第9章   凸轮机构及其设计

1.学习指导

1)了解凸轮机构的类型和应用。

2）对推杆的基本运动规律及推杆运动规律的选择和组合运动规律有明确的概念。

3）对凸轮机构的压力角和自锁有明确的概念。

4）能确定盘形凸轮机构的基本尺寸。

5）掌握盘形凸轮廓线的设计方法。

6）对高速凸轮机构有所了解。

2.重点难点

本章的重点是:推杆常用的运动规律，凸轮机构的压力角与机构的受力情况和机构尺寸的关系，盘形凸轮轮廓曲线的设计问题。

3.知识脉络

4.学习方法

1)凸轮机构的最大优点是能使推杆获得各种预期的运动规律，便于与其他机构协调配合工作，因而应用广泛。凸轮机构的类型很多，可根据推杆与凸轮的相对位置，推杆的运动形式，推杆的端部结构以及凸轮的形状等来对其进行综合分类，应熟练地掌握凸轮机构的这种分类方法。

对心直动尖顶推杆凸轮

移动凸轮

圆柱凸轮

2)学习推杆常用的运动规律这一部分内容时，应注意各种运动规律的优缺点及适用场合。对于各种运动规律的运动方程不用强记，只要能正确应用即可。在对要求较高的凸轮机构各运动时期运动规律的拼接时，尤其在构造推杆的组合运动规律时，要注意在各衔接点处的运动参数(位移、速度、加速度、甚至跃度)的平滑连续问题，否则在该处就会产生柔性甚至刚性冲击。在设计凸轮机构时，推杆运动规律的选择是否恰当，将严重影响到凸轮机构以至整个机器的工作质量。在选择推杆运动规律时，首先应满足机器工作的需要，其次应考虑机器工作的平稳性，最后要考虑到便于凸轮轮廓曲线的加工。

盘形凸轮

 偏置直动滚子推杆凸轮

对心直动平底推杆凸轮机构

3）凸轮轮廓曲线的设计方法所采用的基本原理是反转法，即设凸轮是相对固定不动的，而推杆随机架一道作反转运动，同时按选定的运动规律作预期运动，以便作图或计算。在学习中要特别注意各种类型的凸轮机构在设计中的异同点，千万不可混淆。

摆动尖顶推杆凸轮

摆动滚子推杆凸轮

摆动平地推杆凸轮

4）凸轮机构的压力角是一个重要参数，在外载荷一定的情况下，压力角越大凸轮机构中的作用力越大，压力角过分增大甚至会使凸轮机构发生自锁，故需限制凸轮机构中的最大压力角不超过某一许用值[o]不过要注意推程许用压力角[的值是根据F/G<2来确定的，此值距凸轮机构会发生自锁的压力角还相距甚远，故压力角若略有超过并不是不可接受的。

弹簧凸轮

重力锁止凸轮

封闭凸轮

5）凸轮机构中一个最重要的基本尺寸是凸轮的基圆半径，基圆半径增大可以改善凸轮机构的工作条件（使凸轮机构的压力角减小，凸轮轮廓曲线的曲率半径增大等）﹔但却会使整个凸轮机构的尺寸增大。所以凸轮基圆半径尺寸的合理确定是一个重要问题。

可用如下方法来确定基圆半径的大小:其一，有诺模图可资利用时，用诺模图来确定基圆半径是很简便的。如图9-1所示即为用于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构的诺模图。其使用方法举例如下，设一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，当凸轮转过运动角à。-15°时，推杆以正弦加速度运动上升行程h=13mm，并限定凸轮机构的最大压力角max <30°要求确定凸轮的基圆半径r。。为此，可在图b中把ào-45°和a max=30的两点以直线相联，交正弦加速度运动规律的标尺于0.26处。

等宽凸轮

等径凸轮

共轭凸轮

6）随着机械运转速度的日益提高，凸轮的速度也愈来愈高，因此，高速凸轮的设计及其动力学问题引起普遍重视。高速凸轮机构的设计，必须考虑构件的弹性动力学影响。高速凸轮机构的动力学问题包含两类问题:①已知凸轮机构的几何参数和凸轮端的运动输入，求解推杆端的运动响应;②已知给定的动力学品质，设计凸轮机构的几何参数。在研究实际凸轮机构的动力学特性时，需建立其动力学模型。为了把复杂的实际机构简化成模型，一般要作一些必要的假设，如:①将连续系统简化为离散系统:②将非线性系统线性化:③忽略次要因素等。

鼓形凸轮

弧面凸轮

圆锥凸轮

5.实例分析

配气机构

进刀机构

自动机床