汽车机械基础第九章 凸轮机构

第九章凸轮机构
能力目标：
1．能根据发动机工作特点选用凸轮机构类型
2．能正确使用汽车凸轮机构
3．会按机器工作要求选用运动规律并设计凸轮轮廓
知识要求：
1．凸轮机构组成、类型、原理
2．凸轮机构传动特性及应用
3．凸轮结构、失效、材料及工艺
4．汽车运动构件的摩擦分析
5．凸轮轮廓设计（拓展知识）
6．其他常用机构（棘轮、槽轮、不完全齿轮）简介（拓展知识）
重点：
凸轮机构的类型和特点及应用
难点：
从动件运动规律及运动特性，凸轮结构及失效分析
学习指导：通过实际机构观察及多媒体教学，掌握凸轮机构的基本知识及应用。

一、凸轮机构的组成
1、凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。

凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。

从动件是被凸轮直接推动的构件。

凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。

2、凸轮机构的特点
1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。

2)缺点：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。

二、凸轮分类：
凸轮机构的类型很多，常就凸轮和从动杆的端部形状及其运动形式的不同来分类。

(1) 按凸轮的形状分
1)盘形凸轮(盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转)
2)移动凸轮(移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。

)
3)圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。

)
4)曲面凸轮
按锁合方式的不同凸轮可分为：力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。

2) 按从动杆的端部形状分
1) 尖顶
这种从动杆的构造最简单，但易磨损，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
滚子从动杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。

3) 平底
平底从动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。

(3)按推杆的运动形式分
1)移动
往复直线运动。

在移动从动杆中，若其轴线通过凸轮的回转中心，则称其为对心移动从动杆，否则称为偏置移动从动杆。

2)摆动
作往复摆动。

三、凸轮与从动杆的运动关系
1、基本尺寸及主要参数： (以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例加以说明)
基圆——以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。

r0称为凸轮的基圆半径。

推程——当凸轮以等角速度ω逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程。

而相应的凸轮转角Φ称为推程运动角。

远休——凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。

与之相应的凸轮转角Φs 称为远休止角。

回程——凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。

相应的凸轮转角Φ'称为回程运动角。

近休——当凸轮转过角Φs'时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。

Φs'称为近休止角。

行程——从动杆在推程或回程中移动的距离h 。

位移线图——描述位移s与凸轮转角φ之间关系的图形。

2、从动件的常用运动规律
所谓从动杆的运动规律是指从动杆在运动时，其位移s、速度v 和加速度a 随时间t 变化的规律。

又因凸轮一般为等速运动，即其转角φ与时间t成正比，所以从动杆的运动规律更常表示为从动杆的运动参数随凸轮转角φ变化的规律。

四、在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。

如机床中控制刀架进刀的凸轮机构，要求刀架进刀时作等速运动，所以应选择从动件作等速运动的运动规律，至于行程始末端，可以通过拼接其他运动规律曲线来消除冲击。

对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移的凸轮机构，如夹紧、送料等凸轮机构，可只考虑加工方便，采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。

对于高速凸轮机构，应减小惯性力所造成的冲击，多选择从动件作正弦加速度运动规律或其它改进型的运动规律。