一．学习指导与提示
凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，是点或线接触的高副机构。它主要用于对从动件运动规律有特定要求的场合。读者应了解它和面接触的低副连杆机构的区别，比较他们的优缺点和适用场合。按凸轮的形状和运动形式来分，有盘形回转凸轮、平板移动凸轮和圆柱回转凸轮；按从动件形状不同有尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件；按从动件运动形式不同有直动从动件和摆动从动件；而直动从动件又可以根据其导路轴线是否通过凸轮轴线，分为对心直动从动件和偏直直动从动件。建议读者熟练掌握偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的原理，用反转作图法进行运动分析和廓线设计，启迪理解其它类型的凸轮机构。 1．从动件的常用运动规律及其选择
FOSY
（1）对直动从动件而言，从动件的运动规律是指当凸轮以等角速度转动时，从动件的位移、速度和加速度随时间或凸轮转角变化的规律，可用各自的表达式或线图表示。用反转作图法进行从动件运动分析或凸轮廓线设计时，常以线图表示从动件的运动规律，而线图的一阶、二阶微分线图便是线图和线图。 磁性材料液压机
（2）从动件常见的运动规律有等速运动、等加速等减速运动和简谐运动。读者应掌握其位移、速度、加速度线图的变化、绘制方法、特点及其适用的场合。
（3）根据运动线图中速度线图和加速度线图的特征可判断机构是否存在刚性冲击和柔性冲击：凡在速度线图的尖点处，加速度线图阶跃变化（加速度值突然改变），必产生柔性冲击；凡加速度线图阶跃变化，加速度值趋向无穷大，必产生刚性冲击。张力器
（4）选择从动件运动规律时需考虑的问题很多，核心是应满足凸轮在机械中执行工作的要求，要分清工作行程和回程，要考虑从动件只需实现一定的位移还是有特殊的运动规律；还应该考虑使凸轮有良好的动力特性以及使得所设计的凸轮便于制造等。
2．凸轮机构的运动分析及廓线设计
（1）凸轮机构的运动分析是指按给定的凸轮廓线和机构配置求从动件的运动规律（即求线图），而廓线设计是指按给定的从动件运动规律（即给定线图）和机构配置求凸轮廓线。凸轮机构运动分析和廓线设什互为逆过程，学习时前者相对直觉和容易一些，而后者更具有实用性。
（2）凸轮机构进行运动分析和廓线设计可采用作图法或解析法，其基本依据均为以相对运动原理为基础的反转法。读者应熟练掌握反转作图法。现以图9.1所示的偏直式的尖顶直动从动件盘形回转凸轮为例加以阐述。
图示机构中，当凸轮以等角速绕轴心O转动时，从动件、凸轮和机架三个构件之间的相对运动关系是确定的。现在设想给整个凸轮机构加上一个绕O轴转动的公共角速度－。这时三个构件之间的相对运动关系并没有改变。但这样一来．凸轮却可以看成静止不动，而从动件则随机架导路以角速度－绕o轴转动，同时又在自身的导路中相对机架往复运动。由于尖顶始终与凸轮轮廓相接触，很显然，反转中，凸轮的轮廓曲线就是从动件尖顶的运动轨迹，从动件导路所依次途径的位置线被基圆和廓线所截的线段、,…，即为从动件相应的位移量。由图9.1（a）用反转法可得图9.1（b）之曲线；反之，按图9.1（b）所示给定的线图和所设计凸轮基圆半径、偏距等配置情况求出从动件的尖顶在反转运动中的轨迹点，，…，光滑联接后即为所求凸轮轮廓曲线。
图9.1
（3）反转作图法的关键是正确确定反转过程中从动件的位置及其与凸轮廓线的接触处。提醒读者要注意凸轮的转向、直动从动件的偏距e及机架导路与凸轮轴心的相对位置，反转过程中从动件机架导路永远与偏距圆相切，并且永远保持与凸轮轴心的相对位置不变。
（4）反转作图法对滚子从动件是将滚子中心视为尖顶，按尖顶从动件处理，但这时的“尖顶”（滚子中心）所处的却是理论廓线。理论廓线和凸轮实际廓线互为法向等距曲线。法向距离恒等于滚于半径，而不是机架导路线上两曲线所截线段等距滚子半径，这是因为实际廓线与滚子的接触点不一定在机架导路上。由理论廓线（或实际廓线）求作实际廓线（或理论廓线）必须在原曲线上取一系列点为圆心，以滚子半径为半径作滚子圆，再作这些滚子圆的包络线方可。此外，对于滚子从动件凸轮机构来说，理论廓线与实际廓线不重合，基圆半径和压力角等参数均要在理论廓线上进行度量，以免出错。
3．凸轮机构基本尺寸的确定
电动（1）凸轮机构的压力角。从动件与凸轮接触点所受正压力的方向（即凸轮廓线在接触点处的法线方向）与从动件上对应点速度方向所夹的锐角称为压力角，并用表示。当驱动从动件运动的有效分力一定时，有害分力随压力角的增大而增大，导致机械效率降低，严重时发生自锁。通常规定凸轮机构的最大的压力角。应注意凸轮机构不同工作位置的压力角是变化的。要掌握在反转作图法中正确绘制量测压力角。
（2）基圆半径的选择。凸轮的基圆半径愈小，凸轮尺寸则愈小，但会引起压力角增大，使受力性能变差。在实际工作中基圆半径的确定必须从凸轮机构的尺寸、受力、安装、强度等方面予以综合考虑，总的原则是：在保证的条件下，应使基圆半径尽可能小。
（3）从动件滚子半径的选择。当凸轮理论廓线为外凸时，滚子半径与凸轮理论廓线曲率半径及对应点实际廓线曲率半径的关系为，当时实际廓线可作出；当时，则实际廓线出现尖点；若时，则实际廓线将出现交叉廓线的一部分被切去导致运动失真。从避免变尖和失真现象的观点来看，滚子半径应小于外凸理论廓线的最小曲率半径，但滚子半径过小将受接触强度和结构等限制，实际设计时应当综合考虑多种因素采用经验公式确定。
二．复习思考题
9-1．试比较凸轮传动与连杆传动的特点及应用。
9-2．试说明反转法作图绘制偏置直动尖顶从动件盘形凸轮廓线的原理和过程。滚子从动件与尖顶从动件在用反转法绘制凸轮廓线中有何异同之处？滚子从动件盘形凸轮可否从理沦廓线上各点的向径减去滚子半径来求得实际廓线？
9-3．选取不同的基圆半径绘制凸轮廓线能否使从动件获得相同的运动规律？基圆半径的选择与哪些因素有关？何谓凸轮传动的压力角？其大小与凸轮机构尺寸、传力性能有何影响？
9-4．如何绘制凸轮的零件工作图？在凸轮零件工作图上将轴孔的键槽的周向位置作了严格规定。这是为什么？
9-5．图9.4所示，用盘形凸轮控制车外圆刀架纵向自动进给工作循环。试分析考虑从动件运动规律应如何选定为宜？
图9.3 图9.4
9-6．按凸轮的形状和运动有 凸轮、 凸轮和 凸轮。
9-7．按从动件形状有 从动件、 从动件和 从动件，按运动形式有 从动件和 从动件。
9-8．使从动件与凸轮轮廓保待接触，可利用 固定篮球架力、 力或依靠特殊的 制约。
9-9．凸轮从动件常用的运动规律有 运动、 运动和 运动，其中 运动规律只宜用于低速， 和 运动规律不宜用于高速，而 运动规律可在高速下应用。
9-10．由速度有限值的突变引起的冲击称为 冲击．由加速度有限值的突变引起的冲击称为 冲击。
9-11．等速运动现律有 性冲击，等加速等减速运动规律有 性冲击。简谐运动在从动件推程的 两处也有柔性冲击， 运动规律无冲击。
9-12．凸轮机构从动件运动规律选择的原则为：（1） 、（2） 、（3） 。
9-13．尖底从动件盘形回转凸轮的基圆半径是从凸轮回转中心到 的最短距离，而滚子从动件盘形回转凸轮的基圆半径则是从凸轮回转中心到 的最短距离。
9-14．增大基圆半径，凸轮机构的压力角 ，传力性能 。
9-15．减小基圆半径，凸轮机构的 增大，传力性能 。
9-16．凸轮机构滚子半径必须小于 半径。
9-17．设计直动从动件盘形凸轮机构时，若量得其中某点的压力角超过许用值，一般可以
用 或 使压力角减小。
三．例题精选与解析
例9.1 用作图法绘制偏置直动滚子从动件盘形凸轮廓线。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，凸轮轴心偏于从动件右侧，偏距e＝8mm。从动件的行程h＝25mm，在推程作简谐运动，回程作等加速等减速运动，其中推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角，凸轮基圆半径，滚子半径。
例9.1图（a）
解： 本题为一用反转作图法绘制凸轮廓线的典型例题。绘制廓线步骤如下：
（1）取长度比例尺，绘出从动件位移线图，如例9.1图（a）所示；
（2）按上述长度比例尺绘出基圆、偏距圆及从动件初始导路；
（3）按题给运动角等分在偏距圆上得各分点（等分数应与运动线图上横坐标一致）K1、K2、K3、…；
（4）过各分点作偏距圆切线、、…，使分别等于运动线图上的、、…；连结、、…各点成光滑曲线，得理论廓线；
（5）以理论廓线上的点为圆心，以为半径作圆，再作各圆的内包络线，即为所求凸轮廓线，见例9.1图（b）。
例9.1图（b）
例9.2 例9.2图所示为凸轮机构直动从动件的速度线图，它由四段直线组成。要求：（1）定性作出从动件的位移线图和加速度线图；（2）判断在哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击？（3）在图示的G位置，凸轮与从动件之间有无惯性力作用，有无冲击存在？
解： 明确位移是速度的积分，加速度是速度的微分；刚性冲击和柔性冲击分别由速度和加速度突变而产生；有加速度就产生惯性力；本题即可迎刃而解。
（1）在OA段内，从动件速度玉米芯烘干机，为近休止段，从动件的位移和加速度均为零，即s＝0．a＝0。在AD段内，因，为从动件推程段。在AB段内，速度线图为上升的斜直线，故从动件等加速上升，位移线图为抛物线而加速度曲线为正值的水平段；在BC段内，速度线图为水平直线，从动件继续等速上升，位移线图为上升的斜直线，而a＝0，加速度曲线为与轴重合的线段；在CD段内，速度线图为下降的斜直线，故从动件继续等减速上升，位移线图为抛物线，而加速度线图为负值的水平线段。在DE段内，因，故为从动件的回程段，速度线图为水平线段，则从动件作等速下降运动，其位移线图为下降的斜直线，加速度0，加速度线图与轴重合，位移线图、加速度线图分别如例9.2图（a）、（b）所示。
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