单元三
凸轮机构

学习目标

1．能叙述凸轮机构的组成及特点。

2．能叙述凸轮机构的分类。

3．能解释凸轮机构的基本参数。

4．通过探究活动，能分析凸轮机构的运动过程。

内容概要

凸轮机构在机器上的应用广泛，特别是在自动化和半自动化机械中，如汽车发动机配气机构、柴油机柱塞式喷油泵。在汽车发动机的配气机构中，通过连续转动的凸轮的轮廓，驱动气门杆往复运动，从而按预定的时刻打开或关闭气门，完成配气要求。学好凸轮机构可以为以后发动机的维修打下良好的基础。

知识准备

一、凸轮机构的组成及特点

引导问题：分析图3-3-1所示的气门启闭凸轮机构，判断凸轮机构中一般哪个构件做主动件。

如图3-3-1所示为内燃机中用以控制气门开闭的凸轮机构。凸轮作等速旋转，当凸轮的凸起部分与摇臂接触时，推动摇臂绕摇臂轴做顺时针旋转，摇臂克服气门弹簧的作用力，迫使气门杆向下移动，气门打开。当凸轮的凸起部分离开摇臂时，在气门弹簧力的作用下，气门杆向上移动，气门关闭。气门开启和关闭时间的长短及速度变化，取决于凸轮的轮廓曲线的形状。

从上例可知，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，如图3-3-2所示。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮机构中，主动件一般为凸轮，凸轮通常做等速转动或往复的直线运动，从动件做往复摆动或往复直线运动。通过凸轮与从动件的直接接触，驱使从动件获得预期运动规律。因从动件的运动规律取决于凸轮轮廓线的形状，故能获得较为复杂的运动规律，所以凸轮机构广泛应用于各种自动化机械、自动控制装置和仪表中。

凸轮机构结构简单、紧凑，设计方便，可以高速起动，动作准确可靠；但凸轮与从动件之间为点或线接触，属于高副机构，接触应力大，容易磨损。因此，凸轮机构一般用于传递动力不大的场合。

二、凸轮机构的分类

引导问题：凸轮机构按凸轮的形状可以分为几类？能做往复直线移动的凸轮是什么凸轮？

根据凸轮和从动件的不同形状和运动方式，凸轮机构有下面几种分类方式。

1．按凸轮的形状不同分类

（1） 盘形凸轮机构 盘形凸轮是一个绕固定轴线转动并具有径向廓线尺寸变化的盘形构件，如图3-3-2所示，它是凸轮的最基本形式，结构简单、应用广泛，但从动件的行程不能太大，否则将导致结构庞大。

（2） 移动凸轮机构 移动凸轮可视为回转中心趋近于无穷远的盘形凸轮，它相对机架做直线往复移动，如图3-3-3所示。

（3） 圆柱凸轮机构 圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上制出曲线轮廓的构件，并绕其轴旋转，它的从动件可以获得较大的行程。通常，轮廓曲线位于柱体端部并绕其轴线旋转的凸轮称为端面凸轮机构，如图3-3-4所示。轮廓曲线位于柱体面上并绕其轴线旋转的凸轮称为圆柱凸轮机构，如图3-3-5所示。

2．按从动件的运动形式分类

（1） 移动从动件 从动件在直线位置做往复移动，如图3-3-2、图3-3-3和图3-3-4所示，其对应的凸轮机构称为移动从动件凸轮机构。

（2） 摆动从动件 摆动从动件就是从动件只做往复摆动，如图3-3-5和图3-3-6所示，其对应的凸轮机构称为摆动从动件凸轮机构。

3．按从动件端部的结构形式分类

（1） 尖顶从动件凸轮机构 尖顶从动件结构简单，如图3-3-2所示，它能与复杂的凸轮轮廓保持点或线接触，因而从动件可以实现复杂的运动规律。因为尖顶易磨损，故只适用于传递动力不大的低速凸轮机构中。

（2） 平底从动件凸轮机构 平底从动件受力方向始终与底面垂直，如图3-3-6和图3-3-7所示，因此受力较平稳。在高速工作时，底面与凸轮之间较易形成油膜，从而减少摩擦、磨损，故在高速凸轮机构中应用较多。

（3） 滚子从动件凸轮机构 如图3-3-8所示，滚子从动件的滚子与凸轮做滚动摩擦，摩擦阻力小，不易磨损，因此可用来传递较大的动力。滚子从动件的滚子与凸轮耐磨损，承载力大，是最常用的一种形式。