機(jī)械原理第九章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

11/11第九章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1什么是凸輪的理論輪廓曲線、實(shí)際輪廓曲線？兩者之間有什么關(guān)系？2在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中有哪幾種常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律？這些運(yùn)動(dòng)規(guī)律各有什么特點(diǎn)以及適用場合？在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素？3發(fā)生剛性沖擊的凸輪機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)線圖上有什么特征？如發(fā)生柔性沖擊時(shí)又有什么特征？4用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)盤形凸輪的廓線時(shí)，應(yīng)注意哪些問題？移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法各有什么特點(diǎn)？5何謂凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)滾子從動(dòng)件已損壞，要調(diào)換一個(gè)新的滾子從動(dòng)件，但沒有與原尺寸相同的滾子。試問用該不同尺寸的滾子行嗎？為什么？7何謂凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角？其在凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中有何重要意義？一般是怎樣處理的？8設(shè)計(jì)直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，在推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，要減小推程壓力角，可采用哪兩種措施？9圖中兩圖均為工作廓線為圓的偏心凸輪機(jī)構(gòu)，試分別指出它們的理論廓線是圓還是非圓，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律不相同10凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件按余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)開始和終止的位置，加速度有突變，會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊。11根據(jù)從動(dòng)件凸輪廓線保持接觸方法的不同，凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)槽道凸輪和等徑凸輪。12為了使凸輪廓面與從動(dòng)件底面始終保持接觸，可以利用從動(dòng)件自身的重力，彈簧力，或依靠凸輪上的幾何形狀來實(shí)現(xiàn)。13凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)為只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪廓線，就可以是從動(dòng)件可以各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。主要缺點(diǎn)為從動(dòng)件與凸輪之間是高副（點(diǎn)接觸、線接觸），易磨損，所以凸輪機(jī)構(gòu)多用在傳力不大的場合。14為減小凸輪機(jī)構(gòu)的推程壓力角，可將從動(dòng)桿由對心改為偏置，正確的偏置方向是將從動(dòng)桿偏在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的正偏置側(cè)。15凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件按等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)的最大壓力角超過許用壓力角時(shí)，可采取以下措施來減小壓力角增大基圓半徑、改變偏置方向。17凸輪基圓半徑是從凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到理論廓線的最短距離。18平底垂直于導(dǎo)路的直動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其壓力角等于0。19在凸輪機(jī)構(gòu)推桿的四種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，等速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊；等加速等減速、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律無沖擊。20凸輪機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇原則為首先要滿足機(jī)器的工作要求，同時(shí)還應(yīng)使機(jī)器具有良好的動(dòng)力特性和使所設(shè)計(jì)的凸輪便于加工。21設(shè)計(jì)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線時(shí)，若發(fā)現(xiàn)工作廓線有變尖現(xiàn)象時(shí)，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(dòng)件盤形凸輪的理論廓線和實(shí)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(yùn)動(dòng)規(guī)律中，擺線運(yùn)動(dòng)（正弦加速度運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律既不會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊也不會(huì)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(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，其壓力角等于零。26凸輪的輪廓曲線取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。27平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)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(jì)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，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，減小滾子半徑。29在設(shè)計(jì)直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的工作廓線時(shí)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(shí)應(yīng)采用的措施是增加基圓半徑。30設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，若量得其中某點(diǎn)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(jī)構(gòu)中，（1）標(biāo)出從動(dòng)件與凸輪從接觸點(diǎn)C到接觸點(diǎn)D時(shí)，該凸輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角；（2）標(biāo)出從動(dòng)件與凸輪在D點(diǎn)接觸時(shí)的壓力角；（3）標(biāo)出在D點(diǎn)接觸時(shí)的從動(dòng)件的位移s。解：(1)如圖示。(2)如圖示。(3)s如圖示。32凸輪機(jī)構(gòu)中，已知從動(dòng)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(dòng)件的加速度曲線；（2）判斷哪幾個(gè)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(shí)，凸輪機(jī)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(shí)有慣性力存在，但無沖擊。33圖為偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪廓線為漸開線，漸開線的基圓半徑＝40mm，凸輪以ω＝20rad/s逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。試求：（１）在B點(diǎn)接觸時(shí)推桿的速度νB；（２）推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程）；（３）凸輪機(jī)構(gòu)在B點(diǎn)接觸時(shí)的壓力角；（４）試分析該凸輪機(jī)構(gòu)在推程開始時(shí)有無沖擊？是哪種沖擊？解：（1）由漸開線的性質(zhì)可知，導(dǎo)路的方向線即為漸開線在點(diǎn)的法線；又由三心定理可知，導(dǎo)路方向線與基圓的切點(diǎn)即為凸輪與推桿的瞬心，所以，推桿的速度為（方向朝上）（2）假設(shè)推桿與凸輪在點(diǎn)接觸時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角為零，則推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為（3）因?yàn)閷?dǎo)路方向線與接觸點(diǎn)的公法線重合，所以壓力角。（4）有沖擊，是剛性沖擊。34已知偏置式滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，試用圖解法求出推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線（要求清楚標(biāo)明坐標(biāo)（）與凸輪上詳細(xì)對應(yīng)點(diǎn)號位置，可不必寫步驟）。解：將基圓取12等分，通過作圖求解，得到推桿的位移曲線如圖所示。35圖示的凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪廓線的AB段是以C為圓心的一段圓弧。（ｌ）寫出基圓半徑的表達(dá)式；（２）在圖中標(biāo)出圖示位置時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角、推桿位移s、機(jī)構(gòu)的壓力角。解：（1）基圓半徑的表達(dá)式為；（2）圖示位置時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角、推桿位移、機(jī)構(gòu)的壓力角如圖所示。36在圖示對心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際廓線為一個(gè)圓，圓心在A點(diǎn)，其半徑mm，凸輪繞軸心線O逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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r0為多少？（3）從動(dòng)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有無變化？為什么？解：(1)理論廓線是以A為圓心，R+rr=50mm為半徑的圓。(2)mm(3)mm(4)時(shí)，最大，(5)滾子半徑變化時(shí)，從動(dòng)件之運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化。這是因?yàn)楦吒钡痛笮纬傻臋C(jī)構(gòu)中的連桿長lBA發(fā)生改變的緣故。37圖示的凸輪機(jī)構(gòu)，設(shè)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。要求：（ｌ）畫出凸輪的基圓半徑，在圖示位置時(shí)推桿的位移s，凸輪轉(zhuǎn)角（設(shè)推桿開始上升時(shí)），以及傳動(dòng)角；（２）已知推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：，，，寫出凸輪廓線的方程。解：（1）基圓半徑，在圖示位置時(shí)推桿的位移s，凸輪轉(zhuǎn)角以及傳動(dòng)角如圖所示。（2）建立直角坐標(biāo)系，由順心法可知為凸輪與推桿的瞬心，而且。由圖可知點(diǎn)的坐標(biāo)為又由于，而，，所以，凸輪廓線的方程為38在圖示對心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪為一偏心圓盤，其半徑R=50mm，圓心O與其轉(zhuǎn)動(dòng)中心A之間的距離OA=30mm，，凸輪以等角速度1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。試求：（1）從動(dòng)件的位移方程；（2）當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速n1=240r/min時(shí)，求從動(dòng)件的最大位移、最大速度和最大加速度。解：(1)該機(jī)構(gòu)的高副低代機(jī)構(gòu)如圖所示，從而可寫出從動(dòng)件的位移方程：式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角，推程開始時(shí)。(2)mmmm/smm/s239設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。設(shè)凸輪的基圓半徑為r0，且以等角速度逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)件偏距為e，且在推程中作等速運(yùn)動(dòng)。推程運(yùn)動(dòng)角為y，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(dòng)角的位置；（3）如果最小傳動(dòng)角小于許用值，說明可采取的改進(jìn)措施。解：(1)建立圖示坐標(biāo)系并列出推程段凸輪廓線方程。整理后，可有(2)找出位置當(dāng)時(shí)，最大，，(3)可采取措施有如下幾項(xiàng)：1）增大基圓半徑；2）改變從動(dòng)件的偏置方向，即把從動(dòng)件導(dǎo)路置于凸輪回轉(zhuǎn)中心的右側(cè)。40已知凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)線圖如圖示。要求：(1)求解回程段的值；(2)若推程段許用壓力角為，推導(dǎo)出最小基圓半徑和導(dǎo)路偏距之間的關(guān)系式。(1)mm，mm回程時(shí)，mm(2)41設(shè)；求證：（1）類速度；（2）類加速度。（式中t為時(shí)間，s為位移，h為行程，t0為從動(dòng)件完成一個(gè)推程所用時(shí)間，為推程運(yùn)動(dòng)角，為凸輪轉(zhuǎn)角，凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)）。解：(1)(2)42在圖示機(jī)構(gòu)中，凸輪機(jī)構(gòu)滾子從動(dòng)件的B點(diǎn)鉸接于連桿4，推動(dòng)構(gòu)件5往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)凸輪等角速度逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)件5實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)動(dòng)規(guī)律：凸輪轉(zhuǎn)角，等加速等減速上升30mm；，停止不動(dòng)。已知連桿長mm，凸輪理論廓線基圓半徑mm，構(gòu)件2，5的中心

線間夾角為，試用圖解法設(shè)計(jì)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(diǎn)一系列位置；(2)找出連桿4上B點(diǎn)一系列對應(yīng)位置；(3)作理