机械设计基础第四章凸轮机构及其他常用机构
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项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题4.1 试标出图4.20所示位移线图中的行程h、推程运动角Φ,远t休止角Φ,回程运动角hΦ,近休止角sΦ'。
s图4.20 题4.1图4.2 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是哪些?哪些有刚性冲击?哪些有柔性冲击?哪些没有冲击?如何选择运动规律?4.3 设计凸轮机构时,工程上如何选择基圆半径?4.4 滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径如何度量?4.5什么是压力角?凸轮平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多少?机构的压力角有何工程意义?设计凸轮时,压力角如何要求?4.6 平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓为什么一定要外凸?4.7 用作图法作出图示凸轮机构转过45°后的压力角。
图4.21 题4.7图4.8 已知基圆半径,250mm r =偏心距mm e 5=,以角速度ω顺时针转动,推程为mm h 12=。
其运动规律如下表。
设计偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓。
4.9 设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构, 凸轮转动方向及从动件导路位置如图4.22。
mm e 10=,mm r 400=,mm r T 10=,从动件运动规律同题4.8,试绘制凸轮轮廓。
图4.22 题4.9图项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题答案4.1 解:如图。
题4.1答案图4.2 答: 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是:①等速运动规律:从动件在推程开始和终止的瞬时,速度有突变,其加速度在理论上为无穷大,致使从动件在极短的时间内产生很大的惯性力,因而使凸轮机构受到极大的冲击。
是刚性冲击。
②等加速等减速运动规律:从动件在升程始末,以及由等加速过渡到等减速的瞬时,加速度出现有限值的突然变化,这将产生有限惯性力的突变,从而引起冲击。
是柔性冲击。
③余弦加速度运动规律:柔性冲击。
④正弦加速度运动规律:没有冲击。
在选择从动件的运动规律时,要综合考虑机械的工作要求、动力特性和加工制造等方面的内容。
机械设计基础试题库第一章绪论机械设计概述一、判断(每题一分)1、一部机器可以只含有一个机构,也可以由数个机构组成。
……(√)2、机器的传动部分是完成机器预定的动作,通常处于整个传动的终端。
(×)4、机构是具有确定相对运动的构件组合。
………………………………(√)5、构件可以由一个零件组成,也可以由几个零件组成。
………………(√)6、整体式连杆是最小的制造单元,所以它是零件而不是构件。
……(×)7、连杆是一个构件,也是一个零件。
………………………(√)8、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。
………………………………(×)二、选择(每题一分)1、组成机器的运动单元体是什么?(B)A.机构B.构件C.部件D.零件2、机器与机构的本质区别是什么?(A )A.是否能完成有用的机械功或转换机械能B.是否由许多构件组合而成C.各构件间能否产生相对运动D.两者没有区别3、下列哪一点是构件概念的正确表述?(D)A.构件是机器零件组合而成的。
B.构件是机器的装配单元C.构件是机器的制造单元D.构件是机器的运动单元4、下列实物中,哪一种属于专用零件?(B)A.钉B.起重吊钩C.螺母D.键5、以下不属于机器的工作部分的是(D)A.数控机床的刀架B.工业机器人的手臂C.汽车的轮子D.空气压缩机三、填空(每空一分)1、根据功能,一台完整的机器是由(动力系统)、(执行系统)、(传动系统)、(操作控制系统)四部分组成的。
车床上的主轴属于(执行)部分。
2、机械中不可拆卸的基本单元称为(零件),它是(制造)的单元体。
3、机械中制造的单元称为(零件),运动的单元称为(构件),装配的单元称为(机构)。
4、从(运动)观点看,机器和机构并无区别,工程上统称为(机械)。
5.机器或机构各部分之间应具有_相对__运动。
机器工作时,都能完成有用的__机械功___或实现转换__能量___。
第二章平面机构的结构分析一、填空题(每空一分)2.两构件之间以线接触所组成的平面运动副,称为高副,它产生1个约束,而保留2个自由度。
第四章凸轮机构在各种机器中,尤其是自动化机器中,为实现各种复杂的运动要求,常采用凸轮机构,其设计比较简便。
只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来,从动件就能较准确的实现预定的运动规律。
本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。
§4—1 凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用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。
从动件是被凸轮直接推动的构件。
凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。
图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。
当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时,它的轮廓迫使从动作2(阀杆)按内燃机工作循环的要求启闭阀门。
图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。
当圆柱凸轮1回转时,凸轮凹槽侧面迫使杆2运动,以驱动刀架运动。
凹槽的形状将决定刀架的运动规律。
内燃机,配气机构凸轮一般作连续等速转动,从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。
凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。
但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损,所以不宜承受重载或冲击载荷。
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,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。
二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多,通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。
⒈按凸轮的形状分类(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本型式。
这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件,如图4-1。
(2)移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时,凸轮相对机架作直线运动,这种凸轮称为移动凸轮。
在以上两种凸轮机构中,凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动,故又统称为平面凸轮机构。
(3)圆柱凸轮(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。
第四章 凸轮机构凸轮机构在机械工程领域中有着广泛的应用,特别在印刷机、包装机械、纺织机以及各种自动机中应用更加普遍。
凸轮机构具有传动、导向和控制等功能。
当它作为传动机构时可以产生复杂的运动规律;当它作为导向机构时,则可以使执行机构的动作端产生复杂的运动轨迹;当它作为控制机构时,可以控制执行机构的工作循环。
凸轮机构还具有如下优点:高速时平稳性好,重复精度高,运动特性良好,机构的构件少,结构紧凑体积小,刚性大,周期控制简单,可靠性好,寿命长。
随着工业自动化程度的不断提高,凸轮机构的应用也日益广泛。
本章从讨论凸轮机构的特点和应用入手,介绍凸轮机构的分类,从动件常用的运动规律,凸轮轮廓设计及凸轮机构设计的几个基本问题。
4.1 凸轮机构的应用及分类凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件,它与从动件通过高副接触,使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
4.1.1 凸轮机构的应用与构成在自动机械中,广泛应用着各种凸轮机构,它的作用主要是将凸轮(主动件)的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。
例如:(1)图4-1所示的为单张纸胶印机中用于输送纸张的分纸吸嘴机构,当凸轮连续转动时,从动件(吸嘴)上下往复移动。
当吸嘴下降到接近纸堆表面时,旋转气阀控制吸嘴吸气从而吸住纸堆最上面的一张纸,当凸轮继续转动时,吸嘴带纸上升并将纸交给递纸吸嘴,如此反复,完成纸张的逐张分离。
(2)图4-2所示的为一自动车床的进刀机构。
当圆柱凸轮1回转时,经滚子4带动从动件2绕A 点作往复摆动,通过扇形齿轮和齿条的啮合使刀架3进刀或退刀。
进刀和退刀的运动规律取决于凹槽曲线的形状。
从以上实例可以看出,凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架构成,通常凸轮作匀速转动。
当凸轮作匀速转动时,从动件的运动规律(指位移、速度、加速度与凸轮转角(或时间)之间的函数关系)1234图4-1 胶印机分纸吸嘴机构 1—凸轮;2—从动摆臂;3—分纸吸嘴;4—弹簧 312A4图4-2 进刀机构 1—圆柱凸轮;2—从动件;3—刀架;4—滚子取决于凸轮的轮廓曲线形状。
国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案形考作业1第1章 静力分析基础1.取分离体画受力图时,(CEF)力的指向可以假定,(ABDG)力的指向不能假定。
A.光滑面约束力B.柔体约束力C.铰链约束力D.活动铰链反力E.固定端约束力F.固定端约束力偶矩G.正压力2.列平衡方程求解平面任意力系时,坐标轴选在(B)的方向上,使投影方程简便;矩心应选在(G)点上,使力矩方程简便。
A.与已知力垂直B.与未知力垂直C.与未知力平行D.任意E.已知力作用点F.未知力作用点G.两未知力交点H.任意点3.画出图示各结构中AB构件的受力图。
参考答案:4.如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接,已知主动力F=40kN,AB=BC=2m,α=30︒.求两吊杆的受力的大小。
参考答案:列力平衡方程:ΣFx=0又因为AB=BCF A ﹒sinα=FC﹒sinαF A =FCΣFY=02FA﹒sinα=F∴FA =FB=F/ 2sinα=40KN第2章 常用机构概述1.机构具有确定运动的条件是什么?参考答案:当机构的原动件数等于自由度数时,机构具有确定的运动。
2.什么是运动副?什么是高副?什么是低副? 参考答案:使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联结,称为运动副。
以点接触或线接触的运动副称为高副,以面接触的运动副称为低副。
3.计算下列机构的自由度,并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。
参考答案:(1)n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0=1C 处为复合铰链 (2)n=5,P L =7,P H =0 F=3n-2P L -P H =3×5-2×7-0 =1(3)n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0 =1(4)n=7,P L =9,P H =1 F=3n-2P L -P H =3×7-2×9-1 =2E、Eˊ有一处为虚约束,F 为局部自由度第3章 平面连杆机构1.对于铰链四杆机构,当满足杆长之和的条件时,若取___为机架,将得到双曲柄机构。