機械原理凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

1、第九章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計1什么是凸輪的理論輪廓曲線、實際輪廓曲線？兩者之間有什么關(guān) 系？2在凸輪機構(gòu)設(shè)計中有哪幾種常用的從動件運動規(guī)律？這些運動規(guī) 律各有什么特點以及適用場合？在選擇從動件運動規(guī)律時應(yīng)考慮哪 些主要因素？3發(fā)生剛性沖擊的凸輪機構(gòu)，其運動線圖上有什么特征？如發(fā)生柔性 沖擊時又有什么特征？4用反轉(zhuǎn)法設(shè)計盤形凸輪的廓線時，應(yīng)注意哪些問題？移動從動件盤 形凸輪機構(gòu)和擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計方法各有什么特點？5何謂凸輪機構(gòu)的“失真”現(xiàn)象？失真現(xiàn)象在什么情況下發(fā)生？如何 避免失真現(xiàn)象的發(fā)生？ 6 一凸輪機構(gòu)滾子從動件已損壞，要調(diào)換一個新的滾子從動件，但沒 有與原尺寸相同的滾子。試問用該不

2、同尺寸的滾子行嗎？為什么？ 7何謂凸輪機構(gòu)的壓力角？其在凸輪機構(gòu)的設(shè)計中有何重要意義？ 一般是怎樣處理的？8設(shè)計直動推桿盤形凸輪機構(gòu)時，在推桿運動規(guī)律不變的條件下，要 減小推程壓力角，可米用哪兩種措施？ 9圖中兩圖均為工作廓線為圓的偏心 凸輪機構(gòu)，試分別指出它們的理論廓 線是圓還是非圓，運動規(guī)律是否相同。左面凸輪的理論廓線是圓，右面凸輪 的理論廓線是非圓.它們的運動規(guī)律不相同 10凸輪機構(gòu)從動件按余弦加速度規(guī)律 運動時，在運動開始和終止的位置， 加速度有突變，會產(chǎn)生柔性沖擊。11根據(jù)從動件凸輪廓線保持接觸方法的不同，凸輪機構(gòu)可分為力封 閉和幾何形狀封閉兩大類型。寫出兩種幾何形狀封閉的凸輪機構(gòu)槽

3、道 凸輪和等徑凸輪。12為了使凸輪廓面與從動件底面始終保持接觸，可以利用從動件自身的重力 ， 彈簧力，或依靠凸輪上的 幾何形狀 來實現(xiàn)。13凸輪機構(gòu)的主要優(yōu)點為只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪廓線，就可以是從 動件可以各種預(yù)期的運動規(guī)律。主要缺點為從動件與凸輪之間是高 副（點接觸、線接觸），易磨損，所以凸輪機構(gòu)多用在傳力不大的場O14為減小凸輪機構(gòu)的推程壓力角，可將從動桿由對心改為偏置，正 確的偏置方向是將從動桿偏在凸輪轉(zhuǎn)動中心的正偏置 側(cè)。15凸輪機構(gòu)的從動件按等加速等減速運動規(guī)律運動，在運動過程中， 加速度 將發(fā)生突變，從而引起 柔性 沖擊。16當(dāng)凸輪機構(gòu)的最大壓力角超過許用壓力角時，可采取以下措施來

4、 減小壓力角 增大基圓半徑、改變偏置方向 。仃凸輪基圓半徑是從 凸輪轉(zhuǎn)動中心 到 理論廓線 的最短距離。18平底垂直于導(dǎo)路的直動桿盤形凸輪機構(gòu)，其壓力角等于 _0_。19在凸輪機構(gòu)推桿的四種常用運動規(guī)律中，等速運動 運動規(guī)律有剛性沖擊； 等加速等減速、余弦加速度 運動規(guī)律有柔性沖擊;正弦加速度運動規(guī)律無沖擊。20凸輪機構(gòu)推桿運動規(guī)律的選擇原則為 首先要滿足機器的工作要 求，同時還應(yīng)使機器具有良好的動力特性和使所設(shè)計的凸輪便于加 工。21設(shè)計滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)凸輪廓線時，若發(fā)現(xiàn)工作廓線有變尖 現(xiàn)象時，則尺寸參數(shù)上應(yīng)采取的措施是適當(dāng)增大基圓半徑或適當(dāng)減小滾子半徑。22滾子從動件盤形凸輪的理論廓線

5、和實際廓線之間的關(guān)系為（da）兩條廓線相似b）兩條廓線相同c）兩條廓線之間的徑向距離相等d）兩條廓線之間的法向距離相等23凸輪常用運動規(guī)律中，擺線運動（正弦加速度運動）運動規(guī)律既 不會產(chǎn)生柔性沖擊也不會產(chǎn)生剛性沖擊，可用于高速場合。24滾子推桿盤形凸輪的基圓半徑是從凸輪回轉(zhuǎn)中心到凸輪理論廓線 的最短距離。25平底垂直于導(dǎo)路的直動推桿盤形凸輪機構(gòu)中，其壓力角等于J | A 零。26凸輪的輪廓曲線取決于從動件的運動規(guī)律。27平底從動件盤形凸輪機構(gòu)中基圓半徑應(yīng)由凸輪廓線全部外凸 條件來確定。28設(shè)計滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)時，若發(fā)現(xiàn)工作廓線有變尖現(xiàn)象，則 在尺寸參數(shù)改變上應(yīng)采用的措施是增加基圓半徑，減小

6、滾子半徑。29在設(shè)計直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)的工作廓線時發(fā)現(xiàn)壓力角超過 了許用值，且廓線出現(xiàn)變尖現(xiàn)象，此時應(yīng)采用的措施是增加基圓半徑。30設(shè)計凸輪機構(gòu)時，若量得其中某點的壓力角超過許用值，可以用 增大基圓半徑，采用合理的偏置方位使壓力角減小。31試在圖示凸輪機構(gòu)中，（i）標(biāo)出從動件與 凸輪從接觸點C到接 觸點D時，該凸輪轉(zhuǎn) 過的轉(zhuǎn)角:;（2）標(biāo)出 從動件與凸輪在D點 接觸時的壓力角«（3） 標(biāo)出在D點接觸時的 從動件的位移s。解：（1）:如圖示。（2） 如圖示。 如圖示。32凸輪機構(gòu)中，已知從動件的速 度曲線如圖所示，它由4段直線 組成。試求：（1）示意畫出從動 件的加速度曲線；（2

7、）判斷哪幾 個位置有沖擊存在，是柔性沖擊 還是剛性沖擊；（3）在圖上的F 位置時，凸輪機構(gòu)中有無慣性力 作用？有無沖擊存在。解：（1）加速度曲線見下圖。（2）在A ,B處有剛性沖擊。在C, D，E處有柔性沖擊。（3）在F位置時有慣性力存在，但無沖擊。coI0? 11心）233圖為偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)，凸輪 廓線為漸開線，漸開線的基圓半徑 ro = 40mm, 凸輪以3=20rad/s逆時針旋轉(zhuǎn)。試求：（1）在 B點接觸時推桿的速度v b; （2 ）推桿的運動規(guī) 律（推程）；（3）凸輪機構(gòu)在B點接觸時的壓 力角；（4）試分析該凸輪機構(gòu)在推程開始時有 無沖擊？是哪種沖擊？解：（1）由漸開線

8、的性質(zhì)可知，導(dǎo)路的方向線即為漸開線在 B點的法線；又由三心定理可知，導(dǎo)路方向線與基圓的切點即為凸輪與推桿的 瞬心，所以，推桿的速度為 ：B0 （方向朝上）（2）假設(shè)推桿與凸輪在A點接觸時凸輪的轉(zhuǎn)角：為零，則推桿的運動規(guī)律為s = t（3）因為導(dǎo)路方向線與接觸點的公法線重合，所以壓力角:=0;有沖擊，是剛性沖擊。34已知偏置式滾子推桿盤形凸 輪機構(gòu)，試用圖解法求出推桿的 運動規(guī)律S-、：曲線（要求清楚標(biāo) 明坐標(biāo)（S-：）與凸輪上詳細(xì)對 應(yīng)點號位置，可不必寫步驟）。解:將基圓取12曲線如圖所示。35圖示的凸輪機構(gòu)，其凸輪廓線的AB段是以C為圓心的一段圓?。?）寫出基圓半徑ro的表達式；（2）在圖中

9、標(biāo)出圖示位置時凸輪 的轉(zhuǎn)角一推桿位移S、機構(gòu)的壓力角。解：（1）基圓半徑的表達式為r° =R 斤；（2 ）圖示位置時凸輪的轉(zhuǎn)角 八 推桿位移s、機構(gòu)的壓力角'如圖所示36在圖示對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中， 凸輪的實際廓線為一個圓，圓心在 A點，其半 徑R=4omm，凸輪繞軸心線0逆時針方向轉(zhuǎn)動， 1oa =25 mm,滾子半徑 rr=10mm,試問：（1） 該凸輪的理論廓線為何種廓線？ （2）基圓半徑ro為多少？（ 3）從動件的行程h為多少？（ 4） 推程中的最大壓力角為多少？（5）若把滾子半徑改為rr=15mm,從動件的運動規(guī)律有無變化？ 為什么？解：（1）理論廓線是

10、以A為圓心，R+ rr=50 mm為半徑的圓r° =(R -1 oa ) rr = 25 mmh = 2Ioa 二 50 mmIoa R rrsin _ LoliR + rr爐=90時，最大,:m aar c s（5）滾子半徑變化時，從動件之運動規(guī)律發(fā)生變化。這是因為咼副低代后形成的機構(gòu)中的連桿長Iba發(fā)生改變的緣故。37圖示的凸輪機構(gòu)，設(shè)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。要求：（1）畫出凸輪的基 圓半徑，在圖示位置時推桿的位移 s,凸輪轉(zhuǎn)角（設(shè)推桿開始上升時6 =0 ）,以及傳動角丫 ；（2 ）已知推桿的 運動規(guī)律為：s 二s（、J，：二：（、J, a = a（、J , 寫出凸輪廓線的方程。解：（1

11、）基圓半徑，在圖示位置時推桿的位移S,凸輪轉(zhuǎn)角：以及傳動角 如圖所示。（2）建立直角坐標(biāo)系，由順心法可知P 為凸輪與推桿的瞬心，而且OP =ds,d： 由圖可知B點的坐標(biāo)為x =(r0 s)sin 心丄(ds d、)cos、y = (r0 s)cos、-(dsd )sin 、d s _ d s _<s又由于 dt d td : d，而 s=s（J），： -： （J，所以，凸輪廓線的方 程為x =(r0 s)sin 看二(C )； Jcos、 y = (r0 s)cos、_ ( C )； )sin、38在圖示對心直動平底從動件盤形凸輪機 構(gòu)中，凸輪為一偏心圓盤，其半徑R=50 mm， 圓心

12、0與其轉(zhuǎn)動中心A之間的距離 OA=30mm, 90，凸輪以等角速度宀順時 針方向轉(zhuǎn)動。試求：（1）從動件的位移方程；（2）當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速n 1=240r/min時，求從動件 的最大位移、最大速度和最大加速度。解：（1）該機構(gòu)的高副低 代機構(gòu)如圖所示, 從而可寫出從動件的位移方程：S=OA（1 cos ） =30 （1 -cos ）式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角，推程開始時'：=0 O3(2)矗=60mmds “如v30 s in,dt- max - 30；門=30±30°6030= 753.98mm/sd2a30 -1dtcos二 ni、222jt X 240 2=3。（藥）,0（

13、芯一）"mm®39設(shè)計一偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機 構(gòu)。設(shè)凸輪的基圓半徑為r0，且以等角速度 逆時針方向轉(zhuǎn)動。從動件偏距為 e,且在 推程中作等速運動。推程運動角為行程 為h。求：（1）寫出推程段的凸輪廓線的直 角坐標(biāo)方程，并在圖上畫出坐標(biāo)系；（2）分 析推程中最小傳動角的位置；（3）如果最小 傳動角小于許用值，說明可采取的改進措施。解：（1）建立圖示坐標(biāo)系并列出推程段凸輪廓線方程。卜1cos®sin 半xb】-sin cosB 一XbI:-e1嚅 一 譏2e2+s*)s()二 h/ -整理后，可有Xb 二 -ecos.山2e2s( ：) sin ：yB 二 e

14、sin . r( _e2s( J cos ;：找出min位置tg：e ds de+ h©r。2 -e2s( ). r。2 e2h :當(dāng)啟0時，：最大，e 廣 h/©5 a=xa r C , t2g 2) Jr。-e >min =90"_：max（3）可米取措施有如下幾項:1）增大基圓半徑;2）改變從動件的偏置方向，即把從動件導(dǎo)路置于凸輪回轉(zhuǎn)中心的右側(cè)。40已知凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，其運動線ds _ tp圖d;: 如圖示。要求：（1）求解回程ds段d的值；（2）若推程段許用壓力角 為30，推導(dǎo)出最小基圓半徑和導(dǎo)路 偏距之間的關(guān)系式。dsd邙蘭=20(1) d ：

15、 mm , h=20： =20二 mmds h 20: d回程時，二-40mm"(W)2e2.tgmax(2U2 °2.tg30ds h dS-,S s 、 t0 h ；求證：（1）h dS2d2：；J 2 dT 2。（式中t為時間，s為位移，h為行程，t°為從動件T41設(shè)2d s類速度d ' dT ；（ 2）類加速度完成一個推程所用時間，"為推程 運動角，為凸輪轉(zhuǎn)角，凸輪以等hd2Shd(篇h2dT2-2dTd(*v)hdtt0t；ra _a_ 2dsd:2角速度轉(zhuǎn)動）dsh dS h h tov ds一亓一一不一J 一喬解：(1)to42在圖示機構(gòu)中，凸輪機構(gòu)滾子從動件 的B點鉸接于連桿4,推動構(gòu)件5往復(fù)運 動。當(dāng)凸輪等角速度逆時針方向轉(zhuǎn)動 時，構(gòu)件5實現(xiàn)如下運動規(guī)律：凸輪轉(zhuǎn)角 =0 90，等加速等減速上升30mm;=90 120，停止不動。已知連桿長Lbc =72mm，凸輪理論廓 線基圓半徑r25mm，構(gòu)件2，5的中心 線間夾角為30，試用圖解法設(shè)計凸輪廓 線。注：要求保留全部作圖線，取滾子 半徑 rr=5mm。解：（1）畫出構(gòu)件5的位移線圖s-'，并確定C點一系列 位置；（2）找出連桿4上B點一系列對應(yīng)位置；（3）作 理論廓線；（4