凸轮机构：可预期的运动规律与大传递力

任务导引

各种机器尤其是自动化机器，为实现复杂的运动要求，常采用凸轮机构。这是因为凸轮机构的设计比较简便，只要按照从动件的运动规律把凸轮的轮廓曲线设计出来，从动件就能获得预先规定的运动规律。

任务要求

掌握凸轮机构的分类及应用；了解从动件常用的运动规律及从动件运动规律的选择原则；了解对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制方法。

任务实施

一、凸轮机构的应用、特点和类型

1.凸轮机构的应用和组成

凸轮机构能实现任意预期的运动规律，在各行各业的自动化、半自动化机械中得到广泛的应用，如：

图1.3.1　绕线机构

图1.3.2　内燃发动机的气门机构

图1.3.3　机械手机构

图1.3.4　送料机构

凸轮机构的组成：

凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成。

凸轮机构的功能：

将主动件凸轮的连续转动或移动转化为从动件的往复移动或摆动。

凸轮机构的特点：

（1）结构简单、紧凑；

（2）设计方便，方法多样；

（3）容易实现较复杂的预期运动规律；

（4）属于高副机构，易磨损，不适于重载场合。常用于传力不大的控制机械中。

2.凸轮机构的分类

动画：凸轮机构

图1.3.5　凸轮机构的组成

表1.3.1　凸轮机构的分类

按从动件端部结构分类：

尖顶从动件构造简单、易磨损；滚子从动件磨损小、应用广；平底从动件受力好、润滑好、用于高速传动。

以下图示是什么凸轮机构？请在矩形框空白处填写凸轮机构的名称。

图1.3.6　凸轮机构

凸轮机构如何命名？

先表述从动件：

（1）说明从动件导路与凸轮铰链中心之间的位置关系，有对心和偏置之分（此条只限于直动从动件）；

（2）说明从动件运动形式，有直动和摆动之分；

（3）说明从动件端部形状；

再表述主动件凸轮：说明凸轮的形状。

【例1】表述下列凸轮机构的全称。

图1.3.7　凸轮机构

二、凸轮机构中从动件的常用运动规律

从动件的运动规律取决于主动件凸轮轮廓曲线的形状。凸轮轮廓曲线发生改变，从动件的运动规律也就跟着改变。设计时从动件的运动规律一般由工作情况确定，从动件的运动规律确定了，凸轮的轮廓曲线就确定了。工作时凸轮的轮廓曲线就确定了从动件的运动规律。

1.从动件与凸轮的运动关系及其符号意义

现以对心移动尖顶从动件盘形凸轮机构为例说明符号意义：

图1.3.8

图1.3.9(www.xing528.com)

r0—基圆半径（凸轮最小向经圆的半径）；S—从动件位移；δ—凸轮转角；h—从动件升程；δ0—推程角；0δ′—回程角；sδ—远休止角；sδ′—近休止角

从动件的运动规律：从动件（推杆）在推程或回程时，其位移S2、速度V2和加速度a2随时间t的变化规律。

S2＝S2(t)，V2＝V2(t)，a2＝a2(t)

（1）等速运动规律。

当凸轮以等角速度转动时，从动件在推程和回程中的速度为常数。

推程始点和终点加速度理论上无穷大，将产生刚性冲击。

结论：等速运动规律适用于低速、轻载场合。

（2）等加速等减速运动规律。

从动件在推程和回程中的加速度为一常数。前半程以等加速上升到h/2，后半程以等减速上升到h。

推程始点、中点、终点，加速度产生有限突变，将产生柔性冲击。

结论：等加速等减速运动规律适用于中速、轻载场合。

此外，还有简谐运动规律、摆线运动规律等，在此不再叙述了。

图1.3.10　等速运动规律图

图1.3.11　等加速等减速运动规律图

常用从动件运动规律的比较如表1.3.2。

表1.3.2　常用从动件运行规律比较

*2.从动件运动规律的选择

凸轮机构从动件运动规律的选择

*三、用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线

凸轮轮廓曲线的绘制

任务反思与拓展

一、填空题

1.凸轮机构是由（　）、（　）和（　）三个构件所组成的高副机构。

2.凸轮与机架组成（　）副，凸轮与从动件组成（　）副。

3.按凸轮形状分为（　）、（　）和（　）三种凸轮。

4.凸轮从动件的端部结构形式有（　）、（　）和（　）三种。

5.凸轮机构的从动件分为往复（　）从动件和往复（　）从动件。

二、判断题

1.凸轮是高副机构，所以凸轮与机架、从动件与机架之间至少有一个组成平面高副。（　）

2.凸轮机构的特点是可以预期的任意运动规律，并且传递动力大。（　）

3.凸轮机构中从动件预期运动规律是由从动件与机架连接形式来决定。（　）

4.盘状凸轮与机架组成转动副。（　）

5.盘状凸轮转速的高低将影响从动件的运动规律。（　）

6.尖顶从动件可使凸轮与从动件接触状态最好。（　）

三、选择题

1.凸轮机构的特点是（　）。

A.结构简单紧凑　B.不易磨损　C.传递动力大

2.从动件的预期运动规律是由（　）决定的。

A.从动件的形状　B.凸轮材料　C.凸轮曲线轮廓形状

3.凸轮机构中耐磨损、可承受较大载荷的是（　）从动件。

A.尖顶　B.滚子　C.平底

4.凸轮机构中可用于高速，但不能用于轮廓内凹场合的是（　）从动件。

A.尖顶　B.滚子　C.平底

四、问答

1.凸轮机构的应用场合是什么？凸轮机构的组成是什么？

2.通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触？

3.凸轮机构分成哪几类？凸轮机构有什么特点？

4.为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？

5.凸轮机构从动件的常用运动规律有哪些？各有什么特点？