第4章凸轮机构及其设计

4.1　凸轮机构的应用与类型

4.1.1　凸轮机构的应用、组成及特点

凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。

（1）凸轮机构的应用。各种形式的凸轮机构广泛应用在各类机械，特别是自动机和自动控制装置中。

图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。当凸轮1回转时，其轮廓将迫使从动件2作上下运动，从而使气阀开启或关闭（关闭靠弹簧作用），以控制可燃物质适时进入气缸或排出废气。气阀开启和关闭时间的长短及其开启和关闭速度，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。

图4-2所示为绕线机。当绕线轴3快速转动时，经齿轮带动凸轮A缓慢转动驱使从动件2往复摆动，使线均匀缠绕在绕线轴上。

图4-3所示为自动车床的进刀机构。当转动有凹槽的凸轮1时，通过槽内滚子3驱使从动件2往复移动，通过扇形齿轮和固结在刀架4上的齿条，控制刀架4作进刀和退刀运动。刀架4的运动规律取决于凸轮1上曲线凹槽的形状。

图4-4所示是一种织机上使用的共轭凸轮打纬机构。主凸轮1和副凸轮2直接带动筘座脚3做往复摆动。

（2）凸轮机构的组成。凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。

（3）凸轮机构的特点。凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，机构简单、紧凑、可靠。正因如此，凸轮机构不可能被数控、电控等装置完全代替。凸轮机构的缺点是凸轮廓线与从动件之间为点、线接触，易磨损，不适合高速、重载。

4.1.2　凸轮机构的类型

4.1.2.1　按凸轮的形状分

凸轮机构按凸轮形状可分为盘形凸轮和圆柱凸轮等。

盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件[图4-1、图4-2、图4-4、图4-5（a）]绕固定轴线回转。如图4-5（b）所示的移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮，它作往复直线移动，故称其为移动凸轮。

圆柱凸轮是一个在圆柱表面上开有曲线凹槽（图4-3），或是在圆柱端面上做出曲线轮廓[图4-5（c）]的构件。圆柱凸轮机构由于凸轮与从动件的运动不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。

4.1.2.2　按从动件端部形状及其运动形式分

凸轮机构从动件端部基本形状有尖顶、滚子和平底。尖顶从动件[图4-2、图4-6（a）、图4-6（b）]能接触复杂的凸轮轮廓，可实现任意运动规律。但因尖顶接触磨损快，只适用于轻载、低速凸轮机构。滚子从动件[图4-4、图4-6（c）、图4-6（d）]与凸轮轮廓间是滚动摩擦，所以承载大、耐磨损，可用于中速、重载。平底从动件[图4-1、图4-6（e）、图4-6（f）]始终与作用力垂直，传动效率较高，且接触面间易形成动压油膜，适于中、高速凸轮机构。

凸轮机构按其从动件运动形式分为直动从动件[图4-1、图4-6（a）、图4-6（c）、图4-6（e）]和摆动从动件[图4-2、图4-4、图4-6（b）、图4-6（d）、图4-6（f）]。

4.1.2.3　按锁合形式分

凸轮机构的锁合形式有力锁合与形锁合。如图4-1、图4-2所示的凸轮机构为弹簧力锁合；如图4-3、图4-4所示的凸轮机构使用的是形锁合，它利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆保持接触。