认识凸轮机构

图1-2 绕线机凸轮机构
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图1-3所示为应用于冲床上 的凸轮机构。凸轮1固定在冲头 上，当冲头上下往复运动时， 凸轮驱使从动件2以一定的规律 水平往复运动，从而带动机械 手装卸工件。
图1-3 冲床装卸料凸轮机构
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图1-4所示为自动送料凸轮机构。当带有凹槽的凸轮2转 动时，通过槽中的滚子，驱使从运件1做往复移动。凸轮每回 转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。
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（2）几何锁合。几何锁合 也称形锁合，在这类凸轮机构中， 依靠凸轮和从动件的特殊几何形 状来保持两者的接触，如图1-4、 图1-6所示的凸轮机构。
将不同类型的凸轮和从动件 组合起来，可以得到各种不同类 型的凸轮机构。如图1-5（a）可 命名为对心直动尖顶从动件盘形 凸轮机构。
图1-6 几何锁合的凸轮机构
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4. 按凸轮与从动件保持高副接触的方法（锁合）分类
凸轮机构是通过凸轮的转动而带动从动件运动的， 那么必须采用一定的方式、手段使从动件和凸轮始终 保持接触，从动件才能随凸轮转动完成预定的运动规 律。常用的方法有以下两种：
（1）力锁合。在这类凸轮机构中，主要利用重 力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮始终保持接触， 如图1-1、图1-2、图1-3所示的凸轮机构。
图1-4 自动送料凸轮机构
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一、 凸轮机构的组成及特点
从以上的例子可以看出，凸轮机构主要由凸轮、 从动件和机架三个基本构件组成。
凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓， 便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、 紧凑、设计方便。它的缺点是凸轮轮廓与从动件之 间为点接触或线接触，易于磨损，通常多用于传力 不大而需要实现特殊运动规律的场合。
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2. 按从动件的形状分类
按从动件与凸轮接触处结 构形式的不同，从动件可分为 以下三类：
（1）尖顶从动件。这种 从动件结构简单，但尖顶易于 磨损（接触应力很高），故只 适用于传力不大的低速凸轮机 构中，如图1-5（a）、（b）、 （f）所示。
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图1-5 按从动件的形状和运动形式分类
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二、 凸轮机构的分类
1. 按凸轮的形状分类
按凸轮的形状，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。 （1）盘形凸轮。如图1-1、图1-2所示，这种凸轮是一个具有变化 向径的盘形构件，当凸轮绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮 轴的平面内运动。 （2）移动凸轮。如图1-3所示，当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大 时，则凸轮做往复移动，称为移动凸轮。当移动凸轮做直线往复运动时， 将推动从动件在同一平面内做上下往复运动。有时，也可以将凸轮固定， 而使从动件相对于凸轮移动（如靠模车削机构）。
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（3）圆柱凸轮。如图1-4所示，这种凸轮是在圆柱 端面上做出曲线轮廓或在圆柱面上开出曲线凹槽。当其 转动时，可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运 动。这种凸轮可以看成是将凸轮卷绕在圆柱上形成的。
前两类凸轮运动平面与从动件运动平面平行，称为 平面凸轮机构；圆柱凸轮与从动件的相对运动为空间运 动，称为空间凸轮。
（2）滚子从动件。由于滚子与凸轮间为滚动摩擦， 所以不易磨损，可以实现较大动力的传递，应用最为广 泛。如图1-5（c）、（d）、（g）所示。
（3）平底从动件。这种从动件与凸轮间的作用力 方向不变，受力平稳，在高速情况下，凸轮与平底间易 形成油膜而减小摩擦与磨损。其缺点是不能与具有内凹 轮廓的凸轮配对使用，也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配 对使用。如图1-5（e）、（h）所示。
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任务实施
内燃机的配气机构多为盘形凸轮机构，属于高速 凸轮机构，因此对于从动件(进气阀)形状应采用滚子 或平底，多数采用传力或润滑性能更好的平底推杆。 根据以上凸轮基本知识，图1-1所示的凸轮机构可命 名为对心直动平底从动件盘形凸轮机构。
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知识拓展
凸轮式自动车床是一种通过凸轮控制的自动加工车床，如图1-7所 示。该自动车床装有5把刀、2支钻或1支丝锥、1支板牙，可同时进行钻 孔、攻丝、板牙、压花等多种加工，无须手工操作，复杂零件可同步进 行车外圆、球面、圆锥面、圆弧面、台阶、割槽、压花、钻孔、板牙、 切割等工序，全过程一次装夹即可完成。
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3. 按从动件的运动形式分类
按从动件的运动形式，从动件可分为直动从动件和摆动从动件。 （1）直动从动件。做往复直线移动的从动件称为直动从动件。 若直动从动件的尖顶或滚子中心的轨迹通过凸轮的轴心，则称为对心 直动从动件，否则称为偏置直动从动件。从动件尖顶或滚子中心轨迹 与凸轮轴心间的距离e，称为偏距。如图1-5（a）、（b）、（c）、 （d）、（e）所示。 （2）摆动从动件。做往复摆动的从动件称为摆动从动件，如图 1-5（f）、（g）、（h）所示。
图1-7 凸轮式自动车床
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从加工速度和加工精度来看，凸轮式自 动车床是仪表、钟表、汽车、摩托、自行车、 眼镜、文具、灯具、五金卫浴、电子零件、 接插件、手机、家电、机电、军工等行业成 批加工小零件的最佳选择。
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任务分析
通过学习凸轮基本知识，了解图1-1所示的凸轮机构 属于哪种类型的凸轮机构。
完成任务，需要做如下准备工作：了解凸轮、从动 杆各有哪些种类，从动杆有哪些运动方式，凸轮和从动杆 保持高副的方式。
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知识资讯
在各种机器中，为了实现各种 复杂的运动要求，经常用到凸 轮机构，在自动化和半自动化 机械中应用更为广泛。图1-2所 示为绕线机中用于排线的凸轮 机构，当绕线轴3快速转动时， 齿轮带动凸轮1缓慢地转动，通 过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用， 驱使从动件2往复摆动，从而使 线均匀地缠绕在轴上。