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机械原理辅导资料五 主
题：第四章 凸轮机构设计 学习时间：2010年11月15日－11月21日 内
容： 我们这周主要学习《机械原理》课程的第四章的后一部分。主要内容如下： 一、学习要求 1、了解凸轮机构组成及分类、特点及应用。 2、掌握常用的从动件运动规律的特点和适用场合。 3、掌握反转法的基本原理，学会根据这一原理设计各类凸轮廓线的方法。 4、掌握图解法设计凸轮廓线的方法与步骤。 5、掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则。 二、主要内容 一、凸轮廓线的设计方法 l
图解法 l
解析法 图1 凸轮廓线的设计方法-图解法 （一）凸轮机构设计的基本原理 反转法原理：假想给整个机构加一公共角速度 ，则凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以 绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。 （二）图解法设计凸轮轮廓线基本原理 关键：根据推杆运动规律，确定推杆在反转过程中所占据的各位置线中的尖顶位置，即复合运动后的位置。 二、凸轮机构基本参数的确定 凸轮机构基本参数：基圆半径
，偏距
，滚子半径
。
图2 反转法原理示意图
图3 凸轮机构的基本参数示意图
（一）移动滚子盘形凸轮机构 1、凸轮机构的传力特性 l
压力角
是凸轮给予从动件的正压力方向与推杆速度方向所夹锐角。 l
凸轮机构的压力角是凸轮设计的重要参数。 l
运动过程中，压力角的大小是变化的。 l
压力角表达式：
。 l
从受力角度来看，压力角越小，传力特性越好。 l
从结构尺寸角度来看，压力角越大，基圆半径越小，结构越紧凑。 l
凸轮机构的最大压力角要小于许用压力角，即
。 l
凸轮机构传力特性受机构尺寸（基圆半径）制约。 l
采用偏置推杆凸轮机构可以提高传力特性，但偏置方向应合适。
图4 凸轮机构压力角示意图
图5 凸轮机构传力特性分析 2、滚子半径的选择 l
滚子尺寸的设计要满足强度和运动特性。 l
从强度要求考虑：滚子半径一般应满足：
。滚子半径越大，接触应力越小，对强度越有利。 l
从运动特性考虑：不能发生运动失真。 图6 运动失真示意图 l
避免失真的条件：
。 3、基圆半径的确定 l
基圆半径受到三方面的限制：传力特性；结构条件；避免失真。 l
从传力的角度来看，基圆半径越大越好。 l
从机构紧凑的角度来看，基圆半径越小越好。 （二）直动平底推杆凸轮机构 1、失真现象 避免失真的方法：增大
，重新设计凸轮。 2、基圆半径确定 为避免失真，凸轮廓线必须全部为外凸曲线。 3、从动件偏置方向确定 4、平底宽度的确定 为保证平底与凸轮始终接触，必须满足： l
凸轮廓线必须全部为外凸曲线。 l
平底必须有足够的长度。 三、凸轮机构的计算机辅助设计 凸轮机构的计算机辅助设计的步骤： 1、根据实用场合和工作要求，选择凸轮机构的类型。 2、根据工作要求，选择从动件的运动规律。 3、根据滚子的结构和强度条件，选择滚子半径。 4、根据机构的结构条件，初选凸轮的基圆半径。 5、为保证凸轮机构具有良好的受力状况，确定许用压力角。 6、为保证凸轮机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，确定凸轮实际廓线的许用曲率半径。 图7 计算机辅助设计界面 三、重要考点 问答题： 1.滚子半径的选择需要考虑哪些方面？ 答： 滚子尺寸的设计要满足强度和运动特性。 （1）从强度要求考虑：滚子半径一般应满足：
。滚子半径越大，接触应力越小，对强度越有利。 （2）从运动特性考虑：不能发生运动失真。 （3）避免失真的条件：
。 2、简述凸轮机构的计算机辅助设计的步骤。 答： （1）根据实用场合和工作要求，选择凸轮机构的类型。 （2）根据工作要求，选择从动件的运动规律。 （3）根据滚子的结构和强度条件，选择滚子半径。 （4）根据机构的结构条件，初选凸轮的基圆半径。 （5）为保证凸轮机构具有良好的受力状况，确定许用压力角。 （6）为保证凸轮机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，确定凸轮实际廓线的许用曲率半径。 | 
