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5.1 凸轮机构的类型和应用 凸轮机构的类型和应用 5.2 从动件基本运动规律 从动件基本运动规律 5.3 凸轮轮廓设计 凸轮轮廓设计 5.4 凸轮机构基本尺寸的确定 5.5 凸轮机构的结构和材料 凸轮机构的结构和材料
如图所示是对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构， 如图所示是对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构，其中以凸轮 轮廓最小向径r 为半径所作的圆称为基圆， 称为基圆半径。 轮廓最小向径 b为半径所作的圆称为基圆，rb称为基圆半径。 在 图示位置时，从动件处于上升的最低位置， 图示位置时，从动件处于上升的最低位置，也是从动件离凸轮轴 心最近的位置，其尖顶与凸轮在B 点接触。 心最近的位置，其尖顶与凸轮在 0点接触。
滚子从动件的优点要比滑动接触的摩擦系数小， 滚子从动件的优点要比滑动接触的摩擦系数小，但造价要高 对同样的凸轮设计，采用平底从动件 平底从动件其凸轮的外廓尺寸要比 些。对同样的凸轮设计，采用平底从动件其凸轮的外廓尺寸要比 采用滚子从动件小， 采用滚子从动件小，故在汽车发动机的凸轮轴上通常都采用这种 形式。在生产机械上更多的是采用滚子从动件，因为它既易于更 形式。在生产机械上更多的是采用滚子从动件， 又具有可从轴承制造商中购买大量备件的优点。 换，又具有可从轴承制造商中购买大量备件的优点。沟槽凸轮要 求用滚子从动件摆动导杆滑块机构。 求用滚子从动件。 滚子从动件基本上都采用特制结构的球轴承 或滚子轴承。 球面底从动件的端部具有凸出的球形表面， 或滚子轴承。 球面底从动件的端部具有凸出的球形表面，可避 免因安装位置偏斜或不对中而造成的表面应力和磨损都增大的缺 并具有尖顶与平底从动件的优点， 点，并具有尖顶与平底从动件的优点，因此这种结构形式的从动 件在生产中应用也较多。 件在生产中应用也较多。
第5章 凸 轮 机 构 当凸轮转过一个角度Φ时 从动件被凸轮推动可信保温杯， 当凸轮转过一个角度 时，从动件被凸轮推动， 随着凸轮轮 段上各点向径的逐渐增大， 点开始， 廓 BD段上各点向径的逐渐增大 ， 从动件从最低位置 点开始 ， 段上各点向径的逐渐增大 从动件从最低位置B点开始 逐渐被推到离凸轮轴心最远的位置，即从动件上升到最高位置D 逐渐被推到离凸轮轴心最远的位置，即从动件上升到最高位置 推程。 从动件的这一运动过程称为推程 点，从动件的这一运动过程称为推程。
第5章 凸 轮 机 构 5.1.2 凸轮机构的特点与应用 凸轮机构的特点与应用 由上述可知，凸轮机构构件少， 占据空间不大， 由上述可知 ， 凸轮机构构件少 ， 占据空间不大 ， 是一种结 构简单和紧凑的机构。 构简单和紧凑的机构 。 从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决 定的，只要凸轮轮廓曲线设计得当， 定的 ， 只要凸轮轮廓曲线设计得当 ，就可以使从动件实现任意 预期的运动规律，并且运动准确可靠，便于设计。 预期的运动规律 ， 并且运动准确可靠 ， 便于设计 。 因此在自动 机床进刀机构、上料机构、内燃机配气机构、 机床进刀机构 、 上料机构 、 内燃机配气机构 、 制动机构以及印 刷机、 纺织机、闹钟和各种电气开关中得到广泛应用。 刷机、 纺织机、闹钟和各种电气开关中得到广泛应用。但因凸 轮机构是点或线接触的高副机构，易磨损， 轮机构是点或线接触的高副机构 ， 易磨损 ， 所以通常多用于传 力不大的控制和调节机构中。另外，凸轮形状复杂、不易加工， 力不大的控制和调节机构中 。 另外 ， 凸轮形状复杂 、 不易加工 ， 这也在一定程度上限制了凸轮机构的应用。 这也在一定程度上限制了凸轮机构的应用。
低副机构一般只能近似地实现给定的运动规 而且设计较为困难和复杂。 律，而且设计较为困难和复杂。当要求从动件 的位移、速度和加速度必须严格按照预定规律 的位移、 变化时，常采用凸轮高副机构来实现。 变化时，常采用凸轮高副机构来实现。利用不 同的凸轮廓线可以使从动件实现各种给定的运 动规律。 动规律。
第5章 凸 轮 机 构 从动件在该过程中上升的最大距离h称为升程 称为升程， 从动件在该过程中上升的最大距离 称为升程 ， 对应的凸轮转 称为推程角。 为圆心， 角Φ称为推程角。当凸轮继续转过角度时，以O为圆心，OD为 称为推程角 当凸轮继续转过角度时， 为圆心 为 半径的圆弧D 与从动件尖顶接触 与从动件尖顶接触， 半径的圆弧 0D与从动件尖顶接触， 从动件在离凸轮轴心最远 位置处静止不动，从动件的这一过程称为远停程 远停程， 位置处静止不动，从动件的这一过程称为远停程，与此对应的 凸轮转角Φ 称为远停程角。 凸轮转角 s称为远停程角形封闭凸轮机构。
中心位于无穷远时的盘形凸轮。它相对于机架作直线移动。 中心位于无穷远时的盘形凸轮。它相对于机架作直线章 凸 轮 机 构
第5章 凸 轮 机 构 1. 按凸轮的形状分 按凸轮的形状分 (3) 圆柱凸轮：凸轮是一个具有曲线凹槽的圆柱形构件。 圆柱凸轮：凸轮是一个具有曲线凹槽的圆柱形构件。 它可以看成是将移动凸轮卷成圆柱演化而成的。 它可以看成是将移动凸轮卷成圆柱演化而成的。
第5章 凸 轮 机 构 等宽凸轮：从动件做成框架形状， ② 等宽凸轮：从动件做成框架形状，凸轮轮廓线上任意两 条平行切线间的距离等于从动件框架内边的宽度， 条平行切线间的距离等于从动件框架内边的宽度， 因此使凸轮 轮廓与平底始终保持接触。这种凸轮只能在转角180°内根据给 轮廓与平底始终保持接触。这种凸轮只能在转角 ° 定运动规律按平底从动件来设计 轮廓线°必须按照等 ° 宽原则确定轮廓线，因此从动 宽原则确定轮Biblioteka Baidu线， 件运动规律的选择受到一定限制。 件运动规律的选择受到一定限制。
第5章 凸 轮 机 构 3. 按凸轮与从动件保持接触的方式分 按凸轮与从动件保持接触的方式分 凸轮机构是一种高副机构，它与低副机构不同， 凸轮机构是一种高副机构，它与低副机构不同，需要采取一 定的措施来保持凸轮与从动件的接触， 这种保持接触的方式称 定的措施来保持凸轮与从动件的接触管子钳， 为封闭(锁合 。 常见的封闭方式有： 为封闭 锁合)。 常见的封闭方式有： 锁合 (1) 力封闭。利用从动件的重量、弹簧 力封闭空气净化装置。利用从动件的重量、 力或其他外力使从动件与凸轮保持接触。 力或其他外力使从动件与凸轮保持接触。
第5章 凸 轮 机 构 主回凸轮： ④ 主回凸轮：用两个固结在一起的盘形凸轮分别与同一 个从动件上的两个滚子接触，形成结构封闭。 个从动件上的两个滚子接触，形成结构封闭。 其中一个凸轮 (主凸轮 驱使从动件向某一方向运动， 而另一个凸轮 回凸轮 主凸轮)驱使从动件向某一方向运动 而另一个凸轮(回凸轮 回凸轮) 主凸轮 驱使从动件向某一方向运动， 驱使从动件反向运动。主凸轮廓线°范围内按给定运 驱使从动件反向运动。主凸轮廓线可在 ° 动规律设计， 动规律设计，而回凸轮廓线必须根据主凸轮廓线和从动件的位 置确定。 主回凸轮可用于高精度传动。 置确定。 主回凸轮可用于高精度传动。
第5章 凸 轮 机 构 (2) 形封闭 。 依靠凸轮和从动件所构成高副的特殊几何形状 ， 形封闭。依靠凸轮和从动件所构成高副的特殊几何形状， 使其彼此始终保持接触。常用的形封闭凸轮机构有以下几种： 使其彼此始终保持接触。常用的形封闭凸轮机构有以下几种： 凹槽凸轮： ① 凹槽凸轮：依靠凸 轮凹槽使从动件与凸轮保 持接触，如图所示。这种 持接触，如图所示。 封闭方式简单，但增大了 封闭方式简单， 凸轮的尺寸和重量。 凸轮的尺寸和重量耗油量。
盘形凸轮和移动凸轮与其从动件之间的相对运动 是平面运动，所以它们属于平面凸轮机构 平面凸轮机构； 是平面运动 ， 所以它们属于 平面凸轮机构 ； 圆柱凸轮 与从动件的相对运动为空间运动， 故它属于空间凸轮 与从动件的相对运动为空间运动， 故它属于空间凸轮 机构。 机构。
第5章 凸 轮 机 构 2. 按从动件的结构形式分 按从动件的结构形式分 从动件仅指与凸轮相接触的从动的构件。如图所示为常用的 从动件仅指与凸轮相接触的从动的构件。 几种形式： 为尖顶从动件 为尖顶从动件； 为滚子从动件 为滚子从动件； 几种形式：(a)为尖顶从动件；(b)为滚子从动件； (c)为平底从动 为平底从动 为球面底从动件。 件；(d)为球面底从动件。 为球面底从动件
当具有曲线作等速回转时， 当具有曲线轮廓的凸轮 作等速回转时， 作等速回转时 凸轮曲线（从动件） 凸轮曲线轮廓通过与气阀 （从动件）的 平底接触，迫使气阀2相对于气阀导管 平底接触，迫使气阀 相对于气阀导管3 相对于气阀导管 机架）作往复直线运动， （机架）作往复直线运动，从而控制了 气阀有规律的开启和闭合。 气阀有规律的开启和闭合。气阀的运动 规律取决于凸轮曲线轮廓的形状。 规律取决于凸轮曲线章 凸 轮 机 构 等径凸轮：从动件上装有两个滚子， 其中心线通过凸轮轴心， ③ 等径凸轮：从动件上装有两个滚子， 其中心线通过凸轮轴心， 凸轮与这两个滚子同时保持接触。 凸轮与这两个滚子同时保持接触 。 这种凸轮理论轮廓线上两异 向半径之和恒等于两滚子的中心距离， 向半径之和恒等于两滚子的中心距离 ， 因此等径凸轮只能在 180°范围内设计轮廓线，其余部分的凸轮廓线需要按等径原则 °范围内设计轮廓线， 确定。 确定。
当具有曲线等速转 当具有曲线凹槽的凸轮 等速转 动时， 动时，其曲线上的滚子接触并驱使从动件 上的滚子接触并驱使从动件 2绕O点作往复摆动，通过扇形 点作往复摆动， 绕 点作往复摆动 齿轮2和固定在刀架 上的齿条， 和固定在刀架3上的齿条 齿轮 和固定在刀架 上的齿条， 控制刀架作进刀和退刀运动。 控制刀架作进刀和退刀运动。刀 架的运动规律完全取决于凸轮1 架的运动规律完全取决于凸轮 上曲线凹槽的形状。 上曲线 自动车床的自动进刀机构
第5章 凸 轮 机 构 1. 按凸轮的形状分 按凸轮的形状分 （1） 盘形凸轮。这种凸轮是绕固定轴转动并且具有变化向 ） 盘形凸轮。 径的盘形构件，它是凸轮的基本形式。 径的盘形构件，它是凸轮的基本形式。
第5章 凸 轮 机 构 1. 按凸轮的形状分 按凸轮的形状分 (2) 移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状， 移动凸轮。这种凸轮外形通常呈平板状，可视作回转
第5章 凸 轮 机 构 当凸轮以等角速度ω逆时针方向转动时， 当凸轮以等角速度 逆时针方向转动时，从动件将依次与凸 逆时针方向转动时 轮轮廓各点接触，从动件的位移s也将按照如图所示的曲线变化 也将按照如图所示的曲线变化。 轮轮廓各点接触 ， 从动件的位移 也将按照如图所示的曲线变化。 当凸轮转过一个Φ 角度时，凸轮轮廓上的基圆弧B 与从动件 当凸轮转过一个 s′ 角度时 ， 凸轮轮廓上的基圆弧 0B与从动件 依次接触，此时，由于该段基圆弧上各点的向径大小不变， 依次接触，此时，由于该段基圆弧上各点的向径大小不变，从动 件在最低位置不动(从动件的位移没有变化 这一过程称为近停 从动件的位移没有变化)， 件在最低位置不动 从动件的位移没有变化 ，这一过程称为近停 对应的转角Φ 称为近停程角。 程，对应的转角 s′称为近停程角。
凸轮高副机构是由凸轮、 凸轮高副机构是由凸轮、从动件和机 凸轮 个构件组成的。 架3个构件组成的。凸轮是一个具有曲线轮 廓或凹槽的构件，通常作为原动件。 廓或凹槽的构件，通常作为原动件。当它 运动时， 运动时橡胶弹簧，通过其曲线轮廓或凹槽与从动件 的高副接触， 的高副接触，使从动件获得预期的运动规 律。
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