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第三章凸轮机构导学
走在路边经常会看到修鞋流动摊，利用一台简单的手动修鞋机就可以在破损鞋面缝制线迹，给我们的生活带来很大方便，也是部分人群的谋生手段。
图3-1所示为手动修鞋机外观图。
图3-1手动修鞋机
缝制时，手动转动修鞋机的机盘就可以使指针作上下运动，请考虑一下，是什么机构实现了这种看似简单的运动呢？通过本章的学习你可以找到答案。
➢本章知识要点
1
（1）掌握凸轮机构的组成、应用、特点及分类；
（2）掌握凸轮机构从动件的运动规律；
（3）熟悉盘形凸轮轮廓曲线的设计过程；
（4）了解盘形凸轮的结构设计。
➢兴趣实践
观察缝纫机、修鞋机工作时凸轮机构的运动情况。
➢探索思考
要实现机械的自动化运动过程，不用计算机可以吗？
➢教学目标及学习内容分析
2
3。
第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的组成和类型一、凸轮机构的组成1、凸轮：具有曲线轮廓或沟槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件取得预期的运动。
2、凸轮机构的组成：由凸轮、从动件、机架这三个大体构件所组成的一种高副机构。
二、凸轮机构的类型1.依照凸轮的形状分：空间凸轮机构：盘形凸轮：凸轮呈盘状，而且具有转变的向径。
它是凸轮最大体的形式，应用最广。
移动（楔形）凸轮：凸轮呈板状，它相关于机架作直线移动。
盘形凸轮转轴位于无穷远处。
空间凸轮机构：圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上。
2.依照从动件的形状分：（1）尖端从动件从动件尖端能与任意形状凸轮接触，使从动件实现任意运动规律。
结构简单，但尖端易磨损，适于低速、传力不大场合。
（2）曲面从动件：从动件端部做成曲面，不易磨损，利用普遍。
（3）滚子从动件：滑动摩擦变成转动摩擦，传递较大动力。
（4）平底从动件优势：平底与凸轮之间易形成油膜，润滑状态稳固。
不计摩擦时，凸轮给从动件的力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，经常使用于高速。
缺点：凸轮轮廓必需全数是外凸的。
3.依照从动件的运动形式分：4.依照凸轮与从动件维持高副接触的方式分：（1）力封锁型凸轮机构：利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终维持接触。
封锁方式简单，对从动件运动规律没有限制。
5、其它反凸轮机构：摆杆为主动件，凸轮为从动件。
应用实例：自动铣槽机应用反凸轮实现料斗翻转§3-2凸轮机构的特点和功能一.凸轮机构的特点一、优势：(1)结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小。
(2)最大优势是关于任意要求的从动件运动规律都能够毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
2、缺点：由于是高副接触，易磨损，因此多用于传力不大的场合。
二.功能1、实现无特定运动规律要求的工作行程应用实例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2、实现有特定运动规律要求的工作行程应用实例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3、实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程应用实例：船用柴油机中利用凸轮机构操纵阀门的启闭4、实现复杂的运动轨迹应用实例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹§3-3从动件运动规律设计一.基础知识1、从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度及加速度转变率随时刻或凸轮转角转变的规律。
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。
第三章凸轮机构
学时 4
知识要点：凸轮机构工作原理、从动件运动规律、了解凸轮压力角、滚子半径的确定
§1概述
一、组成:凸轮、从动件和机架。
凸轮:一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,通常作连续等速转动,从动件为直线往复移动或摆动。
凸轮机构的优点：机构简单、紧凑、工作可靠。
从动件按任意规律运动。
凸轮机构的缺点：轮廓曲线加工比较困难，与从动件为高副接触，压强大、易磨损，一般用于传力不大的控制机构中。
二、按凸轮的形状分类
（a）（b）（c）
图6-1凸轮机构的分类
㈠盘形凸轮如图6-1a，盘形凸轮是绕定轴转动并具有变化半径的盘形构件，是各种凸轮的基本形式。
当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就变为移动凸轮，如图6-1b。
㈡圆形凸轮如图6-1c，将移动凸轮绕成圆柱体即成为圆柱凸轮。
三、按从动件的形状分
图6-2从动件的型式
㈠尖底从动件如图6-2a，结构简单，能与凸轮轮廓上所有点接触，但容易磨损，适用于低速和传力较小的场合。
㈡滚子从动件在从动件的一端装有自由转动的滚子（图6-2b）。
摩擦力小，转动灵活应
用较多。
㈢平底从动件如图6-2c所示，从动件仅能与轮廓全部外凸的
盘形凸轮相作用，不能用于有内凹轮廓的盘形凸轮。
磨损小，凸轮
对从动件的作用始终垂直于平底，传动效率高，常用于高速凸轮机
构中。
§2从动件常用运动规律
图6-3所示为尖底直动从动件盘形凸轮机构。
以最小向径r b
为半径的圆称为基圆。
r b为基圆半径。
凸轮作逆时针等角速转动。
运动过程如下：
1．推程：从动件由基圆开始，向径渐增的轮廓将从动件推到
最远点的过程。
此时凸轮相应转过的角度Φ称为推程运动角，从动件的位移h 称为行程。
2．远停程：凸轮转动，从动件停止不动的过程。
此时Φs 称为远程休止角。
3．回程：凸轮转动，从动件下滑向低处的过程。
Φ’为回程运动角。
4．近停程：基圆上DA 弧与尖底作用，从动件在距凸轮回转中心最近位置停留不动，转角Φs ’称近休止角。
凸轮回转，从动件升—停—降—停循环运动。
从动件运动规律是指从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随不同的轮廓曲线。
一、等速运动规律
运动图线如图6-4所示，其位移线图为一
过圆点的倾斜直线，表达式如下：
h s ϕ=
Φ 0h
υυω==Φ
0a = 然而，在A 、B 、C 点，产生速度突变，加速度无穷大，有“刚性冲击”。
故用过渡圆弧代替直线。
因此，速凸轮机构。
如果加速段与减速段的时间相等，则其运动线图如图6-5所示。
由运动学可的位移方程： 22
0011()22s a t a ϕω
=
= 如果当φ=Φ/2时，s=h/2，即
2
02
4h a ω=Φ
将上式代入位移方程并对时间t 求导，得
2
22h s ϕ=
Φ 24h ω
υϕ=Φ
2
02
4h a a ω==Φ
根据运动图像的对称性，等减速（BC 段）的运动方程为 图6-5等加速运动规律 222()h
s h ϕ=-
Φ-Φ
A A A
B B B
C
C
C a v
s v 0
φh
v 0
φ,t
φ,t
φ,t
2
4()h ω
υϕ=
Φ-Φ 2
2
4h a ω=-Φ
由运动图像知，这种运动规律的速度曲线是不连续的，不会出现刚性冲击。
在B 、D 处加速度有突变，但均为有限值，会产生“柔性冲击”。
适用于中、低速凸轮机构。
三、简谐运动
质点在周围作匀速运动，它在这个圆的直径方向上的投影所构成的运动称为简谐运动。
运动线图如图6-6。
运动方程为
2221(1cos )2sin 2cos 2s h h a πϕπωπ
υϕπωπϕ
=
-Φ=ΦΦ=ΦΦ
运动在A 、E 点加速度有变化，会产生柔性冲击，只适 图
用于中速转动。
只有当从动件作无停程的升降升连续往复运
6-6简谐运动规律 动时，才可以得到连续的加速度曲线，从而适用于高速转动。
