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凸轮机构的设计
一、简介
凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。
凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。

二、凸轮机构的工作原理
由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。
一、工作过程和参数
在凸轮机构中最常见的运动形式为凸轮机构作等速回转运动，从动件往复移动。以图6-8为例（对心外轮廓盘形凸轮机构）。首先介绍一下本图中各构件的名称。
1，运动分析：

从动件运动状态
凸轮运动
凸轮转过的角度
升
AB

停
BC
2
降
CD
3
停
CA

2、参数
①推程（升程）-- 从动件自最低位置升到最高位置的过程
②推程角（升程角）--推动从动件实现推程时的凸轮转角（1）
③回程 -- 从动件自最高位置升到最低位置的过程
④回程角 --从动件从最高位置回到最低位置时的
凸轮转角（3）
⑤远停角（远休止角）从动件在最高位置停止不动，与此对应的凸轮转角。（2）
⑥近停角（近休止角）从动件在最低位置停止不动，与此对应的凸轮转角。（4）
⑦基圆（r0）-- 以凸轮轮廓上最小半径所画的圆。
⑧对心-- 从动件的运动方向线通过凸轮的中心
⑨偏心-- 从动件的运动方向线不通过凸轮的中心
二、从动件的常用运动规律
　　1、等速运动规律
　　位移公式：S=vt—公式1
　　角速度的公式：ω=/t 则t=/ω—公式2

　　将公式2代入1得S=
（2）运动分析：

从动件运动状态
凸轮运动
凸轮转过的角度
升
AB

降
BC

停
CA

（3）从动件位移曲线（如图6-9b图）
横坐标—凸轮转过的角度
纵坐标—从动件位移量
以图6-9为例,设位移量为15mm.画出位移曲线图
尖顶对心盘形凸轮的基圆半径为20mm,从动件的运动规律如下：
凸轮转角
0°～90°
90°～180
180°～360°
从动件位移规律
等速上升20mm
停止不动
等速下降到原处

试画出凸轮轮廓曲线，并标出上升段和下降段转角每45°处的向径。

（4）优缺点:

优点:曲线轮廓设计简单。
缺点：存在刚性冲击。
（5）场合：低速，从动件质量轻和轻载的场合。
（6）措施：在位移曲线转折处采用圆弧过渡修正。

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【小结】
了解凸轮机构的等速运动规律。优缺点，应用场合。会画曲线图。并能根据曲线图画出凸轮轮廓曲线。
三、举例及应用
一、凸轮机构的应用
凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。
如图所示为以内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往
复摆动，从而使气门3开启和关闭，以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的。

二、举一例子，设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构。凸轮角速度ω1=1rad/s，逆时针转向，推杆最大行程h=25mm，凸轮推程运动角δ0=120°，运动规律为正弦加速度运动，远休止角δ01=60°，凸轮回程运动规律为余弦加速度运动，回程运动角度δ=120°，近休止角δ02=60°，许用压力角[α1]=30°、[α2]=60°。
（1）确定理论轮廓曲线的基圆半径
由前述方法，作出确定基圆半径的曲线。
推程：X=25[(3δ/2π)-sin(3δ)/2π] Y=25[1-cos(3δ)]/(2π/3) (0≤δ≤2π/3)
回程：X=25[1+cos(3δ/2)]/2 Y=-25πsin(3δ/2)/(4π/) (0≤δ≤2π/3)
用EB做图可得r0min=OO1=15.584mm， 且O1点e=11.416mm。取整后可在可行区内取一点r0=20mm、e=10mm。则S0=17.32mm。
（2）做凸轮的轮廓曲线
凸轮的理论轮廓曲线方程为分段方程。
推程：X={17.32+25[(3δ/2π)-sin(3δ)/2π]}sinδ+10cosδ
Y={17.32+25[(3δ/2π)-sin(3δ)/2π]}cosδ-10sinδ 式中0≤δ≤2π/3。
回程：X={17.32+25[1+cos(3(δ-π)/2)]/2}sinδ+10cosδ
Y={17.32+25[1+cos(3(δ-π)/2)]/2}cosδ-10sinδ 式中π≤δ≤5π/3。
远、近休止部分为两段以O为圆心的圆弧曲线。然后在凸轮理论轮廓曲线上作出ρmin=13.5mm，所以可取rr=5mm。最后做出凸轮实际轮廓曲线（如图3所示）。图4为此凸轮的零件图。

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