湖南大学 机械原理 ch09凸轮机构及其设计 习题
第6章 凸轮机构及其设计习题
第6章 凸轮机构及其设计习题6-1．在直动从动件盘形凸轮机构中，已知推程时凸轮的转角0/2ϕπ=，行程50h mm =。
求当凸轮转速110/rad s ω=时，等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度四种常用的基本运动规律的最大速度max v 、最大加速度max a 以及所对应的凸轮转角0ϕ。
6-2． 在图6-1所示的从动件位移线图中，AB 段为摆线运动，BC 段为简谐运动。
若要在两段曲线交界处B 点从动件的速度和加速度分别相等，试根据图中所给数据确定2ϕ角大小。
6-3．设计一偏置直动从动件盘形凸轮机构。
凸轮回转方向及从动件初始位置如图6-2所示。
已知偏距e =20mm ，基圆半径r 0=40mm ，滚子半径r T =10mm 。
从动件运动规律如下：ϕ=150︒，ϕs =30︒，ϕ'=120︒，ϕs '=60︒，从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h =20mm ；回程以等加速等减速规律返回原处。
要求推程许用压力角[]30α= ，回程许用压力角[]70α'= ，凸轮实际廓线最小许用曲率半径[]3mm ρ'=。
试绘出从动件位移线图并用解析法设计凸轮轮廓曲线。
6-4．已知一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构的初始位置，如图6-3所示。
试求:（1)当凸轮从图示位置转过150时，滚子与凸轮廓线的接触点1D 及从动件相应的位移。
(2)当滚子中心位于2B 点时，凸轮机构的压力角2α。
图6-2 图6-3 图6-4图6-16-5．如图6-4所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，已知凸轮为30r mm =的偏心圆盘，20AO mm =，试求：（1）基圆半径和升程；（2）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角；（3）凸轮机构的最大压力角和最小压力角；（4）从动件推杆的位移s 、速度v 和加速度a 的方程式；（5）若凸轮以110/rad s ω=匀速回转，当AO 成水平位置时推杆的速度。
机械原理与机械设计课后作业参考答案 - 第3章 凸轮机构
第三章凸轮机构及其设计3 - 1 判断题(正确的在其题号后括号内打√，否则打×)（1）为了避免从动件运动失真，平底从动件凸轮轮廓不能内凹。
( )（2）若凸轮机构的压力角过大，可用增大基圆半径来解决。
( )（3）从动件作等速运动的凸轮机构有柔性冲击。
( )（4）凸轮的基圆一般是指以理论轮廓上最小向径所作的圆。
( )（5）滚子从动件盘形凸轮的理论轮廓是滚子中心的轨迹。
( )解答：（1）√（2）√（3）×（4）√（5）√3 - 2 填空题（1）对于外凸凸轮，为了保证有正常的实际轮廓，其滚子半径应理论轮廓的最小曲率半径。
（2）滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径是从到的最短距离。
（3）在凸轮机构中，从动件按等加速等减速运动规律运动时，有冲击。
（4）绘制凸轮轮廓曲线时，常采用法，其原理是假设给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角速度ω的公共角速度，使凸轮相对固定。
（5）直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角为，其基圆半径应按条件确定。
解答：（1）小于（2）凸轮回转中心到凸轮理论轮廓（3）柔性冲击（4）反转法相反的（5）0 按全部廓线外凸的条件设计基圆半径3 - 3 简答题（1）凸轮机构中，常用的从动件运动规律有哪几种？各用于什么场合？解答：1）等速运动规律刚性冲击（硬冲）低速轻载2）等加速、等减速运动规律柔性冲击中低速轻载3）简谐（余弦）运动规律柔性冲击中低速中载4）正弦加速度运动规律无冲击中高速轻载5）3-4-5多项式运动规律无冲击中高速中载（2）何谓凸轮机构的压力角？压力角的大小与凸轮基圆半径r0有何关系？压力角的大小对凸轮的传动有何影响？解答：在不计摩擦时，凸轮作用在从动件上推力作用线与从动件受力点的绝对速度方向所夹锐角称为压力角，称为凸轮机构的压力角。
基圆半径愈大，机构压力角愈小，但机构愈不紧凑；基圆半径愈小，机构压力角愈大，机构易自锁，效率低，但机构紧凑。
（3）滚子从动件盘形凸轮机构与尖底从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线是否相同？为什么？解答：不同。
机械原理复习题1
机械原理复习题凸轮机构及其设计I.填空题1凸轮机构中的压力角是凸轮与从动件接触点处的正压力方向和从动件上力作用点处的速度方向所夹的锐角。
2凸轮机构中，使凸轮与从动件保持接触的方法有力封闭法和几何封闭法（形封闭法）两种。
3在回程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是为减小从动件产生过大的加速度引起的冲击。
4在推程过程中，对凸轮机构的压力角加以限制的原因是提高机械效率、改善受力情况。
5在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的理论廓线与实际廓线间的关系是法向距离为滚子半径的等距曲线6凸轮机构中，从动件根据其端部结构型式，一般有尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件等三种型式。
7设计滚子从动件盘形凸轮机构时，滚子中心的轨迹称为凸轮的理论廓线；与滚子相包络的凸轮廓线称为实际廓线。
8盘形凸轮的基圆半径是理论轮廓曲线上距凸轮转动中心的最小向径。
9根据图示的ϕϕ-22dd s运动线图，可判断从动件的推程运动是__(1)等加速等减速运动规律(2)从动件的回程运动是简谐运动规律。
10从动件作等速运动的凸轮机构中，其位移线图是斜直线，速度线图是平行于凸轮转角坐标轴的直线。
11当初步设计直动尖顶从动件盘形凸轮机构中发现有自锁现象时，可采用增大基圆半径、采用偏置从动件、在满足工作要求的前提下，选择不同的从动件的运动规律等办法来解决。
12在设计滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线中，若出现滚子半径大于理论廓线上的最小曲率半径时，会发生从动件运动失真现象。
此时，可采用加大凸轮基圆半径或减小滚子半径方法避免从动件的运动失真。
13用图解法设计滚子从动件盘形凸轮轮廓时，在由理论轮廓曲线求实际轮廓曲线的过程中，若实际轮廓曲线出现尖点或交叉现象，则与滚子半径的选择有关。
14在设计滚子从动件盘形凸轮机构时，选择滚子半径的条件是滚子半径小于凸轮理论轮廓曲线上的最小曲率半径。
15在偏置直动从动件盘形凸轮机构中，当凸轮逆时针方向转动时，为减小机构压力角，应使从动件导路位置偏置于凸轮回转中心的右侧。
机械原理补充习题(凸轮机构)答案
第9章 凸轮机构一、主要内容：1、根据推杆运动规律利用反转法设计凸轮轮廓曲线2、特定凸轮机构，绘出其实际廓线（理论廓线）、图示位置凸轮机构的压力角，位移、以及凸轮从图示位置转过某个角度后凸轮机构的压力角和位移。
二、作图题 (说明：不必写作图步骤，但必须保留作图线)9-1、图示凸轮机构，凸轮轮廓是一个圆，圆心在A 点，在图上标注：（1）、凸轮的基圆r 0、实际廓线η，理论廓线η’ （2）、图示位置凸轮机构的压力角α，位移s（3）、凸轮从图示位置转过90。
后凸轮机构的压力角α’和位移s ’9-2、图示凸轮机构，凸轮轮廓是一个圆，圆心在A 点，在图上标注图示凸轮机构，要求在图上标注 基园r 0，图示位置压力角α，位移s ，凸轮从图示位置转过90o 后机构的压力角α’和位移s ’9-3 .图示偏心圆盘凸轮机构，圆盘半径R =50mm ， e =25mm ，在图上标注凸轮的基圆r 0、从动件的行程h凸轮从图示位置转过90。
后凸轮机构的压力角α’和位移s ’，并且求出具体数值。
习题9-1 习题9-2 mm)13(2525255030)50/25(sin mm 502)(221-=--=︒====--+=-s e e R e R h α习题9-49-4 图示偏心圆盘凸轮机构，在图上标注（1）凸轮的基圆r 0、实际廓线η，理论廓线η’、偏距园e ；（2）图示位置从动杆的位移S 和压力角α；（3）从动杆由最低位置到图示位置，凸轮已转过的角度δ9-5如图所示为一凸轮机构，凸轮的轮廓为一个圆，圆心为O 1，凸轮的转动中心为O 。
在图上标注（1）凸轮的基圆r 0、实际廓线η，理论廓线η’、偏距园e ；（2）凸轮转过30。
时推杆的位移S 和压力角α ；9-6 图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮以角速度逆时针方向转动。
试在图上：（1）画出理论轮廓曲线、基圆与偏距圆；（2）标出凸轮从图示位置转过90°时的压力角 和位移 s 。
机械原理凸轮机构习题与答案
解：曲柄的存在的必要条件是 1）最短杆与追长杆的杆长之和应小于或等于其余两杆的长度之和；2)连架杆与机架必有最短杆
1）. 杆件1为曲柄
2）.在各杆长度不变的情况下，选取c 杆做为机架就可以实现双摇杆机构
2 试以作图法设计一偏置尖底推杆盘形凸轮的轮廓曲线。
已知凸轮以等角速度顺时针回转，正偏距10e =,基园半径030r mm =0
.~150δ0推杆运动规律为：凸轮转角=0时，推杆等速上升16mm; 0.~180δ0凸轮转角=150时推杆远休；
.~300δ0凸轮转角=180时推杆等加速回程16mm; 0.~360δ0凸轮转角=300时推杆近休。
解：解题步骤1）首先绘制位移S 与转角δ的关系曲线S δ-曲线。
2）根据S δ-曲线、凸轮基园半径和正偏距，绘制凸轮的轮廓曲线。
凸轮仅用了0度，90度，150度，180度，300度几个点绘制轮廓曲线，同学们绘制时英多用些点（一般取12个点，再勾画轮廓曲线）。
最新第9章凸轮机构及其设计(有答案)
1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。
如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。
(1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。
(2) 有冲击。
(3) ABCD 处有柔性冲击。
2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。
(1) 运动规律发生了变化。
(见下图 )(2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度'='v O P 2111ω，由于O P O P v v 111122≠'≠',；故其运动规律发生改变。
3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60 时从动件的位置及从动件的位移s。
总分5分。
(1)3 分；(2)2 分(1) 找出转过60的位置。
(2) 标出位移s。
4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h，说明推程运动角和回程运动角的大小。
总分5分。
(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分(1) 从动件升到最高点位置如图示。
(2) 行程h如图示。
(3)＝δ0－θ(4)＝δ'＋θ120时是渐开线，5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=︒从动件行程h=30 mm，要求：（1）画出推程时从动件的位移线图s-ϕ；（2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？总分10分。
(1)6 分；(2)4 分(1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0⋅ω，其位移为直线，如图示。
(2) 推程时，在A 、B 处发生刚性冲击。
6. 在图示凸轮机构中，已知：AO BO ==20mm ，∠AOB ＝60；CO =DO =40mm ,∠=COD 60 ；且A B (、CD (为圆弧；滚子半径r r =10mm ，从动件的推程和回程运动规律均为等速运动规律。
凸轮机构及其设计习题解答
如图(a)所示的凸轮机构推杆的速度曲线由五段直线组成。
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，有无冲击存在图【分析】要正确地根据位移曲线、速度曲线和加速度曲线中的一个画出其余的两个，必须对常见四推杆的运动规律熟悉。
至于判断有无冲击以及冲击的类型，关键要看速度和加速度有无突变。
若速度突变处加速度无穷大，则有刚性冲击；若加速度的突变为有限值，则为柔性冲击。
解：由图(a)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。
在AB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，因速度曲线为水平直线段，故推杆继续等速上升，位移曲线为上升的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段；在CD段内，因速度线为下降的斜直线，故推杆继续等减速上升，位移曲线为抛物线，而加速度曲线为负的水平线段。
在DE段内(3π/2≤δ≤2π)，因v<0，故为推杆的回程段，因速度曲线为水平线段，故推杆做等速下降运动。
其位移曲线为下降的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段，且在D和E处其加速度分别为负无穷大和正无穷大。
综上所述作出推杆的速度v及加速度a线图如图(b)及(c)所示。
由推杆速度曲线和加速度曲线知，在D及E处，有速度突变，且相应的加速度分别为负无穷大和正无穷大。
故凸轮机构在D和E处有刚性冲击。
而在A，B，C及D处加速度存在有限突变，故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，也无加速度突变，因此，F处无冲击存在。
【评注】本例是针对推杆常用的四种运动规律的典型题。
解题的关键是对常用运动规律的位移、速度以及加速度线图熟练，特别是要会作常用运动规律的位移、速度以及加速度线图。
第9章 凸轮机构及其设计(有答案)
1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。
如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。
(1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。
(2) 有冲击。
(3) ABCD 处有柔性冲击。
2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。
(1) 运动规律发生了变化。
(见下图 )(2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度'='v O P 2111ω，由于O P O P v v 111122≠'≠',；故其运动规律发生改变。
3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60︒时从动件的位置及从动件的位移s。
总分5分。
(1)3 分；(2)2 分(1) 找出转过60︒的位置。
(2) 标出位移s。
4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。
总分5分。
(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。
(2) 行程h 如图示。
(3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ'＋θ5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=︒从动件行程h=30 mm，要求：（1）画出推程时从动件的位移线图s-ϕ；（2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？-总分10分。
(1)6 分；(2)4 分(1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0⋅ω，其位移为直线，如图示。
(2) 推程时，在A 、B 处发生刚性冲击。
6. 在图示凸轮机构中，已知：AO BO ==20mm ，∠AOB ＝60；CO =DO =40mm ,∠=COD 60 ；且A B (、CD (为圆弧；滚子半径r r =10mm ，从动件的推程和回程运动规律均为等速运动规律。
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B 1
B 1
B B
ω ω
o o
B2 B2
A A
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第9章凸轮机构及其设计
从动件上升位移s对应凸 从动件上升位移 对应凸 轮所转过的角度δ
B 1
δ = ∠C1OC2 = ∠B1OB2
在图中标出压力角α
B
C1
δ
ω
o
C2
B2
α
A
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第9章凸轮机构及其设计 9-8 在图示的凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在 点接 在图示的凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在B点接 当凸轮从图示位置转过90 90° 试用图解法示出： 触。当凸轮从图示位置转过90°时，试用图解法示出： 推杆在凸轮上的接触点； 1. 推杆在凸轮上的接触点； 摆杆位移角的大小； 2. 摆杆位移角的大小； 凸轮机构的压力角。 3. 凸轮机构的压力角。
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B
ω
o
A
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第9章凸轮机构及其设计
1. 画图示位置的压力角
α
接触点的公法线方向
B
o
A
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第9章凸轮机构及其设计 求凸轮从图示位置转过90 2. 求凸轮从图示位置转过90° 后推杆的位移。 后推杆的位移。
B
偏距圆
o
A
理论廓线
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第9章凸轮机构及其设计
9-7
(b)
B 1
标出推杆从图示位置升高 位移s时 位移 时，凸轮转角和凸轮机 构的压力角。 构的压力角。
B
ω
o
A
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第9章凸轮机构及其设计
分别做出凸轮的理论廓线 和偏距圆
B 1
B
ω
o
A
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第9章凸轮机构及其设计 采用反转法， 采用反转法，找到凸轮 轮廓上使从动件上升位移s的 轮廓上使从动件上升位移 的 点B2。 点为圆心， 以O点为圆心，以OB1的长度 点为圆心 为半径画圆弧， 为半径画圆弧，与理论廓线 的交点即为B 的交点即为 2点。
第9章凸轮机构及其设计
B
o
A
B 1
从动件反转90 从动件反转90°，滚子中 心B点的新位置 点的新位置
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第9章凸轮机构及其设计
B
o
B 1
A
基圆
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第9章凸轮机构及其设计
B
o
B 1
A
凸轮转90 凸轮转90° ， 从动件的位移
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C1
OC ⊥ OC1
OC = OC1
点为圆心， 以C1点为圆心，以AC长 长 度为半径画弧， 度为半径画弧，与理论廓线 C 的交点为A 的交点为 1点
A
A 1
B
O′
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
从动件顺时针转90° 从动件顺时针转90°后， 90 从动件的位置如图所示
C1
A
A 1
B
C
Байду номын сангаас
O′
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
将从动件还原为实际从动 件的形状， 件的形状，如图所示
C1
A
A 1
B
C
O′
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
1. 推杆在凸轮上的接触点为 P点，即 O′A的连线与凸 点 1 轮实际廓线的交点。 轮实际廓线的交点。
B
O′
C
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
B
O′
C
ω
O
等价于
A B
O′ C
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
做出凸轮的理论廓线
A
B
C
O′
ω
O
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第9章凸轮机构及其设计
反转法，从动件顺时针转 反转法， 90° 点的新位置为C 90°后，C点的新位置为 1 点的新位置为
C1
θ2
A
2. 摆杆位移角的大小为
A 1
α
B
θ1
P
ω
O′
O
ϕ = θ 2 − θ1
C
3. 凸轮机构的压力角如图示
注意：压力角要在P点处量取) (注意：压力角要在P点处量取)
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第9章凸轮机构及其设计
思路： 思路：从动件与凸轮的接触点 在运动过程中是变化的， 在运动过程中是变化的，但O2A 的长度始终不变 1.将从动件反转 度 将从动件反转90度 将从动件反转 2.找到凸轮的理论廓线，与 找到凸轮的理论廓线， 找到凸轮的理论廓线 推杆的交点 3.以O3点为圆心，以O2A为半径 以 点为圆心， 为半径 画弧，交理论廓线于A 即为A 画弧，交理论廓线于 1，即为 点反转90度后的位置 度后的位置。 点反转 度后的位置。以A1为圆 心画圆，并连接O 心画圆，并连接 3 A1 O1A1与理论廓线的交点 ，即为接 与理论廓线的交点B， 触点。 触点。位移角与压力角如图所示
湖南大学机械与汽车工程学院 Hunan University
College of Mechanical and Automobile Engineering
第九章 凸轮机构及其设计 习题答案
第9章凸轮机构及其设计
9-7
(a)
求图示位置的压力角； 1. 求图示位置的压力角； 凸轮从图示位置转过90 2. 凸轮从图示位置转过90° 后推杆的位移。 后推杆的位移。