烏茲別克灌區

[拼音]：tulun jigou

[英文]：cam mechanism

由凸輪的迴轉運動或往復運動推動從動件作規定往復移動或擺動的機構。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，有盤形凸輪、圓柱凸輪（圖1）和移動凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線，因而屬於空間凸輪。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意複雜的凸輪輪廓保持接觸，可實現任意運動，但尖端容易磨損，適用於傳力較小的低速機構中。為了使從動件與凸輪始終保持接觸，可採用彈簧或施加重力。具有凹槽的凸輪可使從動件傳遞確定的運動，為確動凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動的，但也有從動或固定的凸輪。多數凸輪是單自由度的，但也有雙自由度的劈錐凸輪。凸輪機構結構緊湊，最適用於要求從動件作間歇運動的場合。它與液壓和氣動的類似機構比較，運動可靠，因此在自動機床、內燃機、印刷機和紡織機中得到廣泛應用。但凸輪機構易磨損，有噪聲，高速凸輪的設計比較複雜，製造要求較高。

從動件運動規律

在帶滾子的對心直動從動件盤形凸輪機構（圖2）中，凸輪迴轉一週從動件依次作升-停-降-停4個動作。 從動件位移s（或行程高度h）與凸輪轉角

（或時間t）的關係稱為位移曲線。從動件的行程h有推程和回程。 凸輪輪廓曲線決定於位移曲線的形狀。在某些機械中，位移曲線由工藝過程決定，但一般情況下只有行程和對應的凸輪轉角根據工作需要決定，而曲線的形狀則由設計者選定，可以有多種運動規律。傳統的凸輪運動規律有等速、等加速－等減速、餘弦加速度和正弦加速度等。等速運動規律因有速度突變，會產生強烈的剛性衝擊，只適用於低速。等加速-等減速和餘弦加速度也有加速度突變，會引起柔性衝擊，只適用於中、低速。正弦加速度運動規律的加速度曲線是連續的，沒有任何衝擊，可用於高速。

為使凸輪機構運動的加速度及其速度變化率都不太大，同時考慮動量、振動、凸輪尺寸、彈簧尺寸和工藝要求等問題，還可設計出其他各種運動規律。應用較多的有用幾段曲線組合而成的運動規律，諸如變形正弦加速度、變形梯形加速度和變形等速的運動規律等，利用電子計算機也可以隨意組合成各種運動規律。還可以採用多項式表示的運動規律，以獲得一連續的加速度曲線。為了獲得最滿意的加速度曲線，還可以任意用數值形式給出一條加速度曲線，然後用有限差分法求出位移曲線，最後設計出凸輪廓線。

一些自動機通常用幾個凸輪配合工作，為了使各個凸輪所控制的各部分動作配合協調，還必須在凸輪設計以前先編制一個正確的運動迴圈圖。

凸輪廓線設計

設計凸輪有圖解和解析兩種方法。以帶滾子的對心直動從動件為例，用圖解法時，在確定位移曲線 s-

、滾子中心初始位置和凸輪基圓半徑r0後，凸輪廓線可由反轉法得到（圖2），即使凸輪不動，找出滾子相對於凸輪的一系列位置，用光滑曲線連線各滾子中心B1、B2、B3……等點即得凸輪的理論廓線，再作這些滾子的包絡線即得到凸輪的實際廓線。選擇滾子半徑rr，應小於理論廓線的最小曲率半徑，以免產生干涉。用解析法時，同樣先要確定從動件的位移變化規律s=s(

)、基圓半徑r0和滾子半徑rr，從而得到凸輪理論廓線的引數方程x＝-rsin

，y＝rcos

，式中r=r0+s。凸輪實際廓線是一系列滾子圓組成的曲線族的包絡線，曲線族的方程為f(x1，y1，

)=(x1-x)2+(y1-y)2-r婄=0，所以聯解f(x1，y1，

)＝0和

可得曲線族的包絡線，即實際廓線（見共軛曲線）。

基圓半徑選得越小，壓力角越大，設計所得的凸輪尺寸雖小，但對受力情況不利，嚴重的還會發生自鎖現象，因此在空間允許的條件下應選取較大的基圓半徑以改善凸輪的受力情況。

用電子計算機進行凸輪廓線設計能提高效率，並能從多方面綜合考慮進行優化設計。這樣可用以求得各種運動規律下的從動件的位移、速度、加速度等值和凸輪廓線座標值，算出凸輪廓線上任意點的曲率半徑、壓力角和應力，滿足接觸強度和抗磨的角度，以獲得最小尺寸的凸輪，而且還可畫出凸輪的空間圖形。

減磨措施

凸輪容易磨損，主要原因之一是接觸應力較大。凸輪與滾子的接觸應力可以看作是半徑分別等於凸輪接觸處的曲率半徑和滾子半徑的兩圓柱面接觸時的壓應力，可用赫芝公式進行計算，應使計算應力小於許用應力。促使凸輪磨損的因素還有載荷特性、幾何引數、材料、表面粗糙度、腐蝕、滑動、潤滑和加工情況等。其中潤滑情況和材料選擇對磨損壽命影響尤大。為了減小磨損、提高使用壽命，除限制接觸應力外還要採取表面化學熱處理和低載跑合等措施，以提高材料的表面硬度和降低表面粗糙度。凸輪的工作條件是空氣乾燥、潤滑油潔淨，或採用加有各種新增劑的潤滑油。潤滑油的粘度和供油方式的選擇要考慮從動件的形狀和凸輪的轉速等。凸輪和從動件的材料匹配應適當，如硬鋼和鑄鐵價廉，適用於高速滑動；硬鋼和磷青銅的振動和噪聲小，還能補償輪廓的不精確。鑄鐵和鑄鐵配對使用效果尚可。但硬鎳鋼和硬鎳鋼、軟鋼和軟鋼等的組合則效果不佳。對於幾何引數、潤滑、材料和表面粗糙度等，也可採用彈性流體動壓潤滑理論進行綜合計算，以減少磨損，提高壽命。

高速凸輪設計

須把從動系統當作是一個彈性系統來設計。系統輸出端部分的運動 s(

)和同凸輪接觸端部分的運動s嗘(

)存在著差異，即所謂位移響應。因此應首先合理地選定s(

)，從而求得sc(

)，然後由sc(

)求凸輪廓線。它的承載能力也可應用彈性流體動壓潤滑理論的計算方法。高速凸輪從動件因慣性力較大，在超過彈簧力和其他外加力時可能瞬時脫開凸輪廓線，產生跳動而引起振動。對於具有凹槽的確動凸輪，從一側轉向另一側接觸往往會引起衝擊振動。這種現象可以通過合理選擇運動規律、正確設計彈簧和提高系統的剛性等辦法來解決。高速凸輪還應有很高的輪廓製造精度和較低的表面粗糙度，並適當選擇潤滑油和潤滑方法。

參考書目

H.A.Rothbart，Cams，John Wiley and Sons，New York，1956.

牧野洋：《自動機械機構學》，日刊工業新聞社，東京，1976。