凸轮机构

机械基础一轮复习资料

(凸轮机构)

【复习要求】

1.了解凸轮机构的分类、应用及特点；

2.了解凸轮轮廊曲线的画法，熟悉常用位移曲线的画法；

3.掌握基圆半径、行程、压力角等基本参数的概念及它们对工作的影响；

4.掌握凸轮从动件的常用运动规律及其特点和应用。

【知识网络】

【知识精讲】

一、凸轮机构的基本概念

1.凸轮：具有控制从动件运动规律的曲线轮廓的构件。

2.凸轮机构：由凸轮、从动件和机架组成的传动机构，该机构中凸轮作主动件并作等速转动(往复移动)。

3.基圆(基圆半径)：以凸轮回转中心为圆心，以凸轮理论廓线的最小回转半径为半径所作的圆称为基圆。该圆的半径称为基圆半径，用r0表示。

4.凸轮理论廓线：凸轮从动件的参考点(尖端或滚子中心或平底中点)在凸轮平面内的运动轨迹。

5.凸轮实际廓线：直接与从动件接触的凸轮廓线。

6.位移及行程：凸轮转过一个角度，从动件对应移动的距离，称为从动件的位移S。在凸轮一转中，从

动件所能达到的最大位移称为行程，用符号h表示。

7.压力角(α)：凸轮理论廓线上某点的法线方向(即从动件的受力方向)和从动件运动速度方向之间所

夹的锐角。

8.S—δ曲线：表达从动件位移S与凸轮转角δ关系的曲线。

9.转角(运动角)δ：凸轮转过的角度。

二、凸轮机构的应用特点

1.高副机构易磨损，结构简单、紧凑，传动力较小。

2.能严格实现从动件的运动要求，从动件的运动规律可任意拟定。

3.可高速起动，但高速凸轮精确设计困难。

4.加工方便容易，广泛用于自动化机械中。

三、凸轮机构的分类(见表)

四、凸轮机构从动件的常用运动规律及工作特点、应用场合(见表)

五、凸轮机构有关参数对工作的影响(见表)

为使运动不“失真”r T＜ρmin一

般取r T＜0.8ρmin

【边缘知识】

一、运动角

二、理论轮廓线与实际轮廓线的关系

尖顶接触的理论轮廓线与实际轮廓线重合；平底接触两曲线接近；滚子接触两曲线为法向等距曲线(此两曲线只有在休止角区域内才是相似曲线)。

三、凸轮轮廓曲线画法要点

1.作图方法(反转法)：视凸轮不动，假想从动杆相反于凸轮的旋转方向转动，并同时沿自身杆件轴

线移动而作图。

2.作图步骤(尖顶式)：

(1)作从动件位移曲线(S—δ曲线)。

(2)画凸轮轮廓曲线：在凸轮基圆上作等分角线，用“反转法”以与位移曲线相同的比例截取各对应点(位移行程)，连接各点即可得凸轮轮廓曲线。

3.滚子式凸轮轮廓曲线作法：

(1)视滚子中心为尖顶，画凸轮理论曲线。

(2)作与理论轮廓线等距的实际轮廓线。

【典型例题】

【例题1】凸轮机构的从动件按其端部形式可分为尖底、滚子、平底三类，试比较它们的优缺点，并说明它们的运用场合?

解题分析本题要求熟悉凸轮从动件三种型式的特点及应用。

解：尖底式具有简单，能实现任意复杂的运动规律的特点，但易磨损，用于低速、小载荷，动作要求灵敏的场合。

滚子式具有摩擦阻力小，不易磨损，承载能力较大的特点，但运动有局限性，不宜用于高速，应用最广泛。

平底式具有润滑性好，能形成良好油膜，阻力小，受力平稳的特点，但凸轮不允许有凹形，运动规律有限制，常用于高速凸轮机构。

【例题2】有一尖顶推杆盘状凸轮机构，若凸轮不变，改用滚子推杆，问推杆的运动规律是否改变? 为什么?

解题分析凸轮机构从动件的运动规律是由理论轮廓线决定的，实际轮廓线和理论轮廓线仅仅是法向等距曲线。

解：推杆的运动规律将改变，若使滚子从动件保持原运动规律，而要求凸轮的轮廓线为原凸轮轮廓线的等距线，显然，原凸轮轮廓线与其等距线的形状是不同的。如果凸轮的轮廓线形状不改变，用它去推动滚子从动件，则推杆的运动规律必将改变。

【例题3】如图所示，凸轮为一圆心在A点，半径R=40mm的偏心圆，凸轮顺时针转动， L OA=25mm，滚子半径r T=10mm，

试求：(1)凸轮的基圆半径r o；(2)从动杆的行程H。

解题分析本题要求熟悉r o，H的概念并能用公式表示，由于凸轮是一个偏心圆，故实际轮廓上的最

近点和最远点都应处在OA连心线上。

解：(1)r o=(R-L OA)+r T=(40-25)+10=25mm

(2)H=(R+L OA+r T)-(R-L OA+r T)=2L OA=2×25=50mm

【例题4】图所示为凸轮机构从动件的位移曲线(S-δ曲线)，试回答：

(1)该凸轮机构的运动规律为。

(2)该凸轮机构将会发生冲击。

(3)画出该机构从动件的V-δ曲线及ɑ-δ曲线(只需画出升程部分)。

解题分析本题要求熟悉等速运动规律和等加速等减速运动规律的特点和位移曲线图，在看懂所给

s-δ曲线图的基础上结合相关工作特点即可解题。

解：(1)等加速等减速; (2)柔性冲击; (3)如图所示。

【例题5】图7-3所示凸轮机构中，为防止从动件在运动中突然自锁，一般规定推程压力角的最大值

必须在____范围。

A.ɑ≤30°

B.ɑ＞30°

C.ɑ≤45°

D.ɑ≤80°

解题分析由题意可知该机构从动件是移动式的，而机构自锁是由于α过大，导致阻力过大，所以要

限制α的最大值。

解：答案选A。

【例题6】何谓凸轮的压力角?试在图7-4的A点(从动杆与凸轮轮廓接触处)作出压力角，试说明压

力角α的大小对凸轮机构工作的影响。

解题分析本题要求熟悉压力角α的概念及其对机构工作的影响。

解：(1)凸轮的压力角是指凸轮轮廓上某点的法线方向与从动件的运动方向之间所夹的锐角。

(2)作压力角如图所示。

(3)当F一定时，α增大，有效分力F1=Fcosα↓，而摩擦力随有害分力F2=Fsinα增大而增大，当α增大到某个数值时，从动件将产生自锁现象；另压力角大小也影响到基圆半径的尺寸，当α增加，基圆r o减小机构尺寸紧凑。

【例题7】图为一凸轮机构，试回答：