機(jī)械原理典型例題(第五章凸輪)12-10-20講解

1、機(jī)械原理典型例題（第五章） 凸輪機(jī)構(gòu) 2012.10 例例1 圖示偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)中，已知圓盤凸輪以圖示偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)中，已知圓盤凸輪以=2rad/s轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn) 向?yàn)轫槙r(shí)針方向，圓盤半徑向?yàn)轫槙r(shí)針方向，圓盤半徑R=50mm；當(dāng)凸輪由圖示位置轉(zhuǎn)過；當(dāng)凸輪由圖示位置轉(zhuǎn)過90 時(shí)，從動(dòng)件的速度為時(shí)，從動(dòng)件的速度為=50mm/s。試求：（。試求：（1）凸輪的偏心距）凸輪的偏心距e；（；（2） 凸輪轉(zhuǎn)過凸輪轉(zhuǎn)過90時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角k ；（；（3）凸輪轉(zhuǎn)過）凸輪轉(zhuǎn)過90時(shí)，從時(shí)，從 動(dòng)件的位移動(dòng)件的位移hk；（；（4）從動(dòng)件的行程）從動(dòng)件的行程h。 hk k k F h m

2、ax (P) 解：解： (1)凸輪偏心距。利用速度瞬心凸輪偏心距。利用速度瞬心 ，幾何，幾何 中心中心O即為速度瞬心即為速度瞬心p，可得，可得=e，求，求 得得e=25mm。 （2）凸輪轉(zhuǎn)過）凸輪轉(zhuǎn)過90時(shí)，從動(dòng)件在時(shí)，從動(dòng)件在K點(diǎn)點(diǎn) 接觸，其壓力角為接觸，其壓力角為k。 e/sink =R/sin； 當(dāng)當(dāng)=90時(shí)，時(shí)，k達(dá)到最大值。達(dá)到最大值。 k=arcsin(e/R)=30 （3）凸輪轉(zhuǎn)過）凸輪轉(zhuǎn)過90時(shí)，從動(dòng)件的位移時(shí)，從動(dòng)件的位移 為為h K。 （4）從動(dòng)件在）從動(dòng)件在F點(diǎn)接觸時(shí)為最大位移，點(diǎn)接觸時(shí)為最大位移， 即行程為即行程為h，此時(shí)，此時(shí)F=0。 90 F=0 V 例例2 圖（圖

3、（a）所示對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)，）所示對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)，O為凸輪幾何合中心，為凸輪幾何合中心，O1 為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心，直線為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心，直線ACBD,O1O=OA/2，圓盤半徑，圓盤半徑R=OA=60mm。 （1）根據(jù)圖（）根據(jù)圖（a）及上述條件確定基園半徑）及上述條件確定基園半徑r0，行程，行程h， C點(diǎn)壓力角點(diǎn)壓力角c和和D點(diǎn)接觸時(shí)點(diǎn)接觸時(shí) 的壓力角的壓力角D，位移，位移hD；（；（2）若偏心圓盤凸輪幾何尺寸不變，僅將從動(dòng)件由尖底改為）若偏心圓盤凸輪幾何尺寸不變，僅將從動(dòng)件由尖底改為 滾子，見圖（滾子，見圖（b）,滾子半徑滾子半徑rT=10mm。試問，上述參

4、數(shù)。試問，上述參數(shù)r0，h，c，和，和hD，D是否是否 改變？對(duì)于有改變的參數(shù)試分析其增大還是減?。扛淖?？對(duì)于有改變的參數(shù)試分析其增大還是減??？ h c=0 D hD h c=0 D hD 基園基園r0增大；增大； 行程行程h不變；不變； 壓力角壓力角 C不變；不變； hD減??；減??； D減小。減小。 a b 例例3 尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪輪廓線為一偏心圓，其尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪輪廓線為一偏心圓，其 半徑半徑R=25mm，偏心距，偏心距l(xiāng)OA=10mm，偏距，偏距e=5mm。求：。求： （1）從動(dòng)件與凸輪輪廓線在）從動(dòng)件與凸輪輪廓線在B點(diǎn)接觸時(shí)的位移點(diǎn)

5、接觸時(shí)的位移hB，壓力角，壓力角B； （2）將偏置從動(dòng)件）將偏置從動(dòng)件2向左移向左移5mm后，變?yōu)閷?duì)心從動(dòng)件，此時(shí)與輪廓線后，變?yōu)閷?duì)心從動(dòng)件，此時(shí)與輪廓線C點(diǎn)點(diǎn) 接觸時(shí)的壓力角接觸時(shí)的壓力角C；比較；比較B，C大小，說明題意中的偏置是否合理。大小，說明題意中的偏置是否合理。 （3）如果偏距）如果偏距e=-5mm，此時(shí)的偏置是否合理？，此時(shí)的偏置是否合理？ O A R B C DhB D C B r0 解：解： nC B。該偏置有利。該偏置有利 減小壓力角，改善受力，減小壓力角，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 凸輪為偏心輪如圖，

6、已知參數(shù)凸輪為偏心輪如圖，已知參數(shù)R=30mm，lOA=10mm，e=15mm，rT=5mm， E，F(xiàn)為凸輪與滾子的兩個(gè)接觸點(diǎn)。求為凸輪與滾子的兩個(gè)接觸點(diǎn)。求 （1）畫出凸輪輪廓線（理論輪廓線），求基園）畫出凸輪輪廓線（理論輪廓線），求基園r0；（；（2）E點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的壓力角點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的壓力角 E； (3) 從從E到到F接觸凸輪所轉(zhuǎn)過的角度接觸凸輪所轉(zhuǎn)過的角度； （4）由）由E點(diǎn)接觸到點(diǎn)接觸到F點(diǎn)接觸從動(dòng)件的位點(diǎn)接觸從動(dòng)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時(shí),為 max O A F

7、r0 E max hE hF R E e 例例5 ：圖示為一直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。若一直凸輪基：圖示為一直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。若一直凸輪基 圓半徑圓半徑r0，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=S()，為使設(shè)計(jì)出的凸輪，為使設(shè)計(jì)出的凸輪 機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)良好，試結(jié)合凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計(jì)算公式機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)良好，試結(jié)合凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計(jì)算公式 說明應(yīng)采用哪些措施說明應(yīng)采用哪些措施? n假設(shè)凸輪輪廓已經(jīng)做出，要求在凸輪轉(zhuǎn)過假設(shè)凸輪輪廓已經(jīng)做出，要求在凸輪轉(zhuǎn)過角時(shí)，角時(shí)， 位移為位移為S，速度為，速度為V， V=Lop ，壓力角為，壓力角為。 n適當(dāng)偏距適當(dāng)偏距e（左移），使凸輪轉(zhuǎn)過（左移），使凸輪轉(zhuǎn)過角，此

8、時(shí)應(yīng)有角，此時(shí)應(yīng)有 相同位移相同位移S，相同速度，相同速度V。此時(shí)壓力角為。此時(shí)壓力角為1； nP為瞬心位置，相同的速度即為瞬心位置，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，使凸輪轉(zhuǎn)過右移，使凸輪轉(zhuǎn)過角，此時(shí)壓力角為角，此時(shí)壓力角為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 是確定的是確定的 n可知：采用適當(dāng)?shù)钠嗲沂雇茥U偏向凸輪軸心可知：采用適當(dāng)?shù)钠嗲沂雇茥U偏向凸輪軸心 的左側(cè)，可使推程壓力角減小，從

9、而改善凸輪的左側(cè)，可使推程壓力角減小，從而改善凸輪 的受力情況，但使回程的壓力角增大，由于回的受力情況，但使回程的壓力角增大，由于回 程的許用壓力角很大，故對(duì)機(jī)構(gòu)的受力情況影程的許用壓力角很大，故對(duì)機(jī)構(gòu)的受力情況影 響不大。響不大。 基本概念題基本概念題 1.選擇題選擇題 （1）對(duì)于遠(yuǎn)、近休止角均不為零的凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)從動(dòng)件推程按簡諧運(yùn)動(dòng)）對(duì)于遠(yuǎn)、近休止角均不為零的凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)從動(dòng)件推程按簡諧運(yùn)動(dòng) 規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，在推程開始和結(jié)束位置規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，在推程開始和結(jié)束位置_。 A.不存在沖擊 B.存在剛性沖擊 C.存在柔性沖擊 （2）已知一滾子接觸擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，因滾子損壞，更換了一）已知一滾子接

10、觸擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，因滾子損壞，更換了一 個(gè)外徑與原滾子不同的新滾子，則更換滾子后個(gè)外徑與原滾子不同的新滾子，則更換滾子后_。 A. 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化，而從動(dòng)件最大擺角不變 B. 從動(dòng)件最大擺角發(fā)生變化，而從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變 C. 從動(dòng)件最大擺角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律均不變 D. 從動(dòng)件最大擺角和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律均發(fā)生變化 (3)已知一滾子接觸偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，若將凸輪轉(zhuǎn)向由順已知一滾子接觸偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，若將凸輪轉(zhuǎn)向由順 時(shí)針改為逆時(shí)針，則時(shí)針改為逆時(shí)針，則_。 A. 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化，而從動(dòng)件最大行程不變 B. 從動(dòng)件最大行程發(fā)生變化，而從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變

11、C. 從動(dòng)件最大行程和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律均不變 D. 從動(dòng)件最大行程和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律均發(fā)生變化 C D D 1.選擇題選擇題 (4) 若直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)采用正配置，可若直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)采用正配置，可_壓力角。壓力角。 A. 降低推程 B. 降低回程 C. 同時(shí)降低推程和回程 (5) 對(duì)于滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，滾子半徑對(duì)于滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，滾子半徑_理論輪廓曲線理論輪廓曲線 外凸部分的最小曲率半徑。外凸部分的最小曲率半徑。 A. 必須小于 B. 必須大于 C. 可以等于 (6) 在設(shè)計(jì)幾何鎖合式凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，在設(shè)計(jì)幾何鎖合式凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，_。 A. 只要控制推程最大壓力角 B. 要同

12、時(shí)控制推程和回程最大壓力角 C. 只要控制回程最大壓力角 (7)對(duì)于平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，若出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真，則其原因是對(duì)于平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，若出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真，則其原因是 _。 A. 基圓半徑太小 B. 凸輪輪廓外凸 C. 凸輪輪廓內(nèi)凹或平底寬度不夠 A B C A (8)凸輪機(jī)構(gòu)若發(fā)生自鎖，則其原因是凸輪機(jī)構(gòu)若發(fā)生自鎖，則其原因是_。 A. 驅(qū)動(dòng)力矩不夠 B. 壓力角太大 C. 基圓半徑太小 (9)對(duì)于平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，移動(dòng)導(dǎo)路的平移對(duì)于平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，移動(dòng)導(dǎo)路的平移_。 A. 會(huì)改變從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 B. 會(huì)影響機(jī)構(gòu)壓力角的大小 C. 不會(huì)影響從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)壓力

13、角的大小 B C 1.選擇題選擇題 2.正誤判斷題正誤判斷題 (1)(1)對(duì)于偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件推程對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角就對(duì)于偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件推程對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角就 是凸輪推程輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓角。是凸輪推程輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓角。 (2)(2)當(dāng)從動(dòng)件推程按二次多項(xiàng)式規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，僅在推程開始和結(jié)束位置當(dāng)從動(dòng)件推程按二次多項(xiàng)式規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，僅在推程開始和結(jié)束位置 存在柔性沖擊。存在柔性沖擊。 (3)(3)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑是指凸輪理論輪廓曲線的最小滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑是指凸輪理論輪廓曲線的最小 半徑。半徑。 (4)(4)凸輪理論輪廓曲線與實(shí)際輪廓曲線之間

14、是法向等距曲線關(guān)系。凸輪理論輪廓曲線與實(shí)際輪廓曲線之間是法向等距曲線關(guān)系。 (5)(5)力鎖合式凸輪機(jī)構(gòu)回程絕對(duì)不會(huì)發(fā)生自鎖。力鎖合式凸輪機(jī)構(gòu)回程絕對(duì)不會(huì)發(fā)生自鎖。 (6)(6)為減小凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角可增大凸輪基圓半徑。為減小凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角可增大凸輪基圓半徑。 (7)(7)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角就是凸輪的壓力角。凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角就是凸輪的壓力角。 X X X (8)(8)本章介紹的圓柱凸輪輪廓曲線按展開在平面上進(jìn)行設(shè)計(jì)的方本章介紹的圓柱凸輪輪廓曲線按展開在平面上進(jìn)行設(shè)計(jì)的方 法，無論對(duì)于擺動(dòng)從動(dòng)件還是直動(dòng)從動(dòng)件，這種設(shè)計(jì)方法均法，無論對(duì)于擺動(dòng)從動(dòng)件還是直動(dòng)從動(dòng)件，這種設(shè)計(jì)方法均 是近似的。是近似的

15、。 (9)(9)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)和平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)均不允滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)和平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)均不允 許凸輪輪廓曲線內(nèi)凹。許凸輪輪廓曲線內(nèi)凹。 (10)(10)滾子接觸凸輪副的最大接觸應(yīng)力出現(xiàn)在凸輪實(shí)際輪廓曲線滾子接觸凸輪副的最大接觸應(yīng)力出現(xiàn)在凸輪實(shí)際輪廓曲線 最小曲率半徑處。最小曲率半徑處。 X X X 2.正誤判斷題正誤判斷題 習(xí)題評(píng)講 9-7：標(biāo)出在圖：標(biāo)出在圖a位置時(shí)凸輪的壓力角，凸輪從圖示位置位置時(shí)凸輪的壓力角，凸輪從圖示位置 轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90后推桿的位移；標(biāo)出圖后推桿的位移；標(biāo)出圖b中推桿從圖示位置升中推桿從圖示位置升 高位移高位移s時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。 s n滾子中心滾子中心C，半徑，半徑r n理論輪廓，理論輪廓，R=LOC n基園基園R0， n推桿中心位置園，推桿中心位置園， R=LOA n凸輪逆時(shí)凸輪逆時(shí)90，推桿，