１０
凸轮机构
一、标注凸轮的压力角；
二、标注凸轮的转角；
三、标注从动件的位移；
四、根据位移线图设计凸轮的轮廓曲线。
１．（浙江理工大学２０１０年机械设计基础考研真题）
利用“反转法”，作出图（ｂ）凸轮机构从图示位置转过４５°
后轮廓上的压力角。
２．（昆明理工大学２０１０年机械原理考研真题）
标出图示位置时凸轮机构的压力角，凸轮从图示位置转过９０
度后推杆的位移。
３．（山东轻工业学院２０１２年机械原理考研真题）
图示的凸轮机构中，凸轮为一圆盘。试在图上作出：
（１）基圆；
（２）图示位置的凸轮转角Φ和从动件的位移ｓ；
（３）图示位置时的从动件压力角α。
１
１
４．（重庆工学院２００８年机械工程考研真题）
图示为平底从动件偏心圆凸轮机构。试在图上画出：
（１）基圆半径ｒｂ
；（２）升距ｈ；
（３）该位置机构压力角α
；５．（浙江理工大学２０１０年机械设计基础考研真题）
在图３所示凸轮机构中，已知凸轮为一偏心圆盘，凸轮的回转方向如图３所示。试求：（作图时可以自选比例重画此图或剪下贴至答题纸上。）
１）画出此凸轮机构的基圆和凸轮的理论轮廓曲线；
２）标出从动件的行程ｈ，及在图示位置时推杆的位移ｓ；
３）
标出此凸轮机构在图示位置时的压力角。
１２６．（山东轻工业学院２０１０年机械设计基础考研真题）
图示为偏心圆盘凸轮机构，凸轮以匀角速度ω绕Ｏ点回转，圆盘的几何中心在Ａ点。（１）画出凸轮的理论廓线、基圆和偏距圆；
（２）找出并标注凸轮从图示位置转过９０°时从动件的位移Ｓ和压力角ａ；（３）找出图示位置凸轮与从动件的相对瞬心Ｐ１２
，并求图示位置从动件的速度Ｖ２
（
用公式表示）７．（深圳大学２０１１年机械设计基础考研真题）
已知某凸轮的基圆半径Ｒ＝３０，凸轮以等角速度ω１逆时针方向回转，从动件的推程ｈ＝２５ｍｍ，位移线图如图所示（示意图）。
（１）试设计出对心直动尖顶从动件盘形凸轮的轮廓曲线；
（２）
该凸轮在运动中有无冲击？是何种冲击？在什么位置？
教学环节与主要内容具体教学目标教学活动 平底式：结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力小， 适用于高速。但不能与内凹的轮廓接触，因此运 动规律受到一定限制，易形成油膜，受力最平稳。 曲面式：介于滚子和平底之间 4、移动式：主动件连续回转→从动件往复直线移 动 摆动式：主动件连续回转→从动件往复摆动 5、等速运动规律：凸轮低速回转、从动件质量小 和轻载的场合。 等加速等减速运动规律：凸轮中速回转，从动件 质量不大和轻载（承载能力大于等速运动规律） 的场合。 6、等速运动规律： 刚性冲击、产生原因：加速度突变 产生位置：0°、90°、180°、270° 为了避免刚性冲击，采用修正弧法避免。 4、从动件两个运动 规律。 教师：点评 学生：讲解
课堂教学安排
等加速等减速运动规律 产生原因：加速度有限突变 产生位置：0°、90°、270°、360° 例：1）指出有刚性冲击位置的点：__________，柔性冲击位置的点：__________； （2）若改为滚子式从动件，则运动规律__________（改变，不改变）； （3）在推程运动过程中，若不发生自锁，则必须有___________5、通过所学知识解答 习题。 教师：巡回指导 学生：解题 课堂教学安排 教学环节与主要内容具体教学目标教学活动
小结： 小结从动件运动规律的分析和作图。 作业： 单招练习。6、通过所学知识解答 习题。 教师：巡回指导 学生：解题 教学后记1、反思教学内容与高考的联系。本知识点在高考中多年未考，值得引起关注。 2、反思教学习题的设置。 ---精心整理，希望对您有所帮助
凸轮机构习题解答复习与练习题参考答案 一、单项选择题 1 B 2 A 3 C 4 D 5 B 6 A 7.A 8. A 9. C 10 .B 11. C 12. A 13. .B 14. .B 15 . A 16. B 17 . C 18 .B 19 .A 20 .B 21 .B 22 .C 其他答案在文后： 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 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（ A. 不变的 B. 变化的 ）。 14．凸轮压力角的大小与基圆半径的关系是（ A 基圆半径越小，压力角偏小 15．压力角增大时，对（）。 B. 基圆半径越大，压力角偏小 A. 凸轮机构的工作不利 C. 凸轮机构的工作无影响 B. 凸轮机构的工作有利
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。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 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。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。
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。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移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。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ
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=? 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？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。
第六讲凸轮机构及其设计 （一）凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构 1．组成：凸轮，推杆，机架。 2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 二、凸轮机构的分类 1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮 2．按推杆的形状分 尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合 滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。 4．根据凸轮与推杆接触方法不同分： （1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮 （二）推杆的运动规律 一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0称为基圆半径。推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。休止：推杆处于静止不动的阶段。推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角 二、推杆常用的运动规律 1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。 2.柔性冲击：加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起有限
第九章凸轮机构及其设计 第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。 例1内燃机的配气机构 当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。 例2自动机床的进刀机构 当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。 2.凸轮机构及其特点 (1)凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 (2)凸轮机构的特点
1）优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。 2）缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 3.凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动 凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作 出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种 空间凸轮机构。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。 （2）按推杆的形状分 1）尖顶推杆。这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。 2）滚子推杆。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。
铰链四杆机构的基本特性和凸轮机构 一、判断题 （）1、曲柄摇杆机构的急回特性是用行程速度比系数K来表征，K值越小，急回作用越明显。 （）2、当K＞1，θ＞0时，机构具有急回特性。 （）3、曲柄摇杆机构以曲柄为原动件时就一定存在急回运动特性。 （）4、偏心曲柄滑块机构以曲柄为原动件时一定存在急回运动特性。 （）5、对心曲柄滑块机构无急回特性。 （）6、摆动导杆机构以曲柄为原动件时不一定存在急回运动特性。 （）7、在曲柄和连杆同时存在的平面四杆机构中，只要曲柄和连杆处于共线位置，就是曲柄的“死点”位置。 （）8、曲柄摇杆机构一定存在死点位置。 （）9、缝纫机踏板机构有时会出现踩不动或倒机的现象，这是因为死点位置造成的。 （）10、缝纫机踏板机构是利用飞轮惯性使其通过死点位置的。 （）11、曲柄摇杆机构以摇杆为原动件时存在两个死点位置。 （）12、内燃机中的曲柄滑块机构不存在死点位置。 （）13、滚子从动件凸轮机构中，从动件与凸轮之间的滚动摩擦阻力小，适于高速传动场合。 （）14、从动件的运动规律取决于凸轮轮廓的形状。 （）15、在柱体凸轮机构中，从动件可以通过直径不大的圆柱凸轮或端面凸轮获得较大的行程。 （）16、尖顶从动件易于磨损，而平底从动件磨损则较小，这是因为前者与凸轮组成高副，而后者与凸轮组成低副的原因。 （）17、凸轮机构能将原动件的旋转运动转化为从动件的往复直线运动。（）18、尖顶从动件盘形凸轮机构，基圆与实际工作轮廓线相切。 （）19、凸轮机构的压力角是指凸轮轮廓线某点的法线方向与从动杆速度方向之间的夹角，一般情况下，在工作过程中它是恒定不变的。 （）20、凸轮机构中，升程一定时，基圆半径增大，压力角也随之增大。（）21、移动从动件盘形凸轮机构，当从动件不动时，对应的凸轮轮廓线为一直线。 （）22、压力角影响机构的传力特性，压力角越大，传力特性越好。 二、选择题 （）1、当行程速度比系数为时，曲柄摇杆机构才有急回特性。 A. K＞1 B. K＜1 C. K＝0 D. K＜0 （）2、下列关于急回特性的描述，错误的是。 A. 机构有无急回特性取决于行程速度比系数 B. 急回特性可使空回行程的时间缩短，有利于提高生产率 C. 极位夹角值越大，机构的急回特性越显著 D. 只有曲柄摇杆机构具有急回特性 （）3、下列机构中存在急回特性的是。 A. 对心曲柄滑块机构且以曲柄为原动件 B. 偏心曲柄滑块机构且以滑块为原动件 C. 摆动导杆机构且以曲柄为原动件 D. 摆动导杆机构且以导杆为原动件 （）4、当四杆机构出现死点位置时，可在从动件上使其顺利通过。 A. 加设飞轮 B. 加大驱动力 C. 减小阻力 D. 更换原动件（）5、关于缝纫机踏板机构，以下论述错误的是。
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 、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（0 5） 6 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件h 50mm ，05带入正弦 6 加速度运动规律的升程段方程式中得： 6 1 12 S 50 sin ； 5 2 5
cos 5 144 12 12 a sin 5 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ 5 ） 6 s h 50mm ； v a 0 ； 3、凸轮推杆回程运动方程（ 14 ） 9 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件 h 50mm ， '0 5 9 6 带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： 14 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（ 14 2 ） 9 s v a 0； 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)); hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.001:2*pi; s=0; 60 12 cos 9 ( 5 ）； v 45 9 1 sin a -81 29 1 cos 25
机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告姓名 凸轮机构运动学仿真班号 成绩 凸轮机构的运动学仿真 一、实验目的： 1.理解凸轮轮廓线与从动件运动之间的相互关系，巩固凸轮机构设计及运动分析的理论知识。 2.用虚拟样机技术模拟仿真凸轮机构的设计。 二、实验内容： 1．凸轮轮廓线的构建； 2．凸轮机构的三维建模； 3．凸轮机构的运动学仿真。 具体要求：设计对心直动滚子从动件凸轮机构 已知从动件的运动规律为：当凸轮转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律上升h=10mm；凸轮再转过Φ'=1200，从动件停止不动；当凸轮再转过Φ=600时，从动件以等加速等减速运动规律下降h=10mm；其余Φs'=1200，从动件静止不动。 已知基圆r b=50mm，滚子半径r=10mm，凸轮厚度10mm。凸轮以等角速度顺时针转动，试设计凸轮机构，并输出从动件运动规律。 实验步骤：
三、实验报告： 将所建立的凸轮廓线、凸轮机构的三维模型、凸轮机构的从运件运动规律附在实验报告中。 机构与零部件设计（Ⅰ）实验报告 凸轮机构运动学仿真
对设计结果进行分析 思考题： 1．在构建凸轮轮廓线的曲线应注意哪些事项？在建立凸轮机构的三维建模时又应注意哪些事项？ 建凸轮轮廓曲线时首先该凸轮轮廓曲线分为四段推程阶段（等加速、等减速）、远休止阶段、回程阶段、近休止阶段。建立表达式时较复杂，例如要将上诉规律分为六小段，即b1=30,b2=60,b3=180,b4=210,b5=240,b6=360且a1=0,a2=b1,a3=b2,a4=b3,a5=b4,a6=b5(单位皆为度)。 另知 在最后插入曲线时要将输入的x1、y1等相互对应，且将Z 值变为0. 还要根据设计任务的要求选择凸轮的类型和从动件运动规律 确定凸轮的基圆半径，确定凸轮的轮廓 在建立三维模型，表达式的建立时，要注意参数化曲线的建立以及连杆，运动副的定义，特别注意高副的定义。 2．凸轮轮廓线与从动件运动规律之间有什么内在联系？ 答：凸轮轮廓曲线由从动件的运动规律来决定，要根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓的曲线。 ? ?cos )(sin )(s r y s r x b B b B +=+=
哈工大机械原理大作业-凸轮机构设计(第题)
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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 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 哈尔滨工业大学
凸轮机构设计 一、设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见表，据此设计该凸轮机构。 序号 升程（mm ） 升程运动角（°） 升程运动规律 升程许用压力角（°） 回程运动角（°） 回程运动规律 回程许用压力角 （°） 远休止角（°） 近休止角 （°） 3 50 150 正弦加速度 30 100 余弦加速度 60 30 80 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 ； ω
?? ? ??= 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)); hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.001:2*pi;
机械原理大作业 凸轮机构运动分析 学号 姓名 院系 专业 完成日期 设计题号 指导教师 一、设计如图1所示直动从动件盘形凸轮机构。其原始参数见表1。
图1 行程（mm）升程运 动角 （°） 升程运 动规律 升程许 用压力 角（°） 回程运 动角 （°） 回程运 动规律 回程许用 压力角 （°） 远休止 角 （°） 近休止 角 （°） 35 80 余弦加 速度35 60 3-4-5 多项式 70 100 120 表1 二、计算流程图
凸轮机构分析 建立数学模型 位移方程速度方程 加速度方程 速度线图位移线图加速线图 ds/d Ψ-s 曲线升程压力角回程压力角 确定轴向及基圆半径 压力角图确定滚子半径实际轮廓理论轮廓 轮廓图 结束 三、建立数学模型 1. 位移、速度、加速度、ds/dψ-s 、压力角图 （1）运动方程： A.升程运动方程（余弦加速度）： ? ?? ? ? ≤≤π?940 ??????-= )cos(12h 01?φπs )sin(20 011?φπφωπh v =
)cos(202 212 1 ?φπφωπh a = B.远休止方程： ?? ? ??≤≤π?π94 h s =2 02=v 02=a C.回程运动方程（3-4-5多项式）： ??? ? ?≤≤π?π34 ])(*6)(*15)( *101[5 0' 040'030'03φφφ?φφφ?φφφ?s s s h s -----+---= ])(*30)(*60)( *30[4 '030'020'00'1 3φφφ?φφφ?φφφ?φωs s s h v --+------ = ])(*120)(*180)( *60[3 ' 020'00'02 0'2 1 3φφφ?φφφ?φφφ?φωs s s h a --+------ = D.近休止方程： ?? ? ??≤≤π?π34 04=s 04=v 04=a (2)源代码及作图（matlab ） syms a1 a2 a3 a4;
凸轮机构设计及运动分析 问题描述： 如图1所示为以对心直动尖顶盘形凸轮机构。从动杆位移s随时间变化曲线如图2所示。要求设计凸轮机构并分析从动件速度v，加速度a随时间变化的规律，及应力、应变随时间变化的规律。 任务与要求 1.设计满图2运动规律的凸轮机构；（要有设计计算步骤） 2.对所设计的机构运用ansys软件分析从动件速度、加速度随时间变化的规律； 3.查阅资料、了解所给机构的在生产、生活中的应用，说明其工作原理，并附相应的图片或视频。 凸轮机构设计及运动分析指导书
一、设计的目的 通过设计，训练学生机构设计的能力，掌握运用ANSYS Workbench进行瞬态动力学分析的方法、步骤和过程，提高学生解决实际问题的能力。 二、设计报告的主要要求 设计报告包括设计报告书Word文档和Powerpoint演示文稿两部分。 1.设计报告书内容包括目录、任务书、正文、参考文献、组员工作内容表。 (1)文档格式严格遵守设计书文档规范要求。 (2)目录必须层次清楚，并标有页码数。 (3)正文按章节编写，按照任务书要求合理安排内容，并附有参考文献。 2.Powerpoint演示文稿要求内容简洁，重点突出。 三、人员要求：1人 四、时间安排 1.布置任务、准备、查阅资料：2天； 2.机构设计及动画：6天； 3.Ansys分析：6天； 4.编写报告书、Powerpint演示文稿、验收：2天。 5.答辩。 五、成绩形成： 设计报告书：50分；答辩：50分 组内成员按实际完成工作量评定每位学生最终成绩；不参加答辩的学生没有答辩成绩。 六、参考资料：机械原理的平面机构，ansys机械工程应用精华59例
机械原理课程设计——凸轮机构设计（一） 目录 (1) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（一）、题目及原始数据 (2) （二）、推杆运动规律及凸轮廓线方程 (3) （三）、计算程序方框图 (5) （四）、计算源程序 (6) （五）、程序计算结果及分析 (10) （六）、凸轮机构图 (15)
（七）、心得体会 (16) （八）、参考书 (16)
（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，凸轮以 1rad/s的角速度沿逆时针方向转动。要求： （1）、推程运动规律为等加速等减速运动，回程运动规律为五次多项式运动规律； （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）、打印出凸轮运动的位移； （7）、打印最后所确定的凸轮的基圆半径。 原始数据如下： r0=0.015; 初选的基圆半径r0 Deltar0=0.0005; 当许用压力角或许用最小曲率半径不满足时，r0以Δr0 为步长增加重新计算 rr=0.010; 滚子半径r r h=0.028; 推杆行程h e=0.005; 偏距e omega=1; 原动件凸轮运动角速度，逆时针ω delta1=pi/3; 近休止角δ1 delta2=2*pi/3; 推程运动角δ2 delta3=pi/2; 远休止角δ3 delta4=pi/2; 回程运动角δ4 alpha1=pi/6; 推程许用压力角[α1] alpha2=(70/180)*pi; 回程许用压力角[α2] rho0min=0.3*rr; 许用最小曲率半径ραmin （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 v=0 a=0 （2）推程阶段：60o≤δ<180 o 等加速运动规律：60o≤δ<120 o s=2h(δ-60o)2/(120 o)2 v=4hω(δ-60o)/(120 o)2 a=4hω2/(120 o)2 等减速运动规律：120o≤δ<180 o
第三章凸轮机构 题3-1欲设计图示的直动滚子从动件盘形凸轮机构,要求在凸轮转角为00～900时,推杆以余弦加速度运动规律上升h= 20 mm,且取r0= 25 mm,e= 10 mm,r r= 5 mm。试求： （1）选定凸轮的转向ω,并简要说明选定的原因； （2）用反转法画出当凸轮转角φ=00～900时凸轮的工作廓线（画图的分度要求小于150）； （3）在图上标注出φ1=450时凸轮机构的压力角α。 解答： 1．选位移比例尺 m/m m 001 .0 = S μ ，转角比例尺 /mm 04 .0弧度 = ? μ ，绘制从动件 位移曲线，见题解3-1图 (a)。 2. 逆时针方向，使凸轮机构为正偏置，减小推程段凸轮机构的压力角。 3．将圆弧顶推杆视为滚子推杆，取尺寸比例尺 m/m m 001 .0 = l μ 作图，凸轮廓线如图 所示。 4．如图所示，当φ1=450时，α=14.50。 题3-1图 (a)(b)
题3-2 图示为一摆动平底推杆盘形凸轮机构（ 001.0=l μm/mm ），已知凸轮的 轮廓是一个偏心圆，其圆心为C ，试用图解法求： （1）凸轮从初始位置到达图示位置时转角φ0及推杆的角位移ψ0； （2）推杆的最大角位移ψmax 及凸轮的推程运动角Φ； （3）凸轮从初始位置回转900 时，推杆的角位移ψ90。 解题分析：作推杆的摆动中心所在的圆η→作基圆→作推杆的初始位置→按题目要求逐步求解。 解答： 1．求φ0及ψ0 （1）以O 为圆心，OA 长为半径作圆η；以O 为圆心作圆切于凸轮，该圆即为基圆；作推杆与基圆和凸轮同时相切，得切点B 0，A 0B 0即为推杆的初始位置。 （2）凸轮从初始位置到达图示位置时的转角就是A 0O 沿-ω方向转到AO 时的角度，即 φ0=330，推杆的角位移ψ0=20。 题3-2图 题解3-2图
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 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 一．设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构， 1.运动规律（等加速等减速运动） 推程 0450≤≤? 推程 009045≤≤? 2.运动规律（等加速等减速运动） 回程 00200160≤≤? 回程 00240200≤≤? 三．推杆位移、速度、加速度线图及凸轮s d ds -φ 线图 采用VB 编程，其源程序及图像如下： 1.位移： Private Sub Command1_Click() = True '开启计时器 End Sub Private Sub Timer1_Timer() Static i As Single
Dim s As Single, q As Single 'i作为静态变量，控制流程；s代表位移；q代表角度 = 0 = 0 i = i + If i <= 45 Then q = i s = 240 * (q / 90) ^ 2 Step(q, -s), vbRed ElseIf i >= 45 And i <= 90 Then q = i s = 120 - 240 * ((90 - q) ^ 2) / (90 ^ 2) Step(q, -s), vbGreen ElseIf i >= 90 And i <= 150 Then q = i s = 120 Step(q, -s), vbBlack ElseIf i >= 150 And i <= 190 Then q = i s = 120 - 240 * (q - 150) ^ 2 / 6400 Step(q, -s), vbBlue ElseIf i >= 190 And i <= 230 Then
凸轮机构 一、填空 1.凸轮机构主要是由_______、_______和固定机架三个基本构件所组成。 2.按凸轮的外形，凸轮机构主要分为_______凸轮和_______凸轮两种基本类型。 3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_______、_______和平底三种。 4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_______。 5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向）与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_______。 6.随着凸轮压力角α增大，有害分力F2将会_______而使从动杆自锁“卡死”，通常对移动式从动杆，推程时限制压力角α_______。 7.凸轮机构从动杆等速运动的位移为一条_______线，从动杆等加速等减速运动的位移曲线为一条_______线。 8.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生_______冲击，引起机构强烈的振动。 9.凸轮机构的移动式从动杆能实现_______。 (a 匀速、平稳的直线运动 b 简偕直线运动 c各种复杂形式的直线运动 10.从动杆的端部形状有_______、_______和平底三种。 11.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) 12. 要使常用凸轮机构正常工作，必须以凸轮_______。 ( a 作从动件并匀速转动 b 作主动件并变速转动 c 作主动件并匀速转动） 13.在要求_______的凸轮机构中，宜使用滚子式从动件。 ( a 传力较大 b 传动准确、灵敏 c 转速较高） 14.使用滚子式从动杆的凸轮机构，为避免运动规律失真，滚子半径r与凸轮理论轮廓曲线外凸部分最小曲率半径ρ最小之间应满足_______。
机械原理大作业－凸轮机构 专业：材料成型机控制工程学号：0284 姓名：朱富慧组号：11材卓一第2组 1.题目 （1）凸轮回转方向：顺时针 （2）从动件偏置方向：左偏置 （3）偏心距：15mm （4）基圆半径：45mm （5）从动件运动规律：先以余弦运动规律上升，再以等加速等减速运动规律下降。推程运动角150°，远休止角30°，回程运动角120°，近休止角60°。（6）从动件行程20mm。 要求：编制程序每隔5°计算凸轮轮廓坐标并绘制凸轮轮廓曲线。 2.数学公式 ，偏心距为e，凸轮转向系数为m（顺时针时m=1，逆时针时m=-1)，记基圆半径为r 从动件偏置方向系数为n（左偏置时n=1，右偏置时n=-1,无偏置时n=0)，推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角依次为p1、p2、p3、p4，从动件行程为h从动件位移为s。 则从动件位移曲线方程为 0 s= p1+p2 s N Y ② N Y ① N ② s= 执行函数zuobiao （） p+5=>p p>=p 1+p 2+p 3/2&&p< s= 第九章凸轮机构及其设计 1 什么是凸轮的理论轮廓曲线、实际轮廓曲线？两者之间有什么关系？ 2 在凸轮机构设计中有哪几种常用的从动件运动规律？这些运动规律各有什么特点以及适用场合？在选择从动件运动规律时应考虑哪些主要因素？ 3 发生刚性冲击的凸轮机构，其运动线图上有什么特征？如发生柔性冲击时又有什么特征？ 4 用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？ 4 何谓凸轮机构的“失真”现象？失真现象在什么情况下发生？如何避免失真现象的发生？ 6 一凸轮机构滚子从动件已损坏，要调换一个新的滚子从动件，但没有与原尺寸相同的滚子。试问用该不同尺寸的滚子行吗？为什么？ 7 何谓凸轮机构的压力角？其在凸轮机构的设计中有何重要意义？一般是怎样处理的？ 8 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？ 9 图中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。 10 凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，有突变，会产生冲击。 11根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。写出两种几何形状封闭的凸轮机构和。12为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用，，或依靠凸轮上的来实现。 13 凸轮机构的主要优点为，主要缺点为。14为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的侧。 15凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，将发生突变，从而引起冲击。 16 当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角。 17凸轮基圆半径是从到的最短距离。18平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于。 第九章 凸轮机构及其设计 题9-1 在直动推杆盘形凸轮机构中，已知凸轮的推程运动角0δ= π/2，推杆的行程角h=50mm ，试求：当凸轮的角速度ω=10rad/s 时，等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度四种常用运动规律的速度最大值m ax v 和加速度最大值a max 及所对应的凸轮转角δ。 题9-2已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求推杆的位移曲线。 解：以同一比例尺mm mm l 1=μ作推杆位移曲线如图9-2所示 0° 180° 360° S δ A 题9-2 题9-3试用作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e=10mm ，基圆半径r 0=30mm ，滚子半径r r =10mm 。推杆运动规律为：凸轮转角δ=0°~150°时，推杆等速上升16mm ；δ=150°~180°时，推杆远休；δ=180° ~300°时，推杆等加速等减速回程16mm ；δ=300°~360°时，推杆近休。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为: 1) 推程： 0δh s = ， ()?≤≤1500δ 2）回程：等加速段 2 022δδh h s -= ，()?≤≤600δ 等减速段 ()20 2 2δδδ'-'-=h s ， ()?≤≤?12060δ 计算各分点的位移值如下： 取 mm mm l 1=μ作图如下: 题9-4试以作图法设计一对心平底直动推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径r 0=30mm ，推杆平底与导轨的中心线垂直，凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过150°时，推杆以五次多项式运动上升20mm ；再转过120°，推杆又以余弦加速度运动回到原位；凸轮转过其余90°时，推杆静止不动。 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为： 第九章凸轮机构及其设计(Cam Mechanisms and Synthesis) §9－1凸轮机构的应用和分类 §9－2推杆的运动规律 §9－3凸轮轮廓曲线的设计 §9－4凸轮机构基本尺寸的确定 §9－1凸轮机构的应用和分类 结构： 作用： 应用： 分类：1)按凸轮形状分 2)按推杆形状分 3)按推杆运动分 4)按保持接触方式分 §9－2 推杆的运动规律 凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式；2)推杆运动规律； 3)合理确定结构尺寸；4)设计轮廓曲线。 δ’0δ’ o t δ s 名词术语： 一、推杆的常用运动规律 基圆推程运动角 基圆半径推程远休止角 回程运动角回程近休止角 r 0h ωA δ01 δ 01 δ02 δ02 D B B’δ0δ δ’0δ’0 o t δ s r 0 h ω A δ01 δ01 δ02δ02D B C B’ δ0δ0运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S 、速度V 、 和加速度a 随时间t 的变化规律。 形式：多项式、三角函数。 s =s(t)v=v (t)a=a (t) 位移曲线 推程运动方程：s＝hδ/δ0 v＝hω/δ0s δδ v δa δ h +∞ －∞刚性冲击 回程运动方程： s＝h(1－δ/δ0′) v＝－hω/δ0′ a＝0 a＝0 1.一次多项式(等速运动规律) (rigid impulse) 3δ a h/2δ h/2 等减速段推程运动方程为： s =h -2h(δ0–δ)2/δ20 1δ s v =-4hω(δ0-δ)/δ20 a =-4hω2/δ20 25 462h ω/δ 柔性冲击4h ω2/δ 20 等加速段推程运动方程为： s=2hδ2/δ20 v=4hωδ/δ20 a=4hω2/δ20 δ v 2.二次多项式(等加速等减速运动规律) 第3章凸轮机构 习题与参考答案 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 第三章凸轮机构及其设计 §3-1 概述 1 凸轮机构的基本组成及应用特点 组成：凸轮、从动件、机架 运动特征：主动件（凸轮）作匀角速回转，或作匀速直线运动，从动件能实现各种复杂的预期运动规律。 尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构端面圆柱凸轮机构、内燃机配气凸轮机构 优点： （1）从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。 （2）结构简单、紧凑。 （3）便于设计。 缺点： （1）高副机构，点或线接触，压强大、易磨损，传力小。 （2）加工制造比低副机构困难。 应用： 主要用于自动机械、自动控制中（如轻纺、印刷机械）。 2 凸轮机构的分类 1．按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱 2．按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面（P197）3．按从动件运动形式分：直动、摆动 4．按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭 3 凸轮机构的工作循环与运动学设计参数 §3-2凸轮机构基本运动参数设计 一．有关名词 行程－从动件最大位移h。 推程－S↑的过程。 回程－S↓的过程。 推程运动角－从动件上升h，对应凸轮转过的角度。 远休止角－从动件停留在最远位置，对应凸轮转过的角度。 回程运动角－从动件下降h，对应凸轮转过的角度。 近休止角－从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。 一个运动循环凸轮：转过2π，从动件：升→停→降→停 基圆－以理论廓线最小向径r0作的圆。 尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。 滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其内包络线为实际廓线。 从动件位移线图——从动件位移S与凸轮转角 （或时间t）之间 的对应关系曲线。 从动件速度线图——位移对时间的一次导数第九章 凸轮机构及其设计要点
(新)机械原理第九章凸轮机构及设计
凸轮机构及其设计(简)
《机械设计基础》试题库_凸轮机构
凸轮机构及其设计汇总
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