3.1 凸轮机构的组成、分类与应用
3.1.1 凸轮机构的组成
凸轮机构是机械中常用的一种机构，它是由凸轮、从动件和机架三部分组成的高副机构。
3.1.2 凸轮机构的分类
按凸轮形状分类：盘形凸轮，凸轮的最基本形式，是绕一个固定轴线转动并变化矢径的盘形构件；移动凸轮，当盘形凸轮的回转中心趋于无穷大时，凸轮相对机架做往复运动，这种凸轮称为移动凸轮；圆柱凸轮，将移动凸轮卷成圆柱体而演化形成的。
按从动件的类型来分类：尖底从动件，从动件的尖底能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而实现从动件任意运动，但是易于磨损，仅适用于传力不大的低速凸轮机构；滚子从动件，耐磨损，可以承受加大的载荷，故应用最普遍；平底从动件，从动件的底面与凸轮之间易于实现楔形油膜，故常用于高速凸轮机构。
按从动件运动方式分类：移动从动件，从动件做往复运动；摆动从动件，从动件做往复摆动。
按从动件与凸轮保持接触的方式分类：力锁合凸轮机构，凸轮和从动件的接触是通过弹簧力、重力或其他外力的作用来实现的；几何锁合，依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终维持接触。
3.1.3 凸轮机构的应用
凸轮机构的优点是只需要设计适当的凸轮廓线就可以实现从动件的任意预期的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。
3.2 凸轮结构的基本概念和参数
这里以凸轮转动一周，从动件一次往复移动的凸轮机构来介绍其基本概念和参数。以凸轮轮廓曲线最小矢径为半径所做的圆称为基圆，凸轮的回转中心o点至过接触点从动件导路之间的偏置距离为e，以O为圆心，e为半径所作的圆称为偏距圆。以从动件是滚子为例，取滚子中心为参考点，该点当做尖底从动件的尖底，在凸轮转动过程中，该点轨迹形成一封闭曲线，称为此凸轮的理论轮廓曲线，或称理论廓线，凸轮的实际轮廓曲线也称为工作廓线，基圆是以理论廓线最小矢径为半径所作的圆。
凸轮机构运动经历以下过程：
推程。从动件的尖底与凸轮轮廓曲线上点接触，凸轮转动，矢径逐渐增加时，从动件逐渐远离凸轮，知道从动件上升到距离凸轮回转中心最远的位置。此过程中，从动件的位移称为推程，凸轮转过的对应角度称为推程运动角。
远休止。当凸轮继续转动，由于凸轮矢径不变，从动件仍停留在最远处，凸轮转过的角度称为远休止角。
回程。凸轮继续转动，当凸轮和从动件尖底接触点达到基圆位置时，这一过程中，从动件逐渐从最远位置到达起始位置。这一过程称为回程，转过的角度为回程运动角。
近休止。凸轮继续转动，由于接触点是基圆的圆弧，因此从动件不动，凸轮转过的角度称为近休止角。
凸轮转动过程中，从动件重复进行运动循环。这一循环过程根据实际需要可以没有远休止或近休止，但是推程和回程必不可少。
3.3 从动件常用运动规律
3.3.1 等速运动
等速运动在行程开始和终止位置的加速度和惯性力在理论上突变为无穷大，致使机构受到强烈冲击，称为刚性冲击。等速运动规律不宜单独使用，运动开始和终止手段必须加以修正。
3.3.2 等加速（等减速）运动
等加速（等减速）运动规律在开始、中点和终止位置加速度和惯性力存在有限度的突变，称为柔性冲击。因此，等加速（等减速）运动规律适用于中速的场合。
3.3.3 简谐运动
简谐运动在行程开始和终止位置，加速度有突变，会引起柔性冲击，只有在远近休止角均为零的时候才可以获得连续的加速度曲线。因此，简谐运动的运动规律也适用于中速的场合。
3.3.4 摆线运动
摆线运动加速度曲线连续，理论上不存在冲击。摆线运动规律的凸轮对加工误差敏感，适用于高中速、轻载的场合。
3.3.5 组合运动规律
为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来加以应用。组合时，两条曲线在连接位置必须保持连续，可消除某些运动规律中有冲击的部分，是速度和加速度曲线变得连续。除了考虑冲击之外，还要对各种运动规律的最大速度、最大加速度及其影响加以比较。若最大速度过大，则动量大，此时若从动件突然被阻止，会产生过大冲击力，从而危害设备及人生安全。若最大加速度过大，则高福处应力过大，此时对机构强度及耐磨性的要求也相应提高。
3.4 凸轮机构的压力角
3.4.1 凸轮机构的压力角的确定
凸轮机构中从动件的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角称为压力角，压力角越大凸轮工作的性能越差，当压力角大到一定数值，会导致机构产生自锁而无法运动。压力角的许用值：直动从动件在推程运动时：30°~40°，摆动从动件在推程运动时：40°~50°。滚子接触、润滑良好和支撑有较好刚度时，取数据上限，否则取下限。
3.4.2 压力角与基圆半径的关系
在其他参数相同的情况下，基圆半径越小，凸轮压力角越大。为了减小最大压力角可以适当增大凸轮基圆半径。由于基圆半径增大会增加凸轮的尺寸，因此基圆半径不宜过大。
3.4.3 压力角与偏置e的关系
凸轮逆时针转动，从动件处于竖直时（e=0），该点位置压力角为α。当从动件向左倾斜，有一右偏置时，压力角减小，当从动件右偏置过大时，压力角较之前有所增加，当从动件有左偏置时，压力角增加。
当凸轮逆时针转动时，采取适当的右偏置可以减小凸轮机构的推程压力角，但同时会使回程压力角增大。
3.5 盘形凸轮轮廓设计
3.5.1 图解法设计盘形凸轮机构
设计凸轮廓线采用反转法原理，即当尖底从动件凸轮机构以等角速度w顺时针转动时，从动件按预期运动规律运动。现设想给该凸轮机构加一个等角速度w逆时针转动时，凸轮机构中运动关系没变，但是凸轮将静止不动，这时尖底运动的轨迹就是凸轮轮廓曲线。
偏置尖底直动从动件盘形凸轮廓线的设计：
选定凸轮转动中心O，取与从动件位移曲线相同的比例尺，以r为半径做基圆，e为半径做偏距圆，当前从动件为凸轮推程起始位置，从动件导路中心线与偏距圆相切；
画出从动件位移线图，求出推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角，对线图进行若干等分；
基于反转法原理，凸轮不动，从动件和机架以角速度w逆时针转动，根据线图划分的角度分别作出从动件位置（保持与基圆相切）；
根据从动件位移线图中位移量作出B₁,...,B9点；
将这几个B点顺次连成光滑曲线（远近休止部分用圆弧即可），就可得到要求的凸轮轮廓曲线。
偏置滚子直动从动件盘形凸轮廓线的设计：
首先设计滚子中心运动轨迹，然后在理论廓线上以滚子半径画出一系列的圆，做这些圆的包络线。
需要指出的是，滚子半径的大小对凸轮的实际轮廓有很大的影响，当滚子半径大于等于理论廓线最小曲率半径时，会使凸轮的实际轮廓产生尖点或失真。
平底直动从动件盘形凸轮廓线的设计：
当从动件的端部是平底时，凸轮实际轮廓曲线的求法与滚子直动从动件相仿。过所有B点，做一系列平底，最后平底包络出的曲线即为凸轮工作廓线。对于平底直动从动件，只要不改变导路的方向，无论导路对心还是偏置，无论取哪一点为参考点，所得出的直线族和凸轮实际轮廓曲线都是一样的。
尖底摆动从动件盘形凸轮廓线的设计：
选取适当作图比例尺，选定作出O点、基圆、摆动中心A的轨迹，选取A的起始点；
根据从动件角位移线图，作出一系列A点位置；
以各A点为圆心，A、B起始点的距离为半径做圆弧，使得各角等于从动件角位移线图里面的数据，作出一系列C点，并顺次连接，即为凸轮轮廓。
3.5.2 解析法设计盘形凸轮机构
解析法设计凸轮轮廓就是列出凸轮轮廓的坐标表达式。
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