机械原理典型例题(第五章凸轮)12-10-20讲解

1、机械原理典型例题（第五章） 凸轮机构 2012.10 例例1 图示偏心圆盘凸轮机构中，已知圆盘凸轮以图示偏心圆盘凸轮机构中，已知圆盘凸轮以=2rad/s转动，转转动，转 向为顺时针方向，圆盘半径向为顺时针方向，圆盘半径R=50mm；当凸轮由图示位置转过；当凸轮由图示位置转过90 时，从动件的速度为时，从动件的速度为=50mm/s。试求：（。试求：（1）凸轮的偏心距）凸轮的偏心距e；（；（2） 凸轮转过凸轮转过90时，凸轮机构的压力角时，凸轮机构的压力角k ；（；（3）凸轮转过）凸轮转过90时，从时，从 动件的位移动件的位移hk；（；（4）从动件的行程）从动件的行程h。 hk k k F h m

2、ax (P) 解：解： (1)凸轮偏心距。利用速度瞬心凸轮偏心距。利用速度瞬心 ，几何，几何 中心中心O即为速度瞬心即为速度瞬心p，可得，可得=e，求，求 得得e=25mm。 （2）凸轮转过）凸轮转过90时，从动件在时，从动件在K点点 接触，其压力角为接触，其压力角为k。 e/sink =R/sin； 当当=90时，时，k达到最大值。达到最大值。 k=arcsin(e/R)=30 （3）凸轮转过）凸轮转过90时，从动件的位移时，从动件的位移 为为h K。 （4）从动件在）从动件在F点接触时为最大位移，点接触时为最大位移， 即行程为即行程为h，此时，此时F=0。 90 F=0 V 例例2 图（图

3、（a）所示对心直动尖底从动件偏心圆盘凸轮机构，）所示对心直动尖底从动件偏心圆盘凸轮机构，O为凸轮几何合中心，为凸轮几何合中心，O1 为凸轮转动中心，直线为凸轮转动中心，直线ACBD,O1O=OA/2，圆盘半径，圆盘半径R=OA=60mm。 （1）根据图（）根据图（a）及上述条件确定基园半径）及上述条件确定基园半径r0，行程，行程h， C点压力角点压力角c和和D点接触时点接触时 的压力角的压力角D，位移，位移hD；（；（2）若偏心圆盘凸轮几何尺寸不变，仅将从动件由尖底改为）若偏心圆盘凸轮几何尺寸不变，仅将从动件由尖底改为 滚子，见图（滚子，见图（b）,滚子半径滚子半径rT=10mm。试问，上述参

4、数。试问，上述参数r0，h，c，和，和hD，D是否是否 改变？对于有改变的参数试分析其增大还是减小？改变？对于有改变的参数试分析其增大还是减小？ h c=0 D hD h c=0 D hD 基园基园r0增大；增大； 行程行程h不变；不变； 压力角压力角 C不变；不变； hD减小；减小； D减小。减小。 a b 例例3 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构中，已知凸轮轮廓线为一偏心圆，其尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构中，已知凸轮轮廓线为一偏心圆，其 半径半径R=25mm，偏心距，偏心距lOA=10mm，偏距，偏距e=5mm。求：。求： （1）从动件与凸轮轮廓线在）从动件与凸轮轮廓线在B点接触时的位移点

5、接触时的位移hB，压力角，压力角B； （2）将偏置从动件）将偏置从动件2向左移向左移5mm后，变为对心从动件，此时与轮廓线后，变为对心从动件，此时与轮廓线C点点 接触时的压力角接触时的压力角C；比较；比较B，C大小，说明题意中的偏置是否合理。大小，说明题意中的偏置是否合理。 （3）如果偏距）如果偏距e=-5mm，此时的偏置是否合理？，此时的偏置是否合理？ O A R B C DhB D C B r0 解：解： nC B。该偏置有利。该偏置有利 减小压力角，改善受力，减小压力角，改善受力， 故偏置合理。故偏置合理。 n D C B，故偏置，故偏置 不合理。不合理。 e 例例4 凸轮为偏心轮如图，

6、已知参数凸轮为偏心轮如图，已知参数R=30mm，lOA=10mm，e=15mm，rT=5mm， E，F为凸轮与滚子的两个接触点。求为凸轮与滚子的两个接触点。求 （1）画出凸轮轮廓线（理论轮廓线），求基园）画出凸轮轮廓线（理论轮廓线），求基园r0；（；（2）E点接触时从动件的压力角点接触时从动件的压力角 E； (3) 从从E到到F接触凸轮所转过的角度接触凸轮所转过的角度； （4）由）由E点接触到点接触到F点接触从动件的位点接触从动件的位 移移S；(5）找出最大）找出最大max的位置。的位置。 nS=hF-hE nSin =(e-loAcos )/(R+rT) =180时,为 max O A F

7、r0 E max hE hF R E e 例例5 ：图示为一直动推杆盘形凸轮机构。若一直凸轮基：图示为一直动推杆盘形凸轮机构。若一直凸轮基 圆半径圆半径r0，推杆的运动规律，推杆的运动规律s=S()，为使设计出的凸轮，为使设计出的凸轮 机构受力状态良好，试结合凸轮机构压力角的计算公式机构受力状态良好，试结合凸轮机构压力角的计算公式 说明应采用哪些措施说明应采用哪些措施? n假设凸轮轮廓已经做出，要求在凸轮转过假设凸轮轮廓已经做出，要求在凸轮转过角时，角时， 位移为位移为S，速度为，速度为V， V=Lop ，压力角为，压力角为。 n适当偏距适当偏距e（左移），使凸轮转过（左移），使凸轮转过角，此

8、时应有角，此时应有 相同位移相同位移S，相同速度，相同速度V。此时压力角为。此时压力角为1； nP为瞬心位置，相同的速度即为瞬心位置，相同的速度即瞬心瞬心P位置是固定的。位置是固定的。 n右移，使凸轮转过右移，使凸轮转过角，此时压力角为角，此时压力角为2； P 0 tan/(/)/()OP OBds drs P 1 22 0 tan()/(/)/()OPeO Bds deres 2 P 22 0 tan()/(/)/()OPeO Bds deres S,V, a 是确定的是确定的 n可知：采用适当的偏距且使推杆偏向凸轮轴心可知：采用适当的偏距且使推杆偏向凸轮轴心 的左侧，可使推程压力角减小，从

9、而改善凸轮的左侧，可使推程压力角减小，从而改善凸轮 的受力情况，但使回程的压力角增大，由于回的受力情况，但使回程的压力角增大，由于回 程的许用压力角很大，故对机构的受力情况影程的许用压力角很大，故对机构的受力情况影 响不大。响不大。 基本概念题基本概念题 1.选择题选择题 （1）对于远、近休止角均不为零的凸轮机构，当从动件推程按简谐运动）对于远、近休止角均不为零的凸轮机构，当从动件推程按简谐运动 规律运动时，在推程开始和结束位置规律运动时，在推程开始和结束位置_。 A.不存在冲击 B.存在刚性冲击 C.存在柔性冲击 （2）已知一滚子接触摆动从动件盘形凸轮机构，因滚子损坏，更换了一）已知一滚子接

10、触摆动从动件盘形凸轮机构，因滚子损坏，更换了一 个外径与原滚子不同的新滚子，则更换滚子后个外径与原滚子不同的新滚子，则更换滚子后_。 A. 从动件运动规律发生变化，而从动件最大摆角不变 B. 从动件最大摆角发生变化，而从动件运动规律不变 C. 从动件最大摆角和从动件运动规律均不变 D. 从动件最大摆角和从动件运动规律均发生变化 (3)已知一滚子接触偏置直动从动件盘形凸轮机构，若将凸轮转向由顺已知一滚子接触偏置直动从动件盘形凸轮机构，若将凸轮转向由顺 时针改为逆时针，则时针改为逆时针，则_。 A. 从动件运动规律发生变化，而从动件最大行程不变 B. 从动件最大行程发生变化，而从动件运动规律不变

11、C. 从动件最大行程和从动件运动规律均不变 D. 从动件最大行程和从动件运动规律均发生变化 C D D 1.选择题选择题 (4) 若直动从动件盘形凸轮机构采用正配置，可若直动从动件盘形凸轮机构采用正配置，可_压力角。压力角。 A. 降低推程 B. 降低回程 C. 同时降低推程和回程 (5) 对于滚子从动件盘形凸轮机构，滚子半径对于滚子从动件盘形凸轮机构，滚子半径_理论轮廓曲线理论轮廓曲线 外凸部分的最小曲率半径。外凸部分的最小曲率半径。 A. 必须小于 B. 必须大于 C. 可以等于 (6) 在设计几何锁合式凸轮机构时，在设计几何锁合式凸轮机构时，_。 A. 只要控制推程最大压力角 B. 要同

12、时控制推程和回程最大压力角 C. 只要控制回程最大压力角 (7)对于平底从动件盘形凸轮机构，若出现运动失真，则其原因是对于平底从动件盘形凸轮机构，若出现运动失真，则其原因是 _。 A. 基圆半径太小 B. 凸轮轮廓外凸 C. 凸轮轮廓内凹或平底宽度不够 A B C A (8)凸轮机构若发生自锁，则其原因是凸轮机构若发生自锁，则其原因是_。 A. 驱动力矩不够 B. 压力角太大 C. 基圆半径太小 (9)对于平底直动从动件盘形凸轮机构，移动导路的平移对于平底直动从动件盘形凸轮机构，移动导路的平移_。 A. 会改变从动件运动规律 B. 会影响机构压力角的大小 C. 不会影响从动件运动规律和机构压力

13、角的大小 B C 1.选择题选择题 2.正误判断题正误判断题 (1)(1)对于偏置直动从动件盘形凸轮机构，从动件推程对应的凸轮转角就对于偏置直动从动件盘形凸轮机构，从动件推程对应的凸轮转角就 是凸轮推程轮廓对应的轮廓角。是凸轮推程轮廓对应的轮廓角。 (2)(2)当从动件推程按二次多项式规律运动时，仅在推程开始和结束位置当从动件推程按二次多项式规律运动时，仅在推程开始和结束位置 存在柔性冲击。存在柔性冲击。 (3)(3)滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径是指凸轮理论轮廓曲线的最小滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径是指凸轮理论轮廓曲线的最小 半径。半径。 (4)(4)凸轮理论轮廓曲线与实际轮廓曲线之间

14、是法向等距曲线关系。凸轮理论轮廓曲线与实际轮廓曲线之间是法向等距曲线关系。 (5)(5)力锁合式凸轮机构回程绝对不会发生自锁。力锁合式凸轮机构回程绝对不会发生自锁。 (6)(6)为减小凸轮机构的压力角可增大凸轮基圆半径。为减小凸轮机构的压力角可增大凸轮基圆半径。 (7)(7)凸轮机构的压力角就是凸轮的压力角。凸轮机构的压力角就是凸轮的压力角。 X X X (8)(8)本章介绍的圆柱凸轮轮廓曲线按展开在平面上进行设计的方本章介绍的圆柱凸轮轮廓曲线按展开在平面上进行设计的方 法，无论对于摆动从动件还是直动从动件，这种设计方法均法，无论对于摆动从动件还是直动从动件，这种设计方法均 是近似的。是近似的

15、。 (9)(9)滚子从动件盘形凸轮机构和平底从动件盘形凸轮机构均不允滚子从动件盘形凸轮机构和平底从动件盘形凸轮机构均不允 许凸轮轮廓曲线内凹。许凸轮轮廓曲线内凹。 (10)(10)滚子接触凸轮副的最大接触应力出现在凸轮实际轮廓曲线滚子接触凸轮副的最大接触应力出现在凸轮实际轮廓曲线 最小曲率半径处。最小曲率半径处。 X X X 2.正误判断题正误判断题 习题评讲 9-7：标出在图：标出在图a位置时凸轮的压力角，凸轮从图示位置位置时凸轮的压力角，凸轮从图示位置 转过转过90后推杆的位移；标出图后推杆的位移；标出图b中推杆从图示位置升中推杆从图示位置升 高位移高位移s时，凸轮的转角和凸轮机构的压力角。时，凸轮的转角和凸轮机构的压力角。 s n滚子中心滚子中心C，半径，半径r n理论轮廓，理论轮廓，R=LOC n基园基园R0， n推杆中心位置园，推杆中心位置园， R=LOA n凸轮逆时凸轮逆时90，推杆，