1.3.1 凸轮机构的应用与分类

1.3.1.1 凸轮机构的特点与应用

在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求经常用到凸轮机构，在自动控制系统与自动机械中应用更为广泛。

图1-3-1所示为内燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角速度回转，它的轮廓驱使从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。

图1-3-2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构，当绕线轴3快速转动时，经齿轮带动凸轮1缓慢地转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摆动，因而使线均匀地缠绕在轴上。

图1-3-3所示为应用于压力机上的凸轮机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件2以一定的规律水平往复运动，从而带动机械手装卸工件。

图1-3-4所示为自动送料机构。当带有凹槽的凸轮1转动时，通过槽中的滚子，驱使从动件2做往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。

从以上的例子可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架3个基本构件组成。通常凸轮为主动件，从动件可实现较复杂的工作运动。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移动转换成从动件的移动或摆动。

凸轮机构从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓曲线设计得当，就可以使从动件实现任意预期的运动规律，并且运动准确可靠，结构简单、紧凑，设计方便。因此广泛用于各种自动机械及自动控制中，如自动机床进刀机构、上料机构、内燃机配气机构、制动机构以及印刷机、纺织机、闹钟和各种电气开关。但因凸轮机构是点或线接触的高副机构，从动件与凸轮接触处易磨损，所以承受载荷不能太大，多用于传力不大的控制和调节机构中。另外，凸轮形状复杂、不易加工，这也在一定程度上限制了凸轮机构的应用。

1.3.1.2 凸轮机构的分类

根据凸轮和从动件的不同形状和形式，凸轮机构可按如下方法分类。

1.按凸轮的形状分类

（1）盘形凸轮 这种凸轮是绕固定轴转动并且具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的基本形式，如图1-3-1、图1-3-2所示。

（2）移动凸轮 这种凸轮外形通常呈平板状，可视作回转中心位于无穷远时的盘形凸轮，它相对于机架做直线移动，如图1-3-3所示。

（3）圆柱凸轮 这种凸轮是一个具有曲线凹槽的圆柱形构件，它可以看成是将移动凸轮卷成圆柱演化而成的，如图1-3-4所示。

2.按从动件的结构形式分类

从动件仅指与凸轮相接触的从动构件。图1-3-5所示为常用的几种形式：图1-3-5a为尖顶从动件，图1-3-5b为滚子从动件，图1-3-5c为平底从动件，图1-3-5d为球面底从动件。滚子从动件的优点要比滑动接触的摩擦系数小，但造价要高些。对同样的凸轮设计，采用平底从动件其凸轮的外廓尺寸要比采用滚子从动件小，故在汽车发动机的凸轮轴上通常都采用这种形式。在生产机械上更多的是采用滚子从动件，因为它既易于更换，又具有可从轴承制造商中购买大量备件的优点。沟槽凸轮要求用滚子从动件。滚子从动件基本上都采用特制结构的球轴承或滚子轴承。球面底从动件的端部具有凸出的球形表面，可避免因安装位置偏斜或不对中而造成的表面应力和磨损都增大的缺点，并具有尖顶从动件和平底从动件的优点，因此这种结构形式的从动件在生产中应用也较多。

为了使凸轮与从动件始终保持接触，可利用重力、弹簧力（图1-3-1、图1-3-2）或凸轮上的凹槽（图1-3-4）来实现。