凸轮机构及其的设计

第3章 凸轮机构及其设计

1、图（a）和图（b）分别为滚子对心直动从动件盘形凸轮机构和滚子偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知：R=100mm，OA=20mm，e=10mm，rT=10mm，试用图解法确定；当凸轮自图示位置（从动件最低位置）顺时针方向回转90°时两机构的压力角及从动件的位移值。

（a） (b)

题1图

2、图示给出了某直动推杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图，当凸轮以1等速转动时，试求：

（1） 定性地画出该推杆的位移线图和加速度线图；

（2） 说明此种运动规律的名称和特点（指v，a的大小，以及冲击性质等）；

（3） 说明该种运动规律的适用场合。

题3图

3、设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知偏距e=10mm，基圆半径r0=40mm，滚子半径rT=10mm，从动件运动规律如下：Φ=150°，ΦS=30°，Φ’=120°，Φ′S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm；回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。

4、设计一平底直动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初始位置如图所示。已知基圆半径r0=60mm，行程h=20mm，Φ=150°，ΦS=30°，Φ’=120°，Φ′S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出该机构凸轮轮廓曲线并决定从动件底面应有的长度。

题4图 题5图

5、设计一平底摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向和从动件初始位置如图所示。已知lOA=75，r0=30mm，从动件运动规律如下：Φ=180°，ΦS=0°，Φ’=180°，Φ′S=0°，从动件推程以简谐运动规律顺时针摆动，ψmax=15°；回程以等加速等减速运动规律返回原处。试绘出凸轮轮廓曲线并确定从动件的长度。

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rr=ρ，则0=aρ，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rr

此时将产生交叉的廓线，在制造时将被切去，致使推杆不能按预期的运动规律运

动，这种现象称为失真现象。设计时应使rr>minρ，既保证0>aρ。

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v2= ；

（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？

图8-2

8-2

解：1）该凸轮机构的名称：偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构；

2）、3）、4）见图8-2。

8-3

解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：

1）推程：0/δδhs= )1500(00≤≤δ

2）回程：等加速段 202/2δδ′−=hhs)600(00≤≤δ

第四章 凸轮机构及其设计

题4-9 解：推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：

1）推程： （0º≤ ≤150º）

2）回程：等加速段 （0º≤ ≤60º）

等减速段 （60º≤ ≤120º）

计算各分点的位移值如下：

总转角

0º 15º 30º 45º 60º 75º

s 0 1.6 3.2 4.8 6.4 8

总转角 90º 105º 120º 135º 150º 165º

s 9.6 11.2 12.8 14.4 16 16

总转角 180º 195º 210º 225º 240º 255º

s 16 15.5 14 11.5 8 4.5

总转角 270º 285º 300º 315º 330º 360º

s 2 0.5 0 0 0 0

取 =1 mm /mm作图如题图4-9所示。

想一想：

1）什么是正偏置和负偏置？各有何优缺点？

2）凸轮廓线上出现什么情况时将会引起刚性冲击？

3）凸轮廓线上任一点的压力角是如何确定的？

题图4-9

题4-10 解：推杆在推程及回程的运动规律的位移方程为：

1）推程 （0º≤ ≤150º）

2）回程 （0º≤ ≤120º）

计算各分点的位移值如下：

总转角

0º 15º 30º 45º 60º 75º

s 0 0.171 1.158 3.262 6.349 10.00

总转角 90º 105º 120º 135º 150º 165º

s 13.65 16.74 18.842 19.83 20 19.24

总转角 180º 195º 210º 225º 240º 255º

s 17.07 13.83 10.00 6.173 2.929 0.761

总转角 270º 285º 300º 315º 330º 360º

s 0 0 0 0 0 0

凸轮机构及其的设计

凸轮机构是一种广泛应用于机械工程中的重要机构，用于变换一种运动形式为另一种运动形式。它通常由凸轮、摇杆和连接杆等组成。凸轮机构的设计涉及到运动规律、工作轨迹、轴向力分析等多个方面，下面将详细介绍凸轮机构的设计。

第一步是确定机构的运动要求和工作方式。在设计凸轮机构之前，需要明确所需的运动形式，比如旋转、直线、往复等。同时，还需要确定工作的速度、加速度、角度等参数。这些运动要求和工作方式将直接影响凸轮机构的设计。

第二步是选择凸轮的形状和尺寸。凸轮是凸轮机构中最为重要的部件，其形状和尺寸将决定机构的运动规律和工作轨迹。常见的凸轮形状有圆形、椭圆形、心形等，可以根据具体要求选择合适的形状。凸轮的尺寸则需要根据凸轮机构的工作范围和受力情况进行计算和确定。

第三步是设计摇杆。摇杆是凸轮机构中的另一个重要部件，用于连接凸轮和连接杆。摇杆的长度和位置将直接决定机构的运动范围和力度。设计摇杆时需要注意受力情况，确保摇杆在工作时不会产生过大的应力和变形。

第四步是选择合适的连接杆。连接杆连接凸轮机构的其他部件，传递力度和运动形式。不同的连接杆形式包括曲柄连杆机构、平行四边形机构等，可以根据具体要求选择合适的连接杆。

第五步是进行轴向力分析。凸轮机构在工作时会产生轴向力，因此需要进行轴向力分析，确保机构的稳定性和可靠性。轴向力分析包括摩擦力、静力平衡、稳定性等方面。 第六步是进行运动仿真和优化设计。通过运动仿真可以验证凸轮机构的运动规律和工作轨迹是否满足设计要求，并进行必要的优化设计。运动仿真常常使用专业的动力学仿真软件，可以模拟机构的运动和受力情况。

总结起来，凸轮机构的设计需要考虑运动要求、工作方式、凸轮形状和尺寸、摇杆设计、连接杆选择、轴向力分析等多个因素。通过合理的设计和优化，可以实现凸轮机构的稳定运动和有效工作。