第 10章 凸轮机构
第 10章 凸轮机构
主要内容,
1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用；
2.从动件的常用运动规律及其选择；
3.用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法；
4,凸轮机构的设计。
1,组成
凸轮机构的应用与分类
凸轮机构由 凸轮 1,从动件 2、
机架 3三个基本构件及 锁合装
置 组成。是一种高副机构。其
中凸轮是一个具有曲线轮廓或
凹槽的构件，通常作连续等速
转动，从动件则在凸轮轮廓的
控制下按预定的运动规律作往
复移动或摆动。
凸轮机构的应用与分类
2,特点,
优点,只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线，
就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所
预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单 ;凸轮
机构结构简单、紧凑、运动可靠。
缺点,凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保
持良好的润滑，容易磨损。
凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛
应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
凸轮机构的应用与分类
3,应用,
平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实
现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件
须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工
作时，则常采用凸轮机构。
凸轮机构的应用与分类
4,类型,
盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化向径的盘
形构件 。 盘形凸轮机构简单, 应用广泛, 但限于凸轮径
向尺寸不能变化太大, 故从动件的行程较短 。
移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓, 作往复直线移动的构
件, 它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮 。
圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体, 可看成
是绕卷在圆柱体上的移动凸轮, 利用它可使从动件得到
较大的行程 。
按凸轮的形状分,
尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点，特点是能与
任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因而理论上可实现任意
预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动
件凸轮机构的基础。但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于
轻载低速的场合。
滚子从动件凸轮机构 其从动件的端部装有滚子，由于从动
件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显著减少，能承受
较大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故仍
不宜用于高速。
平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦，
凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且
凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，
故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
按从动件末端形状分,
所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。
力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁
合，如内燃机配气凸轮机构。
形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。
移动从动件凸轮机构（ 按其从动件导路是否通过凸轮回转
中心分为 对心 移动从动件和 偏置 移动从动件凸轮机构。）
摆动从动件凸轮机构 移动从动件凸轮机构又
按锁合方式分,
按从动件相对机架的运动方式分为,
从动件的常用运动规律
1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系
生产中对从动件运动的要求是多种多样的。
凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律，
反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮
廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从
动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。
从动件的运动规律 是指其位移 s、速度 v和加速度 a等随凸
轮转角 而变化的规律。 ?
这种规律可用方程表示，亦可用线图表示。
)( tss ? )( tvv ? )( taa ?
推程、远休止、回程、近休止
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
从动件的常用运动规律
2.从动件的常用运动规律
等速运动规律,是指从动件在推程或回程的运动速度为常
数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程
为 h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其 位移曲
线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。
由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突
变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上
亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的
弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但
仍会对机构造成 强烈的冲击,这种冲击称为, 刚性
冲击, 或, 硬冲, 。因此，单独采用这种运动规律
时，只能用于凸轮 转速很低以及轻载 的场合。
由图可见, 在推程的始末
点和前, 后半程的交接处,
加速度有突变, 因而惯性力
也产生突变, 但它们的大小
及突变量均为有限值, 由此
将对机构造成有限大小的冲
击, 这种冲击称为, 柔性冲
击, 或, 软冲, 。 在高速情
况下, 柔性冲击仍会引起相
当严重的振动, 噪声和磨损,
因此这种运动规律只适用于
中速, 中载 的场合 。
等加速等减速运动规律,是指从动件在一个行程中，前半行
程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其 位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛
物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。 作图方法如
图所示。
由图可见，在推程始末
点处仍有加速度的有限
值的突变，即存在, 软
冲,,因此只适用于中、
低速。但若从动件作无
停歇的升 — 降 — 升型连
续运动，则加速度曲线
为光滑连续的余弦曲线，
消除了, 软冲,,故可
用于高速。
余弦加速度运动规律,是指从动件加速度按余弦规律变化
的运动规律 。 这种运动规律的运动线图如图所示 。 其 位移曲
线为简谐曲线, 故又称为简谐运动规律, 速度曲线为正弦曲
线, 加速度曲线为余弦曲线 。 作图方法如图所示 。
第 10章 凸轮机构
主要内容,
1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用；
2.从动件的常用运动规律及其选择；
3.用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法；
4,凸轮机构的设计。
1,组成
凸轮机构的应用与分类
凸轮机构由 凸轮 1,从动件 2、
机架 3三个基本构件及 锁合装
置 组成。是一种高副机构。其
中凸轮是一个具有曲线轮廓或
凹槽的构件，通常作连续等速
转动，从动件则在凸轮轮廓的
控制下按预定的运动规律作往
复移动或摆动。
凸轮机构的应用与分类
2,特点,
优点,只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线，
就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所
预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单 ;凸轮
机构结构简单、紧凑、运动可靠。
缺点,凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保
持良好的润滑，容易磨损。
凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛
应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。
凸轮机构的应用与分类
3,应用,
平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实
现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件
须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工
作时，则常采用凸轮机构。
凸轮机构的应用与分类
4,类型,
盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化向径的盘
形构件 。 盘形凸轮机构简单, 应用广泛, 但限于凸轮径
向尺寸不能变化太大, 故从动件的行程较短 。
移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓, 作往复直线移动的构
件, 它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮 。
圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体, 可看成
是绕卷在圆柱体上的移动凸轮, 利用它可使从动件得到
较大的行程 。
按凸轮的形状分,
尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点，特点是能与
任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因而理论上可实现任意
预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动
件凸轮机构的基础。但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于
轻载低速的场合。
滚子从动件凸轮机构 其从动件的端部装有滚子，由于从动
件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显著减少，能承受
较大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故仍
不宜用于高速。
平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦，
凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且
凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，
故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。
按从动件末端形状分,
所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。
力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁
合，如内燃机配气凸轮机构。
形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。
移动从动件凸轮机构（ 按其从动件导路是否通过凸轮回转
中心分为 对心 移动从动件和 偏置 移动从动件凸轮机构。）
摆动从动件凸轮机构 移动从动件凸轮机构又
按锁合方式分,
按从动件相对机架的运动方式分为,
从动件的常用运动规律
1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系
生产中对从动件运动的要求是多种多样的。
凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律，
反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮
廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从
动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。
从动件的运动规律 是指其位移 s、速度 v和加速度 a等随凸
轮转角 而变化的规律。 ?
这种规律可用方程表示，亦可用线图表示。
)( tss ? )( tvv ? )( taa ?
推程、远休止、回程、近休止
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
从动件的常用运动规律
2.从动件的常用运动规律
等速运动规律,是指从动件在推程或回程的运动速度为常
数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程
为 h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其 位移曲
线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。
由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突
变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上
亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的
弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但
仍会对机构造成 强烈的冲击,这种冲击称为, 刚性
冲击, 或, 硬冲, 。因此，单独采用这种运动规律
时，只能用于凸轮 转速很低以及轻载 的场合。
由图可见, 在推程的始末
点和前, 后半程的交接处,
加速度有突变, 因而惯性力
也产生突变, 但它们的大小
及突变量均为有限值, 由此
将对机构造成有限大小的冲
击, 这种冲击称为, 柔性冲
击, 或, 软冲, 。 在高速情
况下, 柔性冲击仍会引起相
当严重的振动, 噪声和磨损,
因此这种运动规律只适用于
中速, 中载 的场合 。
等加速等减速运动规律,是指从动件在一个行程中，前半行
程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。
运动线图如图所示。其 位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛
物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。 作图方法如
图所示。
由图可见，在推程始末
点处仍有加速度的有限
值的突变，即存在, 软
冲,,因此只适用于中、
低速。但若从动件作无
停歇的升 — 降 — 升型连
续运动，则加速度曲线
为光滑连续的余弦曲线，
消除了, 软冲,,故可
用于高速。
余弦加速度运动规律,是指从动件加速度按余弦规律变化
的运动规律 。 这种运动规律的运动线图如图所示 。 其 位移曲
线为简谐曲线, 故又称为简谐运动规律, 速度曲线为正弦曲
线, 加速度曲线为余弦曲线 。 作图方法如图所示 。
