凸轮机构习题课课堂

课题十一凸轮机构运动参数的测定凸轮机构主要是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。

其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。

从动件与凸轮轮廓接触，传递动力和实现预定的运动规律故从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。

由于组成凸轮机构的构件数较少，结构比较简单，只要合理地设计凸轮的轮廓曲线就可以使从动件获得各种预期的运动规律。

凸轮机构能将主动件的连续运动转变为从动件的移动或转动，因而广泛用于各种机械中，特别是自动机械、自动线中的机械控制装置中。

1．凸轮机构运动参数的测定实验台及其工作原理进行凸轮机构运动参数的测定实验台有多种形式，现以如图11—1所示的连杆机构与凸轮组合实验台，完成凸轮机构运动参数的测定。

图11—1 连杆机构与凸轮组合实验台a）b）图11—2 凸轮机构实验台的运动简图1--同步脉冲发生器 2—减速器 3--电机 4—传感器5--光栅盘 6--凸轮 7--平底直动从动件 8--回复弹簧9--滑块 10--滚子直动从动件如图11—2a）、b）所示，凸轮机构的实验台是电机、减速器、凸轮、直动从动件、滑块、传感器、同步脉冲发生器、光栅盘和回复弹簧等组成。

通过调速器调节电机的转速输出后，经蜗杆减速器带动凸轮转动，驱动从动件运动，其位移量通过直线位移传感器由模/数转换模块在嵌入式计算机系统的控制下，将位移量转换成数字信号，计算出其往复移动的周期、线速度、线加速度等机构运动参数。

也可更换不同廓线的盘形凸轮，从而调节从动件的偏心距。

2．凸轮机构运动参数的测定实验注意事项(1) 调节电机的转速时应缓慢转动调速旋钮，在关闭实验台电源前，应将电动机的转速调到最小。

(2) 用手转动凸轮盘1～2 周，检查各运动构件的运行状况，各螺母紧固件应无松动，各运动构件应无卡滞现象。

(3) 测试时，凸轮的转速不应过高，以免产生大的冲击，造成零件损坏。

(4) 调节从动件偏心距时，偏心距不宜过大，否则有可能使凸轮机构卡死，造成零件损坏。

《机械原理》课程补充练习第2章机构的结构分析基本要求：（1）掌握构件、运动副、约束、自由度及运动链等概念（2）能正确计算平面机构的自由度并能指出复合铰链、局部自由度和虚约束，能判断其是否具有确定的运动。

计算下列机构自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。

2-1 2-22-3 2-42-5 2-62-72-8） 2-9）2-10） 2- 11）2-14 2-152-16）2-19 2-20第3章平面机构的运动分析基本要求：1）正确理解速度瞬心的概念，并能运用三心定理确定一般平面机构各瞬心的位置，利用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析2）能利用矢量方程图解法对一般平面机构进行运动分析3-1 试求图示各机构在图示位置时的全部瞬心的位置。

（g） (h)3-2 图示机构的位置，已知原动件AB以等角速度转动，用瞬心法或矢量方程图解法求构件3的角速度要求：（1）利用瞬心法要求在图上标出全部速度瞬心，写出ω3的表达式；（2）利用矢量方程图解法要求以任意比例尺作出机构的速度图，写出作图的矢量方程及ω3的表达式。

(a) (b)(c) (d)(f) (g)逆时针方向转动，3-3如图所示的高副机构中，设已知机构的尺寸及原动件1以匀角速度1v。

试确定机构的全部瞬心位置，并用瞬心法求构件3 的移动速度33-4图示机构，L AB＝50mm，L BC＝60mm，L CD＝60mm，LAD＝100mm，ω1＝30rad/s，（1）求机构的所有瞬心（2）用瞬心法求杆BC中E的速度大小和方向。

第4章平面机构的力分析基本要求能对几种运动副中的摩擦力、总反力进行分析4-1 图示曲柄滑块机构中，设已知机构尺寸，图中虚线圆为摩擦圆，滑块与导路的摩擦角为φ，驱动力为F，阻力矩为M，试在下列各机构位置简图中画出各运动副中反力方向（必须注明力矢量的脚标）（d）4-2 图示曲柄滑块机构，曲柄1受驱动力偶M d作用，克服滑块3上所受的工作阻力F r，使该机构运转。

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____________________。

第03章 凸轮机构及其设计一、填空题1．凸轮机构中的压力角是 和 所夹的锐角。

2．凸轮机构中，使凸轮与从动件保持接触的方法有 和 两种。

3．在回程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是 。

4．在推程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是 。

5．在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的理论廓线与实际廓线间的关系是 。

6．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。

7．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。

8．盘形凸轮的基圆半径是 上距凸轮转动中心的最小向径。

9．根据图示的ϕϕ-22d d s 运动线图，可判断从动件的推程运动是_____________，从动件的回程运动是______________。

题9图10．从动件作等速运动的凸轮机构中，其位移线图是 线，速度线图是 线。

11．当初步设计直动尖顶从动件盘形凸轮机构中发现有自锁现象时，可采用 、 、 等办法来解决。

12．在设计滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线中，若出现 时，会发生从动件运动失真现象。

此时，可采用 方法避免从动件的运动失真。

13．用图解法设计滚子从动件盘形凸轮轮廓时，在由理论轮廓曲线求实际轮廓曲线的过程中，若实际轮廓曲线出现尖点或交叉现象，则与 的选择有关。

14．在设计滚子从动件盘形凸轮机构时，选择滚子半径的条件是 。

15．平底从动件盘形凸轮机构中，凸轮基圆半径应由 来决定。

16．凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角越 ，而凸轮机构的尺寸越 。

17．凸轮基圆半径的选择，需考虑到、，以及凸轮的实际廓线是否出现变尖和失真等因素。

18．在许用压力角相同的条件下，从动件可以得到比从动件更小的凸轮基圆半径。

或者说，当基圆半径相同时，从动件正确偏置可以凸轮机构的推程压力角。

19．直动尖顶从动件盘形凸轮机构的压力角是指；直动滚子从动件盘形凸轮机构的压力角是指；而直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角等于。

第八章 凸轮机构1.从动件常用运动规律及其选择2.凸轮轮廓曲线的设计3.凸轮机构的结构尺寸4.圆柱凸轮机构简介教学重点与难点：1.凸轮机构从动件的各类运动规律动力性能。

2.压力角、基圆半径、偏距方位间的关系。

教学方法：课堂教学为主，习题课为辅，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念。

教学要求：1.了解凸轮机构的分类、凸轮机构从动件的常用运动规律动力性能。

2.能根据公式计算凸轮实际廓线上点的坐标值。

能根据公式分析压力角、基圆半径、偏距方位间的关系。

主要内容与基本要求一、本章主要内容（1）凸轮机构的组成、分类、特点及应用；（2）凸轮轮廓曲线的设计（3）从动件常用运动规律及其选择（4）凸轮机构的结构尺寸（5）圆柱凸轮机构简介二、本章基本要求（1）了解凸轮机构的类型和应用；（2）掌握推杆常用的运动规律的特点及选择运动规律时应考虑的因素；（3）能应用反转法对凸轮机构的运动过程进行分析；（4）能根据给定的运动规律，用解析法计算凸轮实际廓线上点的坐标值；（5）掌握压力角与自锁的关系，能根据公式分析压力角、基圆半径、偏距方位间的关系，以及滚子半径选择的原则；（6）能合理确定凸轮机构的基本尺寸。

重点与难点分析本章重点与难点1.凸轮机构从动件的各类运动规律动力性能。

2．压力角、基圆半径、偏距方位间的关系。

一、本章重点内容分析（1）推杆常用运动规律的特点及其学原则；（2）凸轮机构的运动过程的分析；（3）凸轮轮廓曲线的设计；（4）凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系。

二、本章难点内容分析1、凸轮机构设计的基本方法凸轮机构设计的基本方法是反转法，所依据的是相对运动原理，以图8-1所示的偏置式的尖顶直动推杆盘形凸轮为例，设想给整个机构一个与凸轮角速度ω大小相等而方向相反（即-ω）的转动，这时凸轮将静止不动，而推杆一方面随机架相对凸轮以ω角速度反转运动，另一方面又以原有的运动规律（s=s(δ)）相对于机架运动。

由于推杆的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以在推杆这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。

第3 章 凸轮设计思考题1 凸轮机构按凸轮的形状分为哪几种？2 凸轮机构按凸轮的运动形式分为哪几种？3 从动件的常用运动规律有哪几种？它们各有什么特点？4 当要求凸轮机构从动件的运动没有冲击时，可选择那些常用运动规律？5 何为凸轮机构的偏距圆？6 何为凸轮的理论轮廓？何为凸轮的实际轮廓？两者有何联系与区别？7理论轮廓相同而实际轮廓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否相同？8在移动滚子从动件盘形凸轮机构中，若凸轮实际轮廓保持不变，而增大或减小滚子半径，从动件的运动规律是否发生变化？9 何为凸轮机构的压力角？为减小推程压力角，可采取哪些措施？10 在移动滚子从动件盘形凸轮机构的设计中，采用偏置从动件的主要目的是什么？偏置方向应如何选取？11 在移动平底从动件盘形凸轮机构的设计中，采用偏置从动件的主要目的是什么？偏置方向应如何选取？12 在滚子型从动件盘形凸轮机构的设计中，可能会出现运动失真现象，造成这种现象的原因可能有哪些？怎么避免？习题1 在直动从动件盘形凸轮机构中，从动件动程h =50mm ，其运动规律为：凸轮回转°=Φ120，从动件推程为等加速等减速运动规律；凸轮回转°=Φ90s ，从动件远休止；凸轮继续回转°=Φ′120，从动件回程为简谐运动规律；凸轮继续回转，从动件近休止。

写出从动件各阶段的位移方程式，并画出其完整的位移线图。

2 习题图 1为一尖顶直动从动件盘形凸轮机构从动件的部分运动线图。

试根据s 、v 和a 之间的对应关系定性地补全该运动曲线，并指出该凸轮机构工作时，何处有刚性冲击？何处有柔性冲击？习题图 13 在直动从动件盘形凸轮机构中，已知从动件动程h =50mm ，凸轮推程运动角°=Φ90。

求当凸轮转速min /60r n =时，从动件分别作等速、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最大速度max v 、最大加速度max a 及所对应的凸轮转角。

3-1试分别标出四种凸轮机构在图示位置的压力角α。

a)b)c)d)a)b)c)d)3-2图示尖底直动从动件盘形凸轮机构，C 点为从动件推程的起始点。

完成下列各题：(1)在图上标出凸轮的合理转向；(2)试在图上作出凸轮的基圆与偏心圆，并标注其半径r b 与e ；(3)在图上作出轮廓上D 点与从动杆尖顶接触时的位移s 和压力角α；(4)在原图上画出凸轮机构的推程运动角Φ。

题3-2图3-3由图所示直动盘形凸轮的轮廓曲线，在图上画出此凸轮的基圆半径r b、各运动角即推程运动角Φ、远休止角ΦS、回程运动角Φ′和近休止角Φ′S及从动件升程h。

题3-3图3-4图示的对心滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓为一圆，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 r＝10mm，试问：(1)凸轮的理论曲线为何种曲线？(2)凸轮的基圆半径r b＝？(3)在图上标出图示位置从动件的位移S，并计算从动件的升距h？(4)用反转法作出当凸轮沿ω方向从图示位置转过90°时凸轮机构的压力角。

题3-4图解：(1)理论轮廓曲线为：以A点为圆心，半径为R＋r r的圆。

(2)此时所求的基圆半径为理论轮廓曲线的r b．r b＝R－OA+r r＝40-25+10＝25mm(3)从动件的位移S如图所示。

升程h＝R+OA+r r-r b＝40+25+10-25＝50mm(4)从动件导路沿-ω方向转过90°到B，压力角α'如图中所示。

3-5如图所示偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮实际轮廓线为一圆心在O 点的偏心圆，其半径为R ，从动件的偏距为e ，试用图解法：(1)确定凸轮的合理转向；(2)画出凸轮的基圆；(3)标出当从动件从图示位置上升到位移s 时,对应凸轮机构的压力角α；（要求量出具体的数值）题3-5图3-8试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构。

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 。

凸轮-习题和答案凸轮——周练一、判断题（准确的选A，错误的选B。

每空4分，共60分）1.一只凸轮只有一种预定的运动规律。

（）2.凸轮在凸轮机构中是从动件。

（）3.盘形凸轮机构从动杆的运动规律，主要决定于凸轮半径的变化规律。

（）4.凸轮机构工作目的，就是获得预定的运动规律。

（）5.凸轮转速的高低，影响从动杆的运动规律。

（）6.盘形凸轮的结构尺寸与基圆半径成犯比。

（）7.由于盘形凸轮制造方便，所以最适用于较大行程的传动。

（）8.适合尖顶式从动杆工作的轮廓曲线，也必然适合于滚子式从动杆工作。

（）9.凸轮轮廓线上某点的压力角，是该点的法线方向与速度方向之间的夹角。

（）10.凸轮轮廓曲线上各点的压力角是不变的。

（）11.选择滚子从动杆滚子的半径时，必须使滚子半径小于凸轮实际轮廓曲线外凸部分的最小曲率半径。

（）12.压力角的大小影响从动杆的运动规律。

（）13.压力角的大小影响从动杆的正常工作和凸轮机构的传动效率。

（）14.滚子从动杆滚子半径选用得过小，将会使运动规律“失真”。

（）15.凸轮的基圆尺寸越大，推动从动杆的有效分力也越大。

（）16.等加速等减速运动规律会引起柔性冲击，因而这种运动规律适用于中速、轻载凸轮机构（）二、单项选择题（从给出的A、B、C、中选一个答案。

每空4分，共60分）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（）A、偏置比对心大B、对心比偏置大C、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，可用于高速场合的是（）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，可采用的解决措施是（）A、增大基圆半径B、改变凸轮转向C、改为偏置直动尖顶推杆7.从动杆的行程不能太大的是（）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的是（）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的是（）A、盘形凸轮机构B、移动凸轮机构C、圆柱凸轮机构10.摩擦阻力较小，传力能力大的是（）A、尖顶式从动杆B、滚子式从动杆C、平底式从动杆11.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12.凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）A、不变的B、变化的C、不确定13.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C、不确定14.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15.使用下列凸轮机构，凸轮的理论轮廓曲线与实际轮廓曲线是不相等的是（）A、尖顶式从动杆B、滚子式从动杆C、平底式从动杆16.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三、填空题（每空4分，共76分）1.凸轮机构是副机构。

第八章习题8-1 设一直动推杆的行程h =32mm，要求推程角，按余弦加速度运动，远停角，回程角，按等速运动，近休止角，计算后绘出推杆的位移曲线。

o 1200=ϕo 30s =ϕo 1500=′ϕo 60s =′ϕ8-2 已知对心尖顶从动件的行程h =50mm，推程角20ٛ=πϕ，凸轮转速min r 600=n 。

若从动件分别按等加速等减速、正弦加速度规律运动，试绘出其从动件位移曲线，并在该线图上标明最大速度的数值及其发生的位置。

8-3 在尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构中，图8-33所示从动件的运动规律尚不完整。

试在图上补全各段的ϕϕϕ−−−a v s ,,曲线，并指出哪些位置有刚性冲击？哪些位置有柔性冲击？图8-33 图8-348-4 在对心直动从动件凸轮机构中，已知从动件重力为7.5N，行程h =50mm，从动件的推程时间为s 121，若①尖顶从动件以余弦加速度运动；②尖顶从动件以等加速、等减速规律运动，试比较以上两种运动规律所能达到的最大速度和保证从动件与凸轮接触所需最大的力。

8-5 设凸轮以角速度ω转动，其推程运动角0ϕ和从动件行程h 均为已知。

当从动件按二次多项式运动规律运动时，其最大和最小加速度出现在什么位置？的数值为多大？max a 8-6 在直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮按顺时针方向转动，已知行程h =20mm，推程角，基圆半径o 450=ϕmm 50b =r ，偏距，且偏置于使推程压力角减小的一侧。

0mm 2=e 1）试计算等速运动规律时的最大压力角max α；2）假定最大压力角近似出现在从动件速度达到最大值时的位置，试计算等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度运动规律时的最大压力角max α。

8-7 在图8-34所示对心平底直动从动件圆盘凸轮机构中，已知圆盘的半径，圆心与转轴中心的距离，试求从动件的运动方程。

当凸轮转速mm 50=R o 90,mm 30===′βO O l a min r 240=n ，试求其最大位移、速度和加速度。