第三章 凸轮机构
（一）教学要求
1、了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和应用场合，能根据工作要求和使用场
合选择凸轮机构的类型。
2、掌握从动件几种基本运动规律的特点和适用场合，能根据工作要求选择或设计从动
件的运动规律。
3、掌握凸轮轮廓曲线的设计原理与方法。
4、掌握凸轮机构基本参数对机构工作性能的影响关系及其确定原则，并能根据这些原
则确定凸轮机构有关尺寸参数。
（二）教学的重点与难点
1、常用运动规律的特点，刚性冲击，柔性冲击，S-ф曲线绘制
2、凸轮轮廓曲线的设计原理—反转法，自锁、压力角与基圆半径的概念及确定（三）教学内容
§3-1 凸轮机构的应用和类型
1、凸轮机构的应用
在自动化和半自动化机械中应用广泛。如在内燃机、绕线机、自动送料机构中的应用。提示：结合播放凸轮机构三维动画演示
2、组成与特点
凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。
1）优点
只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便
2）缺点
（1） 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；
（2） 凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；
（3）从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。
3、凸轮机构的类型
按凸轮形状分：1）盘形凸轮
2）移动凸轮
3）圆柱凸轮
按从动件型式分：1）尖底从动件；
2）滚子从动件；
3）平底从动件
为使凸轮与从动件始终保持接触，可利用从动件的重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽。提示：结合播放凸轮机构三维动画演示
§3—2 从动件的常用运动规律
设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定推杆的运动规律，然后根据这一运动规律设
计凸轮的轮廓曲线。
1、 凸轮机构运动过程与基本参数
以尖顶直动推杆盘形凸轮机构为例：
s
图3-1 凸轮轮廓与从动件位移线图
基圆——凸轮理论轮廓曲线最小矢径0r 所作的圆。 行程——从动件由最低点到最高点的位移h （式摆角?）
推程运动角——从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。 回程运动角——高——低凸轮转过的转角。
远休止角——从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。 近休止角——从动件在最低位置停留过程中所转过的角。
从动件位移s 与凸轮转角之间的对应关系可用从动件位移线图来表示。由于大多数凸轮是作等速转动，其转角与时间成正比，因此该线图的横坐标也代表时间t。通过微分可以作出从动件速度线图和加速度线图，它们统称为从动件运动线图。 2、 从动件常用运动规律及其特性
1） 等速运动
推程段 ?φ
h
s =
ωφ
h
v =
0=a
称为刚性冲击。只适用于低速轻载。
2） 简谐运动
从动件作简谐运动时，其加速度按余弦规律变化，故又称余弦加速度规律。由运动线图可见（图3-3），在行程开始和终止位置，加速度有突变，也会引起柔性冲击。只宜用于中速、中载。
推程段运动方程 ????
?
?
???==?=?φπφωπ?φπφπω?φπcos 2sin )
cos 1(2222h a h v h
s
图3-3 简谐运动推程运动线图 图3-4 正弦加速度运动推程运动线图
3） 正弦加速度运动
当滚圆沿纵轴匀速滚动时，圆周上一点的轨迹为一条摆线，此时该点在纵轴上的投影即为摆线运动规律。
从动件作摆线运动时，其加速度按正弦规律变化，故又称正弦加速度规律。由运动线图可见（图3-4），其加速度曲线连续，理论上不存在冲击。可用于高速轻载。
推程段运动方程 ???
?
?
?
?
??=?=?×=?φπφωπ?φπφω?φπ
πφ?2sin 2)
2cos 1()2sin 21(22h a h v h s
§3—3 凸轮机构的压力角
作用在从动件上的驱动力F 与有用分力F /
之间的夹角a （或接触点法线与从动件速度方
向所夹的锐角）称为凸轮机构的压力角。 1、 压力角与作用力的关系
αcos F F =′ αsin F F =′′
显然，压力角是衡量有用分力F '
与有害分力F //
之比的重要参数。压力角a 愈大，有害分力F //愈大，由F //
引起的导路中的摩擦阻力也愈大，故凸轮推动从动件所需的驱动力也就
愈大。当a 增大到某一数值时，因F //而引起的摩擦阻力将会超过有用分力F /
，这时无论凸
轮给从动件的驱动力多大，都不能推动从动件，这种现象称为机构出现自锁。
（a ）凸轮机构的受力分析 (b)凸轮机构压力角与基圆半径的关系
图3-5
实际设计中规定了压力角的许用值[a]。对直动从动件通常取[a]=300
。对摆动从动件，
通常取[a]=450
。
通常需检验其最大压力角是否在许用范围内。一般来说从动件位移曲线上斜率最大的位置压力角最大。作出这些点处轮廓的法线和从动件的运动方向线之间的夹角。将这些压力角与许用值相比较，检查它们是否超过许用值。如果a max 超过许用值，应考虑修改设计参数。通常采用增大基圆半径的方法，使推程的a max 减小。 2、 压力角与凸轮机构尺寸的关系
过轮廓接触点作公法线n－n，交过点O 的导路垂线于点P。该点即为凸轮与从动件的相对速度瞬心，且l op =v/w=ds/dφ。由此可得直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式：
2200tan e
r S e d ds S S e d ds ?+?=+?=
?
?α 由上式可知，当凸轮机构配置情况、偏距e 及从动件运动规律确定之后，基圆半径r 0
愈小，压力角a 愈大。欲结构紧凑应使基圆尽可能小，但基圆太小又会导致压力角超过许用值。因压力角是机构位置的函数，必有某个位置出现最大压力角a max 。设计时应在a max ≤[a]的前提下，选取尽可能小的基圆半径。
§3—4 图解法设计凸轮轮廓
1、 反转法设计原理
使整个机构以角速度(-w)绕O 转动，则凸轮固定不动，从动件一方面以角速度(-w)绕O 转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。
2、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
1） 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮
已知从动件位移线图，凸轮以等角速w 顺时针回转，其基圆半径为r 0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。
图3-6偏置尖顶直动从动件盘形凸轮廓线作图方法
设计步骤：
（1）以r 0为半径作基圆，以e 为半径作偏距圆，点K 为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B 0(C 0)便是从动件尖底的初始位置。
（2）将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。
（3）自OC 0开始，沿w 的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900
)、
近休止角(600
)，在基圆上得C 4、C 5、C 9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C 1、C 2、C 3和C 6、C 7、C 8诸点。
（4）过C 1、C 2、C 3、...作偏距圆的一系列切线，它们便是反转后从动件导路的一系列位置。
注意：射线方向应与凸轮的转动方向相一致。
（5）沿以上各切线自基圆开始往外量取从动件相应的位移量，即取线段C 1B 1=11' 、C 2B 2=22'、...，得反转后尖底的一系列位置B 1、B 2、...。 （6）将B 0、B 1、B 2、...连成光滑曲线（B 4和B 5之间以及B 9和B 0之间均为以O 为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。
2） 滚子直动从动件盘形凸轮 只要首先取滚子中心为参考点，把它看作为尖顶从动件的尖顶，则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲线为圆心，滚子半径r T 为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的曲线，即为所设计的轮廓曲线（见图3-7），这称为实际轮廓曲线。其中r 0指理论轮廓曲线的基圆半径。
必须指出：滚子半径选择不当，则无法满足运动规律。 （1）内凹的凸轮轮廓曲线
无论滚子半径大小如何，则总能作出实际轮廓曲线 （2）外凸的凸轮轮廓曲线
设 min ρ——理论轮廓最小曲率半径
ρ′——相应位置实际轮廓曲率半径，ρ′=min ρ-T r
① 当T r >min ρ时，0>′ρ……实际轮廓可作出。
② 若T r =min ρ，0=′ρ……实际轮廓出现尖点，易磨损，可能使用。
③ 若T r 运动失真，这一现象需避免。 综上所述，理论轮廓的最小曲率半径T r >min ρ。 3）平底直动从动件盘形凸轮 首先取平底与导路的交点B 0为参考点，将它看作尖底，运用尖底从动件凸轮的设计方法求出参考点反转后的一系列位置B 1、B 2、B 3...；其次，过这些点画出一系列平底，得一直线族；最后作此直线族的包络线，便可得到凸轮实际轮廓曲线（见图3-8）。 图3-7滚子直动盘形凸轮廓线作图方法 图3-8平底直动盘形凸轮廓线作图方法 2、 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 已知凸轮以等角速w 顺时针回转，凸轮基圆半径为r 0，凸轮与摆动从动件的中心距为a，从动件长度l，从动件最大摆角y max ，以及从动件的运动规律（位移线图y-f），求作此凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）以0r 为半径作基圆，以中心距为a ，作摆杆长为l 与基圆交点于0B 点 （2）作从动件位移线图?ψ?，并分成若干等分 （3）以中心矩a 为半径，o 为原心作图 （4）用反转法作位移线图对应等得点A 0，A 1，A 2，…… （5）以l 为半径，A1，A2，……，为原心作一系列圆弧11D C 、22D C ……交于基圆C 1， C 2，……点 （6）以l 为半径作对应等分ψ角。 （7）以A 1C 1，A 2C 2向外量取对应321,,ψψψ的A 1B 1，A 2B 2…… （8）将点B 0，B 1，B 2……连成光滑曲线。（见图3-9） 作业：3-1，3-2，3-4 1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。 3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移s。 4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ 5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=? 从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。 第三章凸轮机构及其设计 3 - 1 判断题(正确的在其题号后括号内打√，否则打×) （1）为了避免从动件运动失真，平底从动件凸轮轮廓不能内凹。( ) （2）若凸轮机构的压力角过大，可用增大基圆半径来解决。( ) （3）从动件作等速运动的凸轮机构有柔性冲击。( ) （4）凸轮的基圆一般是指以理论轮廓上最小向径所作的圆。( ) （5）滚子从动件盘形凸轮的理论轮廓是滚子中心的轨迹。( ) 解答： （1）√（2）√（3）×（4）√（5）√ 3 - 2 填空题 （1）对于外凸凸轮，为了保证有正常的实际轮廓，其滚子半径应理论轮廓的最小曲率半径。 （2）滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径是从到的最短距离。 （3）在凸轮机构中，从动件按等加速等减速运动规律运动时，有冲击。 （4）绘制凸轮轮廓曲线时，常采用法，其原理是假设给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角速度ω的公共角速度，使凸轮相对固定。 （5）直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角为，其基圆半径应按条件确定。解答： （1）小于 （2）凸轮回转中心到凸轮理论轮廓 （3）柔性冲击 （4）反转法相反的 （5）0 按全部廓线外凸的条件设计基圆半径 3 - 3 简答题 （1）凸轮机构中，常用的从动件运动规律有哪几种？各用于什么场合？ 解答： 1）等速运动规律刚性冲击（硬冲）低速轻载 2）等加速、等减速运动规律柔性冲击中低速轻载 3）简谐（余弦）运动规律柔性冲击中低速中载 4）正弦加速度运动规律无冲击中高速轻载 5）3-4-5多项式运动规律无冲击中高速中载 （2）何谓凸轮机构的压力角？压力角的大小与凸轮基圆半径r0有何关系？压力角的大小对凸轮的传动有何影响？ 解答： 在不计摩擦时，凸轮作用在从动件上推力作用线与从动件受力点的绝对速度方向所夹锐角称为压力角，称为凸轮机构的压力角。 基圆半径愈大，机构压力角愈小，但机构愈不紧凑；基圆半径愈小，机构压力角愈大，机 第九章凸轮机构及其设计 第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。 例1内燃机的配气机构 当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。 例2自动机床的进刀机构 当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。 2.凸轮机构及其特点 (1)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。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 (2)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，而且机构简单紧凑。 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。 3.凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动 凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。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。盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种 空间凸轮机构。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。 （2）按推杆的形状分 1）尖顶推杆。这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。 2）滚子推杆。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。 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 第九章凸轮机构设计 本章学习任务：凸轮机构的基本知识、其从动件的运动规律、凸轮曲线轮廓的设计、凸轮机构基本尺寸的设计。 驱动项目的任务安排：完成项目中的凸轮机构的具体设计。 思考题 9-1简单说明凸轮机构的优缺点及分类情况？ 9-2在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，如何度量凸轮的转角和从动件的位移？ 9-3试说明等速运动规律，简谐运动规律和五次多项式运动规律的特点。 9-4简单说明从动件运动规律选择与设计的原则。 9-5简单说明凸轮廓线设计的反转法原理。 9-6什么是凸轮的理论廓线和实际廓线，二者有何联系？ 9-7何谓凸轮机构的压力角？压力角对机构的受力和尺寸有何影响？ 9-8如何选择（或设计）凸轮的基圆半径？ 9-9什么是“运动失真”现象？如何选择（或设计）凸轮的滚子半径，才能避免机构的“运动失真”？ 习题 9-1何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？试补全题图9-1 所示各段的，s -，v -，a - 曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？ s O v O a 题图9-1 2| D| ? 2| D| ? 2| D| ? 9-2何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 9-3力封闭与几何形状封闭凸轮机构的许用应力角的确定是否一样？为什么？ 9-4有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲用较大的滚子，问是否可行？ 为什么？ 9-5有一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力稍偏大，拟采用推杆偏置的方法来改善，问是否可行？为什么？ 45?? | ? | ? 3 2 | ? O 1 9-6 用作图法求出题图 9-6 所示两凸轮机构从图示位置转过 45 时的压力角。 （a ） （b ） 题图 9-6 题图 9-7 9 -7 如题图 9-7 所示盘形凸轮机构是有利偏置，还是不利偏置。如将该凸轮廓线作为直动滚子推杆的理论 廓线，其滚子半径 r r = 8 mm 。试问该凸轮廓线会产生什么问题？为什么？为了保证推杆实现同样的运动规律，应采取什么措施（图中l = 0.001 m ／mm ）？ 9 -8 在题图 9-8 所示的运动规律线图中各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移 线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。 s 1 2 v 3 4 2 s v 1 2 3 4 2 a a 题图 9-8 题图 9-9 9 - 如题图 9-9 中给出了某直动推杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图。要求：（1）定性地画出其加速 度和位移线图；（2）说明此种运动规律的名称及特点（v 、a 的大小及冲击的性质）；（3）说明此种运动规律的适用场合。 9 -10 在题图 9-10 所示凸轮机构中，已知偏心圆盘为凸轮实际轮廓，如图所示。试求： 1） 基圆半径 R ； 2） 凸轮机构的压力角 ； 3） 凸轮由图示位置转 90°后，推杆移动距离 s 。 2 1 3 4 2 /3 2/3 4/3 5/3 2 课程名：机械设计基础（第三章）题型作图题 考核点：凸轮机构的运动规律、反转原理确定凸轮的压力角、轮廓、推程角等 1.图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求定性的画 2.. 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求定性的画出其加速度和位移线图。（5分） 解：作图如下： ? ? ? *3 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程位移线图。要求：（1）定性的画出其加速度和速度线图。 （2）说明此种运动规律的名称及特点、适用场合。（10分） 解：1）作图如下： ? ? ? 2）该从动件速度为常量，故为等速运动规律。由于该运动规律有刚性冲击，所以只适用于低速、轻载的场合。 *4. 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求 (1)定性的画出其加速度和位移线图。 (2)说明此种运动规律的名称及特点、适用场合。（10分） .解：1）作图如下： ? ? ? 2）此为等加速等减速运动规律，该运动规律有柔性冲击，适用于中速轻载场合。 **5图示对心直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮为一偏心圆，O为凸轮的几何中心，O1为凸轮的回转中心。直线AC与BD垂直，且O1O＝O1A＝30mm, 试计算： （1）该凸轮机构中B、D两点的压力角； （2）该凸轮机构推杆的行程h。 （3）凸轮机构的基圆半径r。(15分) 解：1）?====565.26)60 30 ()1( arctg OB O O arctg D B αα 2）行程：h=2O1O=2×30=60 mm 3) 基圆半径r=AO1=30 mm **6.图示凸轮机构的回转中心为O 点，C 点为离O 点最远点，AD 为圆心在O 点的圆弧，凸轮顺时针转动。试在：（1）图上画出凸轮的基圆，（2）图上标出推程角 δt 、回程角δh 。（3）在图上标出机构在B 点的压力角。（15分） 解：作图如下： . 1.凸轮机构是一种低副机构。（） 2.凸轮机构中，凸轮的基圆半径越大，说明从动件的位移越大。（） 3.在运动规律一定时，凸轮的基圆半径越大，从动件就越不容易发 生自锁。（） 4.凸轮机构采用等加速等减速运动规律时，由于在起始点加速度出 现有限值的突变，因而产生惯性力的突变，结果引起刚性冲击。（）5.当凸轮从动件采用等速运动规律时，机构自始至终工作平稳，不 会产生刚性冲击。（） 6.凸轮的基圆半径就是凸轮理论廓线上的最小曲率半径。（） 7.滚子从动件盘型凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓的等距曲线，因 此实际轮廓上各点的向径就等于理论轮廓上各点的向径减去滚子半径。（） 8.一般来说，在凸轮机构中，尖顶从动件可适应任何运动规律而不 致发生运动失真。（） 9.平底移动从动件盘型凸轮机构的压力角恒等于一个常量。（） 10.为避免从动件运动失真，平底从动件凸轮轮廓不能内凹。（） 11.凸轮机构偏距圆半径大小等于凸轮的回转中心到（）垂直距离。 12.凸轮的理论廓线与实际廓线两者之间为（）曲线，他们之间的径 向距离为（）的半径。 13.理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心移动滚子从动件盘型凸 轮机构，其从动件的运动规律（）同。 14.凸轮机构的压力角若超过许用值，可采取增大（）的半径和（或） 改变从动件的（）的措施减小推程压力角。 15.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 D 不能实现间歇运动 16.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，易获得较高精度D从动件行程可较大 17.凸轮机构中，若从动件按等速运动规律运动，则最大加速度理论 上为（）。 A 无穷大 B 0 C有限值 D不定值 18.在凸轮机构中，下述（）运动规律既不产生柔性冲击，也不产生 刚性冲击，可用于高速场合。 A 等速 B 等加速等减速 C 摆线 D简谐 19.为避免运动失真，并减小接触应力和磨损，滚子半径r r和理论廓 线上的最小曲率半径min应满足（）。 A r r 第九章凸轮机构及其设计 1 什么是凸轮的理论轮廓曲线、实际轮廓曲线？两者之间有什么关系？ 2 在凸轮机构设计中有哪几种常用的从动件运动规律？这些运动规律各有什么特点以及适用场合？在选择从动件运动规律时应考虑哪些主要因素？ 3 发生刚性冲击的凸轮机构，其运动线图上有什么特征？如发生柔性冲击时又有什么特征？ 4 用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？ 4 何谓凸轮机构的“失真”现象？失真现象在什么情况下发生？如何避免失真现象的发生？ 6 一凸轮机构滚子从动件已损坏，要调换一个新的滚子从动件，但没有与原尺寸相同的滚子。试问用该不同尺寸的滚子行吗？为什么？ 7 何谓凸轮机构的压力角？其在凸轮机构的设计中有何重要意义？一般是怎样处理的？ 8 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？ 9 图中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。 10 凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，有突变，会产生冲击。 11根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。写出两种几何形状封闭的凸轮机构和。12为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用，，或依靠凸轮上的来实现。 13 凸轮机构的主要优点为，主要缺点为。14为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的侧。 15凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，将发生突变，从而引起冲击。 16 当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角。 17凸轮基圆半径是从到的最短距离。18平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于。 第三章凸轮机构及其设计 §3-1 概述 1 凸轮机构的基本组成及应用特点 组成：凸轮、从动件、机架 运动特征：主动件（凸轮）作匀角速回转，或作匀速直线运动，从动件能实现各种复杂的预期运动规律。 尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构端面圆柱凸轮机构、内燃机配气凸轮机构 优点： （1）从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。 （2）结构简单、紧凑。 （3）便于设计。 缺点： （1）高副机构，点或线接触，压强大、易磨损，传力小。 （2）加工制造比低副机构困难。 应用： 主要用于自动机械、自动控制中（如轻纺、印刷机械）。 2 凸轮机构的分类 1．按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱 2．按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面（P197）3．按从动件运动形式分：直动、摆动 4．按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭 3 凸轮机构的工作循环与运动学设计参数 §3-2凸轮机构基本运动参数设计 一．有关名词 行程－从动件最大位移h。 推程－S↑的过程。 回程－S↓的过程。 推程运动角－从动件上升h，对应凸轮转过的角度。 远休止角－从动件停留在最远位置，对应凸轮转过的角度。 回程运动角－从动件下降h，对应凸轮转过的角度。 近休止角－从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。 一个运动循环凸轮：转过2π，从动件：升→停→降→停 基圆－以理论廓线最小向径r0作的圆。 尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。 滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其内包络线为实际廓线。 从动件位移线图——从动件位移S与凸轮转角 （或时间t）之间 的对应关系曲线。 从动件速度线图——位移对时间的一次导数 第九章凸轮机构及其设计(Cam Mechanisms and Synthesis) §9－1凸轮机构的应用和分类 §9－2推杆的运动规律 §9－3凸轮轮廓曲线的设计 §9－4凸轮机构基本尺寸的确定 §9－1凸轮机构的应用和分类 结构： 作用： 应用： 分类：1)按凸轮形状分 2)按推杆形状分 3)按推杆运动分 4)按保持接触方式分 §9－2 推杆的运动规律 凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式；2)推杆运动规律； 3)合理确定结构尺寸；4)设计轮廓曲线。 δ’0δ’ o t δ s 名词术语： 一、推杆的常用运动规律 基圆推程运动角 基圆半径推程远休止角 回程运动角回程近休止角 r 0h ωA δ01 δ 01 δ02 δ02 D B B’δ0δ δ’0δ’0 o t δ s r 0 h ω A δ01 δ01 δ02δ02D B C B’ δ0δ0运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S 、速度V 、 和加速度a 随时间t 的变化规律。 形式：多项式、三角函数。 s =s(t)v=v (t)a=a (t) 位移曲线 推程运动方程：s＝hδ/δ0 v＝hω/δ0s δδ v δa δ h +∞ －∞刚性冲击 回程运动方程： s＝h(1－δ/δ0′) v＝－hω/δ0′ a＝0 a＝0 1.一次多项式(等速运动规律) (rigid impulse) 3δ a h/2δ h/2 等减速段推程运动方程为： s =h -2h(δ0–δ)2/δ20 1δ s v =-4hω(δ0-δ)/δ20 a =-4hω2/δ20 25 462h ω/δ 柔性冲击4h ω2/δ 20 等加速段推程运动方程为： s=2hδ2/δ20 v=4hωδ/δ20 a=4hω2/δ20 δ v 2.二次多项式(等加速等减速运动规律)第9章凸轮机构及其设计(有答案)
机械原理与机械设计课后作业参考答案 - 第3章 凸轮机构教案资料
第九章凸轮机构及其设计
机械原理 凸轮机构及其设计
凸轮机构设计-作业题
第3章凸轮机构答案
机械设计第三章习题
第九章 凸轮机构及其设计要点
凸轮机构及其设计汇总
凸轮机构及其设计(简)
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