凸轮机构的5个核心知识点

机械设计基础凸轮机构的5个核心知识点组成·运动规律·轮廓设计·尺寸确定·结构材料2026年课程导览01组成与分类认识凸轮机构的基本构成02运动规律掌握从动件常用运动规律03轮廓设计图解设计凸轮轮廓曲线04基本尺寸确定压力角与基圆半径05结构与材料了解凸轮机构的结构与材料凸轮机构凸轮机构的组成与分类认识凸轮机构的基本构成与类型01凸轮机构的三大基本构件凸轮机构是高副机构，由三个基本构件组成，各司其职理解凸轮、从动件与机架各自的运动方式与功能定位，是掌握高副机构传动逻辑的基础。三个构件的分工，是学习凸轮机构的第一块基石。凸轮（主动件）连续转动或往复移动，轮廓曲线形状直接决定从动件运动规律。主动件从动件被凸轮轮廓直接推动，沿导路往复移动或绕定点摆动。执行件机架支承凸轮与从动件，是机构中相对固定的构件。固定件凸轮机构的常见分类方式凸轮机构可从三个维度分类，各维度对应不同的选型考量凸轮机构依据凸轮形状、从动件端部形状与运动形式三种维度划分类型，各维度对应不同的选型考量。分类是选型的起点：载荷、空间与精度要求决定机构形式。按凸轮形状3类盘形凸轮绕固定轴转动、具有变化向径，应用最广移动凸轮作往复直线移动圆柱凸轮从动件运动平面与凸轮回转平面交错按从动件端部形状3类尖端接触压强高滚子摩擦小、磨损轻而最常用平底受力平稳按从动件运动形式2类直动对心/偏置摆动凸轮机构从动件的常用运动规律掌握运动规律及其特性02常用从动件运动规律运动规律即从动件位移、速度、加速度随凸轮转角的变化关系四种常用从动件运动规律的核心差异在于冲击特性与适用速度，冲击由加速度的连续性决定。冲击越小，速度越高。等速运动规律位移线图为斜直线，推程速度恒定；行程起止点速度突变，产生刚性冲击，仅宜低速轻载。刚性冲击等加速等减速运动规律推程分前半加速、后半减速两段；加速度有限值突变，产生柔性冲击，适用于中速场合。柔性冲击简谐运动规律即余弦加速度运动规律，加速度按余弦变化；行程两端加速度突变，存在柔性冲击。柔性冲击摆线运动规律即正弦加速度运动规律，加速度曲线连续无突变，无冲击，适用于高速场合。无冲击运动规律的选择原则选律三步法先位移·再转速·后综合定位移满足推程与回程的位移要求。看转速低速：等速规律，形式简单中速：等加速等减速或简谐运动规律，减小冲击高速：摆线运动规律，无冲击、运转平稳综合判断结合从动件质量、弹簧刚度与制造精度。后续步骤确定运动角，绘位移线图规律一经选定，推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角随之确定，即可绘出从动件位移线图，为轮廓曲线设计提供依据。凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计图解设计凸轮轮廓03反转法设计原理给整个凸轮机构施加一个与凸轮角速度等值反向的公共角速度，使凸轮相对静止。➜化相对运动为逐点作图，是图解设计的理论基石。1步骤01反转法核心思想给整个凸轮机构施加一个与凸轮角速度等值反向的公共角速度使凸轮相对静止2步骤02转化过程凸轮静止，从动件随机架绕轴心反转从动件同时按运动规律沿导路移动端部复合运动中始终与凸轮轮廓接触，扫过位置点的连线即理论轮廓曲线滚子从动件特例理论轮廓为滚子中心轨迹，实际轮廓为以理论轮廓各点为圆心、滚子半径为半径所作包络线。对心与偏置直动从动件轮廓图解01作图前提→先按比例尺绘制从动件位移线图，确定推程运动角、远休止角、回程运动角与近休止角。02第一步→以凸轮轴心为圆心、基圆半径为半径作基圆，将各运动角等分。03第二步→按反转法原理，从基圆上各等分点沿导路方向量取对应从动件位移。04第三步→得到各反转位置的从动件尖端位置。05第四步→用光滑曲线连接各点，即得凸轮轮廓。偏置直动从动件过各等分点作偏距圆的切线代替径向线量取位移。滚子从动件在理论轮廓上作滚子圆族，画出包络线作为实际轮廓。凸轮机构凸轮机构基本尺寸的确定确定压力角与基圆半径04压力角及其许用值接触点处正压力方向与从动件运动方向的锐角夹角。压力角是受力质量的标尺，超限即自锁。

压力角过大有效分力减小、横向分力增大，受力恶化增至一定程度即自锁，从动件无法运动

限制最大压力角不超许用值将压力角控制在许用值以内压力角是接触点处正压力方向与从动件运动方向的锐角夹角许用值（按从动件类型）3类直动从动件·推程30°

左右摆动从动件·推程35°–45°回程·弹簧/重力驱动，受力较好70°–80°

放宽基圆半径的确定方法基圆半径是凸轮轮廓设计的关键尺寸，直接影响压力角与机构紧凑性。先满足许用压力角，再追求结构紧凑。选取原则：在满足最大压力角不超过许用值的前提下，尽量选取较小的基圆半径。矛盾关系基圆半径越小→压力角越大，易超过许用值，出现危险点基圆半径越大→压力角减小、受力改善，但凸轮尺寸增大、结构不紧凑工程步骤1根据凸轮轴结构尺寸或经验公式初定基圆半径2校核各位置压力角是否超限3超限则增大基圆半径，重新校核直至满足要求凸轮机构凸轮机构的结构与材料了解结构与材料选择05凸轮机构的结构与材料选择合理的结构设计与材料选用能有效延长凸轮机构使用寿命，使其在自动机械中得到可靠应用。结构设计整体式凸轮多制成整体式，直接加工在轴上或与轴做成一体组合式大型凸轮采用组合式，便于调整与更换滚子滚子从动件的滚子用滚动轴承或可更换轴套装在销轴上，减小摩擦损耗材料选择凸轮与滚子20Cr、40Cr