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第3章 凸轮机构
——《机械设计基础》
图1 内燃机配气凸轮机构
一、凸轮机构的概述
1、凸轮机构的应用
图2 绕线机凸轮机构
图3 圆柱凸轮送料机构
图4 靠模车削机构
图5 双凸轮组合写R字机
图6 冲床装卸料移动凸轮机构
2、凸轮机构的组成
凸轮机构
凸轮
机架
从动件
优点：结构简单、紧凑，易于设计。
缺点：易磨损，制造困难，适用于传力不大的控制机构。
3、凸轮机构的分类
按凸轮形状分类
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
凸轮绕固定轴转动且径向变化的盘形零件。
回转半径无限大，
凸轮作往复移动。
在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。
按从动件型式分类
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
与凸轮是点接触，只用于受力小的低速机构；
尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，传动精确
滚动磨擦，传递载荷较大，应用极广；凸轮凹陷轮廓未必能很好地与滚子接触，影响实现预期的运动规律。
受力较好，效率高，接触面油膜易形成，利于润滑，可用于高速。
按从动件运动形式分类
直动从动件凸轮机构
摆动从动件凸轮机构
力锁合
几何锁合
按凸轮与从动件的锁合方式分类
对心平底直动从动件盘形凸轮机构
如何通过分析凸轮机构的运动过程，计算从动件上升距离h、画出从动件最高位置
二、凸轮机构的运动过程
凸轮机构
A
D
C
B
ri
向径：凸轮轮廓上的任意一点到凸轮回转
中心的距离。用ri表示。
Ai
o
r0
基圆：以凸轮的转动中心为圆心，以凸轮的最小向径为半径所作的圆。用r0表示。
1、基本专业术语
凸轮机构的工作过程
运动过程1：推程
r0
h
B’
ω
A
B
δt
升程：从动件在推程中所走过的径向距离h。
o
推程：从动件从上升起始位置A点开始被凸轮轮廓以一定的运动规律推动，当凸轮由A到达距O点最远位置B时，从动件由A到B’的过程。
推程运动角 ：与推程对应的凸轮转角。
δt
2、凸轮机构的运动过程
r0
B’
ω
A
C
B
远休：当凸轮继续以O 点为中心转过圆弧BC时，从动件因与O点的距离保持不变而在最远位置停留不动的过程。
δs
运动过程2：远休
远休止角 ：与远休过程对应的凸轮转角。
δs
r0
B’
ω
A
D
C
回程：凸轮继续回转，曲线CD使从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到距O点最近位置的过程。
δh
回程运动角 δh ：与回程对应的凸轮转角。
运动过程3：回程
r0
ω
A
D
近休：在凸轮基圆段DA，从动件保持最近位置不动的过程。
δ’h
近休止角δ’h：与近休过程对应的凸轮转角。
运动过程4：近休
r0
h
B’
o
δs
δh
δt
δ’s
ω
A
D
C
B
凸轮机构的运动过程：
推程→远休→回程→近休
1.推程
2.远休
3.回程
4.近休
r0
h
B’
o
t
δ
s
δs
δs
δ's
δ‘s
δt
δt
δh
δh
ω
A
D
C
B
位移线图s-δ ：描述从动件位移s与凸轮转角φ之间关系的图形。
3、位移线图s-δ
凸轮机构的运动过程
r0
h
B’
o
t
δ
s
δ01
δ01
δ02
δ02
δ0
δ0
δ’0
δ’0
ω
A
D
C
B
1、基圆 ：以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。
r0称为凸轮的基圆半径
2、推程、推程运动角
3、远休、远休止角
4、回程、回程运动角
5、近休、近休止角
6、行程h：从动杆在推程或回程中移动的距离h
7、位移线图s-φ ：描述位移s与凸轮转角φ之间关系的图形
推程→远休→回程→近休→推程
r0
δ0
δ01
δ’0
δ02
h
o
t
δ
s
δs
δ's
δt
δh
h
o
t
δ
s
δs
δ's
δt
δh
h
o
t
δ
s
δs
δ's
δt
δh
推程—回程
思考：对于直动从动件盘形凸轮机构，都是包括推程→
远休→回程→近休的运动过程吗？
O
O’
A
B
对于凸轮机构中的从动件，如何根据实际应用选择其运动规律？
三、凸轮从动件运动规律及选择
1、凸轮从动件运动规律
从动件在开始和终止的瞬时，速度有突变，加速度a在理论上为无穷大，其惯性力将引起刚性冲击。所以，等速运动只适用于低速。
刚性冲击：
由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。


0
a
a=0


0
s
h


0
v
v
刚性冲击
（1） 等速运动规律
柔性冲击 ：
加速度发生有限值的突变
（适用于中速场合）
从加速度线图可看出，加速度a在始未及中点处有有限值的突变，因而惯性力也发生突变。这种有限值的惯性力突变，将产生柔性冲击，所以，等加速等减速运动用于低、中速场合
（2）等加速-等减速运动
由加速度线图可知：这种运动规律的从动件在行程的始点和终点有柔性冲击。但当加速度曲线保持连续时，这种规律的运动就能避免冲击。
（3）简谐运动--余弦加速度运动
柔性冲击
（4）简谐运动--正弦加速度运动
由加速度线图可知，从动件在起点和终点的加速度均为零，并且在整个过程中，加速度曲线是连续的，没有加速度突变，因此没有刚性冲击，也没有柔性冲击,适用于高速
无冲击！
从动件的运动规律是指从动件的位移S、速度V、加速度a随时间t或凸轮
转角￠变化的规律。
从动件常用运动规律特性比较
运动规律 冲击 推荐应用范围
等速运动 刚性冲击 低速轻载
等加速-等减速运动 柔性冲击 中速轻载
余弦加速度运动 柔性冲击 中速
正弦加速度运动 无冲击 高速
2、从动件的运动规律选择
总结

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