第9章凸轮机构及其设计的重点知识
2.推杆的运动形式
基本概念：基圆、基圆半径、推程、行程、推程运动角、回程、回程运动角、休止、远
3．凸轮轮廓曲线设计
设计原理：反转法原理
设计方法：
（1）画出基圆及基圆起始位置，取合适的坐标系；
（2）根据反转法原理，求出推杆反转时角时的理论廓线方程式。
（3）根据几何关系求出实际廓线方程式。
4．主要参数的选择
●压力角
从减少推杆和避免自锁的观点来看，压力角愈小愈好。
●基圆半径
在满足压力角小于许用压力角的条件下，尽可能使基圆半径小些，以使凸轮机构的尺寸不至过大。在实际的设计工作中，还需考虑到凸轮机构的结构、受力、安装、强度等方面的要求。
●滚子推杆滚子半径
为了避免凸轮廓线变尖和失真现象，滚子半径应小于理论廓线的最小曲率半径。设计时应尽量使滚子半径小些。但考虑到强度、结构等限制，通常按经验公式确定滚子半径，设计中验算理论廓线的最小曲率半径。
●平度推杆平底尺寸
作图或计算得推杆平底中心至推杆平底与凸轮廓线的接触点间的最大距离后，利用经验公式计算平底的尺寸。另外，平底推杆凸轮机构有时也会产生失真现象。
凸轮机构的习题参考
1．设计一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度w顺时针转动，基圆半径r b=50mm,滚子半径r r=10mm, 凸轮轴心偏于从动件轴线右侧，偏距e=10mm.从动件运动规律如下：当凸轮转过120°时，从动件以简谐运动规律上升30mm；当凸轮接着转过30°时，从动件停歇不动；当凸轮再转过150°时，从动件以等加速减速运动返回原处；当凸轮转过一周中其余角度时，从动件又停歇不动。
2．在图3.13所示的凸轮机构中，已知摆杆AB在起始位置时垂直于OB，l OB=40mm, l AB=80mm,滚子半径r r=10mm，凸轮以等角速度w顺时针转动。从动件运动规律如下：当凸
轮转过180°时，从动件以摆线运动规律向上摆动30°；当凸轮再转过150°时，从动件又以摆线运动规律返回原来位置，当凸轮转过其余30°时，从动件停歇不动。试设计该凸轮机构。
3．在图所示的凸轮机构中，从动件的起始上升点均为C点。
（1）试在图上标注出从C点接触到D点接触时，凸轮转过的角度φ及从动件走过的位移；（2）标出在D点接触时凸轮机构的压力角 。
本章的考点有以下几个方面：
（1）推杆常用的四种运动规律的特点及应用场合，刚性冲击与柔性冲击； （2）平底、滚子推杆凸轮机构理论廓线与实际廓线之间的关系；
（3）已知凸轮机构某一位置的机构简图，分析凸轮机构，如凸轮转过某角度δ时，求推杆的位移、推杆的行程h 或角行程ψ等。
（4）凸轮机构压力角的概念，求凸轮机构在某一位置的压力角的大小及凸轮机构的压力角与凸轮机构受力的关系。 第九章
凸轮机构的习题解答
9-7 [解答]
9-11 [解答]
解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程（用公式计算或作图都可）
1． 推程 δδ0
h
s =
2． 回程 等加速段 20
2/2δδ'-=h h s
等减速段 2020
/)(2δδδ'-'=h s
利用诺莫圆确定基圆半径8.0/0
=r h mm r 200= 取mm r 300= 作图
9-13 [解答]
摆动推杆在推程及回程中的角位移方程为
1． 推程 )1800( ,2/)]/cos(1[0
≤≤-=δδπδφs
2． 回程 )1800( ,2/)]/2sin()/(1[00
≤≤'+'-=δπδπδδδφs
计算各分点的角位移如下：(两种方法任选一种)
取比例尺作图
大作业（二） 凸轮机构设计 （题号：4-A） （一）题目及原始数据···············（二）推杆运动规律及凸轮廓线方程·········（三）程序框图········· （四）计算程序·················
（五）程序计算结果及分析·············（六）凸轮机构图·················（七）心得体会··················（八）参考书··················· 一题目及原始数据 试用计算机辅助设计完成偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的设计 （1）推程运动规律为五次多项式运动规律，回程运动规律为余弦加速度运动规律； （2）打印出原始数据； （3）打印出理论轮廓和实际轮廓的坐标值； （4）打印出推程和回程的最大压力角，以及出现最大压力角时凸轮的相应转角；（5）打印出凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径，以及相应的凸轮转角； （6）打印最后所确定的凸轮的基圆半径。 表一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的已知参数 题号初选的 基圆半 径 R0/mm 偏距 E/mm 滚子 半径 Rr/m m 推杆行 程 h/mm 许用压力角许用最小曲率半径 [ρamin] [α1] [α2] 4-A 15 5 10 28 30°70?0.3Rr 计算点数：N=90 q1=60; 近休止角δ1 q2=180; 推程运动角δ2 q3=90; 远休止角δ3 q4=90; 回程运动角δ4 二推杆运动规律及凸轮廓线方程推杆运动规律： （1）近休阶段：0o≤δ<60 o s=0；
ds/dδ=0; 2/δd 2 d=0; s （2）推程阶段：60o≤δ<180 o 五次多项式运动规律： Q1=Q-60; s=10*h*Q1*Q1*Q1/(q2*q2*q2)-15*h*Q1*Q1*Q1*Q1/(q2*q2*q2*q2)+6*h*Q1*Q1*Q 1*Q1*Q1/(q2*q2*q2*q2*q2); ds/dδ =30*h*Q1*Q1*QQ/(q2*q2*q2)-60*h*Q1*Q1*Q1*QQ/(q2*q2*q2*q2)+30*h*Q1*Q1*Q 1*Q1*QQ/(q2*q2*q2*q2*q2); 2/δd 2 d=60*h*Q1*QQ*QQ/(q2*q2*q2)-180*h*Q1*Q1*QQ*QQ/((q2*q2*q2*q2))+1 s 20*h*Q1*Q1*Q1*QQ*QQ/((q2*q2*q2*q2*q2)); （3）远休阶段：180o≤δ<270 o s=h=24; ds/dδ=0; 2/δd 2 d=0; s (4)回程阶段：270≤δ<360 Q2=Q-270; s=h*(1+cos(2*Q2/QQ))/2; ds/dδ=-h*sin(2*Q2/QQ); 2/δd 2 d=-2*h*cos(2*Q2/QQ); s 凸轮廓线方程： （1）理论廓线方程： s0=sqrt(r02-e2) x=(s0+s)sinδ+ecosδ y=(s0+s)cosδ-esinδ (2)实际廓线方程 先求x，y的一、二阶导数 dx=(ds/dδ-e)*sin(δ)+(s0+s)*cos(δ);
第八章凸轮机构（A卷） 年级第学期专业班级《机械基础》课程提示： （1）考试时间为100分钟。满分值为99分。 （2）请把答案填入答题纸的相应位置。 一、填空题：（每空1分，共8分） 1. 凸轮机构能使从动杆按照实现各种复杂的运动。 2. 在凸轮机构中，凸轮通常作并作等速或。 3. 在凸轮机构中，通过改变凸轮，可使从动件实现设计要求的运动。 4. 在凸轮机构中，按凸轮形状分类，凸轮可分为、和 三类。 二、单选题：（每题2分，共30分） 1. 有关凸轮机构的论述，正确的是（）。 A．不能用于高速启动 B．从动件只能作直线移动 C．凸轮机构是高副机构 2. 作等速运动规律的从动件位移曲线形状是（）。 A．抛物线B．斜直线C．双曲线 3. 作等加速等减速运动规律的从动件位移曲线形状是（）。 A．斜直线B．抛物线C．双曲线 4. 等加速等减速运动的凸轮机构（）。 A．存在刚性冲击B．存在柔性冲击C．没有冲击 5. 凸轮机构中，（）凸轮机构在生产实际中最为常见，应用广泛。A．移动B．圆柱C．盘形 6. 凸轮与从动件接触处的运动副属于（）。 A．高副B．转动副C．移动副 7. 凸轮的（）决定了从动件的运动规律。 A．轮廓曲线B．转速C．形状 8. 凸轮机构（）根据实际需要实现任意拟定从动件的运动规律。A．可以B．不可以 9. 通常情况下，避免滚子从动件凸轮机构运动失真的合理措施是（）。A．增大滚子半径B．减小滚子半径C．增大基圆半径 10. 凸轮机构主要由（）、从动件和机架等组成。 A．曲柄B．摇杆C．凸轮 11. 等速运动的凸轮机构一般适用于凸轮作（）、轻载的场合。A．低速回转B．中速回转C．高速回转 12. 一个凸轮只能实现（）任意预定的运动规律。 A．三种B．二种C．一种 13. 凸轮机构中，从动件构造最简单的是（）。 A．平底从动件B．滚子从动件C．尖顶从动件 14. 内燃机的配气机构采用了（）。 A．凸轮机构B．铰链四杆机构C．齿轮机构 15. 凸轮机构中，常用于高速传动的从动件是（）。 A．滚子从动件B．平底从动件C．尖顶从动件 三、判断题：（每题1分，共12分） 1. 在凸轮机构中，凸轮作主动件。( ?)
机械设计基础典型试题二 一、选择题（每小题2分总分２０分） 1. 机构具有确定运动的条件是原动构件数 ( ) 机构的自由度数。 A.多于 B. 等于 C. 少于 2. 凸轮机构在从动杆运动规律不变情况下，若缩小凸轮基园半径，则压力角 ( ) 。 A. 减小 B. 不变 C. 增大 3. 在铰链四杆机构中，有可能出现死点的机构是 ( ) 机构。 A. 双曲柄 B. 双摇杆 C. 曲柄摇杆 4. 一标准直齿圆柱齿轮传动，如果安装时中心距A＞，其传动比i ( ) 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 5. 蜗杆传动效率较低，为了提高其效率，在一定的限度内可以采用较大的 ( ) 。 A. 模数 B. 蜗杆螺旋线升角 C. 蜗杆直径系数 D. 蜗杆头数 6. 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接需要经常拆装时，适宜采用 ( ) 联接。 A. 螺栓 B. 螺钉 C. 双头螺柱 7. 带传动工作时产生弹性滑动的主要原因是 ( ) 。 A. 带的预拉力不够 B. 带的紧边和松边拉力不等 C. 带和轮之间的摩擦力不够 8. 有A、B两对齿轮传动，A对齿轮的齿宽系数比B对齿轮大，其它条件相同，则其齿向载荷分布不均 的程度 ( ) 。 A. A对小 B. B对小 C. A、B对相同 9. 凸缘联轴器和弹性圈柱销联轴器的型号是按 ( ) 确定的。
A. 许用应力 B. 许算转矩 C. 许用功率 10. 一根转轴采用一对滚动轴承支承，其承受载荷为径向力和较大的轴向力，并且有冲击、振动较 大。因此宜选择 ( ) 。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆锥滚子轴承 二、填空题（每小题 2分） 1. 两构件通过 ( ) 或 ( ) 接触组成的运动副称为高副；通过 ( ) 接触组成的运动副称为低 副。 2. 齿轮在轴上的周向固定，通常是采用 ( ) 联接，其截面尺寸是根据 ( ) 查取标准而确定的. 3. 一对标准斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是 ( ) 。 4. 软齿面的闭式齿轮传动的设计准则是 ( ) 。 5. 链传动的主要失效形式是，设计时从 ( ) 图中选择链条的链号。 6. 带传动工作时，带中的应力有 ( ) 、 ( ) 和 ( ) ，其中最大应力发生在 ( )处。 7. 蜗杆作主动件的蜗杆传动可以具有自锁作用，其含义是 ( ) ，实现自锁的条件是( )。 8. 转轴的设计步骤一般是先按 ( ) 粗略计算 d min ，然后进行 ( ) ，最后选择危险截面按 ( )校核计算。 9. 滑动轴承润滑作用是减少 ( ) ，提高 ( ) ，轴瓦的油槽应该开在 ( ) 载荷的部位. 10. 6313 轴承，其类型是 ( ) 轴承， ( ) 系列，内径 ( ) mm ， ( ) 级精度。
Harbin Institute of Technology 机械原理大作业二 课程名称：机械原理 设计题目：凸轮机构设计 姓名：李清蔚 学号：1140810304 班级：1408103 指导教师：林琳
一.设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见表 1 表一：凸轮机构原始参数 升程（mm ) 升程 运动 角（o） 升程 运动 规律 升程 许用 压力 角（o） 回程 运动 角（o） 回程 运动 规律 回程 许用 压力 角（o） 远休 止角 （o） 近休 止角 （o） 40 90 等加 等减 速30 50 4-5-6- 7多 项式 60 100 120
二.凸轮推杆运动规律 （1）推程运动规律（等加速等减速运动） 推程F0=90° ①位移方程如下： ②速度方程如下： ③加速度方程如下： （2）回程运动规律（4-5-6-7多项式） 回程0 0240 190≤ ≤?，F0=90°，F s=100°，F0’=50°其中回程过程的位移方程，速度方程，加速度方程如下：
三.运动线图及凸轮s d ds -φ 线图 本题目采用Matlab 编程，写出凸轮每一段的运动方程，运用Matlab 模拟将凸轮的运动曲线以及凸轮形状表现出来。代码见报告的结尾。 1、程序流程框图 开始 输入凸轮推程回程的运动方程 输入凸轮基圆偏距等基本参数 输出ds,dv,da 图像 输出压力角、曲率半径图像 输出凸轮的构件形状 结束
2、运动规律ds图像如下： 速度规律dv图像如下： 加速度da规律如下图：
3.凸轮的基圆半径和偏距 以ds/dfψ-s图为基础，可分别作出三条限制线（推程许用压力角的切界限D t d t,回程许用压力角的限制线D t'd t'，起始点压力角许用线B0d'')，以这三条线可确定最小基圆半径及所对应的偏距e,在其下方选择一合适点，即可满足压力角的限制条件。 得图如下：得最小基圆对应的坐标位置O点坐标大约为（13，-50）经计算取偏距e=13mm，r0=51.67mm.
一、填空题 [1]___________________________决定了从动杆的运动规律。 [2]凸轮机构中，凸轮基圆半径愈___________，压力角愈___________ ，机构传动性能愈好。 [3]凸轮机构是由___________________、____________________、 ____________________三个基本构件组成的。 [4]凸轮机构中的压力角是指__________________________________________间的夹角。 [5]凸轮机构常用的从动件运动规律有_______________________________， ________________________________________，__________________________________及__________________________________。 [6]以凸轮的理论轮廓的最小向径为半径所做的圆称为凸轮的______________________。 [7]在设计凸轮机构时，凸轮基圆半径取得越_____________，所设计的机构越紧凑，但是压力角_______________使机构的工作情况变坏。 [8]按凸轮的形状凸轮可分为________________________、____________________________、和___________________________三大类。 [9]在凸轮机构的设计中，适当加大凸轮的________________________是避免机构发生运动失真的有效措施。 [10]通常，可用适当增大凸轮________________________的方法来减小最大压力角。 [11]平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构，其压力角等于_______________________。 [12]对于尖顶直动从动件凸轮机构，在其余条件不变的情况下，基圆半径越小，机构的传动效率____________________。 [13]在直动从动件盘形凸轮机构的设计中，若基圆半径减小，则推程的压力角____________________。 [14]设计滚子从动件盘形凸轮机构时，滚子中心的轨迹称为凸轮的_____________________廓线；与滚子相包络的凸轮廓线称为_________________廓线。 [15]在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，________________________运动规律则没有冲击。 [16]从动件作等速运动的凸轮机构中，其位移线图是_________________线。 [17]用作图法绘制直动从动件盘形凸轮廓线时，常采用____________________法。 [18]在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，_________________________、___________________________运动规律产生柔性冲击。 [19]凸轮机构中，从动件根据其端部结构型式，一般有________________________________、________________________________、____________________________等三种型式。 [20]盘形凸轮的基圆半径是_________________上距凸轮转动中心的最小向径。 [21]移动从动件盘形凸轮机构，当从动件运动规律一定时，欲降低升程的压力角，可采用的措施是___________________________。 [22]在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，___________________运动规律使凸轮机构产生刚性冲击。 [23]凸轮的基圆半径是从_____________________到__________________的最短距离。 [24]设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现凸轮轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是_______________________或___________________________。 二、判断题 [1]凸轮轮廓的形状取决于从动件的运动规律。( ) [2]凸轮机构中从动件选用等速运动规律时，从动件的运动没有冲击。（） [3]凸轮机构中从动件作等加速等减速运动规律时，将会产生刚性冲击。（） [4]为了保证凸轮机构传动灵活，必须控制压力角，为此规定了压力角的许用值。( )
第八章 凸轮机构及其设计 一、思考题答案 1．答：推杆常用运动规律有：等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律等。等速运动规律简单，但有刚性冲击，只适用于低速的场合；等加速等减速运动和余弦加速度运动规律，由于加速度仍有突变，引起较大的惯性力，但所产生的冲击较等速运动要小得多，为柔性冲击，这两种运动规律适合于中、低速场合。 2．答：等速运动规律有刚性冲击，等加速等减速运动和余弦加速度运动规律有柔性冲击。 3．答：设计滚子推杆盘形凸轮机构时，若r r =ρ，则0=a ρ，实际廓线形成一尖点，极易磨损，这种现象称为凸轮机构的变尖现象。若r r <ρ，则0min ρ，既保证0>a ρ。 4．答：在不考虑摩擦时，凸轮作用于推杆上的正压力方向与推杆上受力点的速度方向之间的夹角称为凸轮机构的压力角。在其他条件相同的情况下，当载荷一定时，压力角越大，则推动推杆所需的驱动力也越大，机构的效率也越低，因此，在设计凸轮机构时，应限制其最大压力角不得超过某一许用直。 5．答：平底推杆凸轮机构的压力角为始终为零，故这种凸轮机构不存在自锁问题。 6．答：从受力的观点考虑,直动推杆的导轨长度l 应大一些，而悬臂尺寸b 小一些好。 二、练习题答案 解： （1）从动件2在图示位置的速度v 2= ； （2）从动件2向上的运动规律是 运动规律； （3）凸轮机构在图示位置的压力角α= ； （4）如把尖顶从动件尖端B 处改为平底(⊥于构件2），则从动件的运动规律是否改变？为什么？
凸轮机构作业习题
9.设计凸轮廓线时，若减小凸轮的基圆半径，则凸轮压力角将（ A ）。 A．增大 B．减小 C．不变 D．不确定 10.直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角（B）。 11.A.永远等于0° B.等于常数 C.随凸轮转角而变化 D.肯定大于0°二．填充题（每空2分，共20分） 1.理论轮廓曲线相同而实际轮廓曲线不同的两个对心移动滚子从动件盘形凸轮 机构，其从动件的运动规律是相同的。（选填相同/不同）2.设计某移动从动件盘形凸轮机构，采用平底从动件可以保证凸轮 机构在运动过程中压力角保持不变。 3.图示凸轮机构的名称是偏置移动从动件盘型凸轮机构。 （填充题3图）（填充题4图） 4.在图示凸轮机构中，盘形凸轮的一段轮廓线为渐开线，且凸轮基圆与渐开线 基圆半径相同（半径r0=10 mm），偏置距离e=10 mm，当从动件尖端与渐开线轮廓段在图示位置接触时，其压力角α= 0 。 5.在凸轮机构中，当从动件选择等速运动规律时，会产生刚性冲击。 6.当凸轮机构的压力角过大时，机构易出现锁死现象。 7.在设计滚子移动从动件盘形凸轮机构时，若发生凸轮实际轮廓变尖现象，为 克服变尖现象，可采取的措施有__增大基圆半径___或____减小滚子半径___。 8.用作图法绘制凸轮廓线时，常采用的方法为有_____图解法__________。 9.凸轮机构中常用弹簧来保持凸轮和从动件紧密接触，弹簧在机构运动分析中 不是一个构件。（选填是/不是） 三、（本题10分）在图示偏置滚子移动从动件盘形凸轮机构中，在图中作出：（1）图示位置时推杆的压力角和位移；（2）凸轮从图示位置转过90°后，推杆的压力角和位移；（3）推杆的行程和所在位置的压力角。
3-1 什么样的构件叫凸轮什么样的机构是凸轮机构凸轮机构的功用是什么 答：凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。 凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动，凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。 凸轮机构主要作用是使从动杆按照工作要求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运动。 3-2 滚子从动件的滚子半径大小对凸轮工作有什么影响若某一凸轮机构的滚子损坏后，是否可以任取一滚子来代替为什么 答：对于滚子从动件的凸轮机构，滚子半径的大小常常影响到凸轮实际轮廓曲线的形状，设计时要选择合适的滚子半径T r ，否则会出现运动失真的情况。 对于滚子从动件的凸轮机构，如果滚子损坏不能任取一滚子代替。因为如果选取滚子与原有滚子尺寸不同，从动件的运动规律会发生变化；如果希望从动件的运动规律不变，需要选取与原有凸轮相匹配的的滚子，或者修改凸轮，即凸轮在原理论廓线不变的情况下，作其法向等距曲线并使之距离等于新滚子半径得到新的实际轮廓曲线，重新加工凸轮，后者较繁琐，不宜采取。 3-3 凸轮压力角越小越好吗为什么 答：凸轮压力角越小越好。 凸轮机构压力角：推杆在与凸轮的接触点上所受的正压力与推杆上该点的速度方向所夹的锐角。压力角越大，将造成所受的正压力越大，甚至达到无穷大而出现自锁，因而，从减小推力，避免自锁，使机构具有良好的受力状况来看，压力角越小越好。 3-4 为什么平底直动从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线一定要外凸滚子直动从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线却允许内凹，而且内凹段一定不会出现运动失真 答：对于平底直动从动件盘形凸轮机构，只有凸轮廓线外凸，才能保证凸轮轮廓曲线上的所有点都能与从动件平底接触；对于滚子直动从动件盘形凸轮机构，凸轮实际廓线是沿理论廓线，以滚子半径为间距，作其法向等距曲线得到的，当凸轮轮廓曲线内凹时，实际廓线各点的曲率半径为对应理论廓线各点曲率半径与滚子半径之和，因而不管滚子半径多大，实际廓线各点的曲率半径都大于零，所以可以正常运动并且不会出现失真现象。 3-5 何谓凸轮压力角压力角的大小对机构有何影响用作图法求题3-5图中各凸轮由图示位置逆转45°时，凸轮机构的压力角，并标在题3-5图中。 答：从动件所受作用力F 与受力点速度ν间所夹的锐角称为凸轮机构的压力角，用α表示。 αα cos sin F F F F y x == 由上述关系式知，压力角α愈大，有效分力Ｆy 愈小，有害分力Ｆx 愈大。当α角大到某一数值时，必将会出现F y 凸轮机构考试复习与练习题 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。 A．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损 C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动 2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。 A．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大 3 盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 A．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆 C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆 4 对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。 A．偏置比对心大B．对心比偏置大 C．一样大D．不一定 5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。 A．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律） C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。 A．增大基圆半径B．改用滚子推杆 C．改变凸轮转向D．改为偏置直动尖顶推杆 7．（）从动杆的行程不能太大。 A. 盘形凸轮机构 B. 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。 A 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 9．（）可使从动杆得到较大的行程。 A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。 A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆 11.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。 A. 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 12．计算凸轮机构从动杆行程的基础是（）。 A 基圆 B. 转角 C 轮廓曲线 13．凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）。 申请上海同济大学工程硕士学位论文 空间凸轮机构在汽车开关的应用 院系：机械与动力工程学院 工程领域：车辆工程 上海同济大学汽车学院 2013年8月 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University Shanghai,P.R.China June, 2013 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：年月日日期：年月日 空间凸轮机构在汽车线控换档开关的应用 摘要 碎着汽车电子技术的飞速发展，汽车上的电子装置越来越多。汽车的电子化、智能化、网络化也逐渐成为现代汽车发展的重要标志。今天，汽车电子技术已经成为汽车发展的技术支撑和汽车产品竞争力的关键。随着世界汽车工业尤其是汽车电子工业的飞速发展，在航空领域相当成熟的线控操纵技术也逐渐的在汽车领域得到了应用。以SBW(线控排挡)技术为代表的一系列X-By-Wire 技术正在成为各大OEM 角逐的竞技场。同时，伴随着节能减排、电动车、混合动力车等等环保节能理念的深入人心以及各大OEM 在这些领域的巨量投资，作为新能源汽车配套的线控技术，必然会迎来一个大发展的时期。SBW 是通过总线技术将换挡信号传送至执行机构同时接受执行反馈的一种换挡技术。 而控换档就是以机电系统代替传统的机械为连接换档杆和变速箱的传输控制信号。驻车（P），倒车档（R），空档（N）和前进档（D）之间的转换通过电子信号控制完成。线控换档系统由换挡选择模块、换档电控单元、换挡执行模块、停车控制ECU、停车执行机构和档位指示灯等组成。在该系统中，驾驶者通过换档杆的传感器将换档信号传递给电控单元，电控单元处理信号后将指令发给换档电机，实现前进档、倒档和空档的切换。其停车控制ECU会根据换挡选择模块的换挡指令，控制停车执行机构。 1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理由。 3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h，说明推程运动角和回程运动角的大小。 5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=?时是渐开线，从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - ==20mm，∠AOB＝60 ； 6. 在图示凸轮机构中，已知：AO BO COD60 ；且A B(、CD(为圆弧；滚子半径r r=10mm，从动件的推程和CO=DO=40mm,∠= 回程运动规律均为等速运动规律。 （1）求凸轮的基圆半径； （2）画出从动件的位移线图。 7.图示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮为偏心圆盘。在图中试： （1）确定基圆半径，并画出基圆； （2）画出凸轮的理论轮廓曲线； （3）画出从动件的行程h； 8. 设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。已知凸轮顺时针方向转动，基 圆半径r0=25mm，从动件行程h=25mm。其运动规律如下：凸轮转角为0 ~120 时，从动件等速上升到最高点；凸轮转角为120 ~180 时，从动件在最高位停止不动；凸轮转角为180 ~300 时，从动件等速下降到最低点；凸轮转角为300 ~360 时，从动件在最低位停止不动。 9. 试画出图示凸轮机构中凸轮1的理论廓线，并标出凸轮基圆半径 r、从动件2的行程。 10. 按图示的位移线图设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮的部分廓线。已知凸轮基圆半 ＝25mm，滚子半径r r=5mm，偏距e=10mm，凸轮以等角速度ω逆时针方向转动。设径r =0.001m/mm 。 计时可取凸轮转角?＝0 ，30 ，60 ，90 ，120 ，μ l 11.图示凸轮机构，偏距e=10mm，基圆半径r =20mm，凸轮以等角速ω逆时针转动，从 动件按等加速等减速运动规律运动，图中B点是在加速运动段终了时从动件滚子中心所处 90，试画出凸轮推程时的理论廓线（除从动件在最低、最的位置，已知推程运动角Φ=? 高和图示位置这三个点之外，可不必精确作图），并在图上标出从动件的行程h。 图示凸轮机构中，凸轮为一半径R＝ 20 mm的偏心圆盘，圆盘的几何中心A到转动中心O的距离为e = 10 mm，滚子半径r g = 5 mm，凸轮角速度。试求：（14分） ①凸轮的理论廓线和基圆；②图示位置时机构的压力角； ③凸轮从图示位置转过时的位移S；④图示位置时从动件2的速度v。 ①凸轮的理论廓线和基圆 理论廓线。对于滚子推杆的凸轮机构而言，理论廓线是过滚子中心的一条封闭廓线。题目中给出的是工作廓线，要得到理论廓线，只需要把工作廓线往外偏移一个滚子的半径即可。由于这里工作廓线就是一个以C为圆心，半径为20mm的圆；而滚子的半径是5mm，所以理论廓线就是以C为圆心，半径为20+5=25mm的圆.如下图所示。 基圆。首先我们知道，基圆是在理论廓线上定义的；其次我们懂得，它是以转动中心O 为圆心的，与理论廓线内切的一个半径最小的圆。按照该定义，我们以O为圆心做一个与理论廓线内切的最小的圆如下图，显然，它的半径是10+5=15mm. ②图示位置时机构的压力角； 对于该机构而言，压力角是滚子的中心B点的受力方向与运动方向的夹角。 B点的速度方向。由于B点是推杆与滚子的连接点，所以它也就是推杆上的B点。由于推杆在上下平移，推杆上任何一点的轨迹都是沿着推杆的直线，所以任何一点的速度方向都是推杆直线的方向，因此推杆上的B点速度方向也在该直线上。 B点的受力方向。推杆上的B点与理论廓线接触，在忽略摩擦的前提下，其受力方向其实就是理论力学中的光滑接触面中的反力方向。光滑接触面的反力是公法线方向。由于推杆的B点是尖点，无所谓法线，所以公法线方向就是理论廓线在该点的法线方向。而理论廓线是一个圆，圆上任何一点的法线方向都是从从该点指向圆心的。所以BC的方向就是公法线方向。 显然，速度方向与力的方向重合，所以压力角是0度。这是我们最希望的压力角。压力角越小，则凸轮机构的传力性能越好。 第9章作业 9-1 何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击?试补全图示各段一、 一、一曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？ 答凸轮机构传动中的刚性冲击是指理论上无穷大的惯性力瞬问作用到构件上，使构件产生强烈的冲击；而柔性冲击是指理论上有限大的惯性力瞬间作用到构件上，使构件产生的冲击。 s-δ, v-δ, a-δ曲线见图。在图9-1中B，C处有刚性冲击，在0，A，D，E处有柔性冲击。 9—2何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以避免? 题9-1图 答在用包络的方法确定凸轮的工作廓线时，凸轮的工作廓线出现尖点的现象称为变尖现象：凸轮的工作廓线使推杆不能实现预期的运动规律的现象件为失真现象。变尖的工作廓线极易磨损，使推杆运动失真．使推杆运动规律达不到设计要求，因此应设法避免。变尖和失真现象可通过增大凸轮的基圆半径．减小滚子半径以及修改推杆的运动规律等方法来避免。 9—3力封闭与几何封闭凸轮机构的许用压力角的确定是否一样?为什么? 答力封闭与几何封闭凸轮机沟的许用压力角的确定是不一样的。因为在回程阶段-对于力封闭的凸轮饥构，由于这时使推杆运动的不是凸轮对推杆的作用力F，而是推杆所受的封闭力．其不存在自锁的同题，故允许采用较大的压力角。但为使推秆与凸轮之间的作用力不致过大。也需限定较大的许用压力角。而对于几何形状封闭的凸轮机构，则需要考虑自锁的问题。许用压力角相对就小一些。 9—4一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子？问是否可行?为什么? 答不可行。因为滚子半径增大后。凸轮的理论廓线改变了．推杆的运动规律也势必发生变化。 9—5一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力角稍偏大，拟采用推杆偏置的办法来改善，问是否可行?为什么? 答不可行。因为推杆偏置的大小、方向的改变会直接影响推杆的运动规律．而原凸轮机构推杆的运动规律应该是不允许擅自改动的。 9-6 在图示机构中，哪个是正偏置?哪个是负偏置?根据式(9-24说明偏置方向对凸轮机构压力角有何影响? 答由凸轮的回转中心作推杆轴线的垂线．得垂足点，若凸轮在垂足点的 速度沿推杆的推程方向．刚凸轮机构为正偏置．反之为负偏置。由此可知．在图 示机沟中，两个均为正偏置。由 第三章凸轮机构典型例题 例 1 在图示的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，其圆心在A点，半径R=40mm，凸轮转动方向如图所示，l OA=25mm，滚子半径r t=10mm，试问： （1）凸轮的理论廓线为何种曲线？ （2）凸轮的基圆半径r b=? （3）从动件的升距h=? 解：选取适当的比例尺作机构图如图（b）所示 （1）理论廓线η为半径为R+r t =40+10=50mm的圆。 （2）凸轮的基圆半径r b 凸轮理论廓线的最小向径称为凸轮的基圆半径，如图所示线段OC即为理论廓线η的最小向径，也就是凸轮的基圆半径r b。由图（b）可知 r b=l AC－l AO =（R+r t）－l AO=（40+10）－25=25mm （3）从动件的升距h 从动件上升的最大距离h称为从动件的升距，它等于理论廓线η的最大与最小向径之差。因此， h=（l AO+R+r t）－r b=25+40+10－25=50mm 例 2 如图（a）所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它由四段直线组成。要求：画出推杆的位移线图和加速度线图；判断那几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置。凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。 解：由图（a）所示推杆的速度线图可知 在OA段内，因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休止，推杆的位移及加速度均为零，即s=0，a=0，如图（b）（c）所示。 解： 在AD段内，因v>0，故为推杆的推程段。且在AB段内，因速度线图为上升的斜直线，故推杆先等加速上升，位移线图为抛物线运动曲线，而加速度线图为正的水平直线段；在BC线段内，速度线图为水平直线段，故推杆继续等速上升，位移线图为上升的斜直线，而加速度线图为与δ轴重合的线段；在CD 段内，因速度线图为下降的斜直线，故推杆继续等减速上升，位移线图为抛物线运动曲线，而加速度线图为负的水平直线段。做出推杆的推程段的位移及加速度线图，如图（b）（c）所示。 在DE段内，因v<0，故为推杆的回程段，且速度线图为水平线段，推杆作等速下降运动。位移线图为下降的斜直线，而加速度线图为与δ轴重合的线段，且在D和E处其加速度分别为负无穷大和正无穷大，如图（b）（c）所示。 由推杆速度线图（a）和加速度线图（c）可知，在D及E处，有速度突变，且在加速度线图上分别为负无穷大和正无穷大。故在在D及E处有刚性冲击。在加速度线图上A"，B"，C"，处有加速度值的有限值突变，故在这几处凸轮机构有柔性冲击。 在F处有正的加速度值，故有惯性力，但既无速度突变，也无加速度突变，因此，F处无冲击存在。 例3 图示为一移动滚子从动件盘形凸轮机构，滚子中心位于B0点时为该机构的起始位置。试求： （1）滚子与凸轮廓线在B1' 点接触时，所对应的凸轮转角φ1。 （2）当滚子中心位于B2点时，凸轮机构的压力角α2。 解（1）这是灵活运用反转法的一种情况，即已知凸轮廓线，求当从动件与凸轮廓线上从一点到另一点接触时，凸轮转过的角度。 机械基础第八章凸轮机构同步习题黄战 第八章凸轮机构 §8-1凸轮机构概述 §8-2凸轮机构的分类与特点 1、凸轮机构中，主动件通常作__________ 。 A、等速转动或移动 B、变速转动 C、变速移动 2、凸轮与从动件接触处的运动副属于（）。 A、高副 B、转动副 C、移动副 3、内燃机的配气机构采用了（）机构。 A、凸轮 B、铰链四杆 C、齿轮 4、凸轮机构中，从动件构造最简单的是（）从动件。 A、平底 B、滚子 C、尖顶 5、从动件的运动规律决定了凸轮的（）。 A、轮廓曲线 B、转速 C、形状 6、凸轮机构中，（）从动件常用于高速传动。 A、滚子 B、平底 C、尖顶 7、凸轮机构主要与（）和从动件等组成。 A、曲柄 B、摇杆 C、凸轮 &有关凸轮机构的论述正确的是（）。 A、不能用于高速启动 B、从动件只能做直线运动 C、凸轮机构是高副机构 二、判断题 1、（）在凸轮机构中，凸轮为主动件。 2、（）凸轮机构广泛应用于机械自动控制。 3、（）移动凸轮相对机架作直线往复移动。 4、（）在一些机器中，要求机构实现某种特殊的复杂的运动规律，常采用凸轮机构。 5、（）根据实际需要，凸轮机构可以任意拟定从动件的运动规律。 6、（）凸轮机构中，主动件通常作等速转动或移动。 三、填空题 1、凸轮机构主要有________ 、_________ 和____________ 三个基本构件所组成。 2、在凸轮机构中，凸轮为____________ ，通常作等速__________ 或___________ 。 机械基础第八章凸轮机构同步习题黄战 3、在凸轮机构中，通过改变凸轮_______________ ，使从动件实现设计要求的运动。 4、在凸轮机构中，按凸轮形状分类，凸轮有__________________ 、________________ 和三种。 5、凸轮机构工作时，凸轮轮廓与从动件之间必须始终___________ ，否则，凸轮机构就不能正常工作。 6、凸轮机构主要的失效形式是_______ 和______________ 。 §8-3凸轮机构工作过程及从动件运动规律 1从动件作等速运动规律的位移曲线形状是（）。 A、抛物线 B、斜直线 C、双曲线 2、从动件作等加速等减速运动的凸轮机构（）。 A、存在刚性冲击 B、存在柔性冲击 C、没有冲击 3、从动件作等速运动规律的凸轮机构，一般适用于（）、轻载的场合。 A、低速 B、中速 C、高速 4、从动件作等加速等减速运动规律的位移曲线是（）。 A.、斜直线B、抛物线C、双曲线 二、判断题 1（）凸轮机构中，从动件作等运动规律是指从动件上升时的速度和下降时速度必定 相等。 2、（）凸轮机构中，从动件作等速运动规律的原因是凸轮座等速转动。 3、（）凸轮机构中，从动件等加速等减速运动规律是指从动件上升时作等加速运动， 而下降时作等减速运动。 4、（）凸轮机构产生的柔性冲击，不会对机器产生破坏。 5、（）凸轮机构从动件的运动规律可按要求任意拟定。 三、填空题 1凸轮机构中，从动件的运动规律是多种多样的，生产中常用的有_____________ 和_________________ 等。 2、凸轮机构中，从动件作等速运动规律是指从动件在运动过程中速度v为_______ 。 3、从动件的运动规律决定凸轮的_____________ 。 4、凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作__________________ 运动，从动件作___________ 。 图示凸轮机构中，凸轮为一半径R＝20 mm 的偏心圆盘，圆盘的几何中心 A 到转动中心O 的距离为 e = 10 mm ，滚子半径r g = 5 mm ，凸轮角速度。试求：（14 分） ①凸轮的理论廓线和基圆；②图示位置时机构的压力角； ③凸轮从图示位置转过时的位移S；④图示位置时从动件 2 的速度v。 ① 凸轮的理论廓线和基圆 理论廓线。对于滚子推杆的凸轮机构而言，理论廓线是过滚子中心的一条封闭廓线。题 目中给出的是工作廓线，要得到理论廓线，只需要把工作廓线往外偏移一个滚子的半径即可。由于这里工作廓线就是一个以 C 为圆心，半径为20mm 的圆；而滚子的半径是5mm ，所以理论廓线就是以 C 为圆心，半径为20+5=25mm 的圆.如下图所示。 基圆。首先我们知道，基圆是在理论廓线上定义的；其次我们懂得，它是以转动中心O 为圆心的，与理论廓线内切的一个半径最小的圆。按照该定义，我们以O 为圆心做一个与理论廓线内切的最小的圆如下图，显然，它的半径是10+5=15mm. ②图示位置时机构的压力角； 对于该机构而言，压力角是滚子的中心 B 点的受力方向与运动方向的夹角。 B 点的速度方向。由于 B 点是推杆与滚子的连接点，所以它也就是推杆上的 B 点。由于推杆在上下平移，推杆上任何一点的轨迹都是沿着推杆的直线，所以任何一点的速度方向都 是推杆直线的方向，因此推杆上的 B 点速度方向也在该直线上。 B 点的受力方向。推杆上的 B 点与理论廓线接触，在忽略摩擦的前提下，其受力方向其 实就是理论力学中的光滑接触面中的反力方向。光滑接触面的反力是公法线方向。由于推杆的B 点是尖点，无所谓法线，所以公法线方向就是理论廓线在该点的法线方向。而理论廓 线是一个圆，圆上任何一点的法线方向都是从从该点指向圆心的。所以BC 的方向就是公法线方向。 显然，速度方向与力的方向重合，所以压力角是0 度。这是我们最希望的压力角。压力 角越小，则凸轮机构的传力性能越好。 ③凸轮从图示位置转过时的位移S； 对于这种问题，总是用反转法通过作图测量出来的。 使用反转法，我们给整个凸轮机构（包括机架）一个与凸轮转向相反，速度相同的角速 度，从而使得凸轮静止，而机架围绕凸轮的转动中心转动，此时，推杆会一方面跟随机架转动，另外，又相对机架做平移。按照理论力学的说法，若取机架为动系，则推杆在做一个牵 连运动为定轴转动，而相对运动为平移运动的平面运动。 机械原理大作业二 课程名称：机械原理 设计题目：凸轮设计 院系：机电学院 班级： 1208103 完成者： xxxxxxx 学号： 11208103xx 指导教师：林琳 设计时间： 2014.5.2 工业大学 凸轮设计 一、设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮，其原始参数见表，据此设计该凸轮。 二、凸轮推杆升程、回程运动方程及其线图 1 、凸轮推杆升程运动方程(6 50π?≤ ≤) 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，6 50π =Φ带入正弦加速度运动规律的升程段方程式中得： ??? ?? ???? ??-=512sin 215650?ππ?S ； ?? ? ?????? ??-= 512cos 1601ππωv ； ?? ? ??= 512sin 1442 1?π ωa ； 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ π?π ≤≤6 5） mm h s 50==； 0==a v ； 3、凸轮推杆回程运动方程（9 14π ?π≤≤） 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，9 5'0π= Φ，6 s π = Φ带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： ?? ? ???-+=)(59cos 125π?s ； ()π?ω--=59 sin 451v ； ()π?ω-=59 cos 81-a 21； 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（π?π 29 14≤≤） 0===a v s ； 5、凸轮推杆位移、速度、加速度线图 根据以上所列的运动方程，利用matlab 绘制出位移、速度、加速度线图。 ①位移线图 编程如下： %用t 代替转角 t=0:0.01:5*pi/6; s=50*((6*t)/(5*pi)-1/(2*pi)*sin(12*t/5)); hold on plot(t,s); t=5*pi/6:0.01:pi; s=50; hold on plot(t,s); t=pi:0.01:14*pi/9; s=25*(1+cos(9*(t-pi)/5));凸轮机构习题解答
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