第八章 凸轮机构

1、 目录81 凸轮机构概述凸轮机构概述 84 凸轮机构的有关参数及其对工作的影响凸轮机构的有关参数及其对工作的影响83 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律82 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点我们知道：我们知道： 机构是机器的重要的不可缺少的组成机构是机器的重要的不可缺少的组成部分，他在机器中的作用是传递运动、力部分，他在机器中的作用是传递运动、力或改变运动形式。生活中我们经常见到三或改变运动形式。生活中我们经常见到三大传动方式大传动方式带传动、链传动和齿轮传带传动、链传动和齿轮传动，之前我们也学习了平面连杆机构。这动，之前我们也学习了平面连杆机构。这节课我

2、们将要学习一种新的常用机构节课我们将要学习一种新的常用机构凸轮机构。到底什么是凸轮机构呢？凸轮机构。到底什么是凸轮机构呢？ 在一些机械中，要求从动件的位移、速度和加速度必须严格按照预定规律变化，此时可采用凸轮机构来实现。凸轮机构广泛应用于各种机械和自动控制装置中利用凸轮机构设计走刀路线内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构自动机床进刀凸轮机构自动机床进刀凸轮机构靠模车削机构靠模车削机构内燃机动画1动画内燃机原理动画.flv2左图：是左图：是内燃机的配气机构内燃机的配气机构。 当主动件凸轮回转时，使得气当主动件凸轮回转时，使得气门杆按照一定的要求作上下往门杆按照一定的要求作上下往复运动，控制气门的

3、开启与关复运动，控制气门的开启与关闭闭, ,进而控制燃气进而控制燃气的进入或废的进入或废气的排出。气的排出。 注：注： 1 1、凸轮、凸轮 2 2、从动件、从动件 观察：内燃机的配气机构观察：内燃机的配气机构关系：当凸轮回转时，气门杆的运动规律关系：当凸轮回转时，气门杆的运动规律81 凸轮机构概述凸轮机构概述自动车床走刀机构自动车床走刀机构 动画自动车床的走刀机构，当具有曲线凹槽的凸轮回转时，其曲线凹自动车床的走刀机构，当具有曲线凹槽的凸轮回转时，其曲线凹槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱使从动件绕槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱使从动件绕o o点摆动，从点摆动，从动件另一端的扇形齿轮与刀架

4、下的齿条相啮合，使刀架实现进刀动件另一端的扇形齿轮与刀架下的齿条相啮合，使刀架实现进刀和退刀运动。和退刀运动。为什么自动车床走刀机构要采用凸轮机构呢？先分析一下它是怎么工作的：（1）快进：为了快速接近工件，缩短空行程时间。（2）工进：为了获得良好的加工质量，进给速度应该稳定。（3）快退：是刀具快速退回原来位置。 综上所述应该采用凸轮机构靠模车削机构。工件回转时，刀架向左运动，靠模车削机构。工件回转时，刀架向左运动，并且在凸轮（靠模板）的推动下作横向运动，并且在凸轮（靠模板）的推动下作横向运动，从而切削出于靠模板曲线一致的工件。从而切削出于靠模板曲线一致的工件。靠模车削机构靠模车削机构 从动件的

5、运动形式是移动或摆动两种，这种移动或摆动的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形状凸轮的轮廓形状。 由以上实例还知：凸轮机构凸轮机构是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等速转动或移动。 凸轮机构依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆动。 1凸轮2从动件3机架 凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮从动件机架凸轮机构（高副机构）凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在机构运 动中作主动件。从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：支撑凸轮和从动件的构件。 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

6、为控制机构。 优点：使从动件得到所需的运动规律，结构简单、紧凑、设计方便。 缺点：凸轮轮廓与从动件为高副接触，易于磨损，适用于受力不大的控制机构。 凸轮机构的特点凸轮机构的特点: :w 由凸轮机构的动画演示我们可以总结出凸轮机构的以下特点:1 、结构简单紧凑； 2 、可以实现给定的复杂运动要求；3 、动作准确可靠；4 、凸轮与从动件为高副接触，不便润 滑，容易磨损。82 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点凸轮的种类很多，人们可根据不同的工作要求进行设计和制造。按形状分按从动件端部形状和运动形式分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件一、凸轮机构的分类一、凸轮机构的分类1

7、1、按凸轮形状分、按凸轮形状分盘形凸轮 盘形凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，从动件在垂直于凸轮旋转轴线的平面内运动。一般用于从动件行程或摆动较小的场合。凸轮最基本形式移动凸轮移动凸轮可视为盘形凸轮的回转中心趋于无穷远，相对于机架作直线往复移动。具有曲线轮廓，并作往复直线移动的构件。圆柱凸轮圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。它可看做是将移动凸轮卷成圆柱演化而成。2、按从动件端部形状分、按从动件端部形状分尖顶从动件构造简单、但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合（如仪表等机构中）滚子从动件滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦、磨损较小。故可用来传

8、递较大的动力，应用较广。平底从动件凸轮与平底的接触面间易形成油膜，常用于高速传动中。（1）移动从动件3 3、按从动件的运动形式、按从动件的运动形式（2）摆动从动件8 83 3凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律一、凸轮机构的工作过程1 1、凸轮各部分的名称、凸轮各部分的名称（1 1）实际轮廓曲线（工作曲线）实际轮廓曲线（工作曲线）凸轮与从动件直接接触的那个凸轮与从动件直接接触的那个轮廓表面叫做实际轮廓曲线。轮廓表面叫做实际轮廓曲线。（2 2）理论轮廓曲线）理论轮廓曲线凸轮从动件的参考点（凸轮从动件的参考点（尖顶尖尖顶尖端、滚子中心、平底中点端、滚子中心、平底中点）在

9、）在凸轮平面内运动的轨迹。凸轮平面内运动的轨迹。（3 3）基圆）基圆以凸轮回转中心为圆心，以凸轮以凸轮回转中心为圆心，以凸轮理论轮廓线的最小回转半径为半理论轮廓线的最小回转半径为半径所作的圆。该圆的半径为基圆径所作的圆。该圆的半径为基圆半径，用半径，用rb表示。表示。（4 4）压力角）压力角凸轮理论轮廓线上某点的法线方向（即从凸轮理论轮廓线上某点的法线方向（即从动件的受力方向）与从动件的运动速度方动件的受力方向）与从动件的运动速度方向之间所夹的锐角，用向之间所夹的锐角，用表示。表示。w wrminO Oe e2 2、凸轮机构的工作过程、凸轮机构的工作过程凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮机构中最

10、常用的运动形式为凸轮作等速回转凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动凸轮回转时运动，从动件作往复移动凸轮回转时，从动件作从动件作“升升停停降降停停”的运动循环的运动循环。 CBDr0Ao10凸轮的基圆凸轮的基圆初始位置初始位置CD2BSh0推程运动角推程运动角s远停程角远停程角0 回程运动角回程运动角s 近停程角近停程角推程运动角推程运动角t 从动件推程过程，对从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角应凸轮转角称为推程运动角近停程角近停程角s 推杆在最低位置静止不推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角动，凸轮相应的转角远停程角远停程角s推杆在最高位置静止不动，推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的

11、转角凸轮相应的转角回程回程 从动件由最高点从动件由最高点回到最低点回到最低点。对应凸轮对应凸轮转角转角0称为回程运动角。称为回程运动角。推程推程从动件由最低位置被推到从动件由最低位置被推到最高位置，而凸轮转过的角度就是最高位置，而凸轮转过的角度就是推程运动角推程运动角0 。22s二、从动件常用的运动规律位移线图 从动件位移从动件位移S S和凸轮转角和凸轮转角之间的关系称为之间的关系称为位移曲线位移曲线。它可直观。它可直观地表示从动件的位移变化规律，它是凸轮轮廓设计的依据。地表示从动件的位移变化规律，它是凸轮轮廓设计的依据。通过以上分析可知，对于已有的凸轮机构，从动件的运动规通过以上分析可知，对

12、于已有的凸轮机构，从动件的运动规律完全取决于凸轮的轮廓形状。而在设计凸轮轮廓时，必须律完全取决于凸轮的轮廓形状。而在设计凸轮轮廓时，必须首先根据工作要求确定从动件的运动规律，并由此首先根据工作要求确定从动件的运动规律，并由此运动规律运动规律设计凸轮轮廓曲线，从而实现从动件预定的运动规律设计凸轮轮廓曲线，从而实现从动件预定的运动规律。从动件的运动规律应根据工作要求、运动和动力性质，以及从动件的运动规律应根据工作要求、运动和动力性质，以及制造工艺性等方面综合考虑决定，制造工艺性等方面综合考虑决定，下面介绍凸轮机构从动件下面介绍凸轮机构从动件常用的两种运动规律及其工作特点。常用的两种运动规律及其工作

13、特点。1、等速运动规律、等速运动规律 从动件上升（或下降）的速度为一常数。从动件上升（或下降）的速度为一常数。 从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。刚性冲击。适适用于低速轻载场合用于低速轻载场合。2v2a2sHABC)(1t)(1t)(1t位移位移速度速度加速度加速度2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律 从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动。 适用于中速轻载场合。适用于中速轻载场合。 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度变化为有限在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度变化为有限值，由此引起的冲击称为值，由此引起的冲击称为柔性冲击柔性冲击。tav0220221t