《机械设计基础》课程教案主题03 凸轮机构.pdfVIP

主题3凸轮机构

一、教学目标

了解凸轮机构的应用和分类、从动件的常用运动规律

二、课时分配

本章绪论共4个单元，本章安排5个学时。其中理论学时4个学时，实

践学时1个学时。

三、教学重点

从动件的常用运动规律，凸轮机构基本尺寸的确定

四、教学难点

凸轮机构基本尺寸的确定

五、教学内容

单元1凸轮机构的应用和分类

一、凸轮机构应用

如图所示为内燃机控制气阀开闭的凸轮机构，当主动件凸轮1匀速转动时，

它的轮廓驱使从动件阀杆2做上下往复移动，从而按预定的时间打开或关闭气

阀，以控制燃气准时进入汽缸或废气准时排出汽缸。

如图所示为自动车床刀架进给机构，当凸轮4转动时，其轮廓迫使从动杆3

往复摆动，通过固定在从动杆上的扇形齿轮2带动刀架下部的齿条，使刀架1

前、后移动，完成所需要的进刀和退刀运动。

由以上两例可知，凸轮机构通常由机架1、从动件2、凸轮3组成，如图33所示。

当凸轮匀速转动时，通过凸轮轮廓与从动件高副接触，驱使从动件做往复移动或

摆动。

凸轮机构结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动

件实现任意的运动规律。在自动化机械中，凸轮机构常与其他机构组合使用，充

分发挥各自的优势，扬长避短。由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，磨损后会

影响运动规律的准确性，因此通常用于传力不大的控制机构。

二、凸轮机构的分类

1、按凸轮形状分类

（1）盘形凸轮

（2）移动凸轮

（3）圆柱凸轮

2、按从动件形状分类

（1）尖顶从动件

（2）滚子从动件

（3）平底从动件

3、按从动件的运动形式分类

（1）直动从动件

（2）摆动从动件

4、按锁合方式分类

（1）力锁合

（2）形锁合

单元2从动件的常用运动规律

一、从动件常用运动规律

1、等速运动规律

2、等加速等减速运动规律

3、简谐运动（余弦加速度运动）规律

4、摆线运动（正弦加速度运动）规律

单元3凸轮的轮廓曲线

一、反转法原理

在整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、

方向相反的角速度（－ω1），于是凸轮静止不动，而从动件则与机架（导路）一

起以角速度（－ω1）绕凸轮转动，且从动件仍按原来的运动规律相对导路移动

（或摆动），如图所示。因从动件尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以从动件在

反转行程中，其尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。

二、对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

三、对心移动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

四、对心移动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

单元4凸轮机构设计中的几个问题

一、压力角

为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制，即使其

最大压力角αmax始终小于或等于许用压力角［α］。在一般工程设计中，推荐

的许用压力角为：推程中，移动从动件［α］=30°，摆动从动件［α］=45°；

回程中，一般不会有自锁现象，故许用压力角可取得大些，通常［α］=70°～

80°。

二、基圆半径的确定

压力角的大小与基圆半径有关，基圆半径越小，凸轮轮廓越陡，压力角越大，

机构效率越低，甚至会发生自锁。而基圆半径越大，凸轮轮廓越平缓，压力角越

小，但此时机构的体积较大。因此，在确定基圆的半径时要两者兼顾。

三、滚子半径的确定

在从动件为滚子底的凸轮机构中，滚子半径的选择要综合考虑滚子的结构、

强度、凸轮的轮廓形状等因素，滚子半径不能取得过大，这样可能会使从动件不

能完成预定的运动规律，即产生失真现象。

六、课后作业

完成主题检测。