凸轮1凸轮重要观念1需了解凸轮之定义与其用途

1、第13章凸輪27第13章凸輪重要觀念1. 需瞭解凸輪之定義與其用途。2. 需瞭解凸輪之各種類型。3. 需瞭解凸輪與從動件之接觸方式和運動型態。4. 需瞭解板凸輪與確動凸輪之特性。重點整理13-1凸輪的用途1. 凸輪 係利用其曲線外型或曲線凹槽與從動件互相接觸而產生週期性的不規則運動之機件。2. 凸輪周緣曲線對側壓力與傳動速度之影響。(1) 凸緣形狀對側壓力之影響，如圖 (1)所示。圖(1)(a) 作用力：與從動28 第13章 凸輪件運動方向平行之分力，即Rcos，是推動從動件上升之力。(b)側壓力：與從動件運動方向垂直之分力，即Rsin，是從動件與凸輪表面上導路間之正壓力，會使從動件在導路內產

2、生摩擦阻力，增加凸輪傳動之困難。所以在傳動時壓力角需小，才可以減少從動件上升時推動之阻力與減少接觸面之磨損。(c) 凸圓周緣形狀對傳動速度之影響傳動速度高，凸輪外形曲線就愈陡直，周緣傾斜角 () 愈小 ；反之周緣傾斜角 ()愈大，傳動速度 低 。所以在傳動速度方面而言，凸輪周緣傾斜角需要 小角度 較佳，所得之速度 較快 。13-2凸輪的種類1.凸輪之種類若依其運動軌跡之不同，可分為平面凸輪、立體凸輪與確動凸輪。2.平面凸輪：從動件上之一點對於凸輪之相對運動路線為一平面曲線，且其運動平面與凸輪軸向垂直。又可分為：(1)平板凸輪：當凸輪迴轉時，從動件做往復直線運動或搖擺運動，常用於汽車引擎控制汽閥

3、開閉。(2)平移凸輪：當凸輪之半徑為無限大，且凸輪做水平往復運動時，第13章凸輪29從動件做垂直上下運動。(3) 反凸輪 ：為具有凹槽之凸輪作為從動件，而具有圓桿或滾子之導桿做原動旋轉，又稱為 倒置凸輪 ，常用於負荷較輕與低轉速之運動。3. 立體凸輪：從動件上之接觸點對於凸輪的相對動路為 空間 曲線者，其從動件之運動與凸輪迴轉軸線不互相垂直。其又可分為：(1) 圓柱形凸輪 ：於圓柱之周圍刻有凹槽，而從動件之運動方向與凸輪之軸心平行。(2) 圓錐形凸輪 ：與圓柱形凸輪相似，只將圓柱體改成圓錐體，其從動件運動方向與凸輪軸傾斜成一角度。(3) 球形凸輪 ：於圓球上刻有凹槽，而將從動件嵌入槽內，使從動

4、件做搖擺 運動。(4) 斜盤凸輪 ：從動件之運動方向與凸輪軸平行，從動件在圓盤面上做簡諧 運動。(5) 端面凸輪 ：圓柱之一端做成曲線形狀，當圓柱旋轉時，從動件做往復直線 運動。4. 確動凸輪：不需藉由 外力 作用，而使從動件在凸輪迴轉時，能使其回復到原來位置的凸輪。其又可分為：30 第13章 凸輪(1) 正面凸輪 ：於板之正面刻出一凸輪之理論曲線凹槽，當板迴轉時，從動件做上下運動。(2) 等徑凸輪 ：從動件上設有兩滾子將凸輪上、下夾住 ，當凸輪在迴轉時，兩滾子之中心距離 恆相等 。(3) 等寬凸輪 ：凸輪之外形對稱，凸輪同時與從動件上的兩個平行平面互相接觸而傳達運動。(4) 主凸輪與回凸輪

5、：於同一軸上設有兩不相同 周緣 之凸輪，分別與滾子從動件接觸，一個使從動件上升，另一個使從動件下降，或稱為雙凸輪。13-3凸輪及從動件接觸方法1.凸輪之從動件接觸外形又可分為滾子從動件、尖狀從動件及平板從動件三種。(1)滾子從動件：從動件與凸輪成滾動接觸，其對凸輪之磨損較少，適用於高速傳動。(2)尖狀從動件：從動件與凸輪之周緣曲線成滑動接觸，對凸輪之磨損較大，不適合於高速傳動，且凸輪之工作曲線與理論曲線為同一條曲線。第13章凸輪31(3) 平板從動件：從動件與凸輪之周緣曲線相切 且成 滑動 接觸。13-4凸輪及從動件之運動1. 凸輪因外形曲線不同 ，使從動件之運動有許多種方式 ，大致可分為等速

6、運動、修正等速運動、等加減速運動及簡諧運動等四種。(1) 等速運動：在凸輪位移圖上，可看出在相等時間內，所經過之距離相等，其位移圖為一 斜直線 ，即 s vt ；而在加速度上可發現其有極限加減速度發生存在，所以會使從動件發生急跳 現象，而破壞機件，所以適用於轉速極慢之凸輪。(2)修正等速運動：其修正目的為避免從動件在最初點與最終點發生急跳現象，使其運動較為均勻，常用於低速運動。(3) 簡諧運動：從動件在圓周上做等速運動時，其投影到直徑上之運動，當在兩端時速度為 零 ，加速度 最大 ，適用於中速運動。(4) 等加減速運動：從動件於靜止到以等加速運動時，各單位時間內所經之距離為一等差級數，即 1a

7、t2。s232 第13章 凸輪13-5凸輪周緣設計凸輪之各部位名稱，如圖(2)所示：1. 基圓：距凸輪中心最短之距離為其半徑所構成之圓。基圓愈大，則 壓力角 愈小，磨損也 愈小 。2. 節曲線 ：當凸輪與滾子從動件相互接觸時，使從動件產生預期運動，而滾子中心所構成之軌跡之連線。或稱理論曲線。3. 工作曲線 ：為凸輪之實際外型曲線，又稱為周緣曲線， 尖狀 從動件之理論曲線與工作曲線為同一條曲線。4. 總升距 ：凸輪之從動件上升與下降之最大差距。5. 作用角 ：凸輪從動件開始上升至回到原來位置，凸輪所轉動之角度，如圖 (2)aob。圖 (2)第13章凸輪336. 壓力角 ：凸輪與從動件接觸點之公法

8、線，與從動件軸線間之夾角，如圖(2) 角。在傳動時壓力角需小，才可以減少從動件上升時推動之阻力與減少接觸面之磨損。自我練習題前加註表示有難題解析 （D ） 1. 為了減少凸輪施於從動件之側面壓力，凸輪周緣與最大半徑所成之夾角(A) 必須為直角(B)與大小無關(C)宜較小(D) 宜較大。（B） 2. 從動件上一點對於凸輪的相對動路為一平面曲線者為(A) 立體凸輪 (B)平面凸輪 (C) 圓柱形凸輪 (D)確動凸輪。 （B） 3. 斜盤凸輪從動件在凸輪斜盤上的相對動路為(A) 圓周(B) 橢圓(C)拋物線(D) 雙曲線。（D ） 4. 等寬凸輪其從動件之運動方向與凸輪的轉軸(A) 平行(B) 相交

9、(C)重合(D) 垂直。（A） 5. 圓柱形凸輪若凸輪軸水平迴轉，則其從動件的運動形式為(A) 水平左右移動(B) 傾斜左右移動(C) 垂直上下移動(D) 左右搖擺運動。 （D ） 6. 等徑凸輪在經過其軸之方向上，其兩滾子之(A) 直徑一定(B) 直徑和一定(C)直徑差一定(D) 中心距離一定。34 第13章 凸輪（A） 7. 使用何種從動件，可使圓盤凸輪的輪廓與工作曲線一致？(A) 尖狀從動件(B)滾子從動件(C)平板從動件(D)往復式從動件。（A） 8. 某從動件之位移與時間之關係如圖(1)所示，則其為(A) 等速運動(B) 等加速運動 (C)簡諧運動 (D)等減速運動。圖 (1)（D

10、） 9. 單位時間內之位移依等差級數增加，則此從動件的運動為(A) 平移運動(B) 等速運動(C) 簡諧運動(D)等加速運動。 （B）10. 凸輪壓力角愈小，則從動件與導路間之正壓力(A) 愈大(B) 愈小(C)不變(D) 無關。 （D ）11. 凸輪之基圓愈大時 ，下列敘述何者正確？(A) 側壓力愈大(B) 傳動效率愈差(C)傳動速度愈快(D) 壓力角愈小。（C ）12. 如圖 (2)所示之 V-t 圖，則從動件做(A) 等速運動(B)簡諧運動(C)等加減速運動(D)搖擺運動。第13章凸輪35圖(2)圖(3)（ D ）13. 如圖 (3)所示之全圓形凸輪，會使其從動件做(A) 變速運動(B)

11、變加速運動(C)簡諧運動(D) 靜止不動。（C ）14. 下列何者正確？(A) 凸輪的壓力角為定值(B) 凸輪壓力角的大小與側壓力無關(C) 基圓愈大，凸輪壓力角愈小(D) 就傳動效率而言，凸輪壓力角宜大。（B）15. 下列何者非立體凸輪？(A) 端面凸輪(B) 反凸輪(C) 斜盤凸輪(D) 球形凸輪。（ B ）16. 凸輪軸心距離從動件尖端或與滾子從動件之最短距離為半徑所畫之圓稱為(A) 節圓(B) 基圓(C)外徑圓(D) 理論曲線。（C ）17. 內燃機進汽閥與排汽閥使用之機構為(A) 棘輪(B) 滑塊連桿(C)凸輪(D) 液壓傳動機構。（D ）18. 下列對等徑凸輪的描述何者為非？(A)

12、 屬於確動凸輪(B) 等徑凸輪之兩滾子的距離保持一定(C)從動件之運動方向與凸輪軸垂直(D) 為一立體凸輪。（A）19. 下列哪一種機構可以產生簡諧運動？(A) 凸輪(B) 齒輪(C)摩擦輪 (D) 皮帶輪。（D ）20. 下列何者是確動凸輪？(A) 平移凸輪(B) 平板凸輪(C)圓柱形凸36 第13章 凸輪輪 (D) 等徑凸輪。解析：1. 凸輪周緣與最大半徑所成之角為傾斜角，傾斜角與壓力角成反比，欲側壓力較小，壓力角應較小，故傾斜角宜較大。3. 斜盤凸輪從動件的動路為橢圓。6. 為了保持與從動件的確實接觸，則兩滾子的中心距離要保持不變，即中心距離一定。10. 從動件與導路間的正壓力為N

13、15;sin ，故 愈小，正壓力便愈小。11. 凸輪之基圓愈大時，則壓力角愈小，側壓力愈小，傳動速度愈慢，傳動效率愈佳。歷屆試題觀摩（ AD ） 1. 關於凸輪從動件的運動 ，下列敘述何者錯誤？(A) 簡諧運動的時間 -位移線圖為正弦曲線(B)等加速度運動的位移變化量成等差級數，其時間 -位移線圖為拋物線(C) 等速運動因瞬間加速度變化過大而造成振動與衝擊，僅適用於凸輪低速運轉之場合(D) 修正等速運動沒有瞬間加速度變化過大而造成振動與衝擊，適用於凸輪高速運轉。（A） 2. 設凸輪從動件之時間位移圖為一斜線，如圖(1)所示，則此從動件之運動型態為(A) 等速運動(B) 等加速運動(C)簡諧運動

14、(D) 平移運動。第13章凸輪37圖 (1)（B）3.一板形凸輪（板凸輪）以等角速度從 0°旋轉到 180°時，驅動其從動件以簡諧運動方式，由最低位置垂直上升到最高位置。下列敘述何者正確？ (A) 板形凸輪旋轉到 45°時，從動件有最大速度(B) 板形凸輪旋轉到 90°時，從動件有最大速度(C)板形凸輪旋轉到 135°時，從動件有最大速度(D) 板形凸輪旋轉到 180°時，從動件有最大速度 。（C）4.一板凸輪驅動滾子從動件，而使從動件產生預期的運動，則下列敘述何者正確？(A) 凸輪的工作曲線等於理論曲線(B) 凸輪的工作曲線大於理論

15、曲線(C)凸輪的工作曲線小於理論曲線(D) 凸輪的理論曲線等於基圓曲線。（D）5.下列有關凸輪機構之敘述，何者不正確？(A) 凸輪機構中，凸輪大多為主動件，並以直接接觸方式驅動從動件產生預期之週期性運動(B) 凸輪之節曲線為一假想的理論曲線 (C) 反凸輪是一種具有曲線外形，且作為從動件之機件 (D) 對往復直線運動之滾子從動件的平板凸輪，其壓力角愈大則作用在從動件之有效推力愈大。38 第13章 凸輪（C）6.一凸輪驅動機構，當從動件呈現等加、減速度運動時，下列敘述何者正確？(A) 從動件位移圖呈現傾斜直線(B) 從動件位移圖呈現水平直線(C)從動件速度圖呈現傾斜直線(D) 從動件速度圖呈現拋物曲線。（D）7.若從動件運動屬於旋轉角控制型態，則下列哪一種凸輪設計較適合？ (A) 圓柱形凸輪(B) 圓錐形凸輪(C) 三角凸輪(D) 球形凸輪。（ B） 8.凸輪設計時，下列何種凸輪只