第七章凸轮机构.docx

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第七章凸轮机构

第七章凸轮机构

1、填充题

1）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，加速度有突变，会产生柔性冲击。

2）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槽道凸轮和等径凸轮。

3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力，弹簧力，或依靠凸轮上的几何形状来实现。

4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律。

主要缺点为从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

5）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正偏置侧。

6）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，加速度将发生突变，从而引起柔性冲击。

7）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增大基圆半径、改变偏置方向。

8）凸轮基圆半径是从凸轮转动中心到理论廓线的最短距离。

9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于0。

10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，等速运动运动规律有刚性冲击；等加速等减速、余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律无冲击。

11）凸轮机构推杆运动规律的选择原则为首先要满足机器的工作要求，同时还应使机器具有良好的动力特性和使所设计的凸轮便于加工。

12）设计滚子推杆盘形凸轮机构凸轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是适当增大基圆半径或适当减小滚子半径。

2、选择题及简答

1）滚子从动件盘形凸轮的理论廓线和实际廓线之间的关系为（）

   a）两条廓线相似                 b）两条廓线相同

   c）两条廓线之间的径向距离相等   d）两条廓线之间的法向距离相等

2）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？

3）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？

4）图1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。

3、计算题

1）如图2所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它有四段直线组成。

要求：

在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线；判断哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置，凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。

2）在图3（a）所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知推程期的推杆运动规律线图如图3（b）、（c）所示。

凸轮实际轮廓的最小半径为rmin=30mm,滚子半径为rr=12mm,偏距e=14mm。

试求：

（1）凸轮的基圆半径r0的值。

（2）取长度比例尺μl=1mm/mm,作图求解当凸轮转角为90º时，所对应的以下各项:

①凸轮理论廓线的对应点；

②确定实际廓线的对应点；

 ③凸轮与推杆的速度瞬心位置；

④画出该位置所对应的压力角。

图3

3）在直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，图题4所示推杆的运动规律尚不完全，试在图上补全各段的s-δ，v-δ，a-δ曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。

图4

4）图5中给出了某直动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。

图5

5）用作图法作出一平底摆动推杆盘形凸轮机构的凸轮实际廓线，有关机构尺寸及推杆运动线图如图6所示。

只需画出凸轮转角180º范围内的轮廓线，不必写步骤，但需保留作图辅助线。

图6

6）欲设计一图题7所示直动杆盘形凸轮，要求在凸轮转角为0º～90º时，推杆以余弦加速度规律上升h=20mm,且取r0=25mm,e=10mm,r=5mm。

试作：

（1）选定凸轮转向ω1，并简要说明选定的原因；

（2）用反转法绘出当凸轮转角δ=0º～90º时凸轮的工作廓线（画图的分度要求≤15º）。

（3）在图上标注出δ=45º时轮廓的压力角α。

7）图8所示的两种凸轮机构均为偏心圆盘。

圆心为O，半径为R=30mm,偏心距lOA=10mm,偏距e=10mm。

试求：

（1）这两种凸轮机构推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；

（2）这两种凸轮机构的最大压力角αmax的数值及发生的位置（均在图上标出）。

8）如图9所示,已知一偏心圆盘R=40mm,滚子半径r=10mm,lOA=a=90mm,lAB=l=70mm,转轴O到圆盘中心C的距离lOC=20mm,圆盘逆时针转动。

（1）标出凸轮机构在图示位置时的压力角α，画出基圆，求基圆半径r0。

（2）作出推杆由最下位置摆动到图示位置时，推杆摆过的角度ψ及相应的凸轮转角δ。

9）Figure9showsacamandfollower.Usinggraphicalmethods,findandscetchtheequivalentfourbarlinkageforthepositionofthecamandfollower.

Figure9

10）Figure9showsacamandfollower.Usinggraphicalmethods,findthepressureangleatthepositionshown.

11）Figure10showsacamandfollower.Usinggraphicalmethods,findandscetchtheequivalentfourbarlinkageforthepositionofthecamandfollower.

Figure10

12） Figure10showsacamandfollower.Usinggraphicalmethods,findthepressureangleatthepositionshown.

部分习题参考答案

1、填充题

1）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，加速度有突变，会产生柔性冲击。

2）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槽道凸轮和等径凸轮。

3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力，弹簧力，或依靠凸轮上的几何形状来实现。

4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律。

主要缺点为从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

5）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正偏置侧。

6）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，加速度将发生突变，从而引起柔性冲击。

7）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增大基圆半径、改变偏置方向。

8）凸轮基圆半径是从凸轮转动中心到理论廓线的最短距离。

9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于0。

10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，等速运动运动规律有刚性冲击；等加速等减速、余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律无冲击。

11）凸轮机构推杆运动规律的选择原则为首先要满足机器的工作要求，同时还应使机器具有良好的动力特性和使所设计的凸轮便于加工。

12）设计滚子推杆盘形凸轮机构凸轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是适当增大基圆半径或适当减小滚子半径。

2、选择题及简答

1）滚子从动件盘形凸轮的理论廓线和实际廓线之间的关系为（d）

a）两条廓线相似                 b）两条廓线相同

c）两条廓线之间的径向距离相等   d）两条廓线之间的法向距离相等

2）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？

推杆与凸轮接触点处所受正压力的方向（接触点处凸轮轮廓的法线方向）与从动杆上力作用点的速度方向所夹锐角α称为压力角（pressureangle）。

凸轮机构的压力角α与受力的关系

由下图可以看出,凸轮对从动件的作用力F可以分解成两个分力,即沿着从动件运动方向的分力F＇和垂直于运动方向的分力F＂。

只有前者是推动从动件克服载荷的有效分力,而后者将增大从动件与导路之间的滑动摩擦,它是一种有害分力。

 压力角α越大，则有害分力F＂越大，由F＂引起的摩擦阻力也越大，推动推杆越费劲,即凸轮机构在同样载荷G下所需的推动力F将增大。

 当α增大到某一数值时，因F＂而引起的摩擦阻力将超过F＇，这时，无论凸轮给从动杆的推利多大，都不能推动从动杆，即机构发生自锁（self-locking）。

 因此,从减小推力,避免自锁,使机构具有良好的受力状况来看,压力角应越小越好.  

3）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？

措施1、将对心只动从动件改为偏置只动从动件

措施2、增大凸轮基圆半径

4）在图1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。

左面凸轮的理论廓线是圆,右面凸轮的理论廓线是非圆.它们的运动规律不相同.

3、计算题

1）如右图2（a）所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它有四段直线组成。

要求：

在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线；判断哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；在图示的F位置，凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。

解：

由图2（a）所示推杆的速度曲线可知：

   在OA段内（0≤δ≤π/2），因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休段，推杆的位移及加速度均为零，即s=0，a=0，如图2（b）及（c）所示。

   在AD段内（π/2≤δ≤3π/2），因v>0,故为推杆的推程段。

且在AB段内，因速度线图为上升的斜直线，故推杆先等加速上升，位移曲线为抛物线运动曲线，而加速度曲线为正的水平直线段；在BC段内，速度线图为水平直线段，故推杆继续等速上升，位移线图为上升的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段；在CD段内，速度线图为下降的斜直线，故推杆继续等减速上升，位移曲线为抛物线运动曲线，而加速度曲线为负的水平线段。

作出推杆推程段的速度v及加速度a线图，如图2（b）及（c）所示。

在DE段内（3π/2≤δ≤2π），因v<0,故为推杆的回程段，且速度曲线为水平线段，推杆作等速下降运动。

其位移曲线为下降的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合，且在D和E处其及加速度分别为负无穷大和正无穷大，如图2（b）及（c）所示。

   由推杆速度曲线（图2（b））和加速度曲线（图2（c））知，在D及E处，与速度突变，且在相应的加速度线图上分别为负无穷大和正无穷大。

故在凸轮机构D和E处有刚性冲击。

在加速度线图上A"，B"，C"及D"处有加速度值的有限突变，因此，在这几处凸轮机构有柔性冲击。

   在F处有正的加速度值，故有惯性力，但既无速度突变，又无加速度突变，因此，F处无冲击存在。

2）在图3（a）所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知推程期