第4章凸輪機構及其設計

4.1　凸輪機構的應用與類型

4.1.1　凸輪機構的應用、組成及特點

凸輪機構是由具有曲線輪廓或凹槽的構件，通過高副接觸帶動從動件實現預期運動規律的一種高副機構。

（1）凸輪機構的應用。各種形式的凸輪機構廣泛應用在各類機械，特別是自動機和自動控制裝置中。

圖4-1所示為內燃機配氣凸輪機構。當凸輪1回轉時，其輪廓將迫使從動件2作上下運動，從而使氣閥開啟或關閉（關閉靠彈簧作用），以控制可燃物質適時進入氣缸或排出廢氣。氣閥開啟和關閉時間的長短及其開啟和關閉速度，則取決于凸輪輪廓曲線的形狀。

圖4-2所示為繞線機。當繞線軸3快速轉動時，經齒輪帶動凸輪A緩慢轉動驅使從動件2往復擺動，使線均勻纏繞在繞線軸上。

圖4-3所示為自動車床的進刀機構。當轉動有凹槽的凸輪1時，通過槽內滾子3驅使從動件2往復移動，通過扇形齒輪和固結在刀架4上的齒條，控制刀架4作進刀和退刀運動。刀架4的運動規律取決于凸輪1上曲線凹槽的形狀。

圖4-4所示是一種織機上使用的共軛凸輪打緯機構。主凸輪1和副凸輪2直接帶動筘座腳3做往復擺動。

（2）凸輪機構的組成。凸輪機構主要由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成。

（3）凸輪機構的特點。凸輪機構的最大優點是只要適當地設計出凸輪的輪廓曲線，就可以使從動件得到各種預期的運動規律，機構簡單、緊湊、可靠。正因如此，凸輪機構不可能被數控、電控等裝置完全代替。凸輪機構的缺點是凸輪廓線與從動件之間為點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載。

4.1.2　凸輪機構的類型

4.1.2.1　按凸輪的形狀分

凸輪機構按凸輪形狀可分為盤形凸輪和圓柱凸輪等。

盤形凸輪是一個具有變化向徑的盤形構件[圖4-1、圖4-2、圖4-4、圖4-5（a）]繞固定軸線回轉。如圖4-5（b）所示的移動凸輪可看作是轉軸在無窮遠處的盤形凸輪，它作往復直線移動，故稱其為移動凸輪。

圓柱凸輪是一個在圓柱表面上開有曲線凹槽（圖4-3），或是在圓柱端面上做出曲線輪廓[圖4-5（c）]的構件。圓柱凸輪機構由于凸輪與從動件的運動不在同一平面內，所以是一種空間凸輪機構。

4.1.2.2　按從動件端部形狀及其運動形式分

凸輪機構從動件端部基本形狀有尖頂、滾子和平底。尖頂從動件[圖4-2、圖4-6（a）、圖4-6（b）]能接觸復雜的凸輪輪廓，可實現任意運動規律。但因尖頂接觸磨損快，只適用于輕載、低速凸輪機構。滾子從動件[圖4-4、圖4-6（c）、圖4-6（d）]與凸輪輪廓間是滾動摩擦，所以承載大、耐磨損，可用于中速、重載。平底從動件[圖4-1、圖4-6（e）、圖4-6（f）]始終與作用力垂直，傳動效率較高，且接觸面間易形成動壓油膜，適于中、高速凸輪機構。

凸輪機構按其從動件運動形式分為直動從動件[圖4-1、圖4-6（a）、圖4-6（c）、圖4-6（e）]和擺動從動件[圖4-2、圖4-4、圖4-6（b）、圖4-6（d）、圖4-6（f）]。

4.1.2.3　按鎖合形式分

凸輪機構的鎖合形式有力鎖合與形鎖合。如圖4-1、圖4-2所示的凸輪機構為彈簧力鎖合；如圖4-3、圖4-4所示的凸輪機構使用的是形鎖合，它利用凸輪或推桿的特殊幾何結構使凸輪與推桿保持接觸。