图示为内燃机配气凸轮机构。具有曲线 叫做凸轮，当它作等速 转动时，其曲线 的平底接触，使气阀有规律地开启和闭合。工 作对气阀的动作程序及其速度和加速度都有严格的要求， 这些要求都是通过凸轮 的轮廓曲线来实现的。 ●由上例可以看出: 当凸轮运动时， 通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，可使从动件获得 预期的运动。 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架这三个基本构件所组成的一种高 副机构。
以上介绍了凸轮机构的几种分类方法。将不同类型的凸轮和从动件组合起 来，就可以得到各种不同形式的凸轮机构。设计时，可根据工作要求和使用场合 的不同加以选择。 【思考题】 凸轮机构的类型有哪些？在选择凸轮机构类型时应考虑哪些因素？ 【学习指导】 ●凸轮机构的类型选择：
3．按照从动件的运动形式分类 按照从动件的运动形式分为移动从动件和摆动从动件凸轮机构。 移动从动件 凸轮机构又可根据其从动件轴线与凸轮回转轴心的相对位臵分成 对心和偏臵两 种。
4．按照凸轮与从动件维持高副接触的方法 （1）力封闭型凸轮机构 所谓力封闭型， 是指利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始 终保持接触。如内燃机配器机构中的凸轮。 （2）形封闭型凸轮机构 所谓形封闭型，是指利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓 始终保持接触。 常用的形封闭型凸轮机构有以下几种：
本章的重点是凸轮机构的运动设计。它涉及到：根据适用场合和工作要求选 择凸轮机构的型式、 根据工作要求和使用场合选择或设计从动件的运动规律、合 理选择凸轮的基圆半径、 正确设计出凸轮廓线、对设计出来的凸轮机构进行分析 以校核其是否满足设计要求。
5.1 5.2 5.3 5.4 概述 常用的从动件运动规律 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法 凸轮机构基本尺寸的确定
根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的类型，是凸轮机构设计的第一步， 又称为凸轮机构的型综合。 由于凸轮及从动件的形状有多种，加之从动件的运动 形式有移动和摆动之分， 凸轮与从动件维持高副接触的方法又有力封闭型和形封 闭型两种， 故凸轮机构的形式多种多样，这就为合理选择凸轮机构的形式提供可 能。 在设计凸轮机构时，应根据使用场合和工作要求的不同加以选择。 （1）各种凸轮机构的特点及使用场合 凸轮机构类型 特点 使用场合
当滚圆沿纵坐标轴作匀 速纯滚动时，圆周上一点的 轨迹为一摆线。此时该点在 纵坐标轴上的投影随时间变 化的规律称摆线运动规律， 由于其加速度曲线为正弦曲 线，故又称为正弦加速度运 动规律。 特点：速度曲线和加速 度曲线均连续无突变，故既 无刚性冲击也无柔性冲击。 适用场合：高速轻载。
其位移方程式中多项式 剩余项的次数为 3、4、5，故 称 3－4－5 次多项式运动规 律。也称五次多项式运动规 律。 特点：速度曲线和加速 度曲线均连续无突变，故既 无刚性冲击也无柔性冲击。 适用场合：高速中载。
图中具有曲线凹槽的构件叫凸轮，当它作等速回转时，其上曲线凹槽的侧面 推动从动件绕 O 点作复摆动， 通过扇形齿轮和固结在刀架上的齿条，控制刀架作 进刀和退刀运动。刀架的运动规律则取决于凸轮上曲线． 按照从动件的形状分类 名称 尖 端 从 动 件 图形 说明 从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮 廓保持接 触，从而使从动件实现任意的运动规律。 这种从动件 结构最简单， 但尖端处易磨损， 故只适用 于速度较低 和传力不大的场合。
适用于各种 优点：封闭方式简单。 类型的从动件， 缺点：当从动件行程较 且对从动件的运 大时，所需要的回程弹簧太 动规律没有限 大。 制。 优点：封闭方式简单， 且从动件的运动规律不受限 制。 缺点：增大了凸轮的尺 寸及重量，且不能采用平底 从动件。 前者只适用 于凸轮廓线全部 外凸的场合；后 者可允许凸轮廓 线有内凹部分。
属空间凸轮机构。 优点：凸轮与从动件之 适用于从动 间的相对运动是空间运动， 件的运动平面与 当工作要求从动件的移动行 凸轮轴线平行的 程较大时，采用圆柱凸轮机 场合 构要比盘形凸轮机构尺寸更 为紧凑。
1）运动学方面的因素 主要包括： 工作所需要的从动件的输出运动是摆动的还是移动的；从动件和 凸轮之间的相对运动是平面的还是空间的； 凸轮机构在整个机械系统中所允许占 据的空间大小； 凸轮轴与摆动输出中心之间距离的大小等等。例如当工作要求从 动件的输出运动是移动时， 需选用移动从动件凸轮机构；当从动件的移动距离较 大而凸轮机构在整个机械中所允许占据的空间又相对较小时， 选择圆柱凸轮机构 要比选择盘形凸轮机构更适宜；当工作对 360 度范围内的运动规律均有要求时， 不能选用等宽或等径凸轮机构。 2）动力学方面的因素
为了克服尖端从动件的缺点， 可以把从动 件的端 部做成曲面， 称为曲面从动件。 这种结构 形式的从动 件在生产中应用较多。 为减小摩擦磨损， 在从动件端部安装一个 滚轮， 把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚 动摩擦，因 此摩擦磨损较小，可用来传递较大的动 力，故这种形 式的从动件应用很广。 从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触 处易形成 油膜， 润滑状况好。 此外， 在不计摩擦时， 凸轮对从 动件的作用力始终垂直于从动件的平底， 受力平稳， 传动效率高， 常用于高速场合。 缺点是与 之配合的 凸轮轮廓必须全部为外凸形状。
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运 动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单，只要设计出适当的凸轮 轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但另一方面，由于凸轮机 构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。 ●下面通过一个生产实例来说明凸轮机构的组成:
共同缺点：当 180°范 围内的凸轮廓线确定后，另 等宽和等直径凸轮机 外 180°的廓线必须根据等 构 宽或者等径的原则确定，从 而使从动件运动规律选择受 到限制。 优点：从动件的运动规 律不受限制， 可在 360º 范围 内任意选取。 缺点：结构比较复杂。 （2）选择凸轮机构型式时应考虑的因素
主要包括： 工作所要求的凸轮运转速度的高低；加在凸轮和从动件上的载荷 以及被驱动质量的大小等。例如：当工作要求凸轮的转动速度较高时，可选用平 底从动件凸轮机构； 当工作要求传递的动力较大时， 可选用滚子从动件凸轮机构。 3）环境方面的因素 考虑凸轮机构运动的环境条件，工作时凸轮机构的环境要求（如噪声、清洁 度等）。 4）经济方面的因素 考虑加工制造的成本，维护费用等。在选择凸轮机构型式时，简单性总是首 要考虑的因素。因此在满足运动学、动力学、环境、经济性等要求的情况下，选 择的凸轮机构型式越简单越好。
设计凸轮机构时， 首先应根据工作要求确定从动件的运动规律，然后按照这 一运动规律设计凸轮廓线。 以尖端移动从动件盘形凸轮机构为例，说明从动件的 运动规律与凸轮廓线之间的相互关系。 一、凸轮与从动杆的运动关系
定义 以轮廓的最小向径 rb 为半径作的圆。 即为最小向径 rb。 从动件远离凸轮轴心的运动。 从动件上升的最大距离，用 h 表示。 与推程对应的凸轮转角。 从动件处于静止不动的那段时间。 从动件朝着凸轮轴心运动的那段行 程。
只适用于作 用力不大和速度 优点：结构最简单 较低的场合（如 缺点：尖端处极易磨损 用于仪表机构 中），其他场合 极少使用。
优点：滚子与凸轮廓线 间是滚动摩擦，磨损较少， 滚子从动件凸轮机构 可用来传递较大的动力， 缺点：加上滚子后结构 复杂些。
优点：平底与凸轮廓线接 触处易形成油膜、能减少磨 损，受力平稳，传动效率较 适用于高速场 平底从动件凸轮机构 高。 合。 缺点：仅能与轮廓曲线 全部外凸的凸轮相作用。 均属于平面凸轮机构。 特点：凸轮与从动件之 间的相对运动是平面运动。 当主动凸轮作定轴转动时， 采用盘形凸轮机构；当主动 凸轮作往复移动时，采用移 动凸轮机构。
5.1.2 凸轮机构的分类 工程实际中所使用的凸轮机构型式多种多样，常用的分类方法有以下几种 1、按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种。 （1）盘形凸轮
这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化向径的盘形零件， 如内燃机配器 机构中的凸轮。 当其绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮转轴的平面内 运动。它是凸轮的最基本型式，结构简单，应用最广。 （2）移动凸轮
回程运 与回程对应的凸轮转角。 动角 从动件的运动规律：指从动件的位移 s、速度 v、加速度 a 及加速度的变 化率 j 随时间 t 和凸轮转角 变化的规律。 从动件的运动线图：从动件的 s、v、a、j 随时间 t 或凸轮转角 变化的 曲线。 常用运动规律：在工程实际中经常用到的运动规律，它们具有不同的运动和 动力特性。 二、从动件的常用运动规律 几种常用运动规律的运动线 章 凸轮机构
1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合，学会根据工作 要求和使用场合选择凸轮机构的类型。 2.掌握从动件几种常用运动规律的特点和适用场合以及不同运动规律位 移曲线的拼接方法，学会根据工作要求选择或设计从动件的运动规律。 3.掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从 动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏臵方向以及移动平底从动件盘形 凸轮机构的基圆半径、平底宽度和偏臵方向。 4.熟练掌握并灵活运用反转法原理，学会根据这一原理设计各类凸轮的廓 线.掌握凸轮机构设计的基本步骤，学会用计算机对凸轮机构进行辅助设计 的方法。
特点及应用 从动件速度为常量，故 称为等速运动规律，由于其 位移曲线为一条斜率为常数 的斜直线，故又称直线运动 规律。 特点：速度曲线不连续， 从动件运动起始和终止位臵 速度有突变，会产生刚性冲 击。 适用场合：低速轻载。 从动件在推程或回程的 前半段作等加速运动，后半 段作等减速运动，通常加速 度和减速度绝对值相等。由 于其位移曲线为两段在 O 点 光滑相连的反向抛物线，故 又称为抛物线运动规律。 特点：速度曲线连续， 不会产生刚性冲击；因加速 度曲线在运动的起始、中间 和终止位臵有突变，会产生 柔性冲击。 适用场合：中速轻载。 当质点在圆周上作匀速 运动时，其在该圆直径上的 投影所构成的运动称为简谐 运动，由于其加速度曲线为 余弦曲线，故又称为余弦加 速度运动规律。 特点：速度曲线连续， 故不会产生刚性冲击，但在 运动的起始和终止位臵加速 度曲线不连续，故会产生柔 性冲击。 适用场合：中速中载。 当从动件作无停歇的升--降 --升连续停歇运动时，加速 度曲线变成连续曲线，可用 于高速场合。
当盘形凸轮的转轴位于无穷远处时，就演化成了图示的移动凸轮（或楔形凸 轮）。凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。 在以上两种凸轮机构中， 凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又 统称为平面凸轮机构。 （3）圆柱凸轮 如果将移动凸轮卷成圆柱体即演化成圆柱凸轮。图示为自动机床的进刀机 构。 在这种凸轮机构中凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，故属于空间凸 轮机构。外齿刚轮调速系统结帮机左旋螺母力封闭型凸轮机构
