图解法设计凸轮机构轮廓曲线 从动件的运动规律与凸轮的轮廓曲线是密切相关的。那如何通过预期的从动件运动规律来设计凸轮的轮廓曲线呢？ 凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便易行且直观，但精确度有限，一般适用于低速或对从动件运动规律要求不太严格的凸轮机构的设计。解析法精确度高，一般应用于高速凸轮或精度要求较高的凸轮。接下来从作图原理、作图方法、凸轮机构设计中的常见问题三个方面来认识图解法。 一、作图原理。绘制凸轮轮廓曲线采用的是“反转法”原理，如图1所示。根据相对运动原理，给整个凸轮机构加一个与凸轮角速度ω1大小相等、方向相反的角速度-ω1，于是凸轮处于相对静止状态，而从动件一方面随机架以角速度-ω1绕凸轮轴心转动，另一方面又按已知的运动规律相对机架做直线运动，此时机构中各构件之间的相对运动并未改变。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以反转过程中从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。 图1 反转法原理 二、作图方法。以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制为例，如图2所示，其绘制步骤有四步。（1）确定凸轮的起始位置。按照从动件位移曲线一 为半径画基圆，在基圆上任取一点A作为从动件的初始位样的长度比例尺，r min 置。（2）等分位移曲线，得各分点位移量。即将推程运动角δt分成若干等分，得1、2、3、4、5、6、7、8.由各等分点作垂线，与位移线相交，得与凸轮各转角相应的从动件的位移量11’到88’。用相同的方法将回程运动角δh等分成若干份，并得出相应的从动件的位移量。（3）作从动件尖顶运动轨迹。在基圆上，

自初始位置A开始，沿-ω 方向，依次取角度，按位移线图中相同等分，对推程 1 运动角δt、回程运动角δh分别作等分，在基圆上得分点1、2、3到14。连接基圆中心点到这些分点，则就是反转后从动件导路的位置。在这位置线上截取位移曲线11’等于凸轮位置线上11’，用同样的方法取后面的点。则1’、2’、3’一直到14’就是从动件的运动轨迹。（4）绘制凸轮轮廓。将凸轮上1’、2’、3’至14’用光滑曲线连接起来则得到了凸轮轮廓曲线。 图2 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的绘制 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制与刚才介绍的对心直动尖顶从动件的凸轮轮廓曲线绘制类似，如图3所示。首先将滚子的中心看作顶尖从动件的顶尖，按刚才介绍凸轮轮廓曲线的绘制的方法，作出尖顶从动件的理论轮廓曲线，再以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径为半径作一系列滚子圆，最后作这些圆的包络线，则得到对心直动滚子从动件凸轮的实际轮廓。 图3 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的绘制

凸轮机构基本原理

凸轮机构基本原理 凸轮机构是一种可以将圆周运动转换为直线运动的机构，广泛应用于机械传动系统中。它的基本原理是通过凸轮和跟随器的配合运动，实现从输入轴的旋转运动到输出轴的直线运动的转换。 凸轮是一个外形不规则的轮子，其轮廓通常为椭圆形、心形、曲线等，而跟随器则是与凸轮配合的一个运动部件，可以根据凸轮的轮廓进行相应的直线运动。凸轮和跟随器之间的配合方式有很多种，常见的有平面曲线配合、球面配合和滚子配合等。 凸轮机构的工作原理是通过凸轮的旋转运动，使跟随器在其轮廓的作用下产生相应的直线运动。当凸轮旋转时，凸轮的轮廓会推动跟随器，使其产生上下或前后的直线运动。凸轮的轮廓决定了跟随器的运动方式，可以根据实际需求设计不同形状的凸轮轮廓。 在凸轮机构中，输入轴驱动凸轮进行旋转，输出轴则与跟随器相连，通过凸轮和跟随器的配合运动，实现输出轴的直线运动。凸轮机构的输出速度和位移可以通过改变输入轴的旋转速度和凸轮的轮廓来调节。 凸轮机构具有很多优点，首先是运动传动平稳，凸轮和跟随器的配合运动可以减小传动中的冲击和振动，使传动更加平稳可靠。其次是运动变化灵活，通过改变凸轮的轮廓可以实现不同的运动规律和运动方式。此外，凸轮机构还具有结构简单、制造成本低、维护方

便等优点。 凸轮机构在实际应用中有着广泛的用途。在机械制造领域，凸轮机构常用于各种机械传动系统中，如汽车发动机的气门控制系统、工业机械的运动部件等。在自动化控制领域，凸轮机构也被广泛应用于自动生产线、机器人等设备中，实现复杂的运动控制功能。 总结起来，凸轮机构是一种将圆周运动转换为直线运动的机构，通过凸轮和跟随器的配合运动，实现输入轴旋转运动到输出轴的直线运动转换。凸轮的轮廓决定了跟随器的运动方式，可以根据实际需求设计不同形状的凸轮轮廓。凸轮机构具有运动平稳、运动灵活、结构简单等优点，广泛应用于机械制造和自动化控制领域。

简述盘形凸轮轮廓设计的反转法原理

盘形凸轮轮廓设计的反转法原理 1. 引言 盘形凸轮是机械传动中常用的元件，用于将旋转运动转化为直线运动或改变运动方向。盘形凸轮的轮廓设计是保证其正常工作的关键。反转法是一种常用的盘形凸轮轮廓设计方法，本文将详细介绍该方法的基本原理及其应用。 2. 反转法基本原理 反转法是一种通过对已知曲线进行镜像、旋转和平移等操作得到新曲线的方法。在盘形凸轮设计中，反转法可以通过以下步骤实现： 步骤1：确定基础曲线 首先需要确定一个基础曲线，该曲线可以是任意平滑连续的曲线。通常选择一个简单的圆弧或直线作为基础曲线。 步骤2：镜像操作 将基础曲线关于x轴进行镜像操作，得到关于x轴对称的新曲线。 步骤3：旋转操作 将镜像后的新曲线绕x轴旋转一定角度，得到一个新的旋转后的曲面。 步骤4：平移操作 将旋转后的曲面沿x轴平移一定距离，得到最终的盘形凸轮轮廓。 3. 反转法原理解释 反转法的基本原理是通过对已知曲线进行一系列几何变换操作，得到新的曲线。下面将对每个步骤进行详细解释： 步骤1：确定基础曲线 基础曲线可以是任意平滑连续的曲线，通常选择圆弧或直线作为基础曲线。这是因为圆弧和直线在凸轮设计中应用广泛，且容易计算和制造。 步骤2：镜像操作 镜像操作是将基础曲线关于x轴进行镜像，即将曲线上所有点的y坐标取相反数。这样可以得到关于x轴对称的新曲线。镜像操作可以通过改变符号来实现，不需要进行复杂的几何计算。

步骤3：旋转操作 旋转操作是将镜像后的新曲线绕x轴旋转一定角度。这样可以得到一个新的旋转后的曲面。旋转角度通常根据具体设计要求来确定，可以根据所需运动轨迹和机构参数进行计算。 步骤4：平移操作 平移操作是将旋转后的曲面沿x轴平移一定距离，得到最终的盘形凸轮轮廓。平移距离也可以根据设计要求来确定，通常需要考虑凸轮与其他机构之间的间隙和相对位置。 通过以上步骤，就可以利用反转法得到一个满足设计要求的盘形凸轮轮廓。这种方法简单直观，且可以灵活调整各个参数以满足不同的设计需求。 4. 反转法应用 反转法广泛应用于盘形凸轮的轮廓设计中。通过调整基础曲线、镜像、旋转和平移等操作，可以得到各种不同形状和尺寸的盘形凸轮。在实际应用中，还可以结合数值计算和优化方法对反转法进行改进和优化。 盘形凸轮广泛应用于机械传动系统中，如汽车发动机、工业机械等。其优点包括简单可靠、传动效率高等。通过合理设计盘形凸轮的轮廓，可以实现复杂的运动曲线和运动规律，满足不同的机械传动需求。 5. 总结 本文详细介绍了盘形凸轮轮廓设计的反转法原理及其应用。反转法通过对已知曲线进行镜像、旋转和平移等操作，可以得到满足设计要求的盘形凸轮轮廓。该方法简单直观，灵活性高，广泛应用于机械传动系统中。通过合理设计盘形凸轮的轮廓，可以实现复杂的运动曲线和运动规律，满足不同的机械传动需求。

凸轮轮廓课程设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计

广东工业大学华立学院 课程设计（论文） 课程名称机械原理课程设计 题目名称对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计 学生学部（系）机电工程学部 专业班级10机械2班 学号 (40) 学生姓名~开 指导教师 2012年06月30日

广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书 一、课程设计（论文）的内容 通过利用AutoCAD软件、AutoCAD二次开发技术绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓，用图解法进行对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计，计算出平底推杆平底尺寸长度，最后查验压力角是不是知足许用压力角的要求。 1）二、课程设计（论文）的要求与数据 1.用图解法设计盘形凸轮机构，并用CAD画出凸轮轮廓。 2.用图解法设计盘形凸轮机构，并求出平底推杆平底尺寸长度。 3.按照从动件的运动规律计算出位移并绘画该曲线在图纸上； 4.查验压力角是不是知足许用压力角的要求； 5.编写课程设计说明书 三、课程设计（论文）应完成的工作 1.绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计简图。 2.绘制出从动件的位移曲线图。 3.查验压力角是不是知足许用压力角的要求而且计算出平底推杆平底尺寸长 度。 4.完成课程设计说明书。

四、课程设计（论文）进程安排 五、应搜集的资料及主要参考文献 [1] ]孙恒.机械原理（第七版）[M] .北京：高等教育出版社，2006 [2]孙恒.机械原理（第六版）[M] .北京：高等教育出版社，2001 [3]曹金涛.凸轮机构设计[M].北京：机械工业出版社，1985. [4]管荣法.凸轮与凸轮机构基础.[M] 北京：国防工业出版社，1985 发出任务书日期：2012 年6 月16日指导教师签名： 计划完成日期：2012 年6 月30 日教学单位责任人签章：

何谓凸轮的理论廓线和实际廓线

螺纹类型：普通螺旋、管螺纹（前二主用于连接）、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹（后三主用于传动） 定传动比齿轮传动分为（还有一个变传动比…）：平面齿轮传动；空间齿轮传动。。还有一种分类：平行轴间的传动，相交轴间的传动，交错轴间的传动 渐开线齿轮的加工：仿形法，展成法 带传动类型：摩擦带传动 、啮合带传动 间歇运动机构：槽轮机构，棘轮机构，不完全齿轮机构，凸轮间歇运动机构 滑动摩擦XX ，滚动摩擦XX 按承受载荷方向：向心轴承 推力轴承 向心推理轴承 Q235：Q ：“屈”，235：屈服点值。50号钢：平均碳的质量分数为万分之50的钢 在零件的强度计算中，为什么要提出内力和应力的概念？ 因为要确定零件的强度条件。内力：外力引起的零件内部相互作用力的改变量。 应力为截面上单位面积的内力。 零件的受力和变形的基本形式有哪几种？试各列出1~2个实例加以说明。 轴向拉伸和压缩；剪切和挤压；扭矩；弯曲 1、试比较普通螺纹与梯形螺纹有哪些主要区别？为什么普通螺纹用于连接而梯形螺纹用于传动？普通螺纹的牙型斜角β较大，β越大，越容易发生自锁，所以普通螺纹用于连接。β越小，传动效率越高，固梯形螺纹用于传动。 2、在螺旋机构中，将转动转变为移动及把移动转变为转动有什么条件限制？请用实例来说明螺母与螺杆的相对运动关系。 转动变移动升角要小，保证可以自锁；而升角大的情况下，移动可转为转动 3、具有自锁性的机构与不能动的机构有何本质区别？ 自锁行的机构自由度不为0，而不能动的机构自由度为0 4、若要提高螺旋的机械效率，有哪些途径可以考虑？ 降低摩擦，一定范围内加大升角，降低牙型斜角；采用多线螺旋结构 1、为什么连杆机构又称为低副机构？它有那些特点？ 因为连杆机构是由若干构件通过低副连接而成的。特点是能实现多种运动形式的转换 铰链四连杆机构有哪几种重要形式？它们之间只要区别在哪里？ 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。区别：是否存在曲柄，曲柄的数目，以及最短杆的位置不同。 3、何谓“整转副”、“摆转副”？铰链四杆机构中整转副存在的条件是什么？ 整转副：如果组成转动副的两构件能作整周相对转动，则该转动副称为整转副 摆转副：如果组成转动副的两构件不能作整周相对转动。 条件：1，最长杆长度+最短杆长度≤其他两杆长度之和（杆长条件） 2，组成整转副的两杆中必有一个杆为四杆中的最短杆。 4、何谓“曲柄”？铰链四杆机构中曲柄存在条件是什么？ EA L F L N =∆