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 B. 基圆半径越大，压力角偏小
15．压力角增大时，对（）。
A. 凸轮机构的工作不利
B. 凸轮机构的工作有利
C. 凸轮机构的工作无影响
16．使用（）的凸轮机构，凸轮的理论轮廓曲线与实际轮廓曲线是不相等的。
A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆
17. 压力角是指凸轮轮廓曲线上某点的（）。
A. 切线与从动杆速度方向之间的夹角
B. 速度方向与从动杆速度方向之间的夹角
C. 法线方向与从动杆速度方向之间的夹角
18．为了保证从动杆的工作顺利，凸轮轮廓曲线推程段的压力角应取（）为好。
A. 大些
B. 小些
19．为保证滚子从动杆凸轮机构从动杆的运动规律不“失真”，滚子半径应（）。
A. 小于凸轮理论轮廓曲线外凸部份的最小曲率半径
B. 小于凸轮实际轮廓曲线外凸部份的最小曲率半径
C. 大于凸轮理论轮廓曲线外凸部份的最小曲率半径
20．从动杆的运动速度规律，与从动杆的运动规律是（）。
A. 同一个概念
B. 两个不同的概念
21．若使凸轮轮廓曲线在任何位置都不变尖，也不变成叉形，则滚子半径必须（）理论轮廓外凸部分的最小曲率半径。
A. 大于
B. 小于
C. 等于
22．凸轮轮廓曲线没有凹槽，要求机构传力很大，效率要高，从动杆应选（）。
A. 尖顶式
B. 滚子式
C. 平底式
二、填空题
1 在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速；和不宜用于高速；而和都可在高速下应用。
2 滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从到的最短距离。
3 平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于。
4 在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，有刚性冲击；、
运动规律有柔性冲击；运动规律无冲击。
5 凸轮机构推杆运动规律的选择原则为：①，②，③。
6 设计滚子推杆盘形凸轮机构时，若发现工作廓线有变尖现象，则在尺寸参数改变上应采用的
措施是，。
7 在设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采用的措施是。
8 设计凸轮机构时，若量得其中某点的压力角超过许用值，可以用使压力角减小。
9．凸轮机构能使从动件按照，实现各种复杂的运动。
10．凸轮机构是副机构。
11．凸轮是一个能从动件运动规律，而具有或凹槽的构件。
12．凸轮机构主要由，和三个基本构件所组成。
13．当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓，从动件作相应的运动。
14．凸轮的轮廓曲线可以按任意选择，因此可使从动件得到的各种运动规律。
15．盘形凸轮是一个具有半径的盘形构件，当它绕固定轴转动时，推动从动杆在凸轮轴的平面运动。
16．盘形凸轮从动杆的不能太大，否则将使凸轮的尺寸变化过大。
17．圆柱凸轮是个在圆柱开有曲线凹槽或是在圆柱上作出曲线轮廓的构件。
18．凸轮机构从动杆的形式有从动杆，从动杆和从动杆。
19．尖顶式从动杆与凸轮曲线成尖顶接触，因此对较复杂的轮廓也能得到运动规律。
20．凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮决定的。
21．以凸轮的半径所做的圆，称为基圆。
22．在凸轮机构中，从动杆的称为行程。
23．凸轮轮廓线上某点的方向与从动杆方向之间的夹角，叫压力角。
24．如果把从动杆的量与凸轮的之间的关系用曲线表示，则此曲线就称为从动杆的位移曲线。
25．当凸轮作等速转动时，从动杆上升或下降的速度为一，这种运动规律称为运动规律。
26．将从动杆运动的整个行程分为两段，前半段作运动，后半段作运动，这种运动规律就称为运动规律。
27．凸轮机构从动杆位移曲线的横坐标轴表示凸轮的，纵坐标轴表示从动杆的量。
28．画凸轮轮廓曲线时，首先是沿凸轮转动的方向，从某点开始，按照位移曲线上划分的在基圆上作等分角线。
29．凸轮机构的从动件都是按照运动规律而运动的。
30．凸轮的轮廓曲线都是按完成一定的而进行选择的。
31．当盘形凸轮只有转动，而没有变化时，从动杆的运动是停歇。
32．凸轮机构可用在作间歇运动的场合，从动件的运动时间与停歇时间的，以及停歇都可以任意拟定。
33．凸轮机构可以 起动，而且准确可靠。
34．圆柱凸轮可使从动杆得到 的行程。
35．尖顶式从动杆多用于传力 、速度较 以及传动灵敏的场合。
36．滚子从动杆与凸轮接触时摩擦阻力 ，但从动杆的结构复杂，多用于传力要求 的场合。
37．平底式从动杆与凸轮的接触面较大，易于形成油膜，所以 较好， 较小，常用于没有 曲线的凸轮上作高速传动。
38．滚子式从动杆的滚子 选用得过大，将会使运动规律“失真”。
39．等加速等减速运动凸轮机构，能避免传动中突然的 ，消除强烈的 提高机构的工作平稳性，因此多用于凸轮转速 和从动杆质量 的场合。
40．凸轮在工作中作用到从动杆上的力，可以分解成：与从动杆运动速度方向 的分力，它是推动从动杆运动的 分力；与从动杆运动速度方向 的分力，它会使从动杆与支架间的正压力增大，是 分力。
41．凸轮的基圆半径越小时，则凸轮的压力角 ，有效推力就 ，有害分力 。
42．凸轮的基圆半径不能过小，否则将使凸轮轮廓曲线的曲率半径 ，易使从动杆的 “失真”。
43．凸轮基圆半径只能在保证轮廓的最大压力角不越过 时，才能考虑 。
44．凸轮轮廓曲线上的向径公差和表面粗糙度，是根据凸轮的 而决定的。
45．凸轮机构主要由 、 和 三部分组成。
46．等速运动规律会引起 冲击，因而这种运动规律只适用于 速 载的凸轮机构。
47．由于尖顶从动件 能力低，不 ，因而在实际中常采用 从动件和 从动件。
48．以凸轮轮廓最小向径为半径所作的圆称为 圆。
49．若已知位移的比例尺为?=3φμ/mm ，则图纸上量出的20mm 相当于凸轮转角的值为 .
50. 若已知位移的比例尺为2 mm /mm ，则图纸上量出的20mm 相当于从动杆位移的值为 .
51．凸轮是一个能 从动杆运动规律具有 轮廓的构件；通常是作 并 转动。
52. 基圆是以凸轮 半径所作的圆，基圆半径越小则压力角 ，有效推力 从而使工作条件变坏。
53．从动杆的形式一般有 ， 和 等。
54．从动杆常用运动速度规律，有 规律和 运动规律。
六、分析计算题
4 已知题4图所示的直动平底推杆盘形凸轮机构，凸轮为R ＝30mm 的偏心圆盘，AO ＝20mm ，
试求：
（1）基圆半径和升程；
（2）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角；
（3）凸轮机构的最大压力角和最小压力角；
（4）推杆的位移s 、速度v 和加速度a 方程；
（5）若凸轮以ω＝l0rad/s 回转，当AO 成水平位置时推杆的速度。
题4图 题5图
5试说明题5图所示盘形凸轮机构是有利偏置，还是不利偏置。如将该凸轮廓线作为直动滚子推杆的理论廓线，其滚子半径T r ＝8mm 。试问该凸轮廓线会产生什么问题？为 什么？为了保证推杆实现同样的运动规律，应采取什么措施（图中1μ＝0.001m ／mm ）？
6 题6图为偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构，凸轮廓线为渐开线，渐开线的基圆半径0r ＝40mm ，凸轮以ω＝20rad/s 逆时针旋转。试求：
（1）在B 点接触时推杆的速度B v ；
（2）推杆的运动规律（推程）；
（3）凸轮机构在B 点接触时的压力角；
（4）试分析该凸轮机构在推程开始时有无冲击？是哪种冲击？
7 已知一对心直动推杆盘形凸轮机构，基圆半径0r ＝20mm ，当
凸轮等速回转180°时，推杆等速移动40mm 。求当凸轮转角δ＝60°、
120°和180°时凸轮机构的压力角。
8 已知一对心直动推杆盘形凸轮机构。推程段凸轮等速回转
180°，推杆移动30mm ，要求许用压力角[]α=30°；回程段，凸轮转动
90°，推杆以等加速等减速运动规律返回原位置，要求许用压力角
[]α'=60°；当凸轮再转过剩余90°时，推杆静止不动。试用解析法求
凸轮的基圆半径0r 。
9 在直动推杆盘形凸轮机构中，已知行程h ＝20mm ，推程运动角
0δ＝45°，基圆半径0r =50mm ，偏距e=20mm 。试计算：
（1）等速运动规律时的最大压力角m ax α
题33图
（2）近似假定最大压力角m ax α出现在推杆速度达到最大值的位置，推程分别采用等加速等减速、简谐运动及摆线运动规律时的最大压力角m ax α。
10 题10图所示对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，凸轮为一偏心圆，O 为凸轮的几何中心，O 1为凸轮的回转中心。直线AC 与BD 垂直，且2/1OA C O =＝30mm ，试计算：
（1）该凸轮机构中B 、D 两点的压力角；
（2）该凸轮机构推杆的行程h 。
七、图解题
1用作图法作出一摆动平底推杆盘形凸轮机构的凸轮实际廓线，有关机构的尺寸及推杆运动线图如题1图所示。只需画出凸轮转角180°围的轮廓曲线，不必写出步骤，但需保留作图辅助线。
题1图
2 欲设计如题2图所示的直动推杆盘形凸轮机构，要求在凸轮转角为0°～90°时，推杆以余弦加速度运动规律上升h =20mm ，且取r ＝25mm ，e =l0mm ，T r =5mm 。试求：
（1）选定凸轮的转向ω1，并简要说明选定的原因；
（2）用反转法给出当凸轮转角δ=0°～ 90°时凸轮的工作廓线（画图的分度要求≤15°）；
（3）在图上标注出δ＝45°时凸轮机构的压力角α。
题2图 题3图 3 题3图所示的凸轮为偏心圆盘。圆心为O ，半径R ＝30mm ，偏心距OA l ＝10mm ，T r =10mm ，偏距e =10mm 。试求（均在图上标注出）：
（1）推杆的行程h 和凸轮的基圆半径0r ；
（2）推程运动角0δ、远休止角01δ、回程运动角0
δ'和近休止角02δ； （3）最大压力角m ax α的数值及发生的位置。
4 如题4图所示，已知一偏心圆盘R =40mm ，滚子半径T r =10mm ，OA l =90mm ，AB l =70mm ，转轴O 到圆盘中心C 的距离OC l =20mm ，圆盘逆时针方向回转。
（1）标出凸轮机构在图示位置时的压力角α，画出基圆，求基圆半径0r ；
（2）作出推杆由最下位置摆到图示位置时，推杆摆过的角度?及相应的凸轮转角δ。
题4图 题5图
5. 题5图所示为偏置直动推杆盘形凸轮机构，AFB 、CD 为圆弧，AD 、BC 为直线，A 、B 为直线与圆弧AFB 的切点。已知e =8mm ，0r =15mm ，OD OC ==30mm ，∠COD =30°，试求：
（1）推杆的升程h ，凸轮的推程运动角0δ，回程运动角0
δ'和远休止角02δ （2）推杆推程最大压力角m ax α的数值及出现的位置；
（3）推杆回程最大压力角m
ax α'的数值及出现的位置。 6. 题6图为一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构（1μ=0.001m/mm ），已知凸轮的轮廓由四段圆弧组成，圆弧的圆心分别为C 1、C 2、C 3和O 。试用图解法求：
（1）凸轮的基圆半径0r 和推杆的升程h ；
（2）推程运动角0δ、远休止角01δ、回程运动角0
δ'和近休止角02δ； （3）凸轮在初始位置以及回转110°时凸轮机构的压力角。
题6图 题7图 7. 题7图所示为一摆动平底推杆盘形凸轮机构（1μ=0.001m/mm ），已知凸轮轮廓是一个偏心圆，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的转角δ'及推杆的角位移?'；
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。
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);
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。
滚子从动件凸轮机构设计 当根据使用场合和工作要求选定了凸轮机构的类型和从动件的运动规律后，即可根据选定的基圆半径着手进行凸轮轮廓曲线的设计。 凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法，其依据的基本原理相同。 凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动，为了在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线，可采用反转法。下面以图示的对心尖端移动从动件盘形凸轮机构为例来说明其原理。 从图中可以看出： 凸轮转动时，凸轮机构的真实运动情况： 凸轮以等角速度ω绕轴O 逆时针转动，推动从动件在导路中上、下往复移动。 当从动件处于最低位置时，凸轮轮廓曲线与从动件在A点接触，当凸轮转过φ1角时，凸轮的向径OA 将转到OA′的位置上，而凸轮轮廓将转到图中兰色虚线所示的位置。这时从动件尖端从最低位置A 上升到B′，上升的距离s1=AB′。 采用反转法，凸轮机构的运动情况： 现在设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕O点以角速度（－ω）转过φ1角，此时从动件将一方面随导路一起以角速度（－ω）转动，同时又在导路中作相对移动，运动到图中粉红色虚线所示的位置。此时从动件向上移动的距离与前相同。此时从动件尖端所占据的位置B 一定是凸轮轮廓曲线上的一点。若继续反转从动件，可得凸轮轮廓曲线上的其它点。 由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法（或运动倒置法）。 凸轮机构的形式多种多样，反转法原理适用于各种凸轮轮廓曲线的设计。 一、直动从动件盘形凸轮廓线的设计 （1）尖端从动件 以一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构为例。设已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，从动件的位移曲线如图（b）所示，试设计凸轮的轮廓曲线。 依据反转法原理，具体设计步骤如下： 1）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。将位移曲线的横坐标分成若干等份，得分点1，2, (12) 2）选取同样的比例尺，以O 为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置。 3）以O 为圆心、OK＝e 为半径作偏距圆，该圆与从动件的起始位置线切于K点。 4）自K点开始，沿（-ω）方向将偏距圆分成与图(b)横坐标对应的区间和等份，得若干个分点。过各分点作偏距圆的切射线，这些线代表从动件在反转过程中从动件占据的位置线。它们与基圆的交点分别为C1，C2，…，C11。 5）在上述切射线上，从基圆起向外截取线段，使其分别等于图（b）中相应的坐标，即C1B1＝11'，C2B2＝22', …,得点B1，B2，…，B11，这些点即代表反转过程中从动件尖端依次占据的位置。 6）将点B0，B1，B2，…连成光滑的曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线。
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。( )
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 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 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。 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。 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（）。 凸轮机构例题 1、已知题4图所示的直动平底推杆盘形凸轮机构，凸轮为R= 30mm的偏心圆盘,20mm，试求： （1）基圆半径和升程； （2）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角； （3）凸轮机构的最大压力角和最小压力角； （4）推杆的位移s、速度v和加速度a方程； （5）若凸轮以W = IOrad/s回转，当AO成水平位置时推杆的速度。 7 匕 题」图题4图解 1、解: ⑴ x0 = 10 = 2AO= 40mnit ⑺ 推程J药角心=lS（r ,回程运动角<5；=180° 1近休止角九=0° ,远休止角玄a才- ⑶由于平底垂盲于导路的平底推杆凸轮机构的圧力甫恒等于零，所以弧二％0 U）如團所示，取旦唯钱与水平线的夹角肯凸轮的转角G M： 推杆的位務右程再5 = x3+x3sh^-20（145b^ 推杆的速度方程対V =20&JCOS^ 推杆的加速度肓程为口一2%%航 <5）当也=1[|曲创池碇于水平位貫时，5M}°或顷° ,所以推杆的速度为 v= (20X LOcasS) mm.??±20Uiiitn/8 2、10图所示对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，凸轮为一偏心圆，O为凸轮的几何中心，O i为凸轮的回转中心。直线AC与BD垂直，且 Q试计算：=30tnnb （1）该凸轮机构中B、D两点的压力角; （2）该凸轮机构推杆的行程h。 ⑴由區可加.氷口两掠的巫和闻次） 母沖== arct吕［OQ# OB =arctgO. 5 = 25.565° (2) IT S h = = (2 > 30)mir = GG ITJTI 3.如题13图所示的凸轮机构，设凸轮逆时针转动。要求:机械原理 凸轮机构及其设计
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