凸轮轴结构与设计

第15单元：学时数：2学时教学目的与要求：

1．掌握凸轮机构的组成、分类、特点及其应用；

2．了解从动件的常用运动规律；

3．加深机械由多种机构组成的概念。

教学重点与难点：

重点：1．凸轮机构的基本类型及其应用

2．从动件的常用运动规律

难点：从动件的常用运动规律

教学手段与方式：

课堂讲授，实物模型教学，提问，课堂练习

教学内容：

第五章常用机构

第二节凸轮机构

一、凸轮机构的基本类型及其应用

二、从动件的常用运动规律

第五章常用机构

第二节凸轮机构

一、凸轮机构的基本类型及其应用

1. 凸轮机构的组成和应用

凸轮——具有曲线轮廓或沟槽的构件。传动时，凸轮用轮廓或沟槽驱动从动件运动。

凸轮机构的主要组成：凸轮、从动件及机架三个基本构件。是一种含高副的常用机构。

实例：内燃机配气凸轮机构。（图形见课件）

功用：凸轮等速回转，用其曲线轮廓驱动从动件开启和关闭（关闭需借助弹簧的作用），实现进气口或排气口。

实例：绕线机（图形见课件）

功用：凸轮作等速回转时，其曲线轮廓驱动布线杆往复摆动，将线均匀地缠绕在绕线轴3上。

实例：行程控制凸轮机构（图形见课件）

功用：凸轮固定在机器的运动部件上并随之移动，当到达预定位置时，其轮廓推动行程开关的推杆，使之发生电信号，以实现控制运动部件变速、停止或换向等。

实例：机床自动进给机构（图形见课件）

功用：凸轮作等速回转，并用其曲线形沟槽驱动从动件绕固定回转副O作往复摆动，通过扇形齿轮和齿条带动刀架，完成刀具的进给运动。

凸轮机构的特点：

①结构简单、紧凑；工作可靠，只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到准确的任意预期运动。

②凸轮与从动件间为高副接触，易磨损。

常用于传力不大的场合。如：自动机床进刀机构、上料机构、内燃机配气机构、印刷机、纺织机等。

2. 凸轮机构的分类

凸轮机构的种类繁多，常用凸轮机构分类如下：（图形见课件）

（1）按凸轮的形状分

①盘形凸轮——凸轮形状如盘，绕定轴转动且具有变化的向径。它是凸轮的基本型式。

②移动凸轮——凸轮形状如板，沿直线相对机架作往复移动，并具有曲线形的侧轮廓。

③圆柱凸轮——凸轮形状如圆柱，绕其轴线定轴转动且有曲线形沟槽。圆柱凸轮可视为是移动凸轮卷成圆柱而成的。

平面凸轮机构——有盘形凸轮、移动凸轮构成凸轮机构。

空间凸轮机构——圆柱凸轮等构成的凸轮机构。

（2）按从动件的结构形式分

①尖端从动——从动件端部呈尖点或凿刃形。能与任何凸轮廓线保持接触，从动件可实现任意运动。

特点及应用：端部与凸轮是高副接触，接触应力大，易磨损，故只用于轻载低速的场合。在实际应用中，尖端常做成半径不大的圆头形。

②滚子从动件——从动件端部装有可以自由转动的滚子。能减小摩擦和磨损、传递较大的动力。

特点及应用：端部结构复杂，质量较大，不易润滑，故不宜用于高速。

③平底从动件——不计摩擦时，凸轮对从动件的驱动力垂直于平底，有效作用力较大。

特点及应用：凸轮与平底接触处易形成楔形油膜，故常用于高速凸轮。但不能用于有内凹或直线轮廓的凸轮。

（3）按从动件运动形式分

①直动从动件——作往复直线移动。

对心直动从动件：从动件导路通过盘形凸轮回转中心。

偏置直动从动件：从动件导路不通过盘形凸轮回转中心。

偏距e——从动件导路与凸轮回转中心的距离。

②摆动从动件——从动件作往复摆动。

（4）按锁合方式分

锁合——使凸轮轮廓与从动件始终保持接触。

锁合的方式有：

①力锁合——靠重力、弹簧力或其它力锁合。

例如：弹簧力锁合

②几何锁合——靠凸轮和从动件的特殊几何形状锁合。

例如：圆柱凸轮的凹槽两侧面间的距离处处等于滚子直径，能保证滚子与凸轮始终接触，以实现锁合。

其它常用的几何锁合方式有“主回凸轮”、“等径凸轮”及“等宽凸轮”等。

二、从动件的常用运动规律

1. 凸轮机构运动概述

例：对心尖端直动从动件盘形凸轮机构。

运动过程分析：凸轮逆时针方向匀速转动，从动件尖端在离轮心最近（低）位置A和最远（高）位置B'之间按某一运动规律往复移动。

(a) (b)

基圆——以凸轮轮廓上最小半径r 图5-39 凸轮机构及其运动

A b 为半径作的圆。从动件与基圆上的点接触时处于“最低”位置，是从动件上升的起始位置。

AB 推程：凸轮转过Ф角时，从动件与凸轮轮廓t 段接触，并上升h 至最高位置B'。

h ——升程

Ф——推程运动角

t 远程休止过程：凸轮转过ФS 角时，从动件与凸轮轮廓段接触，并在最高处静止不动。

BC ——远程休止角

ФS A C ′段接触，从动件下降h 。 回程：凸轮转过Ф角时，从动件与凸轮轮廓上h ——回程运动角

Фh 近程休止过程：凸轮转过Фs ˊ角时，从动件尖端与凸轮轮廓上A'A 段接触，从动件在最低处保持不动。

Ф——近程休止角

s 凸轮连续回转时，从动件重复上述升一停一降一停运动过程。从动件的位移与凸轮转角（或时间）的关系可用位移线图表示。[如图5-39(b)]

升一停一降一停是最典型的运动过程。在工程实践中，有缺少远程休止、缺少近程休止或同时缺少远、近程休止的情况，都可视为典型运动过程的特殊情况。

凸轮轮廓上的AB 段和CA'段的形状尺寸决定了从动件推程和回程的运动规律。

2. 从动件常用位移线图

在工程实际应用中，凸轮的轮廓要根据从动件的位移线图确定，而从动件的位移线图又要根据工作要求来决定。

几种从动件常用的位移线图、作图方法、特点及适用范围如下表：