凸轮机构的设计及应用

凸轮机构的设计及应用 Prepared on 24 November 2020

凸轮机构的应用

学院：机械学院

专业：机械电子工程

班级：机电02班

姓名：王爽

2015年6月1日

凸轮机构的应用

摘要

凸轮机构是一种典型的高副机构，它具有机构简单、紧凑、工作可靠的特点。凸轮机构可以通过合理设计凸轮的轮廓曲线，精确地完成各种功能，如实现预期的位置及动作时间要求，实现预期的运动规律要求，实现运动和动力特性要求等。现在，随着中国世界工厂地位的确立，越来越多的装备被引进来，也带进来了越来越多的凸轮机构，如包装机械、印刷机械、自动机械等应用大量的凸轮机构，各大公司的机械研发部门开发了很多优良的凸轮运动曲线。可以这么说，由于凸轮机构具有独特的机械特性而不断扩散到各个行业中。在机械高度发展的今天，很多机械构件越来越模块化，您可以随手拿来就用，但凸轮机构还不能这么做，您得计算、分析再设计，这个弯是绕不过去的。它广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中，如自动、、和纺织机中得到广泛应用。

关键词：凸轮轮廓曲线应用包装印刷自动内燃机纺织机

构成：凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构建组成

功能：实现预期的位置及动作时间要求

实现预期的运动规律要求

实现运动与动力特性要求

应用分类：

1.按凸轮的形状

盘形凸轮：凸轮是绕固定轴转动并具有变化向径的盘形构件。

移动凸轮：盘形凸轮的轴心趋于无穷远时就演化成了移动凸轮。

圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线在圆柱体上，凸轮与从动件的相对运动是空间运动。

2.按从动件运动副元素的形状

尖顶从动件：从动件的尖顶能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，但尖顶易磨损，只适用于低速轻载的凸轮机构中

曲面从动件：从动件端部做成曲面形状。

滚子从动件：从动件端部安有滚子，使从动件与凸轮轮廓之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，传动效率高，耐磨损，承载能力强，在实际工程中应用最为广泛。平底从动件：从动件以平面与凸轮接触，接触处易于形成油膜，润滑状况好，传动效率高，但只适用于轮廓外凸的凸轮。

3.按从动件的运动形式

移动从动件：从动件做往复运动

摆动从动件：从动件做往复摆动

4.按保持接触方式

力封闭：利用重力、弹簧力或者其他外力使从动件与凸轮保持接触，如图

形封闭：利用高副本身的几何形状，使从动件与凸轮轮廓保持接触，如图

重力锁止凸轮机构配气凸轮机构

等宽凸轮共轭凸轮等径凸轮

应用实例

内燃机配气凸轮机构

当凸轮以等角速度转动时，其轮廓曲线与气阀的平底接触，驱使气阀按预期的规律往复运动，并与活塞的运动相协调，适时地启闭阀门。

等速运动凸轮绕线机

排线杆靠在心形凸轮外周上，是弹簧拉住加压的。心轮的曲线是按绕线盘长度设计的，排线杆的来回是等速运动，当在两端换向时速度发生突变，引成绕在两端的线是成角形的。换向冲击很大。为此我曾经改过，但绕线乱了，改动是失败的。为保证绕线筒上线的倾斜形状，与心形凸轮同轴的齿轮与之相啮合的小齿轮是有一定速比的，保证绕线筒的转速和排线杆有一定的速比。看似简单设计还是复杂的。大齿轮和心轮的轴通过有键槽的轴端上装的带轮或手轮转动，通过齿轮啮合驱动绕线筒，同时，心轮的转动推动排线杆排线。

圆柱凸轮输送机

如图所示的巧克力输送凸轮机构中，当带有凹槽的圆柱凸轮等速转动时，通过嵌入其槽中的滚子推动从动件作往复运动，凸轮每转动一周，从动件就从喂料器中推出一块巧克力并将其送入待包装位置。

罐头盒封盖机构

如图所示的罐头盒封盖机构，原动件1连续等速转动，通过带有凹槽的固定凸轮3的高副导引从动件2的端点C沿预期的轨迹——接合缝S运动，从而完成罐头盒的封盖任务。

自动电阻压帽机

该机构通过皮带轮带动分配轴的转动，整个工艺流程为：电阻体上料→电阻体夹紧→送帽→压帽。送料机构将电阻胚料从料斗中取出送至压帽工位，停歇一段时间，它要完成行程——停歇——回程——停歇；夹紧机构把电阻胚料夹紧定位（送料机构返回原处），停歇，返回初始位置；压帽机构将电阻帽先快速送到加工位置，然后慢速压到电阻胚料上，操作完成后压帽机构复原，加紧机构退回，加工好的产品自由落到受料箱中。

其它应用

关于凸轮动作与气缸动作的比较

1、结构运动特性：凸轮机构结构紧凑，可靠性高，可以实现高速自动化。在自动机械中，虽然也可以使用气动装置，但气动动作结束时冲击较大，当改变速度时，需要对节流阀进行调节，当生产速度提高较大时，气缸装置显然无能为力。而用凸轮机构可以获得平稳的运动，当速度改变时也可以保持同步。

气压易受压力系统影响，当同一气源的其他气缸急速动作时，气压会下降，气缸的动作也会产生变化，而凸轮始终处于稳定状态。

2、运动的时序性：气缸的动作是一个接着一个的，必须是一个动作完成后才能进行下一个动作。凸轮的位移（角度）与时间是确定的，动作是可以叠加的，一个动作未结束时可以开始下一动作，因此可以缩短循环时间。

3、故障率：设计良好的凸轮机构可以使用到设备的终生，气缸则无法达到此要求。

4、动作变化性：当需要变化动作的次序与时间时，显然凸轮机构无能为力。凸轮机构一旦设计使用，基本上是不可改变的（除了有些设计成可调角度的凸轮勉强能调整一点角度外），是刚性的。气动则不然，可以通过PLC进行调整，是柔性的。

5、能耗毫无疑问，凸轮的能耗要比气缸装置少，从能量的转换来说，气缸的能量是空气压缩机转换过来的，存在着转换损失和管道的严重泄露。

关于凸轮机械与连杆机械的比较