第
五
章
凸轮机构
§ 5-1 概述
§ 5-2 常用从动件的运动规律
§ 5-3 凸轮轮廓的设计与加工
§ 5-4 凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过
与从动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不连
续的任意预期运动。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。 由于凸轮机构具有
多用性和灵活性,因此广泛应用于机械,仪器,操纵
控制装置和自动生产线中,是自动化生产中主要的驱动
和控制机构。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，
因此只适用于传递动力不大的场合。
§ 5-1 概 述
一、应用,
例一,
所示为内燃机配气
凸轮机构。盘形 凸轮 1
匀速转动,通过其曲线
轮廓向径的变化,驱动
从动件 2按内燃机工作循
环的要求有规律地开启
和闭合。
配气机构
内燃机配气凸轮机构模型
例二,
所示为靠模车削机
构，工件 1回转，凸轮 3
作为靠模被固定在床身
上，刀架 2在弹簧作用
下与凸轮轮廓紧密接触。
当拖板 4纵向移动时，
刀架 2在靠模板（凸轮）
曲线轮廓的推动下作横
向移动，从而切削出与
靠模板曲线一致的工件。
例三,
所示为一自动
机床的进刀机构，当
具有凹槽的圆柱凸轮
1回转时，其凹槽的侧
面迫使推杆 2绕点 C作
往复摆动，从而控制
刀架的进刀和退刀运
动 。
自动机床上的走刀机构模型
二、分类,
1、按凸轮的形状,
① 盘形凸轮机构 —— 平面凸轮机构
② 移动凸轮机构 —— 平面凸轮机构
③ 圆柱凸轮机构 —— 空间凸轮机构
曲面凸轮机构 —— 空间凸轮机构
尖顶从动件
2、按从动件的形状,
①尖底从动件：用于低速；②滚子从动件：应用最普
遍； ③平底从动件：用于高速。
滚子从动件 平底从动件
3、按从动件运动形式,
①移动从动件 ②摆动从动件
1.力锁合,靠重力,弹簧力或其他外力使从动件
与凸轮始终保持接触的凸轮机构。
3、按锁合方式,
①力锁合 ② 几何锁合
等宽凸轮
沟槽凸轮
2.几何锁合,
所示为一对心直动尖顶从动
件盘形凸轮机构,凸轮上有
一最小向径,以最小向径 r。
为半径所作的圆称凸轮基圆,
r。称基圆半径,凸轮以等
角速度 ω 1顺时针转动。 凸
轮机构运动过程如下。
§ 5-2 常用从动件的运动规律
一、基本尺寸和运动参数
基圆
r0
s
h
0
推程运动角
远休止角
回程运动角
近休止角
?
? ?t?
S?
'?
'S?
B
C
二, 常用从动件运动规律
s
v
a
h
?
?,t
?,t
?,t
∞
-∞
0
v
刚性冲击,
由于加速度发生无穷大
突度而引起的冲击称为
刚性冲击 。
1、等速运动规律（推程段）
2,等加速等减速运动规律
a
?
v
O 1 2
?,t
?,t
?,t
s
h
3 4 5 6
1
9
4
1
0
4
A
0
a
B C
柔性冲击,
加速度发生有限值的
突变 （适用于中速场
合）
2
2
1 atS ?
taV 0?
3、余弦 加速度 运动规律变化
a
v
?
?,t
?,t
?,t
s
h
1O 2 3 4 5
6
1
2
3
4
5
?
s
运动特征,
若 为零，无冲击,
若 不为零，有冲击
SS ?? ?,
SS ?? ?,
s?
s?
'
s?
'
s?
4、正弦加速度运动规律变化
?,t
s
v
a
?,t
?,t
h
?
654321
r
s
?
B
A A
0
运动特征：没有冲击
5、组合运动规律
把上述几种运动规律组合起来应用,
两条曲线在拼接处必须保持连续。
根据相对运动原理,如果给整个凸轮机构加上一个与
凸轮转动角度 ω数值相等,方向相反的, -ω”角速度,
则凸轮处于相对静止状态
§ 5-3 凸轮轮廓的设计与加工
一,反转法原理,
O
8
7
6
5
4
3
2
1
?
??
r
0
1、尖底直动从动件盘形凸轮
机构凸轮轮廓设计,
已知：转向,???,,,0 ?Se ?
s
O
1
1'
2 3 4 5 6 7 8 9 0
8'
7'
6'
5'4'
3'
2'
180 ° 90 ° 60 °
h
30 °
3
2
1
K O
e
?
??
0
B
1
B
C
1
B
2
2
C
B
3
C
3
B
4
C
4
5
B
5
C
B
6
C
6
B
7
C
7
8
B
C
8
B
9
C
9
0
( C )
0
r
180 °
90 °
60 °
30 °
二、作图法设计凸轮轮廓曲线
???,,,0 ?Se
（ 3）在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的
内包络线 —— 实际轮廓曲线。
注意,
设计滚子从动件凸
轮机构时,凸轮的
基圆半径是指 理论
轮廓曲线的基圆半径 。
2、滚子从动件
（ 1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。
（ 2）按照上述方法作出轮廓曲线 —— 理论轮廓曲线
B
0
B
11
B
10
B
9
B
8
B
7
B
6
B
5
?
B
4
?
0
B
3
B
2
B
1
r 0
O
－
?
1
对心滚子移动从动件盘形凸轮作图法
（ 3）过 B1,B2… 点作出一系列平底，得到一直线
族。作出直线族的包络线，便得到凸轮实际
轮廓曲线。
??
?
B
0
B
1
B
2
B
3
B
4
5
B
B
6
B
7
B
8
0
r
O
b'
b''
3、平底从动件
（ 1）取平底与导路的交点 B0为参考点
（ 2）把 B0看作尖底，运用上述方法找到 B1,B2…
§ 5-4 凸轮机构基本尺寸的确定
摆动从动件,
[α]=40 ° -50°
直动从动件,
[α]=30 ° -38°
一、凸轮机构的压力角
压力角,
接触点法线与从动件上
作用点速度方向所夹的锐角。
极限压力角,
F
Q
n
F
t
F
?
F
n
B
On
B
r
0
r
s
2
B 2
B 2 B 1
?
B 1
?
1
二、基圆半径
r
0
0??
??
?
B
0
B
1
B
2
B
3
B
4
5
B
B
6
B
7
B
8
0
r
O
b'
b''
三、滚子半径的选择
A
C
B
O
?
? '
?
?
? '
?
? '
r
T
T
r
?? r
T
r??
T
滚子半径 rT必须小于理论轮廓曲线外凸部分的
最曲率半径 ρ min，设计时
m i n8.0 ??Tr
例 1：画出图示机构的压力角
滚子半径的选择
为保证滚子及转动轴有足够的强度和寿命,应
选用较大的滚子半径 rT,然而滚子半径 rT的增大受到
理论轮廓曲线上最小曲率半径 ρmin的制约,如图 4 - 14
所示。
r
T
? ′
?
m i n
? ′ ＝ ?
m i n
＋ r
T
( a )
r
T
? ′
?
m i n
?
m i n
＞ r
T
( b )
?
m i n
r
T
?
m i n
＝ r
T
?
m i n
r
T
?
m i n
＜ r
T
( c ) ( d )
滚子半径的选择
滚子半径的选择
凸轮的机构形式及其在轴上的固定方法
五
章
凸轮机构
§ 5-1 概述
§ 5-2 常用从动件的运动规律
§ 5-3 凸轮轮廓的设计与加工
§ 5-4 凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过
与从动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不连
续的任意预期运动。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。 由于凸轮机构具有
多用性和灵活性,因此广泛应用于机械,仪器,操纵
控制装置和自动生产线中,是自动化生产中主要的驱动
和控制机构。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，
因此只适用于传递动力不大的场合。
§ 5-1 概 述
一、应用,
例一,
所示为内燃机配气
凸轮机构。盘形 凸轮 1
匀速转动,通过其曲线
轮廓向径的变化,驱动
从动件 2按内燃机工作循
环的要求有规律地开启
和闭合。
配气机构
内燃机配气凸轮机构模型
例二,
所示为靠模车削机
构，工件 1回转，凸轮 3
作为靠模被固定在床身
上，刀架 2在弹簧作用
下与凸轮轮廓紧密接触。
当拖板 4纵向移动时，
刀架 2在靠模板（凸轮）
曲线轮廓的推动下作横
向移动，从而切削出与
靠模板曲线一致的工件。
例三,
所示为一自动
机床的进刀机构，当
具有凹槽的圆柱凸轮
1回转时，其凹槽的侧
面迫使推杆 2绕点 C作
往复摆动，从而控制
刀架的进刀和退刀运
动 。
自动机床上的走刀机构模型
二、分类,
1、按凸轮的形状,
① 盘形凸轮机构 —— 平面凸轮机构
② 移动凸轮机构 —— 平面凸轮机构
③ 圆柱凸轮机构 —— 空间凸轮机构
曲面凸轮机构 —— 空间凸轮机构
尖顶从动件
2、按从动件的形状,
①尖底从动件：用于低速；②滚子从动件：应用最普
遍； ③平底从动件：用于高速。
滚子从动件 平底从动件
3、按从动件运动形式,
①移动从动件 ②摆动从动件
1.力锁合,靠重力,弹簧力或其他外力使从动件
与凸轮始终保持接触的凸轮机构。
3、按锁合方式,
①力锁合 ② 几何锁合
等宽凸轮
沟槽凸轮
2.几何锁合,
所示为一对心直动尖顶从动
件盘形凸轮机构,凸轮上有
一最小向径,以最小向径 r。
为半径所作的圆称凸轮基圆,
r。称基圆半径,凸轮以等
角速度 ω 1顺时针转动。 凸
轮机构运动过程如下。
§ 5-2 常用从动件的运动规律
一、基本尺寸和运动参数
基圆
r0
s
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0
推程运动角
远休止角
回程运动角
近休止角
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B
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二, 常用从动件运动规律
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v
a
h
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∞
-∞
0
v
刚性冲击,
由于加速度发生无穷大
突度而引起的冲击称为
刚性冲击 。
1、等速运动规律（推程段）
2,等加速等减速运动规律
a
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柔性冲击,
加速度发生有限值的
突变 （适用于中速场
合）
2
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3、余弦 加速度 运动规律变化
a
v
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若 为零，无冲击,
若 不为零，有冲击
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4、正弦加速度运动规律变化
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B
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0
运动特征：没有冲击
5、组合运动规律
把上述几种运动规律组合起来应用,
两条曲线在拼接处必须保持连续。
根据相对运动原理,如果给整个凸轮机构加上一个与
凸轮转动角度 ω数值相等,方向相反的, -ω”角速度,
则凸轮处于相对静止状态
§ 5-3 凸轮轮廓的设计与加工
一,反转法原理,
O
8
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1、尖底直动从动件盘形凸轮
机构凸轮轮廓设计,
已知：转向,???,,,0 ?Se ?
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90 °
60 °
30 °
二、作图法设计凸轮轮廓曲线
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（ 3）在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的
内包络线 —— 实际轮廓曲线。
注意,
设计滚子从动件凸
轮机构时,凸轮的
基圆半径是指 理论
轮廓曲线的基圆半径 。
2、滚子从动件
（ 1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。
（ 2）按照上述方法作出轮廓曲线 —— 理论轮廓曲线
B
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对心滚子移动从动件盘形凸轮作图法
（ 3）过 B1,B2… 点作出一系列平底，得到一直线
族。作出直线族的包络线，便得到凸轮实际
轮廓曲线。
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3、平底从动件
（ 1）取平底与导路的交点 B0为参考点
（ 2）把 B0看作尖底，运用上述方法找到 B1,B2…
§ 5-4 凸轮机构基本尺寸的确定
摆动从动件,
[α]=40 ° -50°
直动从动件,
[α]=30 ° -38°
一、凸轮机构的压力角
压力角,
接触点法线与从动件上
作用点速度方向所夹的锐角。
极限压力角,
F
Q
n
F
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B 2
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二、基圆半径
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三、滚子半径的选择
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滚子半径 rT必须小于理论轮廓曲线外凸部分的
最曲率半径 ρ min，设计时
m i n8.0 ??Tr
例 1：画出图示机构的压力角
滚子半径的选择
为保证滚子及转动轴有足够的强度和寿命,应
选用较大的滚子半径 rT,然而滚子半径 rT的增大受到
理论轮廓曲线上最小曲率半径 ρmin的制约,如图 4 - 14
所示。
r
T
? ′
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m i n
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( c ) ( d )
滚子半径的选择
滚子半径的选择
凸轮的机构形式及其在轴上的固定方法
