第5章凸轮机构分析

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陈立德版机械设计基础第4、5章课后题答案

第4章平面连杆机构4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。

4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。

机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。

4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角ϕ。

（2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角90ϕ+ ，据此来确定总反力的方向。

4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？答：（1）以转轴的轴心为圆心，以0()P P rf =为半径所作的圆称为摩擦圆。

（2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。

4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？答：机械自锁的条件为0η≤。

4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。

机构的这种性质，称为机构的急回特性。

通常用行程速度变化系数K 来表示这种特性。

（2）当0θ≠时，则1K >，机构具有急回特性。

4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。

（2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。

4.8 何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。

答：（1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心时的位置，称为连杆机构的死点位置。

机械原理典型例题凸轮

解：
hk
αk
α max k
90°
θ
V
(P)
h
F αF=0
(1)凸轮偏心距。利用速度瞬心，几何中心O即为速度瞬心p，可得ν=eω，求得e=25mm。
（2）凸轮转过90°时，从动件在K点接触，其压力角为αk。
e/sinαk =R/sinθ；
当θ=90°时，αk达到最大值。
αk=arcsin(e/R)=30°
接触时的压力角αC；比较αB，αC大小，说明题意中的偏置是否合理。（3）如果偏距e=-5mm，此时的偏置是否合理
αB αC
αD
B
C
D
hB
e
R
r0 O
A
解：
αC> αB。该偏置有利减小压力角，改善受力，
故偏置合理。
α D> α C> αB，故偏置不合理。
例4 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（1）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 αE； (3) 从E到F接触凸轮所转过的角度φ；（4）由E点接触到F点接触从动件的位移S；(5）找出最大αmax的位置。
αE
hE E
e
ω
Oθ
F
φ
r0
A
αmax
S=hF-hE Sin α =(e-loAcos θ)/(R+rT)
θ =180时,α为 αmax
R
hF
例5 ：图示为一直动推杆盘形凸轮机构。若一直凸轮基
推程
圆半径r0，推杆的运动规律s=S(δ)，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

第五章凸轮机构

从动画中看，从动件在反转运动中依次占据的位置将不在是以凸轮回转中心作出的径向线,而是始终与O保持一偏距e的直线, 因此若以凸轮回转中心O 为圆心，以偏距e为半径作圆（称为偏距圆）,则从动件在反转运动中依次占据的位置必然都是偏距圆的切线,(图中K1B1、 K2B2 …)从动件的位移 (B1B1 B2B2 … ) 也应沿切线量取。然后将 B1 B2 B3…等点用光滑的曲线连接起来，既得偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓。
2、按从动件的形状分类 (1)、尖顶从动件
(2)、滚子从动件
(3)、平底从动件
按从动件的运动形式从动件可相对机架作往复移动或摆动,可分为移动从动件和摆动从动件
移动从动件
摆动从动件
按从动件运动形式可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏置直动从动件）和摆动从动件两种。
按锁合方式的不同维持运动副中两个构件之间的接触方式称为锁合. 分为: 力锁合凸轮:如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；形锁合凸轮:如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。
3.从动件的运动线图将从动件在一个运动循环中的运动规律表示成凸轮转角中的函数，与之对应的图形称为从动件的运动线图。在从动件的运动线图中，表示从动件位移变化规律的线称为位移线图，即s＝s（φ ）表示v＝v（φ ）和a＝a（φ ）的线图分别称为速度线图和加速度线图 5-2 从动件常用的运动规律根据凸轮机构的运动分析，从动件常用的运动规律有等建运动，等加速、等减速运动，余弦加速度运动等。 1．等速运动规律从动件的运动速度v为常数时的运动规律，称为等速运动规律
§5-2 凸轮机构的运动特性一、凸轮传动的工作过程 ★基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。 ★推程、推程运动角： ★远休、远休止角：

凸轮机构

B6
４. 偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
第四节凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮工作轮廓必须满足以下要求： (1)保证从动件能实现预定的运动规律
(2)传力性能良好，不能自锁
(3)结构紧凑
(4)满足强度和安装等要求为此，设计时应注意处理好
1.滚子半径的选择 2.凸轮机构的压力角 3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
（a)推程 (b)回程
２．等加速等减速运动规律
是指凸轮以等角速度转动时，从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。推程位移线图作图方法演示。
由图可见，在推（回）程的始末点和前、后半程的交接处，加速度有限的突变，因而惯性力也产生有限的突变，由此将对机构造成有限大小的冲击，这种冲击称为“柔性冲击” 或“软冲”。因此这种运动规律只适用于中速、中载的场合。
3.按锁合方式分：力锁合、形锁合
锁合是指从动件与凸轮之间始终保持的高副接触的装置。
（1）力锁合凸轮机构
依靠重力、弹力或其他外力来锁合
（2）形锁合凸轮机构
依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合
4.按从动件运动方式分：
从动件导路是否通过凸轮回转中心
对心直动从动件凸轮机构偏置移动从动件凸轮机构
直动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构
rT＜0.8ρmin ρmin＞1～5mm rT =（0.1～0.5）rb
二、凸轮机构的压力角
１.压力角：不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力）与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。该力可分解为两个分力：

凸轮机构原理

凸轮机构原理凸轮机构是一种常见的机械传动装置，它通过凸轮的旋转运动将其上连接的零件带动实现特定的运动规律。

在本文中，将介绍凸轮机构的原理及其应用。

一、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和驱动件组成。

其中，凸轮是核心部件，它通常形状为圆柱体，其轴线与从动件轴线平行。

凸轮的外表面通常具有不规则的形状，以满足特定的运动要求。

从动件与凸轮接触并被驱动进行运动，驱动从动件的力来自于驱动件。

凸轮机构的工作原理是基于凸轮的旋转运动。

当凸轮旋转时，凸轮上的形状会与从动件进行接触，从而产生驱动力。

凸轮的形状决定了从动件的运动规律，可以实现直线运动、转动运动或复杂的轨迹运动等。

在凸轮机构中，凸轮的运动通常是以连续的方式完成的。

当凸轮旋转一周后，以不同速度和运动规律运动的从动件会回到初始位置，从而实现特定的往复或连续运动。

在某些凸轮机构中，凸轮的速度和角度可以通过其他传动装置进行调节，以实现调整从动件的运动规律。

二、凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，其中最常见的是内燃机的气门控制系统。

在内燃机中，凸轮机构负责控制气门的开关，以实现燃烧室的进气和排气。

凸轮机构通过凸轮和气门杆的连接，将凸轮的旋转运动转换为气门的上下运动，从而实现气门的开启和关闭。

不同类型内燃机根据其工作原理和要求，凸轮机构的设计和形状也会有所不同。

此外，凸轮机构还应用于机床、自动化生产线、纺织机械等领域。

在机床中，凸轮机构可以用于驱动工作台、进给机构和切削工具等，以实现工件的加工和加工过程的自动化。

在自动化生产线中，凸轮机构可以配合其他传动装置，如链条、齿轮等，实现物料的输送和组装。

而在纺织机械领域，凸轮机构则常用于纺纱机、织布机等的驱动系统，以实现纱线的拉伸和布匹的运动。

凸轮机构的应用范围非常广泛，其原理简单可靠，具有良好的可控性和稳定性。

通过根据具体的运动要求设计凸轮的形状和相关的传动装置，可以实现各种复杂的运动规律，为机械运动的控制和操作提供了有效的解决方案。

机械设计专升本章节练习题(含答案)——凸轮机构

第5章凸轮机构1．从动件的运动规律:等速，等加速等减速，余弦加速度，正弦加速度2．动力特性:刚性冲击，柔性冲击3．设计原理:反转法，比例尺，等分基圆，偏置从动件压力角与自锁条件4．基本参数:基圆半径，滚子半径，平底尺寸【思考题】5-1 凸轮机构的应用场合是什么？凸轮机构的组成是什么？通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触？5-2 凸轮机构分成哪几类？凸轮机构有什么特点？5-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？5-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些？各有什么特点？5-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么？为什么要采用这种原理？5-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓？5-7 设计凸轮应注意那些问题？5-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例，分析其类型和运动规律?A级能力训练题1.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，运动规律产生柔性冲击，运动规律则没有冲击。

2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速的情况，宜用于中速，但不宜用于高速的情况，而可在高速下应用。

3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现凸轮轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。

4.移动从动件盘形凸轮机构，当从动件运动规律一定时，欲同时降低升程的压力角，可采用的措施是。

若只降低升程的压力角，可采用方法。

5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。

6.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采用的措施是__________________________________________。

7.与其他机构相比，凸轮机构的最大优点是。

（1）便于润滑（2）可实现客种预期的运动规律（3）从动件的行程可较大（4）制造方便，易获得较高的精度8.凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角，而凸轮机构的尺寸。

（1）增大（2）减小（3）不变（4）增大或减小9.设计凸轮廓线对，若减小凸轮的基圆半径r b，则凸轮廓线曲率半径将。

机械设计专升本章节练习题(含答案)——凸轮机构

2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速的情况，宜用于中速，但不宜用于高速的情况，而可在高速下应用。

3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现凸轮轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。

4.移动从动件盘形凸轮机构，当从动件运动规律一定时，欲同时降低升程的压力角，可采用的措施是。

若只降低升程的压力角，可采用方法。

5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。

7.与其他机构相比，凸轮机构的最大优点是。

（1）增大（2）减小（3）不变（4）增大或减小9.设计凸轮廓线对，若减小凸轮的基圆半径r b，则凸轮廓线曲率半径将。

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s2 ＝h-2hδ21/δ2h v2 ＝-4hω1δ1/δ2h a2 ＝-4hω21/δ2h
回程等减速段运动方程为：
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δ2h v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δ2h a2 ＝4hω21/δ2h
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
3.五次多项式运动规律
位移方程：
s2=10h(δ1/δt)3－15h (δ1/δt)4+6h (δ1/δt)5
应用：内燃机、补鞋机、配钥匙机等。
分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
2)按推杆形状分：尖顶、滚子、特点：平底从动件。尖顶——构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子——磨损小，应用广；平底——受力好、润滑好，用于高速传动。
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动
a2 ＝-4hω21 /δ2t
重写加速段推程运动方程为：
s2 ＝2hδ2 1 /δ2t v2 ＝4hω1δ1 /δ2t a2 ＝4hω21 /δ2t
湖南科技大学专用
s2
设计：潘存云
1 23 4 5
δt
v2 2hω/δt
h/2
h/2
6 δ1
δ1
a2 4hω2/δ2t
δ1
柔性冲击
作者：潘存云教授
同理可得回程等加速段的运动方程为：
凸轮转过推程运动角δt－从动件上升h 凸轮转过回程运动角δh－从动件下降h
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
s2 = C0+ C1δ1+ C2δ21+…+Cnδn1 v2 = C1ω+ 2C2ω1δ+…+nCnω1δn-11
a2 = 2 C2ω21+ 6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21
任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点：线接触，容易磨损。
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
应用实例：
3
线 2 A 设计：潘存云 1
湖南科技大学专用
绕线机构
作者：潘存云教授
卷带轮
12 1 放放音音键键
设计：潘存云
5
3
3
摩擦轮
4 4
录音机卷带机构
皮皮带带轮轮
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
基圆、基圆半径、推程、推程运动角、远休止角、
h
A D δ’s rmin
o δt δs
δt
δh
ω1
δs 设计：潘存云 B
回程、回程运动角、
近休止角、行程。一个循环
C
t δh δ’s δ1
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S2、速度V2、
和加速度a2 随时间t 的变化规律。
第3章凸轮机构
§3－1 凸轮机构的应用和类型 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 凸轮机构的压力角 §3－4 图解法设计凸轮的轮廓 §3－5 解析法设计凸轮的轮廓
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
§3－1 凸轮机构的应用和类型
结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。实例缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。
4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）
几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)
刀架
o 2
1
内燃机气门机构
湖南科技大学专用
机床进给机构
作者：潘存云教授
凹槽凸轮
等
宽
凸
W
轮
等
径
r1
凸3;r2 =const
回凸轮
作者：潘存云教授
优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得
求一阶导数得速度方程：
v2 = ds2/dt = C1ω1+ 2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11
求二阶导数得加速度方程：
a2 =dv2/dt =2 C2ω21+ 6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21 其中：δ1－凸轮转角，dδ1/dt=ω1－凸轮角速度,
Ci－待定系数。
边界条件：
S2=S2(t)
V2=V2(t)
a2=a2(t)
形式：多项式、三角函数。
D
B’
A δ’s rmin
s2
h
o
位移曲线
t δt δs δh δ’s δ1
δ 设计：t 潘存云
δh
ω1
δs
B
湖南科技大学专用
C
作者：潘存云教授
一、多项式运动规律
一般表达式：s2=C0+ C1δ1+ C2δ21+…+Cnδn1 (1)
2
设计：潘存云
3
湖南科技大学专用
1 送料机构
作者：潘存云教授
§3－2 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)确定推杆运动规律; 3)合理确定结构尺寸;
4)设计轮廓曲线。
s2
而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。
B’
一、推杆的常用运动规律名词术语：
3
2 1
h
设计：潘存云
δ1
1 2 34 5 6
1.等速运动（一次多项式）运动规律 s2
在推程起始点：δ1=0， s2=0
在推程终止点：δ1=δt ，s2=h 代推入程得运：动方C0＝程0：， C1＝h/δt
δt
v2
s2 ＝hδ1/δt
v2 a2
＝＝
hω1 0
/δt
同理得回程运动方程：
a2 刚性冲击 +∞
s2＝h(1-δ1/δh ) v2＝-hω1 /δh a ＝0 2 湖南科技大学专用
h
δ1
δ1
δ1
－∞
作者：潘存云教授
2. 等加等减速（二次多项式）运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。
推程加速上升段边界条件：
起始点：δ1=0， s2=0， v2＝0 中间点：δ1=δt /2，s2=h/2
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ2t
加速段推程运动方程为：
s2 ＝2hδ21 /δ2t v2 ＝4hω1δ1 /δ2t a2 ＝4hω21 /δ2t
无冲击，适用于高速凸轮。
v2
s2
h a2
δ1 δt
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
二、三角函数运动规律 1.余弦加速度(简谐)运动规律
5 4
6
s2
推程： s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2
v2 ＝πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δt a2 ＝π2hω21 cos(πδ1/δt)/2δ2t
湖南科技大学专用
作者：潘存云教授
推程减速上升段边界条件：
中间点：δ1=δt/2，s2=h/2 终止点：δ1=δt ，s2=h，v2＝0
求得：C0＝－h， C1＝4h/δt ， C2＝-2h/δ2t
减速段推程运动方程为：
s2 v2
＝＝h-4-2hhω(1δ(tδ–t-δδ11))2//δδ22tt

第5章凸轮机构分析

陈立德版机械设计基础第4、5章课后题答案

机械原理典型例题凸轮

第五章 凸轮机构

最新机械设计基础教案——第5章 凸轮机构

凸轮机构

凸轮机构原理

机械设计专升本章节练习题(含答案)——凸轮机构

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第五章凸轮机构

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