凸轮机构的作用力及压力角分析

图3-13 所示为一尖顶直动推杆盘形凸轮在推程中任一位置的受力情况。图中，F 为凸轮对推杆的作用力；G 为推杆所受的载荷（包括推杆的自重和弹簧压力等）；FR1、FR2分别为导轨两侧作用于推杆上的总反力；φ1、φ2为摩擦角。

根据力的平衡条件，分别由∑Fx=0、∑Fy=0 和∑MB=0 可得

图3-13　尖顶直动推杆盘形凸轮在推程中任一位置的受力情况

由以上3 式消去FR1和FR2，经过整理后得(www.xing528.com)

式中：α 为推杆所受正压力的方向（沿凸轮轮廓曲线在接触点的法线方向）与推杆B 点的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角。

在凸轮机构中压力角α 是一个重要参数。由式（3-16）可以看出，在其他条件相同的情况下，压力角α 愈大，则分母愈小，作用力F 将愈大；如果α 大到使式中的分母为0，则F 将增至无穷大，此时机构将发生自锁，此压力角称为临界压力角αc，其值为

一般来说，凸轮廓线上不同点处的压力角是不同的，为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临界压力角αc。又由式（3-17）可以看出增大导轨长度l 或减小悬臂尺寸b 可以使临界压力角αc的数值得以提高。

在生产实际中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]，而[α] 之值远小于临界压力角αc。根据实践经验，在推程时，许用压力角[α] 的值一般是：对直动推杆取[α]=30°，对摆动推杆取[α]=35° ～45°。在回程时，对于力封闭的凸轮机构，由于这时使推杆运动的是封闭力，不存在自锁的问题，故可采用较大的压力角，通常取[α]′=70° ～80°。