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圆柱凸轮机构_设计—结构计算
本章介绍凸轮机构的类型、特点、应用及盘形凸轮的设计。
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
时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。在第 4章介绍中，我们已经看
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上述过程可以用从动件的位移曲线来描述。以从动件的位移s为纵坐标，对应
的凸轮转角为横坐标，将凸轮转角或达出来的图形称为从动件的位移线图，如图 12-8b所示。
从动件在运动过程中，其位移s、速度v、加速度a随时间t(或凸轮转角)的变 化规律，称为从动件的运动规律。由此可见，从动件的运动规律完全取决于凸轮的 轮廓形状。工程中，从动件的运动规律通常是由凸轮的使用要求确定的。因此，根 据实际要求的从动件运动规律所设计凸轮的轮廓曲线，完全能实现预期的生产要 求。

常用的从动件运动规律有等速运动规律，等加速 -等减速运动规律、余弦加速 度运动规律以及正弦运动规律等。
1（等速运动规律
度有突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲 击、噪声和磨损，这种冲击为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载 的场合。
2（等加速等减速运动规律
从动件在一个行程h中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，这
种运动规律称为等加速等减速运动规律。通常加速度和减速度的绝对值相等，其运
动线图如图12-10所示
图 12-9
图 12-10
由运动线图可知，这种运动规律的加速度在 A R C三处存在有限的突变，因 而会在机构中产生有限的冲击，这种冲击称为柔性冲击。与等速运动规律相比，其 冲击程度大为减小。因此，等加速等减速运动规律适用于中速、中载的场合。
3（简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
当一质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上投影的运动规律称为简谐运 动。因其加速度运动曲线为余弦曲线故也称余弦运动规律，其运动规律运动线图如 图12-11所示
图 12-11
由加速度线图可知，此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变，故也 存在柔性冲击，只适用于中速场合。但当从动件作无停歇的升一降一升连续往复运 动
时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速
场合。
4（摆线运动规律（正弦加速度运动规律）
当一圆沿纵轴作匀速纯滚动时，圆周上某定点 A的运动轨迹为一摆
线，而定点A运动时在纵轴上投影的运动规律即为摆线运动规律。因其
加速度按正弦曲线变化，故又称正弦加速度运动规律，其运动规律运动
线图如图12-12所示。
从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突
变，因此不产生冲击，适用于高速场合。 图12-12
,了解从动件的运动规律，便于我们在凸轮机构设计时，根据机器
的工作要求进行合理选择。

根据机器的工作要求，在确定了凸轮机构的类型及从动件的运动干规律、凸轮 的基圆半径和凸轮的转动方向后，便可开始凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮轮廓曲线 的设计方法有图解法和解析法。
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图解法简单直观，但不够精确，只适用于一般场合 ；解析法精确但计算量大, 随着计算机辅助设计的迅速推广应用，解析法设计将成为设计凸轮机构的主要方
法。以下分别介绍这两种方法。 Q
1（图解法的原理
图解法绘制凸轮轮廓曲线的原理是“反转法”，即在整
个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速
度大小相等、方向相反的角速度(,,) ，于是凸轮静止不
动，而从动件则与机架( 导路 ) 一起以角速度(,) 绕 ,
始终与凸轮轮廓保持接触，所以从动件在反转行程中，其
尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。
图 12-13 2( 尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
例 12-1 设已知凸轮逆时针回转，其基圆半径r=30 b
mm从动件的运动规律为
凸轮转角 0?,180? 180?,300? 300?,360?
从动件的运动规律 等速上升30 mm等加速等减速下降回到原处 停止不动 试 设计此凸轮轮廓曲线。
解 : 设计步骤如下 :
选取适当比例尺作位移线图
选取长度比例尺和角度比例尺为
,=(m/mm), ,=6( 度/mm) L,
按角度比例尺在横轴上由原点向右量取30mm 20mm 10mn#别代表推程角
180?、回程角120?、近停程角60?。每 30?取一等分点等分推程和回程，得分点
1、2、…、10,停程不必取分点，在纵轴上按长度比例尺向上截取15mm弋表推程
位移30mm按已