浙江工业职业技术学院 日期：2009.10 NO9
§5.1凸轮机构概述 课 题 §5.2常用从动件的运动规律 1、了解凸轮机构的应用和分类； 目的要求 2、熟悉凸轮和滚子的材料； 3、熟悉凸轮机构的运动分析； 凸轮机构分类应用及特点、从动件的运动规律分析是本次课的重 重点、难点，而从动件的运动规律分析的是本次课的难点。 点 1、按从动件的形状和运动，凸轮机构可分为哪几类？ 2、从动件端部与凸轮轮廓接触的方式有哪两种？ 复习提问要点： 3、凸轮和滚子的常用材料有哪些？ 4、何谓凸轮机构的运动分析？ 5、从动件常用的运动规律有哪些？ 教具、实验及教学手段 作业布置 教材、教案、教参等。 老师讲解为主（举例、介绍经验），举一反三，课后小结，布置作 业。 1、P72：思考题：5-4 2、P73：5-2 上课和作业情况较正常。 教学反映 凸轮机构在自动仪表和自动机床中应用很广，本次课主要是让学 生熟悉凸轮机构的类型及凸轮机构的特性分析，通过凸轮轮廓分析从 课后分析 动件的位于移、速度和加速度，并了解从动件的运动规律。 复习提问：
1、按给定的连杆位置设计四杆机构 2、按给定的连加杆的位置设计四杆机构 3、按给定的的K设计四杆机构
在某些机械中，为获得比较复杂的运动规律，常应用凸轮机构，凸轮机构结构简单、紧凑能方便地设计凸轮轮廓以实现从动件预期的运动，广泛地应用于自动化和半自化机械中作为控制机构。
§5.1凸轮机构
一、凸轮机构的应用和分类 1、凸轮机构的组成：
凸轮、从动件和机架三个基本构成。凸轮与从动件间的运动副为高副，由此可将主动件的连续转动或移动转换为从动件的移动或摆动。
2、凸轮机构的类型
（1）按凸轮和从动件的形状、运动形式分类
1）盘状凸轮 它绕固定轴转动且向变化向径的盘形零件，是凸轮的基本形式。 2）移动凸轮 外形通常呈平板状，可视作回转中心趋于无穷远时的盘形凸轮。 3）圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱状即成圆柱凸轮。
图9-1盘状凸轮 图9-2移动凸轮 图9-3圆柱凸轮
（2）按从动件端部结构分类
1）尖端从动件 从动件的端部为尖顶，这种从动件构造最简单，其尖顶能与外凸或内凹轮廓接触，可以实现复杂的运动规律。但尖顶易磨损。作于低速、轻载场合。
2）滚子从动件 从动件的端部装有可自由转动的滚子，它与凸轮相对运动时为滚动摩擦，因此阻力较小。可以承受较大的载荷，应用较广。
3）平底从动件 从动件底部为一平底。这种从动件与凸轮轮廓接触处在一定条
件下可形成油膜得于润滑，传动效率高。
（3）按从动件运动形式分类
可分为直动从动件和摆动从动件两种。
一般情况下，从动件始终要与凸轮轮廓接触。凸轮机构中，采用重力和弹簧力使从动件端部始终与凸轮相接触的方式为力锁合；采用特殊几何形状实现从动件端部与凸轮相接触的方式称为形锁合。
凸轮机构的应用特点：凸轮机构结构简单、紧凑能方便地设计凸轮轮廓以实现从动件预期的运动，广泛地应用于自动化和半自化机械中作为控制机构。但因凸轮轮廓与从动件间为点接触和线接触而易磨损，因此不宜承受重载或冲击载荷。
二、凸轮和滚子的材料
凸轮机构的主要失效形式是磨损和疲劳点蚀，要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨损并且有足够的表面接触强度，对于经常受到冲击的凸轮机构要求凸轮芯部有足够的韧性。
低速和中小载荷的场合，凸轮一般采用45钢、40Cr表面淬火，表面硬度可达40-50HRC；亦可采用15、20Cr、20CrMnTi，经渗碳表面淬火，表面硬度可达56-62HRC。
滚子材料可20Cr经渗碳表面淬火，表面硬度可达56-62HRC。 三、凸轮结构与安装
在结构设计时，应考虑到安装凸轮时便于调整凸轮与轴之间的相对位置。凸轮常用的结构：凸轮轴、整体式、镶块式和组合式。
凸轮在轴上的固定，除采用键联接外，也可用紧定螺钉和圆锥销固定，初调时用紧定螺钉定位，然后用圆锥销固定。采用开槽锥形套固定，调整灵活，但传递转矩不能过大。
§5.2凸轮机构的特性分析
图9-5整体式凸轮 图9-6组合式凸轮
一、凸轮机构的运动分析
凸轮机构中，从动件的运动由凸轮轮廓决定。根据凸轮轮廓分析从动件的位移、
速度、加速度，称为凸轮机构的运动分析。下图为对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。
动件经过的距离h称为推程，对应的?01称为推程角。
当凸轮继续转过?fd，从动件在最高位置静止不动，?fd远程推角。
当凸轮继续转过?02，从动件按一定的运动规律下降，这个过程称为回程，对应的转角?02称为回程角。
当凸轮继续，从动件此时停留不动，对应的转角?nd称为近程停角。 （1）位移线图（s??）： 凸轮转过?1，从动件上移s1?11?， 凸轮转过?2，从动件上移s1?22?
凸轮转过?6，从动件上移s6?66?等。依此规律可以逐点画出从动件的位移曲线。
图9-7
当凸轮以等角速度?逆时针回转?01时，从动件被凸轮推动到达最高位置B，从
（2）速度线图v??
凸轮加速度?为常数，推程位移线图为一斜直线，所以从动件的速度为恒定值，这一运动规律称为等速运动规律。同理回程亦为等速运动规律，只是速度相反。停程时速度为零。
（3）加速度线图a??。
加速度是速度的导数，由于速度v为常数，因此等速运动过程中加速度a?0，但在运动起动和终止时，理论上加速度趋于无穷大，从而引起较大的冲击。加速度趋于无穷大时引起的冲击称为刚性冲击。
速度、位移、加速度线图称为运动线图，它们是凸轮机构运动分析的简明表达形式。是凸轮轮廓曲线设计和深入进行凸轮机构动力分析的依据。
二、从动件的常用运动规律
从动件运动规律指推程和回程中从动件位移s、速度v、加速度a随凸轮转角变化的规律。
1、等速运动规律
凸轮角速度?为常数时，从动件速度v不变， 称为等速运动规律。位移表达式为s?h?0?
等速运动规律，运动起点和终点瞬时从动件的 加速度无穷大，将产生刚性冲击，因此应用于中、 小功率和低速场合。为了避免刚性冲击，实际应用 时常用圆弧或其他曲线修正位移线图的始末两端。 使刚性冲击改为有限冲击或柔性冲击。
2、等加速、等减速运动规律
对于等加速、等减速运动规律，通常是指从动 件在一个选行程中，前半程作等加速运动，后半和 作等减速运动，两部分加速度绝对值相等，前半程 位移方程为s?2h?02?。 2从等加速、等减速运动规律的位移、速度、加 速度线图可以看出，等加速、等减速运动规律的加 速度在运动起点、中点和终点时变为有限值，产生 的冲击为柔性冲击，用于中速场合。
图9-9
《机械设计基础》教案九
