北科大《机械设计》内部学习辅导资料（包括重点难点分析、典型题解析、自测题等）第4章 凸轮机构设计.pdf

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1、机械设计基础近机类学习指导4-1返回目录第四章第四章 凸轮机构设计凸轮机构设计4.1 教学基本要求4.1 教学基本要求1.了解凸轮机构的组成分类特点及应用掌握凸轮机构从动件常用运动规律的特点以及选择运动规律时应考虑的因素2.掌握凸轮机构设计的反转法原理能根据给定的运动规律设计出各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线3.了解凸轮廓线方程的建立过程会进行盘形凸轮轮廓的设计计算4.掌握压力角与自锁的关系基圆半径对压力角的影响以及滚子半径选择的原则4.2 重点与难点分析4.2 重点与难点分析本章的重点是从动件常用运动规律及其特性平面凸轮轮廓曲线的设计和凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系难点是用反转法作图设计平面

2、凸轮轮廓曲线1.凸轮以等角速度转动时从动件的位移s速度v和加速度a随时间t或凸轮转角变化的规律称为从动件运动规律四种常用的运动规律特性及使用场合如表 4-1 所示表 4-1凸轮机构从动件运动规律特性及使用场合比较表 4-1凸轮机构从动件运动规律特性及使用场合比较运动规律vmaxamax动力特性使用场合等速vmax=h/amax=+刚性冲击低速轻载等加速等减速vmax=4h/amax=4h2/2柔性冲击中速轻载简谐vmax=1.57h/amax=4.93h2/2柔性冲击中低速重载摆线vmax=2h/amax=6.28h2/2无中高速轻载根据从动件运动规律的运动参数特性值 vmaxamax可分析凸

3、轮机构的动力学特性vmax值与从动件系统的动量(mv)有关当从动件突然被阻时若其动量很大则将产生大的冲击力(F=mv/t)而 amax的值决定了最大惯性力Fmax=mamaxamax愈大不仅从动件系统的激振力愈大而且当它为正值时将使从动件与凸机械设计基础近机类学习指导4-2轮轮廓接触处的法向压力增大当它为负值时又使力封闭的弹簧负荷增大在确定从动件运动规律时一般先由动力特性确定加速度运动规律然后再确定相应的速度与位移变化规律2.用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点(1)直动从动件 s-曲线图中纵坐标比例尺l最好与绘制凸轮图的比例尺一致这样在基圆各向径线上作截线位移时不必换算以免出错(2)摆动从

4、动件-曲线图中纵坐标按比例尺单位为/mm画出各点值纵坐标单位为(3)位移线图横坐标等分数应与基圆等分数相等且排序号码一一对应(4)偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心反转后各移动中心线均与偏距圆相切从动件的位移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的也即偏距圆的切线就是导路反转后各位置的方位线(5)从动件反转前后两位置线的夹角应等于凸轮转角须注意的是偏置直动滚子从动件凸轮机构中反转前后从动件与理论廓线两交点至凸轮轴心连线的夹角不等于凸轮转角反转前后滚子与实际廓线两切点至凸轮轴心连线的夹角也不等于凸轮转角4.3 典型例题分析4.3 典型例题分析例 4-1例 4-1图 4-1 所示的对心直动滚

5、子从动件盘形凸轮机构中凸轮的实际轮廓线为一圆其圆心在A点半径R=40mm凸轮转动方向如图所示lOA=25mm滚子半径 rr=10mm1凸轮的理论轮廓线为何种曲线2求凸轮的基圆半径 rb3求从动件的升程h4标出图示位置的压力角5若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子半径改为 15mm从动件的运动规律有无变化机械设计基础近机类学习指导4-3 a)b)图 4-1解解1滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线与实际廓线是两条法向等距的曲线该法向距离等于滚子半径 rr今已知其实际轮廓线为半径 R=40mm的圆故其理论廓线为半径 R+rr=(40+10)mm=50mm 的圆如图 b所示2凸轮理论轮廓线的最小向径称为凸

6、轮的基圆半径 rb因此连接偏心圆的圆心A和凸轮转动中心O并延长使其与理论廓线相交于C点则OC即为理论轮廓上的最小向径它即为凸轮的基圆半径 rb由图 b)可知rb=lAC-lAO=(R+rr)-lAO=(40+10)mm-25mm=25mm(3)从动件的升程就是从动件上升的最大距离它等于理论廓线的最大与最小向径之差因此h=(lOA+R+rr)-rb=(25+40+10-25)mm=50mm(4)凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动件接触点的法线AB与从动件上对应点速度方向OB之间所夹的锐角如图 b 所示(5)当凸轮的实际廓线保持不变而将滚子半径 rr由 10mm 增大至 15mm后连杆长度lA

7、B将随之由 50mm 增至 55mm因此从动件 3 的运动将随之变化若希望从动件 3 的运动规律保持不变则应让理论廓线保持不变作该理论机械设计基础近机类学习指导4-4廓线的法向等距曲线并使之距离等于 15mm得到新的实际廓线4.4 自测试题4.4 自测试题4.4.1 判断题4.4.1 判断题正确正确错误错误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越大则从动件就越不容易发生自锁卡死 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然变化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

8、律时则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轮廓线上的最小曲率半径 7.滚子从动件盘形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 8.一般说来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.平底移动从动件盘形凸轮机构的压力角恒等于一个常量 10.为了避免从动件运动失真平底从动件凸轮轮廓不能内凹 4.4.2 选择题4.4.2 选择题1.与连杆机构相比凸轮机构最大的缺点是_1惯性力难以平衡 2点线接触易磨损3设计较为复杂 4不能实现间歇运动2.与其它机构相比凸轮机构最大的优点是_1可实现各种预期

9、的运动规律 2便于润滑3制造方便易获得较高的精度 4从动件的行程可较大3.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机械设计基础近机类学习指导4-5_1amax=2amax=0 3amax=有限值 4amax=不定值4.在凸轮机构中下述_运动规律既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击可用于高速场合1等速 2等加速等减速 3摆线 4简谐5.对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时可采用_措施解决(1)增大基圆半径 2改用滚子推杆(3)改变凸轮转向 4改为偏置直动尖顶推杆6.为了避免运动失真并减少接触应力和磨损滚子半径 rr和凸轮理论廓线上的最小曲率半径min应满足_1rr

10、min 3rr=min;4不一定7.凸轮机构压力角对凸轮尺寸的影响反映在如果机构压力角减少其它参数不变时基圆将_1增大 2减少 3不变 4不一定8.若要盘形凸轮机构的从动轮在某段时间内停止不动对应的凸轮轮廓应是_1 一段直线 2一段圆弧3一段抛物线 4以凸轮转动中心为圆心的圆弧9.为使凸轮机构的结构紧凑和受力条件好设计时应满足_1rbrb 2rbrb3rbrbrb10.某凸轮机构的滚子损坏后换上一个较大的滚子则该机构_1压力角不变运动规律不变 2压力角变运动规律变3压力角不变运动规律变 4压力角变运动规律不变4.4.3 填空题4.4.3 填空题1.凸轮机构是由_和_三个基本构件组成机械设计基础

11、近机类学习指导4-62.按形状不同凸轮可分为_和_3.维 持 凸 轮 与 从 动 件 高 副 接 触 封 闭 的 方 法 有 _ 和_4.位移曲线图表示_与_之间的关系曲线当从动件为等速运动规律时其位移曲线是一条_线若为等加速等减速运动规律时其位移曲线是一条_线5.在凸轮机构从动件的常用运动规律中_运动规律有刚性冲击_运动规律有柔性冲击_运动规律无冲击6.凸轮机构几种常用的从动件运动规律中_只宜用于低速情况_宜用于中速但不宜用于高速的情况而_可在高速下应用7.反转法绘制凸轮廓线是给_加上一个与凸轮的角速度等值反向并绕凸轮轴心转动的角速度8.凸轮轮廓的形状是由_决定的9.设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时若发现凸轮廓线有变尖现象则在尺寸参数上应采取的措施是_或_10.凸轮基圆半径越小则凸轮机构的压力角越_而凸轮机构的尺寸越_返回目录