第五章凸轮机构.doc

PAGE PAGE 105 第五章 凸轮机构 内容提要 本章首先介绍凸轮机构的组成、分类及应用，凸轮从动件常见的运动规律，其次重点介绍了两种凸轮轮廓的设计方法，即作图法设计凸轮轮廓曲线和解析法设计凸轮轮廓曲线。 5.1 概述 凸轮机构（cam mechanism）是最基本的高副机构，因为机构中有一特征构件——凸轮，而得名。凸轮机构可以通过设计合理的凸轮轮廓曲线，推动从动件精确地实现各种预期的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。它广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。本章主要介绍凸轮机构的基本类型和特点、平面凸轮机构中高副的轮廓曲线设计方法、平面凸轮机构基本尺寸的确定。 5.1.1 凸轮机构的组成及应用 1．凸轮机构的组成 如图5-1、5-2所示的凸轮机构由凸轮（cam）、从动件（follower）和机架（house）所构成。凸轮通常是具有曲线轮廓或凹槽的构件，当它运动时，通过力（常用弹簧）封闭或几何封闭使其曲线轮廓与从动件形成高副接触，使从动件获得预期的运动。其最大优点是：只要设计出适当的凸轮轮廓，就可以使从动件得到预期的运动规律，并且结构简单、紧凑、工作可靠，易于设计。 2．凸轮机构的应用 由于凸轮轮廓与从动件之间为高副接触，接触应力较大，易磨损，因此凸轮机构多用于传递动力不大的场合。 凸轮机构主要应用于以下几方面： 1）实现运动与动力特性要求 如图5-1所示的内燃机气门控制机构，要求能在凸轮1高速转动的工况下，快速推动推杆2（气阀）做有规律的往复运动，完成气门定时的开启、闭合动作，以控制燃气在适当的时间进入气缸或排出废气。只要凸轮机构设计得当，就能够实现气阀的运动学要求，并且具有良好的动力学性能。 2）实现预期的运动规律要求 如图5-2所示的自动机床的进刀凸轮机构，要求刀具先以较快的速度接近工件，然后等速前进切削工件，完成切削后刀具快速退回并复位停歇。具有曲线凹槽的凸轮1，当它以等速转动时，利用其曲线凹槽侧面推动从动摆杆2绕固定轴O往复摆动，并通过扇形齿轮和固定在刀架上的齿条啮合，控制刀架的运动，从而实现刀具的复杂运动规律。 图5-1 内燃机气门控制机构 图5-2 自动机床的进刀凸轮机构 1-凸轮 2-推杆 1-圆柱凸轮 2-从动摆杆 3-滚子 3）实现预期的位置及动作时间要求 如图5-3所示为自动送料凸轮机构，当带有凹槽的圆柱凸轮1转动时，推动从动件2作往复移动，将待加工毛坯3推到加工位置。凸轮每转动一周，从动件2就从储料罐4中推出一个待加工毛坯。这种自动送料凸轮机构能够完成输送毛坯到达预期位置并与其他工艺动作的时间协调配合，但对毛坯的运动规律无特殊要求。 图 5-3 自动送料凸轮机构 1-圆柱凸轮 2-从动件 3-毛坯 4-储料罐 5.1.2 凸轮机构的分类 凸轮机构的种类很多，通常可以从以下几个方面进行分类： 1．按凸轮的形状分类 1）盘形凸轮机构（plate cam mechanism） 在这种凸轮机构中，凸轮是一个绕定轴转动且具有变曲率半径的盘形构件，如图5-4a所示。当凸轮绕定轴回转时，从动件在垂直于凸轮轴线的平面内运动，故又称为平面凸轮机构。它是最基本的凸轮机构，应用最广。 2）移动凸轮机构（translating cam mechanism） 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就演化为移动凸轮，如图5-4b所示。在移动凸轮机构中，凸轮一般作往复直线运动。 3）圆柱凸轮机构（cylindrical cam mechanism） 在这种凸轮机构中，圆柱凸轮可以看成是将移动凸轮卷在圆柱体上而得到的凸轮，如图5-4c所示。由于凸轮和从动件的运动平面不平行，因而这是一种空间凸轮机构。 （a） （b） （c） 图5-4 按凸轮形状对凸轮机构分类 2．按从动件形状分类 1）尖顶从动件（knife-edge follower） 如图5-5a、b、f所示的凸轮机构中，从动件与凸轮的接触点为一尖点，称为尖顶。这种从动件结构简单，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，以实现从动件的任意运动规律。但尖顶易于磨损，故只适用于传力不大的低速凸轮机构，如各种仪表机构等。 2）滚子从动件（roller follower） 如图5-5c、d、g所示的凸轮机构，从动件以铰接的滚子与凸轮轮廓接触。铰接的滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，不易磨损，可承受较大的载荷，因而应用最为广泛。 3）平底从动件（flat-faced follower） 如图5-