§5.1概述§5.2凸輪機構工作過程和從動件運動規律§5.3盤形凸輪輪廓的設計§5.4凸輪機構基本尺寸的確定第5章凸輪機構5.1概述凸輪機構由凸輪、從動件和機架三部分組成。

凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件，他通過與從動件的高副接觸，在運動時可以使從動件獲得連續或不連續的任意預期運動。

凸輪機構是高副機構，易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。示例一5.1.1

凸輪機構的應用內燃機配氣機構推桿凸輪示例二報紙印刷5.1.2凸輪的分類(1)按凸輪的形狀分盤形凸輪：繞固定軸轉動且其半徑是變化的移動凸輪：凸輪相對機架作直線運動圓柱凸輪：可看成是移動凸輪卷在圓柱體上推桿凸輪推桿凸輪移動凸輪機構-蜂窩煤圓柱凸輪動畫(3D)圓柱凸輪動畫(3D)(2)按從動件的型式分尖頂從動件滾子從動件平底從動件能與任意凸輪輪廓保持接觸，可實現復雜的運動規律易磨損，只宜用于輕載、低速接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運動配合的凸輪輪廓必須全部外凸耐磨、承載大，較常用(3)按從動件的運動形式分直動擺動(4)一般凸輪機構的命名原則布置形式＋運動形式＋從動件形狀＋凸輪形狀對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構擺動平底推桿盤形凸輪機構

凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形勢為磨損和疲勞點蝕。對凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強度凸輪芯部有較強的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動軸承5.2.1凸輪與從動件的運動關系

圖為對心尖頂從動件盤形凸輪機構，凸輪回轉時，從動件重復升—停—降—停的運動循環。

從動件的位移s與凸輪轉角的關系可以用從動件的位移線圖來表示。5.2

凸輪機構工作過程和從動件運動規律

A’BCDAr1

t

s

h

s’

從動件的運動規律是指從動件的位移、速度、加速度等隨時間t或凸輪轉角

1變化的規律。基圓：凸輪輪廓的最小向徑rb推程：從動件由A到B的過程。推程運動角

t回程，回程運動角h

休止，休止角s

升程：從動件在推程中所走過的距離h

位移線圖：從動件的位移s2隨時間t或凸輪轉角

1變化的關系圖。t

s0

t推程

s遠休止

h回程

s’近休止h

A’BCDAr1

t

s

h

s’

從動件的位移線圖取決于什么？t

s0

t推程

s遠休止

h回程

s’近休止h

A’BCDAr1

t

s

h

s’從動件位移線圖5.2.2從動件的常用運動關系規律等速運動運動開始，V由0突變為加速度a為同理，運動結束a=-∞hs

0v

0a

0-

位移速度加速度+

+

t

t’-

運動線圖沖擊特性：始點、末點剛性沖擊適用場合：低速輕載推程:

先加速運動線圖沖擊特性：起、中、末點發生有限值的突變，因而會在機構中產生有限值的沖擊力，稱為柔性沖擊。適用場合：中速場合s

0

tv

0a

0h/2h/2

t/2

t/2h

后減速等加速等減速運動規律推程（0≤≤

t）運動線圖沖擊特性：始、末點有柔性沖擊適用場合：中速輕載δsδa123456δv12345hδt余弦加速度運動規律advd012345678hA2ph

t運動線圖沖擊特性：其速度和加速度曲線都是連續的，因此沒有沖擊。適用場合：高速輕載

t

tsd正弦加速運動規律5.2.3從動件運動規律的選擇在選擇從動件的運動規律時，應根據機器工作時的運動要求來確定。對無一定運動要求，只需要從動件有一定位移量的凸輪機構。對于高速機構，應減小慣性力、改善動力性能，可選用正弦加速度運動規律或其他改進型的運動規律。

凸輪輪廓線設計基本原理：反轉法。AAAAAAAAAAAAAAA

-

r0r05.3盤形凸輪輪廓的設計方法5.3.1尖頂對心移動從動件盤形凸輪

反轉法原理加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動件與導路繞角速度-w以凸輪轉動凸輪靜止不動從動件尖頂的運動軌跡就是凸輪輪廓曲線從動件相對導路移動對于滾子從動件，則滾子中心可看作是從動件的尖頂，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。作圖步驟：根據從動件的運動規律：作出位移線圖S2-δt，并等分角度；定基圓；作出推桿在反轉運動中依次占據的位置；據運動規律，求出從動件在預期運動中依次占據的位置；將兩種運動復合，就求出了從動件尖端在復合運動中依次占據的位置點；將各位置點聯接成光滑的曲線；在理論輪廓上再作出凸輪的實際輪廓。作圖法設計凸輪輪廓線1

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構2對心直動滾子推桿盤形凸輪機構3對心直動平底推桿盤形凸輪機構4偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構1、尖頂對心移動從動件盤形凸輪已知：基圓半徑r1，推桿運動規律，凸輪逆時針方向轉動。設計：凸輪輪廓線s

0h做半徑為r1的基圓；

任取始點A0，自OA0開始沿-w1方向取角度，并將推、回程運動角初始分成若干等分；在各個位移量，并在相應的射線上截取，得反轉后尖頂的一系列位置。將這一系列位置連成光滑的曲線，即得到要求的凸輪輪廓。求解步驟：2、對心直動滾子推桿盤形凸輪機構已知：r1，推桿運動規律，滾子半徑rk,凸輪逆時針方向轉動設計：凸輪輪廓線s

0h理論輪廓實際輪廓求解步驟：定比例尺

初始位置及推桿位移曲線注：兩條輪廓線，理論／實際輪廓線實際輪廓線基圓rmin理論輪廓線基圓r1確定推桿反轉運動占據的各位置確定推桿預期運動占據的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡線3、對心直動平底推桿盤形凸輪機構已知：r1，推桿運動規律，凸輪逆時針方向轉動設計：凸輪輪廓線求解步驟：

定比例尺

初始位置及推桿位移曲線確定推桿反轉運動占據的各位置確定推桿預期運動占據的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡線s

0h實際輪廓5.4凸輪機構基本尺寸的確定5.4.1凸輪機構的壓力角

從動件的運動方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角a稱為壓力角。

由上述關系式知，壓力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。當a角大到某一數值時，必將會出現Fy<Fx的情況。這時，不論施加多大的Fn力，都不能使從動件運動，這種現象稱為自鎖。因此，為了保證凸輪機構的正常工作，必須對凸輪機構的壓力角進行限制。推薦壓力角數值移動從動件[a]=30擺動從動件[a]=45回程中，一般不會有自鎖現象，壓力角取值為[a]=70～80FxnnFnmmaFfFy

5.4.2基圓半徑的確定

從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導致凸輪尺寸增加，因此在設計凸輪時要權衡兩者的關系，使設計達到合理。在設計凸輪時，先根據條件確定基圓半徑r0。A點:在?ABD中即(式A)在?ABD中導路在凸輪軸的左邊時，式中分子部分取“＋”，凸輪順時針轉動時，符號取法與上述相反

在給定運動規律時，合理設計偏距可減小壓力角，增大基圓半徑也可以減小壓力角。獲取較小的基圓半徑的同時，必須要保證a≤[a]

在設計凸輪時，先根據條件確定基圓半徑r0。制作凸輪軸時，r0略大于軸的半徑；單獨制造凸輪時，r0=(1.6~2)r。

1．基圓半徑越小，凸輪的外廓尺寸越小。

2．基圓半徑越小，凸輪理論廓線的最小曲率半徑越小，滾子凸輪的實際輪廓容易變尖和交叉。

3．基圓半徑越小，壓力角越大，凸輪機構容易自鎖。

4．基圓半徑過小，不便于凸輪與軸進行聯接。5.4.3滾子半徑的確定凸輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關系r'

=r+rr當理論廓線內凹時此時，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)當理論廓線外凸時(可分為三種情況)r'

=r-rr1)

r>rr時

r

'

>0這時所得的凸輪實際輪廓為光滑的曲線(如圖b)2)

r=rr

時r

'=0，實際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用(如圖c)。3)r<rr

時r

'<0，

，即實際曲線出現交叉會出現失真(如圖d)。r

=-rk＝0rk

=rk

rk

r

=-rk<0

<rk外凸凸輪輪廓線>rk，r

>0，實際廓線平滑=rk，r

=0，實際廓線變尖

<rk，r

<0，實際廓線出現交叉，加工切割掉一部分，運動失真。