《机械基础》第10章 凸轮机构

10.1凸轮机构的组成10.2凸轮机构的工作过程和常见运动规律思考题

10.1.1凸轮机构的基本组成

凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成，如图10-1所示。在凸轮机构中，凸轮通常作主动件并作等速回转或移动，借助其曲线轮廓(或凹槽)使从动件作相应的运动(摆动或移动)。10.1凸轮机构的组成只要改变凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同要求的运动规律。凸轮机构结构简单、紧凑，但凸轮机构中包含有高副，因此不宜传递较大的动力。此外，凸轮的曲

线轮廓加工制造比较复杂，所以凸轮机构一般适用于实现特殊要求的运动规律且传力不太大的场合。图10-1凸轮机构的组成10.1.2凸轮机构的基本类型

1.凸轮的种类

1)盘形凸轮

仅具有径向廓线尺寸变化并绕其轴线旋转的凸轮称为盘形凸轮。盘形凸轮是一个具有变化半径的圆盘形构件，结构简单，是凸轮最基本的形式。1—滑块；2—连杆；3—摆杆；4—盘形槽凸轮图10-2盘形槽凸轮送料机构盘形凸轮分为两种：利用外轮廓推动从动件运动的称为盘形外轮廓凸轮，如图10-1所示；利用曲线沟槽推动从动件运动的凸轮称为盘形槽凸轮，如图10-2所示。

当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为图10-3所示的移动凸轮。移动凸轮通常作往复直线移动。移动凸轮机构常用于靠模仿型机械中。图10-3移动凸轮机构

2)柱体凸轮

轮廓曲线位于圆柱面上并绕其轴线旋转的凸轮称为柱体凸轮，如图10-4所示。柱体凸轮是具有曲线沟槽的圆柱体构件。1—柱体凸轮；2—摆动从动件；3—机架图10-4柱体凸轮机构

2.从动件的种类

根据从动件端部结构形式，从动件主要有尖顶、滚子和平底三种形式。根据从动件的运动形式，可以分为移动从动件和摆动从动件。各种从动件的主要特点如表10-1所示。表10-1从动件的分类及特点10.1.3凸轮和从动件的材料

凸轮机构是高副机构，凸轮和从动件的工作表面要求硬而且耐磨，并具有较高的接触强度，一般采用45钢调质或40Cr钢，或采用15钢或20Cr钢经表面渗碳后淬火处理，可以达到更高的表面硬度。10.2.1凸轮机构的工作过程

凸轮机构中常见的运动形式是凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动，图10-5所示为对心外轮廓盘形凸轮机构及从动件位移曲线。尖顶从动件与凸轮轮廓上点A接触，处于最低位置，当凸轮作逆时针回转时，尖顶从动件在凸轮轮廓上依次与点B、点C、点D接触，直至再回到点A，凸轮转完一圈。在此过程中，从动件作上下往复移动。凸轮继续转动，从动件将重复升—停—降—停的运动。10.2凸轮机构的工作过程和常见运动规律图10-5凸轮机构和从动件位移曲线在凸轮机构工作示意图中，以凸轮轮廓最小半径所画的圆为凸轮的基圆，其半径用r0表示。

从动件自最低位置升高到最高位置的过程称为推程，推动从动件实现推程时的凸轮转角φ1称为推程角。从动件在最高位置停止不动时所对应的凸轮转角φ2称为远停角。

从动件自最高位置降低到最低位置的过程称为回程，相对应的凸轮转角φ3称为回程角。

同理，从动件在最低位置停止不动时所对应的凸轮转角φ4称为近停角。从动件在推程或者回程中移动的距离称为行程，用h表示。

在位移曲线图中，横坐标代表凸轮的转角φ或运动时间t，纵坐标代表从动件的位移s，曲线即为从动件的位移曲线。从动件的位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，是凸轮轮廓设计的依据。10.2.2从动件的常用运动规律

1.等速运动规律

从动件上升(或下降)的速度为一常数的运动规律称为等速运动规律。由于从动件的移动速度v和凸轮的角速度ω都是常数，所以从动件的位移与凸轮转角成正比例关系。因此，从动件作等速运动时的位移曲线为一倾斜直线(见图10-5)。

等速运动规律的凸轮，其轮廓工作曲线上各点的半径与凸轮转角成线性关系。因此，工作曲线轮廓制图简单，加工时刀具与工件间的相对运动容易实现，因而制造方便。但当从动件处于推程的开始位置时，在凸轮开始回转的一瞬间，从动件由静止状态突然以速度v1上升运动，当从动件上升到最高位置时，速度由v1骤变为0，使瞬时加速度达到无穷大而引起刚性冲击(同理在回程时亦存在刚性冲击)，使凸轮机构在工作中引起强烈震动，对构件产生很

大的破坏力。因此，等速运动规律的凸轮机构只适用于凸轮作低速回转、从动件质量小和轻载的场合。

2.等加速等减速运动规律

从动件在行程(如推程)中先作等加速运动(上升)，后作等减速运动(上升)的运动规律称为等加速等减速运动规律。通常，加速段和减速段的时间相等，位移也相等(h/2)，加速度的绝对值也相等，等加速等减速运动规律的位移曲线为抛物线。由于等加速等减速运动规律的凸轮机构在工作过程中，从动件的加速度不是趋于无穷大，故没有刚性冲击，但加速度有一定程度的突变，仍有一定的冲击，称之为柔性冲击。

从动件上升段的等加速等减速运动规律的位移曲线如图10-6所示。图10-6等加速等减速运动规律位移曲线

1.什么是凸轮？凸轮机构由哪几个基本构件组成？

2.凸轮机构有哪些应用特点？

3.什么是盘形凸轮？盘形凸轮和柱体凸轮的主要区别是什么？

4.凸轮机构的