3凸轮机构的特点

6-3凸轮机构的特点和应用凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成（图1）。凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮轮廓决定。凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。图2所示为汽车内燃机的配气机构，当凸轮1转动时，依靠凸轮的轮廓，可以迫使从动件气阀2向下移动打开气门(借助弹簧的作用力关闭)，这样就可以按预定时间，打开或关闭气门，以完成内燃机的配气动作。图1凸轮机构图2汽车内燃机配汽机构凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。它能控制从动件运动规律，因此凸轮通常作主动件并作等速转动，当凸轮运动时，借助它的曲线轮廓(或凹槽)，可使从动件作预期的运动。一、凸轮机构的应用特点有：(1)便于准确地实现给定的运动规律。（2）结构简单紧凑，易于设计；(3)凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。(4)凸轮与从动件为高副接触，不便润滑，容易磨损，为延长使用寿命，传递动力不宜过大。(5)凸轮轮廓曲线不易加工。二、凸轮机构按凸轮的形状与从动件形式可分为不同类型。1．按凸轮形状分（1）盘形凸轮凸轮的基本形式，应用最广。但从动件的行程不能太大，否则凸轮变化过大，对凸轮机构的工作不利，所以一般应用于行程较短的场合。（2）移动凸轮（板状凸轮）可视为回转中心趋向于无穷远的盘形凸轮，它相对于机架作直线往复移动。图1中用以车制手柄的靠模就是采用移动凸轮机构。移动凸轮机构在靠模仿形机械中应用较广。图1移动凸轮机构上述两种凸轮组成机构时，凸轮与从动件的相对运动是平面运动，因此，上述两种凸轮机构称为平面凸轮机构，其凸轮称为平面凸轮。（3）圆柱凸轮在圆柱面上开有曲线凹槽，或在圆柱端面上制出曲线轮廓，可使从动件得到较大的行程。属于空间凸轮机构（图2)。图2端面圆柱凸轮机构2．按从动件的形式分类根据从动件的运动形式和端部形状区分，基本类型列于表1。表1凸轮机构从动件的基本类型接触形式运动形式主要特点移动摆动尖顶结构简单、紧凑，可准确地实现任意运动规律。但易磨损，适用于低速、传力小和动作灵敏的场合，如仪表机构中滚子滚子接触，摩擦阻力小，不易磨损，承载能力较大，但运动规律有局限性，不宜于高速，故可用于传递较大的动力平底结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力小，适用于高速。但不能与内凹的轮廓接触，因此运动规律受到一定限制曲面介于滚子和平底之间1.基圆半径在图1所示的机构中，从动件(杆)在最低位置时，尖顶在点(图1a)，以凸轮的最小半径所作的圆称为基圆，称为基圆半径。图1凸轮机构的位移曲线图2凸轮机构的压力角2．行程和转角当凸轮按逆时针方向转过一个角度δ时(图1b)，从动件将上升一段距离，即产生一段位移s。当凸轮转过δ0时，从动件到达最高位置(图1c)，此时从动件的最大升距称为行程，用h表示。凸轮转动角度δ，称为转角(也称为动作角或运动角)。3．位移曲线如果将从动件的位移s与凸轮转角δ的关系用曲线表示（图1d），此曲线称为从动件(杆)的位移曲线（s-δ曲线）。4．压力角图2所示的凸轮机构中，从动件(杆)与凸轮轮廓在A点接触，凸轮给从动件一作用力F，其方向为沿接触点的法线方向，我们把这个力的作用线与从动件运动方向之间的夹角，叫做凸轮机构在该点的压力角，用α表示。从动件的运动规律是指其位移、速度和加速度随时间变化的规律。从动件的运动规律是根据机器工作要求确定的。从动件不同的运动规律对应于不同的凸轮轮廓。在设计凸轮机构时，首先选定从动件的运动规律，再根据运动规律设计凸轮轮廓。最常用的运动规律有以下两种。1.等速运动规律当凸轮以等角速度转动时，从动件在推程和回程的速度为常数，这种运动规律叫做等速运动规律(下图)。等速运动规律2.等加速等减速运动规律这种运动规律是从动件在一个推程或者回程中，前半段做等加速运动，后半段做等减速运动；而且前后两段加速度的绝对值相等。等加速等减速运动规律当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。1．“反转法”作图方法凸轮轮廓曲线作图的方法是“反转法”。为了作图方便起见，可以看成凸轮在图纸上不转动，而将从动件的位置看成是相反于凸轮的旋转方向转动，并以此方向作图，这就是“反转法”。这种方法的优点是容易作图。2．轮廓曲线画法步骤(1)先画出从动件的位移曲线图。用凸轮转角作横坐标，以从动件的位移作纵坐标，由从动件的运动规律作出位移曲线，如图b所示。(2)再画凸轮轮廓曲线。在凸轮基圆上作等分角线，用“反转法”以与位移曲线相同的比例截取各对应点(位移行程)，连接各点，即可得凸轮轮廓曲线。如图a所示。尖顶式移动凸轮的画法