汽车机械基础课件：凸轮机构

凸轮机构课题一凸轮机构的结构及类型课题二凸轮机构的工作过程及从动件运动规律课题一凸轮机构的结构及类型一、凸轮机构概述二、凸轮机构的分类、特点和应用一、凸轮机构概述如图3-1-1所示，凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3组合而成的一种高副机构。其中凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通常作为主动件作匀速转动或移动，使从动件在凸轮的曲线轮廓或者凹槽的驱动下，按照预定运动规律作往复直线运动或摆动。凸轮机构的优点：结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓，就可以使从动件实现任意预期的复杂运动；具备高速起动性能，动作可靠准确。凸轮机构的缺点：凸轮机构是高副机构，易磨损，只宜用于传力不大的场合；从动件的行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸变化过大，机构变得笨重；凸轮精度要求较高，制造较复杂，一般需用数控机床进行加工。二、凸轮机构的分类、特点和应用按照凸轮的几何形状分为三种：盘形凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮；按照从动件的端部结构形式，凸轮机构可以分为：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件这三种类型。

1.盘形凸轮如图3-1-1所示的凸轮机构就是一种盘形凸轮，也叫平板凸轮，是凸轮的最基本形式。这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮1绕固定轴转动时，可以使从动件2在垂直于凸轮轴的平面内作往复直线运动。在盘形凸轮机构中，凸轮是主动件，绕轴作旋转运动，这种形式在工程上应用最为广泛。如图3-1-2所示的内燃机配气机构就应用了盘形凸轮机构。盘形凸轮转动时，其外缘轮廓迫使从动件（气门杆）向下移动打开气门，可燃混合气体进入气缸，当凸轮的最大半径处与气门杆接触时，气门完全打开；当凸轮的最小半径处与气门杆接触时，气门保持关闭。这样气门按预定时间打开或关闭，以完成内燃机的配气功能。如图3-1-3所示的绕线机排线盘形凸轮机构。绕线轴3连续快速转动，经蜗杆传动带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮高副驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴上。

2.圆柱凸轮如图3-1-4所示为圆柱凸轮。凸轮为一圆柱体，曲线轮廓可以开在圆柱体的断面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。当圆柱凸轮旋转时，圆柱体上的凹槽迫使从动件作往复移动或绕定点摆动。典型应用圆柱凸轮的工程实例是自动车床刀架进给机构，如图3-1-5所示。圆柱凸轮转动时，其凹槽带动摆杆绕固定轴往复摆动，从而通过其上的扇形齿轮与齿条啮合，推动与齿条相固定连接的刀架按一定规律运动，实现进刀和退刀。

3.移动凸轮如图3-1-6所示的靠模车削机构应用了移动凸轮。当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作往复直线运动，从而推动从动件作往复运动，通常称这种凸轮为移动凸轮。

4.尖顶从动件如图3-1-7所示，尖顶从动件按运动形式又分为移动式和摆动式两种。尖顶从动件结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，因而能实现任意预期的运动规律，但因尖顶与凸轮呈点接触，极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。

5.滚子从动件如图3-1-8所示，滚子从动件按运动形式也分为移动式和摆动式两种。在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮轮廓的接触为线接触，两者之间是滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。因此，可用来传递较大的动力，在工程上应用也最广泛。但是滚子从动件可实现的运动规律有局限性，因结构尺寸和重量较大，且滚子销轴处有配合间隙，虽然可用于高速运动，但对高速运动也有不利影响。如图3-1-9所示为冲床装卸料凸轮机构，其从动件是滚子从动件，也可以看成是移动凸轮机构，原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下运动时，通过凸轮高副驱动滚子从动件2以一定规律往复水平移动，从而使机械手按预期的输出特性装卸工件。如图3-1-10所示为罐头盒封盖凸轮机构，其从动件应用了滚子从动件。原动件1连续匀速转动，通过带有凹槽的固定凸轮3的高副导引滚子从动件2上的端点C沿预期的轨迹——接合缝S运动，从而完成罐头盒的封盖任务。

6.平底从动件如图3-1-11所示，平底从动件按运动形式分为移动式和摆动式两种。平底从动件一端做成平底（即平面），在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成楔形油膜，故润滑条件好、磨损小。当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，从动件受力平稳，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。课题二凸轮机构的工作过程及从动件运动规律一、凸轮机构工作过程二、从动件常用的运动规律一、凸轮机构工作过程凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。如图3-2-1所示，为一对尖顶移动从动件盘形凸轮机构的工作原理图。凸轮回转时，从动件作“升——停——降——停”的运动循环。凸轮按逆时针方向回转，从动件位于最低位置时，它的尖端与凸轮轮廓上点A接触。凸轮旋转一圈，从动件的尖端又回到点A。如果把凸轮机构的工作过程用曲线表示，横坐标表示凸轮转过的角度δ，纵坐标表示从动件的位移情况S，那么这条曲线就叫做从动件的位移线图，如图3-2-1b所示。从动件的位移线图反映了从动件的变化规律，可以据此来设计凸轮的轮廓。二、从动件常用的运动规律1.等速运动规律等速运动规律是指当凸轮作匀速转动时，从动件在