3凸轮机构
3.1凸轮机构按凸轮形状分几种？
3.2凸轮机构按从动件高副元素形状分几种？
3.3等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速运动规律、正弦加速运动规律、3-4-5多项式运动规律各有什么特点？
3.4什么是刚性冲击、柔性冲击？
3.5移动从动件盘状凸轮机构基本尺寸有哪些？
3.6移动从动件盘状凸轮机构的偏距方向如何选择？为什么？
3.7移动从动件盘状凸轮机构基圆半径r b 的选取原则是什么？
3.8摆动从动件盘状凸轮机构基本尺寸有哪些？
3.9摆动从动件盘状凸轮机构压力角与基本尺寸的关系是什么？
3.10基园半径在哪个轮廓线上度量？
3.11若ρ min 过小，采取什么处理措施？
3.12平底宽度如何确定？
3.13 图3-1所示为从动件在推程的部分运动线图，凸轮机构的Φs ≠0，Φs '≠0，根据s 、v 和a 之间的关系定性地补全该运动线图，并指出该凸轮机构工作时，在推程哪些位置会出现刚性冲击？哪些位置会出现柔性冲击？
3.14图3-2所示为凸轮机构的起始位置，试用反转法直接在图上标出：
1) 凸轮按ω方向转过45?时从动件的位移；
2) 凸轮按ω方向转过45?时凸轮机构的压力角。
3.15 图3-3所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，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) 凸轮的理论轮廓曲线为何种曲线？
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，并计算推程中的最大压力角αmax =？
5) 若凸轮实际轮廓曲线不变，而将滚子半径改为15mm ，从
动件的运动规律有无变化？
图3–1
图3–2
图3–3
3.16用作图法设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。已知凸轮以等角速度顺时针回转，偏距e=10mm，从动件导路偏于凸轮转动中心的左侧，基圆半径r b =30mm ，滚子半径r r=10mm。从动件运动规律：?=0°~150°时从动件等速上升h=16mm；?=150°~180°从动件远休止；?=180°～300°时推杆等加速等减速返回；?=300°~360°时从动件近休止。
3.17在图3-4上标出理论廓线、基圆半径r b、升程h、推程角Φ、远休止角Φs 、回程角Φ'、近休止角Φs'、图示位置位移s及压力角α和凸轮转过30°时的位移s、压力角α，并判断偏距e的偏向是否正确。
图3-4
3.18图3-5所示偏心圆盘凸轮机构，圆盘半径R=50mm，偏心距e=25mm，凸轮以ω=25rad/s顺时针方向转过90°时，推杆的速度v=50mm/s。试问：在该位置时，凸轮机构的压力角为多大？在该位置时，推杆的位移为多大？该凸轮机构推杆的行程h等于多少？
图3-5
3.19图3-6所示凸轮机构中，已知凸轮轮廓线AB段为渐开线，形成AB段渐开线的基圆圆心为O，OA=r b。试确定对应AB段廓线的以下问题：（1）推杆的运动规律；（2）机构的最大压力角与最小压力角。
图3-6
3.20图3-7所示图示机构的凸轮轮廓线由两段直线和两段圆弧组成。（1）画出偏距园；（2）画出理论廓线；（3）画出基园；（4）画出当前位置的从动件位移s；（5）画出当前位
置的凸轮机构压力角 ；（6）画出从动件升程h；（7）标注凸轮转向并说明原因。
图3-7
机械原理大作业－凸轮机构 专业：材料成型机控制工程学号：0284 姓名：朱富慧组号：11材卓一第2组 1.题目 （1）凸轮回转方向：顺时针 （2）从动件偏置方向：左偏置 （3）偏心距：15mm （4）基圆半径：45mm （5）从动件运动规律：先以余弦运动规律上升，再以等加速等减速运动规律下降。推程运动角150°，远休止角30°，回程运动角120°，近休止角60°。 （6）从动件行程20mm。 要求：编制程序每隔5°计算凸轮轮廓坐标并绘制凸轮轮廓曲线。 2.数学公式 记基圆半径为r0，偏心距为e，凸轮转向系数为m（顺时针时m=1，逆时针时m=-1)，从动件偏置方向系数为n（左偏置时n=1，右偏置时n=-1,无偏置时n=0)，推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角依次为p1、p2、p3、p4，从动件行程为h从动件位移为s。 则从动件位移曲线方程为 0 其中， 3.程序框图 N ③ Y N Y N 执行函数zuobiao （） 执行函数zuobiao （） p+5=>p p>=p 1+p 2&&p p p>=p 1&&p s 0 0=>p p>=0&&p 一机构结构 二平面连杆机构及其分析设计 三凸轮机构及其设计 四论析及其设计 六机构的动力学 1-1答案：a)自由度数为３。约束掉３个移动，保留３个转动自由度，为３级运动副。 b) 自由度数为３。约束掉１个移动、２个转动，保留２个移动，１个转动自由度，为３级运动副。 c) 自由度数为1。约束掉2个移动、3个转动，保留1个移动自由度，为5级运动副。 d) 自由度数为1。约束掉3个移动、２个转动，保留１个转动自由度，为5级运动副。 e) 自由度数为2。约束掉2个移动、２个转动，保留1个移动，１个转动自由度，为4级运动副。 1-1答案：a)自由度数为３。约束掉３个移动，保留３个转动自由度，为３级运动副。 b) 自由度数为３。约束掉１个移动、２个转动，保留２个移动，１个转动自由度，为３级运动副。 c) 自由度数为1。约束掉2个移动、3个转动，保留1个移动自由度，为5级运动副。 d) 自由度数为1。约束掉3个移动、２个转动，保留１个转动自由度，为5级运动副。 e) 自由度数为2。约束掉2个移动、２个转动，保留1个移 动，１个转动自由度，为4级运动副。 1- 2答案：a)其结构的自由度Ｆ＝３×８－２×１０－２＝２或Ｆ＝３×９－２×１１－１＝２。机构运动简图： b)自由度Ｆ＝３×５－２×７＝１。机构运动简图： c)自由度Ｆ＝３×６－２×４＝１。机构运动简图： d)自由度Ｆ＝３×５－２×７＝１。机构运动简图： 1-3答案：∵Ｆ＝１,Ｎ＝１０ ∴单链数Ｐ＝３Ｎ／２－（Ｆ＋３）／２＝１３ 闭环数k＝Ｐ＋１－Ｎ＝４ 由Ｐ３３页公式１－１３a可得： Ｎ３＋２Ｎ４＋Ｎ５＝６ Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４＋Ｎ５＝１０ 由上式可得自由度Ｆ＝1 的１０杆单链运动链的基本方案如下：运动链闭合回运动副２元素３元素４元素５元素 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 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 院系：能源学院 班级： 1302402 设计者：黄建青 学号： 1130240222 指导教师：焦映厚陈照波 设计时间： 2015年06月23日 凸轮机构设计说明书 1. 设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构，机构运动简图如图1，机构的原始参数如表1所示。 图1 机构运动简图 表1 凸轮机构原始参数 计算流程框图： 2. 凸轮推杆升程，回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图 2.1 确定凸轮机构推杆升程、回程运动方程 设定角速度为ω=1 rad/s (1) 升程：0°<φ<50° 由公式可得 )]cos(1[20 ?π Φh s -= )sin( 20 1 ?π ωπΦΦh v = )cos(20 2 2 12?π ωπΦΦh a = (2) 远休止：50°<φ<150° 由公式可得 s = 45 v = 0 a = 0 (3) 回程：150°<φ<240° 由公式得： ()()22 0000200000002200000 0,2(1)(1)1,12(1)(1),2(1)s s s s s s s s s Φhn s h ΦΦΦΦΦΦn Φn ΦΦn h n s h ΦΦΦΦΦΦn Φn n ΦΦΦn hn s ΦΦΦΦΦn Φn ??????'?=---+<≤++?'-? ???''-? =----++ <≤++???'-??? ?'---?'=-++<≤++'-?? 201 00000010002001 000 00n (),(1)(1)n ,(1)(1)n (1),(1)s s s s s s s s Φh v ΦΦΦΦΦΦn Φn ΦΦn h v ΦΦΦΦn Φn n ΦΦΦn h v ΦΦΦΦΦn ΦΦn ω??ω??ω??'=- --+<≤++?'-? ?''-? =- ++<≤++?'-? ?'---'?=--++<≤++''-?? 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. 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 机械原理课程设计 说明书 题目：双联凸轮写“C”机构 学院：xxxxxxxxxxxxxxxxx 班级：xxxxxxxxxxxxx 姓名：xxxxxxxxxxx 学号：xxxxxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxx 2015年1月23日 一．设计任务…………………………………………二．原始数据设计及设计要求………………………三．设计方案分析……………………………………四．设计内容…………………………………………五．设计小结…………………………………………六．参考文献………………………………………… 一．设计任务 设计能写出英文字母C的凸轮写字机构。且该机构由两凸轮连续回转的协调配合及相应的连杆，控制绘图部件画出英文字母C。 二．原始数据设计及设计要求 1. C字高60mm(y方向)。 2. C字宽45mm(x方向)。 3. 机构体积小，质量轻，工作可靠，启动或停顿时冲击小。 三．设计方案分析 1. 方案一：两对心直动尖顶推杆盘形凸轮写字机构。 尖顶推杆虽然构造简单，但易磨损，且启动或停顿时冲击大。 2. 方案二：两对心直动滚子推杆盘形凸轮写字机构。 滚子与凸轮间为滚动摩擦，磨损小，传动精度高，冲击小。 3. 方案选择：通过对上述两种方案分析比较，选用方案二。 四、设计内容 目标C曲线 通过作图工具，得到想要的C曲线如下图所示 该“C”曲线为一段半径是30mm的圆弧的一部分。由于双联凸轮机构的特性，作出的曲线应为封闭图形。所以要用一条线段将“C”的首尾相连，即得到如图所示的曲线。 数据处理 通过建立如图所示的坐标系，得到X的相对偏移量和X=X(Φ)和Y的相对偏移量和Y=Y(Φ)。并建立如下的表格。 机械原理大作业（二） 作业名称：机械原理 设计题目：凸轮机构 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学机械设计 1. 设计题目 (1) 凸轮机构运动简图： 2．凸轮推杆升程，回程运动方程及推杆位移,速度,加速度线图 (1) 推杆升程，回程运动方程如下： A.推杆升程方程： 设为ω1rad/s )],2 3 cos(1[30)(Φ-=Φs ;3/20π≤Φ≤ )),23 sin(45)(Φ=Φv ;3/20π≤Φ≤ ),2 3 cos(2135)(Φ= Φa ;3/20π≤Φ≤ B.推杆回程方程： ],2310[ 60)(Φ-=Φπs ;3567ππ≤Φ≤ ,120)(π-=Φv ;3 5 67ππ≤Φ≤ ,0)(=Φa ;3 5 67ππ≤Φ≤ 2)推杆位移,速度,加速度线图如下： A.推杆位移线图 凸轮位移B.推杆速度线图 凸轮速度C.推杆加速度线图 凸轮速度 3．凸轮机构的错误！未找到引用源。-s线图，并依次确定凸轮的基圆半径和偏距. 1) 凸轮机构的错误！未找到引用源。-s线图： (2)确定凸轮的基圆半径和偏距： 由图知:可取错误！未找到引用源。=400 mm，e=100mm 即:基圆半径错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=412.31mm 偏距e=100mm 4．滚子半径的确定及凸轮理论轮廓和实际轮廓的绘制. 可取滚子半径r=60mm，则凸轮理论轮廓和实际轮廓如下： (1) 程序如下 fai01=2*pi/3; fai02=pi/2; fais1=pi/2; fais2=5*pi/9; h=60; fai1=0:0.001*pi:2*pi/3; fai2=2*pi/3:0.001*pi:7*pi/6; fai3=7*pi/6:0.001*pi:5*pi/3; fai4=5*pi/3:0.001*pi:2*pi; s1=h/2*(1-cos(pi*fai1/fai01)); s2=h+fai2*0; s3=h*(1-(fai3-(fai01+fais1))/fai02); s4=fai4*0; plot(fai1,s1,fai2,s2,fai3,s3,fai4,s4) v1=pi*h/(2*fai01)*sin(pi*fai1/fai01); v2=0*fai2; v3=-h/fai02; v4=0*fai4; plot(fai1,v1,fai2,v2,fai3,v3,fai4,v4) a1=2*pi*h/fai01.^2*cos(pi*fai1/fai01); a2=0*fai2; 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 、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（0 5） 6 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件h 50mm ，05带入正弦 6 加速度运动规律的升程段方程式中得： 6 1 12 S 50 sin ； 5 2 5 cos 5 144 12 12 a sin 5 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ 5 ） 6 s h 50mm ； v a 0 ； 3、凸轮推杆回程运动方程（ 14 ） 9 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件 h 50mm ， '0 5 9 6 带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： 14 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（ 14 2 ） 9 s v a 0； 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)); hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.001:2*pi; s=0; 60 12 cos 9 ( 5 ）； v 45 9 1 sin a -81 29 1 cos 25 模拟题一 ?计算图示机构自由度，指明复合铰链，局部自由度，和虚约束所 在；进行高副低代，然后拆分杆组，判断机构的级别。（20分） 二.在图示的机构中，已知各构件长度，原动件以等角速度w i=io rad/s 逆时针转动，试用图解法求点D的速度。（20分） 三.1?图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度l AB=25mm, l Bc=55mm，l cD=40mm, l AD=50mm,试问：（15分） （1）该机构是否有曲柄，如有，请指出是哪个构件； （2）该机构是否有摇杆，如有，请指出是哪个构件； （3）该机构是否有整转副，如有，请指出是哪个转动副； 2.设计一铰链四杆机构，如图所示，已知行程速比系数K=1，机架长L AD=100mm,曲柄长L AB=20mm,当曲柄与连杆共线，摇杆处于最远的极限位置时，曲柄与机架的夹角为30° ,确定摇杆及连杆的长度。（20分） 四.图示机构的凸轮轮廓线由两段直线和两段圆弧组成。（1）画出偏距圆；（2）画出理论廓线；（3）画出基圆；（4）画出当前位置的从动件位移s;（5）画出当前位置的凸轮机构压力角；（6）画出从动件升程h。（7）凸轮的推程角?，近休止角? s',回程角? ' （20分） 五?一对正常齿制标准安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知传动比 i=2.5,中心距a=175mm,小齿轮齿数z仁20,压力角沪20°。试计算模数m、大齿轮的几何尺寸基圆直径，齿顶圆直径和齿根圆直径。 （20 分） 六.图示轮系各轮的齿数已在括号中标注，已知主动轮1的转速为每分钟1转、主动轮4的转速为每分钟2转，转向如图所示。试求输出 构件H的转速和转向。（20分） 3(30) 2 (30) -n3'(20) 七.图示减速器，已知传动比i=Z2/z i=3,作用在大齿轮上的阻力矩随大齿轮的转角血变化，其变化规律为：当0<=靱<=120°时，阻力矩为 M2=300N?m当120° <=2<=360°时，阻力矩为M=0，又已知小齿轮的 转动惯量为J i ,大齿轮的转动惯量为J2。假设作用在小齿轮上的驱动力矩M 为常数，小齿轮为等效构件。试求等效转动惯量J e,等效驱动力矩M，等效阻力矩M。（15分） 平面运动链自由度计算公式为 H L 23p p n F --=运动链成为机构的条件 运动链成为机构的条件是：取运动链中一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件的数目等于运动链的自由度数。 满足以上条件的运动链即为机构，机构的自由度可用运动链自由度公式计算。 一、平面机构的结构分析 计算错误的原因 例题圆盘锯机构自由度计算 解 n =7，p L =6，p H =0 F =3n -2p L -p H =3?7-2?6=9错误的结果！ 1234 5 67 8 A B C D E F 两个转动副 1234 5 67 8 A B C D E F ●复合铰链(Compound hinges ) 定义：两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。 k 个构件组成的复合铰链，有(k -1)个转动副。 正确计算 B 、 C 、 D 、 E 处为复合铰链，转动副数均为2。 n =7，p L =10，p H =0 F =3n -2p L -p H =3?7-2?10=1 准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处用转动副联接 12 3 1 3 4 2 4 1 3 231 2 两个转动副两个转动副 两个转动副 两个转动副 1 2 3 4 两个转动副 1 4 2 3 两个转动副 例题计算凸轮机构自由度 F=3n-2p L-p H=3?3-2?3-1=2 ？ ●局部自由度(Passive degree of freedom) 定义：机构中某些构件所具有的仅与其自身的局部运动有关的自由度。 考虑局部自由度时的机构自 由度计算 设想将滚子与从动件焊成一体 F=3?2-2?2-1=1 计算时减去局部自由度F P F=3?3-2?3-1-1(局部自由度)=1 哈工大机械原理大作业-凸轮机构设计(第题) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 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 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 哈尔滨工业大学 凸轮机构设计 一、设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见表，据此设计该凸轮机构。 序号 升程（mm ） 升程运动角（°） 升程运动规律 升程许用压力角（°） 回程运动角（°） 回程运动规律 回程许用压力角 （°） 远休止角（°） 近休止角 （°） 3 50 150 正弦加速度 30 100 余弦加速度 60 30 80 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 ； ω ?? ? ??= 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)); hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.001:2*pi; 模拟题一 一.计算图示机构自由度，指明复合铰链，局部自由度，和虚约束所在；进行高副低代，然后拆分杆组，判断机构的级别。（20分）二.在图示的机构中，已知各构件长度，原动件以等角速度w1=10rad/s逆时针转动，试用图解法求点D的速度。（20分）三.1.图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度l AB=25mm，l BC=55mm，l CD=40mm，l AD=50mm，试问：（15分） （1）该机构是否有曲柄，如有，请指出是哪个构件； （2）该机构是否有摇杆，如有，请指出是哪个构件； （3）该机构是否有整转副，如有，请指出是哪个转动副； 2.设计一铰链四杆机构，如图所示，已知行程速比系数K=1，机架长L AD=100mm,曲柄长L AB=20mm,当曲柄与连杆共线,摇杆处于最远的极限位置时,曲柄与机架的夹角为30°,确定摇杆及连杆的长度。（20分） 四.图示机构的凸轮轮廓线由两段直线和两段圆弧组成。（1）画出偏距圆；（2）画出理论廓线；（3）画出基圆；（4）画出当前位置的从动件位移s；（5）画出当前位置的凸轮机构压力角；（6）画出从动件升程h。（7）凸轮的推程角φ，近休止角φs’，回程角φ’（20分）五.一对正常齿制标准安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知传动比i=2.5，中心距a=175mm，小齿轮齿数z1=20，压力角α=20°。试计算模数m、大齿轮的几何尺寸基圆直径，齿顶圆直径和齿根圆 直径。（20分） 六.图示轮系各轮的齿数已在括号中标注，已知主动轮1的转速为每分钟1转、主动轮4的转速为每分钟2转，转向如图所示。试求输出构件H 的转速和转向。（20分） 七.图示减速器，已知传动比i=z 2/z 1=3，作用在大齿轮上的阻力矩随大齿轮的转角φ2变化，其变化规律为：当0<=φ2<=120°时，阻力矩为M 2=300N ?m ；当120°<=φ2<=360°时，阻力矩为M 2=0，又已知小齿轮的转动惯量为J 1，大齿轮的转动惯量为J 2。假设作用在小齿轮上的驱动力矩M 1为常数，小齿轮为等效构件。试求等效转动惯 量J e 分） 模拟题二 一.1. （8分） 2.以AB 为原动件对图示机构进行结构分析，要求画出原动件、基本组，并指出机构的级别。（8分） 3.（4分） 二.法求杆5的角速度w 5，写出求解的速度矢量方程，作出速度多边形（20分） 三.平面连杆机构及其设计（35分） 2 机械原理大作业二 课程名称： _______ 设计题目： 凸轮机构设计 院 系： ------------------------- 班 级： _________________________ 设计者： ________________________ 学 号： _________________________ 指导教师： ______________________ 哈尔滨工业大学 Harbin I nstituteof Techndogy 设计题目 如右图所示直动从动件盘形凸轮机构，选择一组凸轮机构的原始参数, 据此设计该凸轮机构。 凸轮机构原始参数 二.凸轮推杆升程、回程运动方程及推杆位移、速度、加速度线图 凸轮推杆升程运动方程：冷3唱—亦（中］ 156 12 .. v 」1 - cos()] 兀1 5 374.4 2 12 ? a 1si n( ) 兀 1 5 % t 表示转角， s 表示位移 t=0:0.01:5*pi/6; %升程阶段 s= [(6*t)/(5*pi)- 1/(2*pi)*si n(12*t/5)]*130; hold on plot(t,s); t= 5*pi/6:0.01:pi; %远休止阶段 s=130; hold on plot(t,s); t=pi:0.01:14*pi/9; %回程阶段 s=65*[1+cos(9*(t-pi)/5)]; hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.01:2*pi; %近休止阶段 s=0; hold on plot(t,s); grid on % t表示转角，令3 1=1 t=0:0.01:5*pi/6; %升程阶段v=156*1*[1-cos(12*t/5)]/pi hold on plot(t,v); t= 5*pi/6:0.01:pi; %远休止阶段 １-1．图题1-1是由点(线)接触所构成的运动副。试分析计算它们的自由度数量和性质，并从封闭形式和受力状况与相对应的面接触低副进行比较。 1-2．观察分析工作原理，绘制机构运动简图，计算机构自由度。 题图１-２a为一夹持自由度。实线位置为从上输送带取出工件（夹头处于夹紧状态）；虚线位置为将工件放到下输送带上（夹头松开）。该机构是由行星轮系、凸轮机构及连杆机构组合而成。 题图１-２b是为了减小活塞与汽缸盖之间的摩擦而设计的一种结构形式的内燃机，画出它们的机构运动简图、计算其自由度。分析结构中存在的虚约束和它们是如何来实现减小摩擦这一目的的。 题图１-２c为一种型式的偏心油泵，画出其机构运动简图，计算其自由度，并分析它们是如何由运动简图演化得到的。 题图１-２d为针织机的针杆驱动装置的结构示意图，绘制其机构运动简图及运动链图。 １－3．用公式推导法，求出Ｆ＝１、Ｎ＝１０的单铰运动链的基本结构方案以及它们的单铰数和所形成的闭环数k，并从中找出图１－１７所示的双柱压力机构简图所对应的运动链。 1－４．计算下列各机构的自由度。注意分析其中的虚约束、局部自由度合复合铰链等。题图１－４a为使５、６构件能在相互垂直方向上作直线移动的机构，其中ＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ＡＤ。 题图１－４b为凸轮式４缸活塞气压机的结构简图，在水平和垂直方向上作直线运动，其中仍满足ＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ＡＤ。 题图１－４c所示机构，导路ＡＤ⊥ＡＣ、ＢＣ＝ＣＤ／２＝ＡＢ。该机构可有多种实际用途，可用于椭圆仪，准确的直线轨迹产生器，或作为压缩机或机动马达等。 题图１－４d为一大功率液压动力机。其中ＡＢ＝Ａ｀Ｂ｀，ＢＣ＝Ｂ｀Ｃ｀，ＣＤ＝ 机械原理课程设计——凸轮机构设计（一） 目录 (1) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（一）、题目及原始数据 (2) （二）、推杆运动规律及凸轮廓线方程 (3) （三）、计算程序方框图 (5) （四）、计算源程序 (6) （五）、程序计算结果及分析 (10) （六）、凸轮机构图 (15) （七）、心得体会 (16) （八）、参考书 (16) （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，凸轮以 1rad/s的角速度沿逆时针方向转动。要求： （1）、推程运动规律为等加速等减速运动，回程运动规律为五次多项式运动规律； （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）、打印出凸轮运动的位移； （7）、打印最后所确定的凸轮的基圆半径。 原始数据如下： r0=0.015; 初选的基圆半径r0 Deltar0=0.0005; 当许用压力角或许用最小曲率半径不满足时，r0以Δr0 为步长增加重新计算 rr=0.010; 滚子半径r r h=0.028; 推杆行程h e=0.005; 偏距e omega=1; 原动件凸轮运动角速度，逆时针ω delta1=pi/3; 近休止角δ1 delta2=2*pi/3; 推程运动角δ2 delta3=pi/2; 远休止角δ3 delta4=pi/2; 回程运动角δ4 alpha1=pi/6; 推程许用压力角[α1] alpha2=(70/180)*pi; 回程许用压力角[α2] rho0min=0.3*rr; 许用最小曲率半径ραmin （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 v=0 a=0 （2）推程阶段：60o≤δ<180 o 等加速运动规律：60o≤δ<120 o s=2h(δ-60o)2/(120 o)2 v=4hω(δ-60o)/(120 o)2 a=4hω2/(120 o)2 等减速运动规律：120o≤δ<180 o 机械原理大作业二 课程名称： 设计题目： 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 一、设计题目 图1 凸轮机构设计 升程/mm 升程运 动角/。 升程运 动规律 升程许 用压力 角/。 回程运 动角/。 回程运 动规律 回城许 用压力 角/。 远休止 角/。 近休止 角/。 65 90 等加等 减速 35 50 改进正 弦 70 100 120 二、凸轮推杆运动规律分析 1、升程运动规律（等加等减速）推程： 2、远休止运动规律 远休止： 3、回程运动规律（改进正弦加速度） 回程： 4、近休止运动规律 近休止： 三、编程及代码 1、位移、速度、加速度 t=0:0.01:pi/4; s=2*65*((2*t/pi).^2); hold on plot(t,s); t=pi/4:0.01:pi/2; s=65-2*65*(((pi/2-t)/(pi/2)).^2); hold on plot(t,s); t=pi/2:0.01:pi*19/18; s=65*ones(size(t)); hold on plot(t,s); t=19*pi/18:0.01:196.25*pi/180; s=65-65*((pi*(t-19*pi/18)/(5*pi/18))-sin(4*(pi*(t-19*pi/18)/(5*pi/18) ))/4)/(4+pi); hold on plot(t,s); t=196.25*pi/180:0.01:233.75*pi/180; s=65-65*(2+(pi*(t-19*pi/18)/(5*pi/18))-9*sin(pi/3+4*(pi*(t-19*pi/18)/ (15*pi/18)))/4)/(4+pi); hold on plot(t,s); t=233.75*pi/180:0.01:24*pi/18; s=65-65*(4+(pi*(t-19*pi/18)/(5*pi/18))-sin(4*(pi*(t-19*pi/18)/(5*pi/1 8)))/4)/(4+pi); hold on plot(t,s) 机械原理课程设计 说明书 设计题目：盘形凸轮写字机构D 工程机械xxxxxxxxxxxxxxxxx 设计者：xxxxxxxx 学号：xxxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxxx 2015 年 1 月23 日一．设计任务 (1) 二．原始数据设计及设计要求 (1) 三．设计方案分析 (1) 四．设计容 (2) 五．设计小结 (6) 六．参考文献 (7) 一．设计任务 设计能写出英文字母D的凸轮写字机构。且该机构由两凸轮连续回转的协调配合及相应的连杆，控制绘图部件画出英文字母D。 二．原始数据设计及设计要求 1.D字高60mm(y方向)。 2.D字宽30mm(x方向)。 3.机构体积小，质量轻，工作可靠，启动或停顿时冲击小。 三．设计方案分析 1.方案一：两对心直动尖顶推杆盘形凸轮写字机构。 尖顶推杆虽然构造简单，但易磨损，且启动或 停顿时冲击大。 2.方案二：两对心直动滚子推杆盘形凸轮写字机构。 滚子与凸轮间为滚动摩擦，磨损小，传动精度 高，冲击小。 3.方案选择：通过对上述两种方案分析比较，选用方案二。取凸轮A的基圆半径R=50mm 凸轮A的理论廓线如图所示 取滚子半径r=3mm得凸轮A的实际廓线 取凸轮B的基圆半径r=50mm Φ /° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Y/m m 50.0 53.3 56.7 60.0 63.3 66.7 70.0 73.3 76.7 80.0 83.3 86.7 90.0 Φ /° 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 Y/m m 93.3 96.7 100. 103. 3 106. 7 110. 109. 5 108. 5 105. 9 102. 9 99.3 95.0 90.3 目录 一、题目及原始数据 (2) 二、推杆运动规律及凸轮廓线方程 (4) 三、计算程序 (5) 四、计算结果及分析 (12) 五、凸轮机构图 (12) 六、体会及建议 (15) 七、参考书 (15) 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 表1 凸轮结构的推杆运动规律 表2 凸轮结构的推杆在近休、推程、远休及回程段的凸轮转角 表3 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的已知参数 （1）打印出原始数据； （2）打印出理论轮廓和实际轮廓的坐标值； （3）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； （4）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； （5）打印最后所确定的凸轮的基圆半径。 计算点数：100 πδ0δ 二、推杆运动规律及凸轮廓线方程 1、推杆运动规律 （1）近休阶段：0°≤δ< 60° 0=s 0/=δd ds 0/22=δd s d （2）推程阶段：60°≤δ<° 等加速段运动方程 s=2h （3）远休阶段：210°≤δ< 280° 30==h s 0/=δd ds 0/22=δd s d （4）回程阶段：280°≤δ< 360° 2、凸轮廓线方程 (1)理论廓线方程 2200e r s -= δδcos sin )(0e s s x ++= δδsin cos )(0e s s y -+= (2)工作廓线方程 x′=θcos r r x - y′=θsin r r y - 三、计算程序 #include ２－４．题图２－４所示六杆机构中，各构件的尺寸为：l AB＝30mm，l BC＝55mm，l AD=50mm，l CD=40mm，l DE＝20mm，l EF＝60mm．滑块为运动输出构件．试确定：１）四杆机构ＡＢＣＤ的类型． ２）机构的行程时间比系数Ｋ为多少？ ３）滑块Ｆ的行程Ｈ为多少？ ４）求机构的最小传动角γmin．传动角最大值为多少？ 导轨ＤＦ在什么位置时滑块在运动中的压力角最小？ ２－５．题图２－５所示六杆机构．已知l AB＝200mm，l AC＝585mm，l CD=30mm，l DE=700mm，ＡＣ⊥ＥＣ，ω1为常数．试求： １）机构的行程时间比系数Ｋ； ２）构件５的行程Ｈ； ３）机构的最小传动角γmin为多少？传动角的最大值为多少？ ４）滑块的最大压力角αmax发生的位置及大小；欲使αmax减小，应对机构做怎样改进？ ５）在其他尺寸不变的情况下，欲使行程为原行程的２倍，问曲柄长度应为多少？ 2－12．在题图2-12所示缩放机构中，已知构件１的角速度ω１，试作出机构的速度多边形图并示出Ⅰ点的速度vⅠ。 ２－２８．题图２－２８所示为一已知的曲柄摇杆机构，现要求用一连杆将摇杆ＣＤ和一滑块Ｆ连接起来，使摇杆的三个已知位置C1D、C2D、C3D和滑块的三个位置F1、F2、F3相对应。试确定此连杆的长度及其与摇杆ＣＤ铰接点的位置。 2－３２．题图２－３２所示为一牛头的主传动机构，已知l AB＝75mm，l DE＝100mm， 行程时间比系数Ｋ＝２，刨头５的行程Ｈ＝300mm，要求在整个行程中，刨头５有较小的压力角，试设计此结构。 4-2．在题图４－２所示的手摇提升装置中，已知各轮齿数为z1＝20，z2＝50，z3＝15，z4＝30，z6＝40，z7＝18，z8＝51，蜗杆z5＝1为右旋，试求传动比i18并确定提升重物时的转向． 4-8．题图４－８所示轮系中，已知各轮齿数为：z1＝60，z2＝20，z2’＝20，z3＝20，z4＝20，z5＝100．试求传动比i41． 一、题目要求及机构运动简图 如图1所示直动从动件盘形凸轮机构。其原始参数见表1。 图一凸轮运动简图 表一凸轮原始参数 二、计算流程框图 凸轮机构分析 建立数学模型 位移方程 速度方程加速度方程 速度线图位移线图加速线图 ds/dΨ-s曲线 升程压力角回程压力角 确定轴向 及基圆半径压力角图 确定滚子半径实际轮廓理论轮廓轮廓图 结束 三、建立数学模型 1.从动件运动规律方程 首先，由于设计凸轮轮廓与凸轮角速度无关，所以不妨设凸轮运动角速度为w = 1rad/s。 （1）推程运动规律(0 < φ < 90°) s=h 2×[1?cos?(π φ0 ×φ）] v=πhw 2φ0×sin?(π φ0 ×φ） a=?π2?w2 2φ02×cos?(π φ0 ×φ） 式中：h=65mm，Φ0=π/2 （2）远休程运动规律(90°< φ < 190°) s?=?65mm v?=?0 a?=?0 （3）回程运动规律(190°< φ < 240°) s1?=?h?? h 4+π ?(π? (φ??φ0???φs) φ0′ ? sin(4?π?φ??φ0???φs φ0′ ) 4 )???? (190°< φ < 196.25°) s2?=?h?? h 4+π ?(2+π? (φ??φ0???φs) φ0′ ? 9?sin(π 3 +4?π?φ??φ0???φs 3?φ0′ ) 4 )??? (196.25°< φ < 233.75°) s3?=?h?? h 4+π ?(4+π? (φ??φ0???φs) φ0′ ? sin(4?π?φ??φ0???φs φ0′ ) 4 )??? (233.75°< φ < 240°) 回程运动中的速度和加速度为位移对时间t的倒数： v=ds dt a=dv dt （4）近休程运动规律(240°< φ < 360°) s?=?0 v?=?0 a?=?0 2.从动件位移、速度、加速度线图（1）位移线图 机械原理大作业一 课程名称：机械原理 设计题目：直从动件盘形凸轮机构设计 院系： 班级： 完成者： 学号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学 直动从动件盘形凸轮机构设计说明书（题目33）一、凸轮轮廓设计计算数学模型 行程（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） 55 70 3-4-5 多项式35 70 摆-直- 摆 70 100 120 位移方程： s=h*(10*(Φ/Φ0)^3-15*(Φ/Φ0)^4+6*(Φ/Φ0)^5), 0≤Φ≤Φ0 55, Φ0<Φ≤Φ0+Φs h-(h/(2*2.5))*(3.5*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-sin(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02)/pi), Φ0+Φs<Φ≤Φ0+Φs+Φ02/3.5 h-h/2.5*(3.5*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-0.5), Φ0+Φs+Φ02/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5 h-h/5*(1.5+3.5*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-sin(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-1.5*pi)/pi), Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02 0, Φ>Φ0+Φs+Φ02 速度方程： v=h*w/Φ0*(30*(Φ/Φ0)^2-60*(Φ/Φ0)^3+30*(Φ/Φ0))^4), 0≤Φ≤Φ0 0, Φ0<Φ≤Φ0+Φs -h*3.5*w/5/Φ02*(1-cos(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02)), Φ0+Φs<Φ≤Φ0+Φs+Φ02/3.5 -h*3.5*w/2.5/Φ02, Φ0+Φs+Φ02/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5 -h*3.5*w/5/Φ02*(1-cos(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-1.5*pi)), Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02 0, Φ>Φ0+Φs+Φ02 加速度方程： a=h*w^2/Φ0^2*(60*(Φ/Φ0)-180*(Φ/Φ0)^2+120*(Φ/Φ0)^3), fa0≤Φ≤Φ0 0, Φ0<Φ≤Φ0+Φs -h*3.5*3.5*pi*w*w/5/Φ02^2*sin(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02), Φ0+Φs<Φ≤Φ0+Φs+Φ02/3.5 0, Φ0+Φs+Φ02/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5 -h*3.5*3.5*pi*w*w/5/Φ02^2*sin(3.5*pi*(Φ-Φ0-Φs)/Φ02-1.5*pi), Φ0+Φs+Φ02*2.5/3.5<Φ≤Φ0+Φs+Φ02 0, Φ>Φ0+Φs+Φ02重庆大学机械原理课后习题解答
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