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第四章凸轮机构在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。
只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。
本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。
§4—1 凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。
从动件是被凸轮直接推动的构件。
凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。
图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。
当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓迫使从动作2（阀杆）按内燃机工作循环的要求启闭阀门。
图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。
当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱动刀架运动。
凹槽的形状将决定刀架的运动规律。
内燃机，配气机构凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。
凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。
但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承受重载或冲击载荷。
凸轮机构的特点1)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，且机构简单紧凑。
2)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、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。
⒈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4-1。
（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。
在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又统称为平面凸轮机构。
（3）圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。
机械设计基础课程教案
授课时间第3 周第7节课次2
授课方式（请打2）理论课□
其他口
讨论课□实验课□ 习题课□课时安
排
2
授课题目:
第四章凸轮机构
主要教学方法教学方法：利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。
与手段教学手段：
本课次教学目的、要求：1. 了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用
2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用
教学重点及难点：
重点：凸轮机构的从动件的常用运动规律。
难点：立体凸轮机构运动的实现
教学基本内容及过程
4.1 凸轮机构的应用和分类
4.1.1 凸轮机构的应用
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主要由凸轮、从动件和机架三个构件组成。
凸轮通常作连续等速转动，从动件则按预定运动规律作间歇（或连续）直线往复移动或摆动。
请看下图所示的内燃机配气凸轮机构。
凸轮1以等角速度回转,
杆）按预期的运动规律启闭阀门。
它的轮廓驱使从动件（阀
内燃机配气机构
送料机构
上图所示则是自动送料机构。
当有凹槽的凸轮
1转动时，通过槽中的滚子
件2作往复移动。
凸轮每转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯送到加工位置。
4.1.2
凸轮机构的分类
接下来学习凸轮机构的分类。
如果按凸轮的形状分，可以分为: ① 盘形凸轮：如下图（a ）所示。
② 移动凸轮：如下图（b ）所示。
③ 圆柱凸轮：如下图（c ）所示。
凸轮的类型
如果按从动件的形状分，可以分为: ① 尖顶从动件：如下图（a ）所示。
② 滚子从动件：如下图（b ）所示。
③ 平底从动件：如下图（c ）
所示。
3,驱使从动
从动件的类型
4.2 从动件的常用运动规律
从动件的常用运动规律有下面三种：
1.等速运动规律
2.等加速等减速运动规律
3.简谐运动规律
机械设计基础课程教案
授课时间第3 周第8节课次2
授课方式（请打2）理论课□
其他口
讨论课□实验课□ 习题课□课时安
排
2
授课题目：盘形凸轮轮廓的设计
主要教学方法教学方法：
与手段|教学手段：
本课次教学目的、要求：掌握反转法，能用图解法绘制凸轮轮廓线，能编程设计凸轮廓线。
教学重点及难点：着重讲清反转法”原理。
重点：着重讲清反转法"原理。
难点：着重讲清反转法"原理。
教学基本内容及过程
3.3 图解法设计盘形凸轮轮廓
凸轮轮廓的设计原理
按从动件的已知运动规律绘制凸轮轮廓的基本原理是反转法。
根据相对运动原理，若将
上图所示的整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的公共角速度（一二），此时各构件之间的相对运动关系不变。
这样，凸轮静止不动，而从
动件一方面随机架和导路一起以等角速度“儒”绕凸轮转动，另一方面又按已知运动规律
3.3.1 图解法原理
在导路中作往复移动（或摆动）。
由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。
凸轮机构的类型虽然有多种，但绘制凸轮轮廓的基本原理及方法是相同的，凸轮轮廓都
按反转法原理绘出。
下面以常见的盘形凸轮为例，说明凸轮轮廓曲线的绘制方法。
432 尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
我们来看一个例题
试设计此凸轮轮廓曲线。
解：设计步骤如下：
1.按一定比例尺甩=0.002 m/mm绘制从动件的位移线图（见下图（a））。
2.按同一比例尺用=%，以G为半径作基圆，基圆与导路的交点厅即为从动件尖顶的
起始位置。
3.等分位移线图的横坐标和基圆。
根据反转法原理，按位移线图中横坐标的等分数，
从乃开始，沿的方向将基圆圆周分成相应的等分数，以射线… w，吗，…代表机构反转时各个相应位置的导路，各射线与基圆的交点为叫，珞，叫，…。
4.从位移线图量取朋理，虫卅，轡，…，得叽乞乞…。
5.以光滑曲线连接斷，陌，巧，…，即得凸轮的轮廓曲线（见下图（b））。
如果采用滚子从动件，由于滚子中心是从动件上的一个固定点，它的运动就是从动件的
运动。
因此，首先把滚子中心看成是尖顶从动件的尖点，此时按尖顶从动件设计得到的轮廓线称为理论轮廓曲线。
再以理论轮廓线上各点为圆心画一系列滚子圆，然后绘出此滚子圆的
包络线，它就是滚子从动件凸轮机构的实际轮廓线。
但须注意，此时凸轮的基圆半径是指理论轮廓线上的最小半径（见下图（c））。
对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计
机械设计基础课程教案
本课次教学目的、要求：了解凸轮机构基本尺寸的确定
教学重点及难点：
重点：凸轮机构基本尺寸的确定难点：凸轮机构基本尺寸的确定
教学基本内容及过程
4.4 凸轮机构设计中应注意的问题
3.4.1 凸轮机构的压力角和自锁
压力角是决定凸轮机构能否正常工作的重要参数，确定凸轮机构尺寸时必须考虑对压力角的影响。
(J
ft +S
式中牛一一从动件的线速度; %――从动件在序处的位移。
当V吁时，如下图（c）所示，这时，「V 0，产生交叉的轮廓曲线，交叉部分在实际加工时将被切削掉，使这一部分运动规律无法实现，因此从动件的运动将会失真。
经过上述分析可以得到结论，为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径E必须小于外凸理论轮廓曲线的最小曲率半径小。
另外，滚子半径匕必须小于基圆半径序。
设计时应使斤满足以下经验公式
/啣“和F浪忆
滚子半径的选择。
