第四章凸輪機構第四章凸輪機構【本章導讀】在機械設計中，常要求其中某些從動件的位移、速度或加速度按照預定的規(guī)律變化。雖然這種要求有時也可以利用連桿機構來實現(xiàn)，但難以精確滿足，且連桿機構及其設計方法也比較復雜。因此，在這種情況下，特別是要求從動件按復雜的運動規(guī)律運動時，通常多采用凸輪機構。4.1概述凸輪機構是機械中常用的一種高副機構，在自動化和半自動化機械中得到廣泛應用。凸輪機構是一種由凸輪（原動件）、從動件（推桿）和機架組成的傳動機構。其中，凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件（參見圖4-1），它運動時通過點或線接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預期的往復運動。

圖4-1實際應用中的凸輪第四章凸輪機構第四章凸輪機構4.1.1凸輪機構的應用凸輪機構廣泛應用于各種自動機械、儀器和操縱控制裝置，下面列舉其應用實例。圖4-2所示為圖1-3所示內(nèi)燃機的配氣機構。凸輪轉動時，推動頂桿上下移動，按給定的配氣要求啟閉閥門。圖4-3所示為自動機床的進刀機構。當圓柱凸輪旋轉時，圓柱上凹槽曲面迫使從動件往復擺動，通過從動件上的扇形齒輪與刀架上的齒條嚙合，控制刀架的自動進刀和退刀運動。圖4-4所示為自動車床靠模機構。工件1回轉，凸輪3作為靠模被固定在床身上，刀架2在彈簧作用下與凸輪輪廓緊密接觸，并在拖板的帶動下沿凸輪3的輪廓運動，從而切削出與靠模板曲線一致的工件。圖4-2內(nèi)燃機配氣機構

圖4-3自動進刀機構

圖4-4自動車床靠模機構第四章凸輪機構第四章凸輪機構4.1.2凸輪機構的特點4.1.3凸輪機構的分類凸輪機構的類型很多，通常按照凸輪的形狀、從動件的形狀、從動件與凸輪保持接觸的方式進行分類。1．按凸輪的形狀分2．按從動件的形式分3．按從動件與凸輪保持接觸的方式分（1）力鎖合的凸輪機構（2）形鎖合的凸輪機構第四章凸輪機構4.2從動件的常用運動規(guī)律4.2.1凸輪機構運動過程及有關名稱以圖4-8（a）所示尖頂直動從動件盤形凸輪機構為例，來說明原動件凸輪與從動件間的運動關系及有關名稱。4.2.2位移線圖4.2.3從動件常用運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律指在推程和回程過程中其位移s、速度v、加速度a隨凸輪轉角變化的規(guī)律。1．等速運動規(guī)律2．等加速、等減速運動規(guī)律3．余弦加速度運動規(guī)律第四章凸輪機構4.3圖解法繪制盤形凸輪輪廓凸輪輪廓的設計方法有作圖法和解析法兩種。其中，作圖法直觀、方便，精確度較低，但一般能滿足機械的要求；解析法精確高，計算工作量大。本節(jié)主要介紹作圖法。4.3.1凸輪輪廓曲線設計的基本原理4.3.2對心直動從動件盤形凸輪的繪制在直動從動件盤形凸輪機構中，從動件導路中心線通過凸輪軸心時，稱為對心直動從動件盤形凸輪機構，如圖4-12所示為對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構；否則，稱為偏置直動從動件盤形凸輪機構。4.3.3滾子直動從動件盤形凸輪的繪制對于滾子直動從動件盤形凸輪，工作時滾子中心始終與從動件保持相同的運動規(guī)律，而滾子與凸輪輪廓接觸點到滾子中心的距離始終等于滾子的半徑rT。圖4-12對心直動尖頂從動件盤形凸輪作圖法第四章凸輪機構4.3.4對心平底移動從動件盤形凸輪的繪制對心平底移動從動件盤形凸輪輪廓的繪制方法如圖4-14所示。圖4-14平底直動從動件盤形凸輪作圖法第四章凸輪機構4.3.5偏置直動尖頂從動件盤形凸輪的繪制直動從動件導路中心不通過凸輪回轉中心時，稱為偏置直動從動件盤形凸輪機構，偏離的距離，稱為偏距e，如圖4-15所示。圖4-15偏置直動尖頂從動件盤形凸輪作圖法第四章凸輪機構4.3.6擺動從動件盤形凸輪的繪制已知從動件的角位移線圖（參見圖4-16（b））、凸輪基圓半徑

，凸輪軸與擺動從動件的中心距

、擺動從動件的長度

、凸輪順時轉動。圖4-16擺動從動件盤形凸輪作圖法第四章凸輪機構第四章凸輪機構4.4凸輪機構基本尺寸的確定用上述作圖法設計凸輪輪廓曲線時，一般假設凸輪的基本半徑、滾子半徑等尺寸均為已知，而在實際設計時，則需根據(jù)機構的受力情況，并考慮結構的緊湊性、運動的可靠性等因素，合理確定這些尺寸4.4.1滾子半徑的選擇4.4.2壓力角的選擇4.4.3基圓半徑的選擇設計凸輪機構時，一般是先根據(jù)機構的布局和結構需要初步選定基圓半徑

，再繪制凸輪輪廓。基圓半徑選得愈小，則凸輪機構愈緊湊。但是，基圓半徑過小會增大壓力角，導致機構工作情況變差，甚至機構發(fā)生自鎖。第四章凸輪機構4.5凸輪機構的結構設計4.5.1凸輪和滾子的材料一般來說，凸輪的材料常采用40Cr鋼（表面淬火，硬度40～50HRC），也可采用20Cr、20CrMnTi（滲碳淬火，硬度達56～62HRC）。滾子材料可采用20Cr（經(jīng)滲碳淬火，表面硬度達56～62HRC），也可用滾動軸承作為滾子。4.5.2凸輪的結構當凸輪的徑向尺寸與軸的直徑尺寸相差不大時，凸輪與軸做成一體（參見圖4-21）稱為凸輪軸；當尺寸相差較大時，將凸輪與軸分別制造，可用鍵（參見圖4-22（a））和銷（參見圖4-22（b））與軸連接，這種結構稱為整體式凸輪。圖4-23為凸輪與輪轂用螺栓連接，輪轂與軸用鍵連接，這種凸輪結構可以調(diào)整凸輪與軸在圓周方向上的相對位置，便于安裝和調(diào)整圖4-21凸輪軸

圖4-22整體式凸輪第四章凸輪機構圖4-23可調(diào)式凸輪第四章凸輪機構4.