1 第五章 凸轮机构
§5-1 凸轮机构的应用与分类
一、凸轮机构的应用
凸轮机构能将主动件的连续等速运动变为从动件的往复变速运动或间歇运动。在自动机械、半自动机械中应用非常广泛。凸轮机构是机械中的一种常用机构。
图5-1所示为内燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓驱动从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
图5-1 内燃机配气凸轮机构
图5-2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构。当绕线轴3快速转动时，绕轴线上的齿轮带动凸轮1缓慢地转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摇动，因而使线均匀地绕在绕线轴上。
图5-2绕线机中排线凸轮机构
图5-3所示为驱动动力头在机架上移动的凸轮机构。圆柱凸轮1与动力头连接在一起，它们可以在机架3上作往复移动。滚子2的轴固定在机架3上，滚子2放在圆柱凸轮的凹槽中。凸轮转动时，由于滚子2的轴是固定在机架上的，故凸轮转动时带动动力头在机架3 上作往复移动，以实现对工件的钻削。动力头的快速引进—等速进给—快速退回—静止等动作均取决于凸轮上凹槽的曲线形状。 2
图5-3动力头用凸轮机构
图5-4所示为应用于冲床上的凸轮机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件2以一定的规律作水平往复运动，从而带动机械手装卸工件。
图5-4冲床上的凸轮机构
从以上所举的例子可以看出：凸轮机构主要由凸轮1、从动件2和机架3三个基本构件组成。从动件与凸轮轮廓为高副接触传动，因此理论上讲可以使从动件获得所需要的任意的预期运动。
凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以，通常多用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类
1．按凸轮的形状分类
（1）盘形凸轮：它是凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件。如图5-1和5-2所示。
第3章 凸轮机构及其设计
1、图（a）和图（b）分别为滚子对心直动从动件盘形凸轮机构和滚子偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知：R=100mm，OA=20mm，e=10mm，rT=10mm，试用图解法确定；当凸轮自图示位置（从动件最低位置）顺时针方向回转90°时两机构的压力角及从动件的位移值。
（a） (b)
题1图
2、图示给出了某直动推杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图，当凸轮以1等速转动时，试求：
（1） 定性地画出该推杆的位移线图和加速度线图；
（2） 说明此种运动规律的名称和特点（指v，a的大小，以及冲击性质等）；
（3） 说明该种运动规律的适用场合。
题3图
3、设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知偏距e=10mm，基圆半径r0=40mm，滚子半径rT=10mm，从动件运动规律如下：Φ=150°，ΦS=30°，Φ’=120°，Φ′S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm；回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。
4、设计一平底直动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知基圆半径r0=60mm，行程h=20mm，Φ=150°，ΦS=30°，Φ’=120°，Φ′S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出该机构凸轮轮廓曲线并决定从动件底面应有的长度。
题4图 题5图
5、设计一平底摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向和从动件初始位置如图所示。已知lOA=75，r0=30mm，从动件运动规律如下：Φ=180°，ΦS=0°，Φ’=180°，Φ′S=0°，从动件推程以简谐运动规律顺时针摆动，ψmax=15°；回程以等加速等减速运动规律返回原处。试绘出凸轮轮廓曲线并确定从动件的长度。
第5章 凸轮机构
（一）教学要求
1．了解凸轮机构的工作原理
2．掌握常用从动件运动规律及特性
3．掌握盘形凸轮轮廓的设计
4．了解凸轮机构的尺寸的确定
（二）教学的重点与难点
1．凸轮的工作原理
2．用反转法设计凸轮轮廓
3．凸轮的尺寸对其机构的影响
（三）教学内容
5.1概述
5.1.1 概念
1． 凸轮机构的组成：凸轮是由从动件、机架、凸轮三部分组成的高幅机构。
2．凸轮：是一种具有曲线轮廓或凹糟的构件，它通过与从动什的高副接触，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。
3．特点：结构相当简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
4．凸轮机构的应用
例： 内燃机配气机构 （如下图所示）
靠模车削机构（如下图所示）
自动送料机构（如下图所示）
分度转位机构（如下图所示）
5.1.2 凸轮机构的分类
1、按照凸轮的形状分为：
(1)盘形凸轮
凸轮中最基本的形式。凸轮是绕固定铂转动且向径变化的盘形零件，凸轮与从动件互作平面运动，是平面凸轮机构。
(2)移动凸轮
可看作是回转半径无限大的盘形凸轮，凸轮作往复移动，是平面凸轮机构。
(3)圆柱凸轮
可看作是移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的，从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动，是一种空间凸轮机构。
(4)曲面凸轮
当圆柱表面用圆弧面代替时，就演化成曲面凸轮，它也是一空间凸轮机构。
2、按锁合方式的不同凸轮可分为：
(1)力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；
(2)几何锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。
3、按从动件型式分为：
(1)尖顶从动件
(2)滚子从动件
(3)平底从动件
根据从动件运动型式不同分为直动从动件和摆动从动件。
5.1.3 凸轮和滚子的材料
凸轮机构的主要失效形式：磨损和疲劳点蚀
机械设计基础试题库
凸轮机构
一、填空题(每空一分)
1.凸轮机构主要是由_凸轮__、_从动件___和固定机架三个基本构件所组成。
2.按凸轮的外形，凸轮机构主要分为_盘形__、_移动__凸轮等基本类型。
3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_尖顶__、_滚子__和平底、球面底四种。
4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的__基圆__。
5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向）与从动杆速度方向之间
的夹角称为凸轮在该点的_压力角___。
6.随着凸轮压力角α增大，有害分力F2将会_增大__而使从动杆自锁“卡死”，通常对移动
式从动杆，推程时限制压力角α。
7.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生__刚性_冲击，引起机构强烈的振动。
二、选择题：(每空一分)
1.A对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。
A.尖顶式从动杆B.滚子式从动杆
C.平底式从动杆D.以上均不对
2．A可使从动杆得到较大的行程。
A.盘形凸轮机构B.移动凸轮机构
C.圆柱凸轮机构D.以上均不对
3.理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动
规律A。
A.相同B.不相同。
4.对于转速较高的凸轮机构，为了减小冲击和振动，从动件运动规律最好采用C运动规
律。
A.等速B.等加速等减速C.正弦加速度。
5.凸轮机构中从动件作等加速等减速运动时将产生B冲击。它适用于E场合。
A.刚性B.柔性C.无刚性也无柔性D.低速E.中速F.高速
6.滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应B凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径。
A.大于B.小于C.等于
7.直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角A。
A.永远等于B.等于常数C.随凸轮转角而变化
三、已知凸轮机构如图，在图上标注出：（5分）
A点的压力角αA，并量出其值
凸轮从图示位置转过90°后的压力角α
