凸轮机构的应用及分类探析

凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。特别当要求从动件的位移、速度和加速度必须严格地按预定规律变化，或者原动件连续运动而从动件必须做间歇运动时，采用凸轮机构最为简便。

如图4－1所示为内燃机配气凸轮机构，凸轮1以等角速度回转时，其曲线轮廓驱使气阀2往复移动，实现阀门按预期运动规律的启闭。

如图4－2所示为自动送料机构，当凸轮1回转时，其上曲线凹槽的侧面驱动槽中的滚子，从而使从动件2往复移动，凸轮回转一周，从动件2即从贮料器中推出一个毛坯，送到加工位置。

图4－1　内燃机配气机构

图4－2　送料机构

如图4－3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，经齿轮带动凸轮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往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴上。

从以上所举的例子可以看出，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，与之形成高副接触的从动件的运动规律完全取决于凸轮的轮廓曲线。凸轮机构主要是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。

凸轮机构的种类很多，根据凸轮和从动件的不同形状和型式，可分类如下：

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线转动并且具有变化半径的盘形零件，如图4－1和图4－3所示。

图4－3　绕线机构(www.xing528.com)

（2）移动凸轮　当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架做直线运动，这种凸轮称为移动凸轮，如图4－4所示。

图4－4　移动凸轮

（3）圆柱凸轮　这种凸轮可视为是将移动凸轮轮廓曲线绕在圆柱体上而形成的，如图4－2所示。

2.按从动件的型式分类

（1）尖顶从动件　如图4－3和图4－4所示，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，只宜用于受力不大的低速凸轮机构。

（2）滚子从动件　如图4－2所示，为了克服尖顶从动件的缺点，在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可承受较大载荷，所以是从动件中最常用的一种型式。

（3）平底从动件　如图4－1所示，这种从动件与凸轮接触的端面为一平面。其特点是：当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传力性能好，且接触面间易形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构，但不能用于有凹形轮廓的凸轮中。

以上三种从动件还可按相对机架的运动形式分为做往复直线运动的直动从动件（图4－1、图4－2和图4－4）和做往复摆动的摆动从动件（图4－3）。为使凸轮与从动件始终保持接触，可以利用重力、弹簧力等其他外力（图4－1、图4－3及图4－4）或依靠凸轮与从动件的特殊几何形状（如图4－2所示利用凸轮的凹槽）来实现。

凸轮机构的优点是：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动规律，而且结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点是：凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，所以只宜用于传力不大的控制机构中。