图1-25 凸轮机构1—凸轮 2—从动杆3—机架凸轮机构的分类方法很多，通常按凸轮和从动件的几何形状及从动件的运动形式分类。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用较多，但从动杆的行程不能太大，所以盘形凸轮多用在行程较短的传动中。图1-26 凸轮种类a）盘形凸轮 b）移动凸轮 c）、d）圆柱凸轮尖顶从动件 如图1-27a所示，它的优点是结构简单，但尖顶易于磨损，故只适用于传力不大的低速凸轮机构中。......
2023-06-25
空间凸轮机构设计及动力学问题研究
【摘要】：凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。因此，高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已引起普遍重视，提出了许多适于在高速条件下采用的推杆运动规律，以及一些新型的凸轮机构。由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。几何封闭的凸轮机构。
1.凸轮机构的应用
在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构，现举两例加以说明。
图6-110所示为内燃机的配气机构，当凸轮1回转时，其轮廓将迫使推杆2做往复摆动，从而使气阀3开启或关闭（关闭是借弹簧4的作用），以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度与加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。
如图6-111所示，自动机床的进刀机构。当具有凹槽的圆杆凸轮1回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子3迫使推杆2绕轴O做往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。
图6-110 内燃机的配气机构
1—凸轮；2—推杆；3—气阀；4—弹簧
图6-111 进刀机构
1—凸轮；2—推杆；3—滚子
由上两例可见，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常做等速转动，但也有做往复摆动或移动的。被凸轮直接推动的构件称为推杆（因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件）。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。
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，就可以使椎杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。
凸轮机构的缺点是凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也越来越快。因此，高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已引起普遍重视，提出了许多适于在高速条件下采用的推杆运动规律，以及一些新型的凸轮机构。另外，随着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍应用，从而提高了设计和加工的速度及质量，这也为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。
2.凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同进行分类。
1）按凸轮的形状划分
（1）盘形凸轮。盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件［图6-112（a）］，绕固定轴线回转。如图6-112（b）所示，凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它做往复直线移动，故称其为移动凸轮。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。
（2）圆柱凸轮。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上做出曲线轮廓［图6-112（c）］的构件。由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。圆柱凸轮可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。
图6-112 凸轮的形状
（a）盘形凸轮；（b）移动凸轮；（c）圆柱凸轮
2）按推杆的形状划分
（1）尖顶推杆。如图6-113（a）、（b）所示，这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合，如用于仪表等机构中。
（2）滚子推杆。如图6-113（c）、（d）所示，这种推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。
（3）平底推杆。如图6-113（e）、（f）所示，这种推杆的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。
图6-113 推杆的形状
（a）、（b）尖顶推杆；（c）、（d）滚子推杆；（e）、（f）平底推杆
根据推杆的运动形式的不同，把做往复直线运动的推杆称为直动推杆，做往复摆动的推杆称为摆动推杆。在直动推杆中，若其轴线通过凸轮的回转轴心，则称其为对心直动推杆，否则称为偏置直动推杆。
综合上述分类方法，就可得到各种不同类型的凸轮机构。
根据在运动中凸轮与推杆保持接触的方法不同，凸轮机构又可分为力封闭的凸轮机构和几何封闭的凸轮构。
（1）力封闭的凸轮机构。在这类机构中，是利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接触的。
（2）几何封闭的凸轮机构。在这类机构中，利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆保持接触。如图6-114（a）所示，利用凸轮上的凹槽与置于槽中推杆的滚子使凸轮与推杆保持接触。如图6-114（b）所示，因与凸轮廓线相切的任意两平行线间的宽度B处处相等，且等于推杆内框上、下壁间的距离，所以凸轮和推杆可始终保持接触。如图6-114（c）所示，因凸轮理论廓线在径向线上两点之间的距离处处相等，故可使凸轮与推杆始终保持接触。如图6-114（d）所示，在此机构中，用两个固结在一起的凸轮控制同一推杆，从而形成几何封闭，使凸轮与推杆始终保持接触。
图6-114 几何封闭
（a）凸轮机构；（b）等宽凸轮机构；（c）等径凸轮机构；（d）共轭凸轮机构
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