第5章 凸轮机构

5.1 概述

凸轮机构是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。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。在进行机械设计时，当从动件必须准确地实现某种预期的复杂运动规律时，常采用凸轮机构。

5.1.1 凸轮机构的应用及特点

如图5.1所示为内燃机的配气机构。其中构件3为机架，当凸轮1匀速转动时，其轮廓曲线迫使气阀2（从动件）向下移动打开气门，可燃混合气进入气缸；当凸轮的最小半径处与从动件接触时，气门保持关闭。这样气门按预定时间打开或关闭，以完成内燃机的配气功能。弹簧使凸轮1与从动件2保持接触。

如图5.2所示为自动机床的进刀机构。

当凸轮做等速回转时，其上曲线凹槽的侧面推动从动件2绕O点做往复摆动，从而通过扇形齿轮2和固定在刀架3上的齿条，控制刀架做进刀和退刀运动。刀架的运动规律则取决于凸轮1上曲线凹槽的形状。

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高副机构。凸轮是一个能控制从动件运动规律的具有曲线轮廓（凹槽）的构件，凸轮通常作为主动件并且等速运动；从动件是运动规律受凸轮轮廓控制的构件。凸轮机构主要用于转换运动形式，它可以将凸轮的转动变为从动件的连续或间歇移动（或摆动）；也能将凸轮的移动变为从动件的移动（或摆动）。

凸轮机构主要优点是：从动件的运动规律可以任意拟订，且结构简单、紧凑，故广泛应用于各种机械、仪器和操纵控制装置中；可以高速启动，动作准确可靠。缺点是：凸轮轮廓表面与从动件点或线接触，故易磨损。因此凸轮机构通常用于传力不大的场合。

5.1.2 凸轮机构的类型

1．按凸轮的形状分类

（1）盘形凸轮。如图5.1所示，凸轮呈盘状，并且具有变化的向径。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。它是凸轮的最基本形式，结构简单，应用广泛。

（2）移动凸轮。当盘形凸轮的转轴位于无穷远处时就演化成了如图5.3所示的凸轮，这种凸轮称为移动凸轮。凸轮呈板状，它相对于机架做直线移动。

以上两种机构，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又称为平面凸轮机构。

（3）圆柱凸轮。如图5.2所示，凸轮的轮廓曲线在圆柱体上，它可以看成把上述移动凸轮卷成圆柱体演化而成的。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，故它属于空间凸轮机构。

2．按从动件的形状分类

（1）尖端从动件。如图5.4所示的凸轮就是尖端从动件，其特点是结构简单、紧凑，从动件尖端始终与凸轮轮廓接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处易磨损，故只适用于速度较低和传力不大的场合。

（2）滚子从动件。如图5.5所示的凸轮就是滚子从动件，从动件端部装有可以自由转动的滚子，由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，摩擦阻力小，不易磨损，能传递较大的动力。但端部结构复杂，质量较大，不易润滑，且滚子与轴之间有间隙，故不适于高速场合。

（3）平底从动件。如图5.6所示是平底从动件，其结构简单，从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，接触处易形成油膜，润滑状况好，摩擦阻力小，传动效率高。其缺点是与之配合的凸轮轮廓必须全部为外凸形状，运动规律受到限制，适用于高速场合。