凸轮机构及其设计

第四章 凸轮机构及其设计

§4-1 凸轮机构的应用和分类

一.凸轮机构的应用：常用的高副机构

自动机械和半自动机械装置中，实现运动比连杆（最多9个点）容易，使用广泛。

1.应用实例 ：

（1）内燃机配气机构：工作原理。(P 97. 图4-1)

凸轮连续匀速转动，按要求控制气阀开启与关闭时间的长短及v ﹑a. （2）绕线机排线凸轮机构（ P 97. 图4-2） (3)巧克力输送凸轮机构（P 98. 图4-5） 2.凸轮机构及组成：是高副机构

⎪⎪⎪⎩⎪

⎪

⎪

⎨⎧机架：

凸轮的轮廓形状。运动规律完全的决定于从动件的间歇的移动或摆动。接推动的构件。连续或（从动件）：被凸轮直推杆动。一般等速转动、有时摆有时为机架，为主动件轮廓或凹槽的构件。多凸轮：是一个具有曲面

a v s '' , 3.优点：

（1）通过改变凸轮的轮廓，易满足任意复杂运动的要求（四杆连杆最多9个点）

(2) 简单紧凑，工作可靠。 (3) 易设计。 4.缺点：

(1) 易磨损(点线接触—高副)。用于受力不大的场合。 (2) 加工困难，成本高。 5.发展方向：

高速凸轮： CAD 、CAM 、CNC(微机数控)/FA HA OA

二、凸轮机构的分类：

1.分类：

（1）凸轮机构（两活动构件作平面、空间运动）

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⎩

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⎪⎨

⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨

⎧球面凸轮、弧面凸轮等圆锥凸轮圆柱凸轮空间凸轮机构）页图移动凸轮（）页图（盘形凸轮（平板凸轮）平面凸轮机构3-4971-497 （2）凸轮机构（按推杆运动副形状分）

⎪⎪⎩

⎪⎪

⎨

⎧合（缺点：易失真）润滑好（油膜）高速场，效率高，直推杆底部）压力角小从动件：受力平稳（垂

平底推杆大力，应用广，中低速从动件：摩擦小，传递

滚子推杆场合，如仪表磨损，用于低速轻载的从动件：简单不失真易

尖顶推杆/// （3）凸轮机构（推杆运动形式）

⎪⎪⎪⎩

⎪

⎪

⎪⎨⎧-⎩⎨

⎧)4498(://页图第作平面复杂运动从动件从动件

摆动推杆线轴线不通过凸轮回转轴偏置直动推杆：从动件轴线通过凸轮回转轴线对心直动推杆：从动件从动件直动推杆 （4）凸轮机构（力锁合方式）

⎩⎨

⎧----），，，，页图第形锁合：（虚约束）（

等

、力锁合：847464544-499G spring 2.命名：

以上分类方法组合：

摆动滚子推杆圆柱凸轮机构 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构

⎪⎩

⎪

⎨⎧为半径为圆心，

偏距圆：以偏距：e O e

§4-2 从动件的运动规律及其选择

一、 凸轮与从动件的运动关系：

⎩⎨

⎧称为基圆半径

基圆半径：为半径所做的圆半径为圆心，以凸轮的最小转轴心凸轮基圆：以凸轮的回

00r r O 一个运动循环⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨⎧）（近休止角近休（程））（回程运动角回程）

（远休止角远休（程）（行程））升距（推程运动角推程''/'// /00s s f s s r h φδφδφδφδ A D D C C B B

A →→→→

从动件行程：从动件的最大位移：h

整程角（一个运动循环对应凸轮总转角））一般πφφφφφφωω2(''00=+++=s s

二 .从动件的运动规律（推杆的运动规律）：

指从动件的位移s 、速度v 、加速度a 随时间而变化的规律⎪⎩

⎪

⎨⎧===)()()

(t a a t v v t s δ

凸轮一般以等角速度ω运动（转角）常用正比δδ∴∴t

⎪⎩

⎪

⎨⎧===)()()(δδδa a v v s s 其中，位移线图最重要 图a)的运动规律用图b)表示 初始条件⎩⎨⎧======h

s t s t ,0,00,0,0δδ回程：推程：

了解

工作要求

从动件的运动规律图轮廓线位移线图取决于取决于取决于−−→−−−→−−−→−

从动件的运动规律⎩⎨

⎧组合运动规律

动规律）基本运动规律（常用运

三 .从动件运动规律的选择：

考虑：刚性冲击、柔性冲击、v max (速度幅值)、a max

⎪⎪⎩

⎪

⎪

⎨

⎧↑∴↑→↑∴↑→小的运动规律高速凸轮应选，磨损）小些好（动压力，震动

惯性力幅值一定要小的运动规律大时，要选重载和小好（安全、缓冲）动量幅值max max max max max max max max :.2 v m :.1a a ma a v mv v 参考表4-2 讲

1 .从动件基本运动规律

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=dt dv a at t v s v 2

021 ⎪⎪⎪

⎩

⎪

⎪⎪⎨⎧===+==

+=⇐dt dv a dt s d a t a v dt ds v at t v s 02200202

1

基本运动规律（102页表4-1）

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⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪

⎩⎪⎪

⎨⎧--击，高速摆线运动规律）：无冲正弦加速度运动规律（冲击，中速简谐运动规律）：柔性余弦加速度运动规律（三角函数运动规律多项式运动规律：

柔性冲击，中速运动规律）：（常用等加速等减速二次多项式的运动规律刚性冲击，低速规律）动规律：（即等速运动一次多项式多项式运动规律：

543: （1）等速运动规律：指凸轮等速回转时，从动件在推程或回程中的速度为常数，而在始末两点处速度产生突变∞→∞→惯性力,a

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⎪

⎩

⎪

⎪

⎪⎪⎨

⎧

===+=========δδωδωδωδωδωδr r r r r h h t v at t v s dt dN dt dv a tt h h t h v v ))((210)(02000 即

⎪⎪⎪⎩

⎪

⎪⎪⎨⎧===是常数r r r h

h s a h v δδδωδ 0

s v a 线图如下：