北科大机械设计学习辅导包括重点难点分析、典型题解析自测题等第4章凸轮机构设计

1、第四章 凸轮机构设计4.1 教学基本要求1 . 了解凸轮机构的组成分类特点及应用掌握凸轮机构从动件常用运动规律的特点以及选择运动规律时应考虑的2 . 掌握凸轮机构设计的反转法原理动件盘形凸轮的轮廓曲线能根据给定的运动规律设计出各种从3 .了解凸轮廓线方程的建立过程会进行盘形凸轮轮廓的设计计算4 . 掌握压力角与自锁的关系的原则基圆半径对压力角的影响以及滚子半径选择4.2 重点与难点分析本章的重点是从动件常用运动规律及其特性平面凸轮轮廓曲线的设计和凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系廓曲线难点是用反转法作图设计平面凸轮轮1 .凸轮以等角速度转动时 从动件的位移 s速度 v 和加速度 a 随时间 t

2、 或凸轮转角变化的规律称为从动件运动规律四种常用的运动规律特性及使用场合如表 4-1 所示表 4-1凸轮机构从动件运动规律特性及使用场合比较根据从动件运动规律的运动参数特性值特性vmax 值与从动件系统的动量(mv)有关vmaxamax 可分析凸轮机构的动力学当从动件突然被阻时若其动量很大 则将产生大的冲击力(F =mv/t )Fmax=mamax而 amax 的值决定了最大惯性力amax 愈大不仅从动件系统的激振力愈大而且当它为正值时将使从动件与凸4-1运动规律vmaxamax动力特性使用场合等速vmax=h/amax=+刚性冲击低速轻载等加速等vmax=4h/amax=4h2 /2柔性冲速

3、轻载简谐vmax=1 . 57h/amax=4 . 93h2 /2柔性冲低速重载摆线vmax=2h/amax=6 . 28h2 /2无中高速轻载返回目录 轮轮廓接触处的法向压力增大当它为负值时又使力封闭的弹簧负荷增大在确定从动件运动规律时一般先由动力特性确定加速度运动规律然后再确定相应的速度与位移变化规律2 .用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点(1) 直动从动件 s-曲线图中纵坐标比例尺最好与绘制凸轮图的比例l尺一致这样在基圆各向径线上作截线位移时不必换算以免出错(2) 摆动从动件出各点值纵坐标-曲线图中为纵坐标按比例尺为/ mm画(3)位移线图横坐标 等分数应与基圆等分数相等且排序号码一

4、一对应(4) 偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心反转后各移动中心线均与偏距圆相切从动件的位移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的也即偏距圆的切线就是导路反转后各位置的方位线(5) 从动件反转前后两位置线的夹角应等于凸轮转角须注意的是偏置直动滚子从动件凸轮机构中线的夹角不等于凸轮转角的夹角也不等于凸轮转角反转前后从动件与理论廓线两交点至凸轮轴心连反转前后滚子与实际廓线两切点至凸轮轴心连线4.3 典型例题分析例 4-1图 4-1 所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中凸轮的实际轮廓线为一圆其圆心在 A 点半径 R =40mm凸轮转动方向滚子半径 r r=10mml OA=25mm1234

5、5凸轮的理论轮廓线为何种曲线求凸轮的基圆半径 rb求从动件的升程 h标出图示位置的压力角若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子半径改为 15mm从动件的运动规律有无变化4-2a)b)图 4-11滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线与实际廓线是两条法向解等距的曲线该法向距离等于滚子半径 r r今已知其实际轮廓线为半径 R=40mm的圆故其理论廓线为半径 R+r r=(40+10)mm=50mm 的圆如图 b所示2凸轮理论轮廓线的最小向径称为凸轮的基圆半径 rb因此 连接偏心圆的圆心 A 和凸轮转动中心 O并延长使其与理论廓线相交于 C 点则 OC 即为理论轮廓上的最小向径它即为凸轮的基圆半径 rb由图

6、b)可知rb= l AC- l AO=(R+r r )- l AO=(40+10)mm-25mm=25mm(3) 从动件的升程就是从动件上升的最大距离最小向径之差因此它等于理论廓线 的最大与h =( l OA+R+r r )-r b=(25+40+10-25)mm=50mm(4) 凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动件接触点的法线 AB 与从动件上对应点速度方向 OB 之间所夹的锐角如图 b 所示(5)当凸轮的实际廓线 保持不变 而将滚子半径 r r 由 10mm 增大至 15mm后连杆长度 l AB 将随之由 50mm 增至 55mm因此从动件 3 的运动将随之变化若希望从动件 3 的运动

7、规律保持不变 则应让理论廓线 保持不变作该理论4-3廓线的法向等距曲线并使之距离等于 15mm得到新的实际廓线自测试题判断题正确错误1 .凸轮机构是一种低副机构2 .凸轮机构中凸轮的基圆半径越大说明从动件的位移越大3 .在运动规律一定时凸轮的大 则从动件就越不容易发生自锁 卡死4 . 凸轮机构采用等加速等运动规律时由于在起始点加速度出现有限值的突然变化因而产生惯性力的突变结果引起刚性冲击5 . 当凸轮从动件采用等速运动规律时刚性冲击则机构自始至终工作平稳不会产生6 .凸轮的基圆半径就是凸轮理论轮廓线上的最小曲率半径7 . 滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线轮廓的等距曲线因此实际轮廓上各点的向径就

8、等于理论轮廓上各点的向径减去滚子半径8 . 一般说来运动失真在凸轮机构中尖顶从动件可适应任何运动规律而不致发生9 .平底移动从动件盘形凸轮机构的压力等于一个常量10 .为了避免从动件运动失真平底从动件凸轮轮廓不能内凹4.4.2 选择题1 .与连杆机构相比凸轮机构最大的缺点是132点 线接触 易磨损4不能实现间歇运动惯性力难以平衡设计较为复杂2 . 与其它机构相比 凸轮机构最大的优点是13可实现各种预期的运动规律制造方便 易获得较高的精度2便于润滑4从动件的行程可较大则最大加速度理论上为3 . 凸轮机构中若从动件按等速运动规律运动4-41amax=2amax=03amax=有限值4amax=不定

9、值4 . 在凸轮机构中下述运动规律既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击可用于高速场合1等速2等加速等3摆线4简谐5 . 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时措施解决可采用(1)增大基圆半径(3)改变凸轮转向24改用滚子推杆改为偏置直动尖顶推杆6 . 为了避免运动失真滚子半径 rr 和凸轮理论廓并减少接触应力和磨损线上的最小曲率半径应满足min1rr3rr=min;4不一定minmin7 . 凸轮机构压力角对凸轮尺寸的影响反映在参数不变时基圆将如果机构压力角减少其它1增大2减少34不一定对应的凸轮轮廓应不变8 . 若要盘形凸轮机构的从动轮在某段时间内停止不动是132一段圆弧4以凸

10、轮转动中心为圆心的圆弧一段直线一段抛物线9 .为使凸轮机构的结构紧凑和受力条件好设计时应满足13rb rb 24rb rb rb rb 10 .某凸轮机构的滚子损坏后换上一个较大的滚子则该机构13压力角不变压力角不变运动规律不变运动规律变2压力角变运动规律变4压力角变 运动规律不变4.4.3 填空题1 .凸轮机构是由和三个基本构件组成4-52 .按形状不同凸轮可分为和3 . 维持凸轮与从动件高 副接触封闭的方法有 和4 . 位移曲线图表示与之间的关系曲线当从动件为等速运动规律时其位移曲线是一条线若为等加速等运动规律时其位移曲线是一条线5 . 在凸轮机构从动件的常用运动规律中运动规律有刚性冲击运动规律有柔性冲击运动规律无冲击6 . 凸轮机构几种常用的从动件运动规律中只宜用于低速情况宜用于中速但不宜用