3.3 凸轮机构及其设计
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
一、组成,
凸轮 —— 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触
凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。通常凸轮
为原动件，作连续等速转动,从动件按预定规律作往复移动或摆
动。
二、分类,
1、按凸轮的形状,
3.3.1 凸轮机构的应用和分类
五, 材料
2、按从动件的型式,
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。
3、按锁合的方式,
力锁合（重力、弹簧力）、几何锁合
四、特点
优点,1、结构简单、紧凑； 2、设计较方便。 3、易磨损
缺点,1、承载能力低，主要用于控制机构； 2、凸轮轮廓加工困难。
1、要求材料表面硬度高、耐磨、有足够的表面接触强度
2、常用材料热处理如表 3.2
常见凸轮动画
尖顶移动 尖顶摆动
滚子从动件移动 滚子从动件摆动
平底移动 平底摆动
2,偏距 e：偏距圆
B
A
O
r 0
w
C
D
e
一、几个概念
尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构
1、基圆,凸轮轮廓上最小矢径为半径的圆
3.3.2 常用从动件的运动规律
D
C
B
B'
A
h
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s
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r
0
C
1
B
1
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O
推程运动角,φ=BOB′=∠ AOB1
运休止角,φS=∠ BOC=∠ B1OC1
回程运动角,φ′=∠ C1OD
近休止角,φS′=∠ AOD
s
A
B C
D A
h
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??
(b)
从动件位移线图：从动件速度线图, 加速度线图
二、分析从动件的运动
行程,h(最大位移 )
上升 —— 停 —— 降 —— 停
三, 常用从动件运动规律
s
v
a
h
?
?,t
?,t
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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、匀速运动规律（推程段）
2,等加速等减速运动规律
a
?
v
O 1 2
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h
3 4 5 6
1
9
4
1
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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、加速度按余弦运动规律变化
a
v
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?,t
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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 ?? ?,
4、加速度按正弦运动规律变化（了解）
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s
v
a
?,t
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h
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654321
r
s
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B
A A
0
运动特征：没有冲击
5、组合运动规律
为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来
应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。
设计方法：作图法，解析法
已知 转向 。 作图法设计凸轮轮廓 ???,,,0 ?Se
一、直动从动件盘形凸轮机构
反转法
O
8
7
6
5
4
3
2
1
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r
0
3.3.3 凸轮轮廓的设计
1、尖底 直动从动件盘形凸轮机构 凸轮轮廓设计,
已知 转向 ???,,,
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1
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2 3 4 5 6 7 8 9 0
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180 ° 90 ° 60 °
h
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( C )
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180 °
90 °
60 °
30 °
（ 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。
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O
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
摆动从动件,[α]=40° ~50°
直动从动件,[α]=30° ~38°
B
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A
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a
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O
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一、凸轮机构的压力角和自锁
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。从提高效率来看，压力角越小越好。
自锁：当 F2 >F1时，无论 F多大，从动件
不能运动。
极限压力角 → l2,l1,f，润滑
3.3.4 凸轮机构设计中的几个问题
压力角 α与基圆半径成反比，当压力角 α愈小时，
基圆半径 r0就愈大，凸轮尺寸随着增大。
二、按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径
1、一般凸轮机构中最大压力角可能出现在下列位置,
从动件的起点位置；从动件具有最大速度的位置；凸轮
轮廓线向径变化最大的位置。
若超过许用压力角值，通常采用的方法是增大凸轮基圆
半径以使 αmax减小。
2、基圆半径的确定：据压力角 αmax≤ [α]求出凸轮许用的
最小基圆半径 [r0]，再按结构条件取基圆半径 r0≤[r0]。
四、滚子半径的选择
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
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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
一、组成,
凸轮 —— 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触
凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。通常凸轮
为原动件，作连续等速转动,从动件按预定规律作往复移动或摆
动。
二、分类,
1、按凸轮的形状,
3.3.1 凸轮机构的应用和分类
五, 材料
2、按从动件的型式,
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。
3、按锁合的方式,
力锁合（重力、弹簧力）、几何锁合
四、特点
优点,1、结构简单、紧凑； 2、设计较方便。 3、易磨损
缺点,1、承载能力低，主要用于控制机构； 2、凸轮轮廓加工困难。
1、要求材料表面硬度高、耐磨、有足够的表面接触强度
2、常用材料热处理如表 3.2
常见凸轮动画
尖顶移动 尖顶摆动
滚子从动件移动 滚子从动件摆动
平底移动 平底摆动
2,偏距 e：偏距圆
B
A
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一、几个概念
尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构
1、基圆,凸轮轮廓上最小矢径为半径的圆
3.3.2 常用从动件的运动规律
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(b)
从动件位移线图：从动件速度线图, 加速度线图
二、分析从动件的运动
行程,h(最大位移 )
上升 —— 停 —— 降 —— 停
三, 常用从动件运动规律
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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、匀速运动规律（推程段）
2,等加速等减速运动规律
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运动特征：没有冲击
5、组合运动规律
为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来
应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。
设计方法：作图法，解析法
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一、直动从动件盘形凸轮机构
反转法
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1、尖底 直动从动件盘形凸轮机构 凸轮轮廓设计,
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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
摆动从动件,[α]=40° ~50°
直动从动件,[α]=30° ~38°
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一、凸轮机构的压力角和自锁
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。从提高效率来看，压力角越小越好。
自锁：当 F2 >F1时，无论 F多大，从动件
不能运动。
极限压力角 → l2,l1,f，润滑
3.3.4 凸轮机构设计中的几个问题
压力角 α与基圆半径成反比，当压力角 α愈小时，
基圆半径 r0就愈大，凸轮尺寸随着增大。
二、按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径
1、一般凸轮机构中最大压力角可能出现在下列位置,
从动件的起点位置；从动件具有最大速度的位置；凸轮
轮廓线向径变化最大的位置。
若超过许用压力角值，通常采用的方法是增大凸轮基圆
半径以使 αmax减小。
2、基圆半径的确定：据压力角 αmax≤ [α]求出凸轮许用的
最小基圆半径 [r0]，再按结构条件取基圆半径 r0≤[r0]。
四、滚子半径的选择
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
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