第3讲 凸轮机构-【单招零距离】机电专业综合（上）

总复习方案·第一部分 机械基础 第3讲 凸轮机构 考情分析 知识模块 凸轮机构 1. 了解凸轮机构的分类、应用及特点。 考纲要求 2. 了解凸轮机构的有关参数以及它们对工作的影响。 3. 熟悉从动件具有等速运动规律、等加速等减速运动规律的凸轮机构工作特点。 高考卷 2019年 2020年 2021年 12 分值 7 2 题型、题号 综合题58 选择29、综合题58 综合题58 题29凸轮机构的运动转 换3分 题58(4)滚子半径对运动规 题58(3)基圆、行程、速度 题58(7)运动周期、从动 律、基圆、行程的影响1分 3分 件速度计算2分 题58(5)凸轮机构的周期、 题58(4)运动规律适用场 题58(8)凸轮从动件受 行程、压力角计算3分 合2分 力、运动规律与从动件形 题58(6)凸轮从动件升程 题58(5)判断冲击的类型 考点 式关系2分 与回程速度比计算1分 及原因分析2分 题58(9)从动件冲击性质 题58(7)凸轮机构冲击的 题58(6)压力角、压力角 判断及位移计算2分 判断2分 许用值及减小措施3分 题58(10)凸轮从动件运 题58(8)凸轮机构位移计 题58(9)凸轮滚子转速计 动规律分析1分 算1分 算1分 题58(11)凸轮机构从动 件运动过程分析1分 试题难度要求 中等 中等 中等 纵观近三年的高考试卷,本知识点在考试时,题型以综合等题型见多,分值在7一12分之 间。凸轮的运动形式转换、周期是基础知识,学生容易掌握;凸轮机构的主要参数如基圆、压力 角、行程、位移;从动件运动规律是重点,学生掌握这一部分概念有一定的困难,理解这些概念 并解决问题,特别是特定位置的特殊压力角、位移是学生学习的难点。因此,让学生通过分析 凸轮机构的工作过程,理解有关参数概念、熟悉从动件作等速、等加速等减速运动规律曲线特 征、冲击及位置和适用场合是教学重点,也是历次考试的热点。 过红识梳理 一、凸轮机构的基本概念 1. 凸轮:一个具有曲线轮廊或凹糟并能控制从动件按照一定规律产生预期的连续或者不 连续的运动的构件。 2.凸轮机构:含有凸轮的高副机构 .13· 单招零距离·机电专业综合 3. 组成:凸轮、从动件、机架,通常凸轮作为主动件。 二、凸轮机构的特点 1.凸轮机构可以用于对从动件的运动规律要求严格的场合。 2. 凸轮机构可以高速起动,动作准确可靠。 3.凸轮机构在高副接触处难以保持良好的润滑,容易磨损,传递载荷不宜过大。 4. 凸轮轮廊曲线精确分析较为困难,不易加工。 5. 凸轮机构能传递较复杂的运动。 三、凸轮机构的分类 分类方法 类型 特点 盘形凸轮分为两种:一是利用外轮廊推动从动件运动的称为盘形外轮廊凸轮;一是 盘形凸轮 利用曲线沟橹推动从动件运动的称为盘形橹凸轮。它结构简单,是凸轮机构的最 基本形式。行程不能太大。 按凸轮 形状 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远,即成为移动凸轮。移动凸轮作往复直线移动, 移动凸轮 多用于靠模仿形机械中。 柱体凸轮分为圆柱凸轮和端面凸轮。柱体凸轮属于空间凸轮,柱体凸轮机构属于 柱体凸轮 空间凸轮机构。 结构简单、紧凑,可准确地实现任意运动规律,易磨损,承载能力小,多用于传力小 尖顶式 速度低、传动灵敏的场合。 按从动 滚子接触为线接触,又是滚动摩擦,所以摩擦、磨损较小,承载能力较大,但运动规 滚子式 件末端 律有局限性,滚子轴处有间隙,不宜高速。 形式 平底与凸轮接触处易于形成油膜,可减少摩擦,降低磨损,适用于高速,但凸轮轮廊 平底式 不允许呈凹形,因此运动规律受到一定限制。 曲面式 介于滚子形式与平底形式之间。 移动式 按从动件 由凸轮匀速回转转化成从动件往复直线移动。 运动形式 摆动式 由凸轮匀速回转转化成从动件往复摆动。 四、凸轮机构的参数 1.相关概念 定义 备注 向径 凸轮轮廊上的点到其转动中心的距离 凸轮轮廊上的向径是变化的 (1)尖顶从动件凸轮机构,凸轮的实际工作轮 实际轮廊 直接与从动件接触的凸轮轮廊曲线 廊与理论轮廊重合。 (2)滚子从动件凸轮机构中,实际轮廊与理论 轮廊沿法线方向相差一个滚子半径 理论轮廓 从动件上的参考点相对凸轮的轨迹 (3)凸轮的理论轮廊是分析凸轮机构运动参数的 依据。 .14· 总复习方案·第一部分 机械基础 续表 定义 备注 推程 指向径增大过程(从动件上升) 从动件在离凸轮轴心最远处停止不动 (1)不论凸轮形状如何,均有推程和回程两个 从动件 远休止 (向径最大且不变 动作。但是,有时不存在远休止或近休止。 工作 回程 指向径减小过程(从动件下降) 过程 (2)远体止或近体止时,凸轮轮廊是以凸轮转 从动件在离凸轮轴心最近处停止不动 动中心为圆心的圆狐 近休止 (向径最小且不变) 2.主要参数 定义 备注 以凸轮回转中心为圆心,凸轮理论轮 (1)凸轮的基圆半径越小,凸轮机构尺寸越紧凑。 基圆 廊的最小向径为半径所作的圆。 (2)行程一定时,基圆越大,压力角越小 (1)当压力角超过某一数值时,从动件将发生自锁现 从动件的受力方向(即凸轮理论轮 象。故要求;移动从动件,推程时,a<30{};摆动从 压力角 廊线上某点的法线方向)与从动件 动件,推程时,a<45”。空回行程时,a<80 运动方向之间所夹锐角。 (2)若压力角超过规定值,可采用增大基圆半径方 法加以避免。 推程角 在推程内凸轮所转过的角度 和& (1)“四角”之和等于360 远休止角 从动件远休止时凸轮所转过角度。 (2)有些凸轮机构无远休止角、近休止角,但必有 回程角 在回程内凸轮所转过的角度。 推程角和回程角 近休止角 从动件近休止时凸轮所转过角度。 H-rma:-rmin 从动件由最低位置升到最高位置 行程 rm:凸轮理论轮廊最大向径 时所移动的距离。 rn:凸轮理论轮廊最小向径(即基圆半径) 凸轮转过某一角度,从动件相应移 S=r2-r1 位移 动的距离。 r1、r2- 凸轮理论轮廓上的任意两点的向径 3. 滚子从动件凸轮机构中,滚子半径对工作性能的影响 对运动失真影响 避免运动失真条件:rr<pmin 常取r-<0.8pmin 对承载能力的影响 滚子半径越大,承载能力越强 对传动性能的影响 滚子半径越大,则基圆越大,压力角越小,传动越省力 注:_min 凸轮理论轮廊线的最小曲率半径,-- 滚子半径 五、常见从动件运动规律 适用场合 冲击及位置 图像 备注 速度有限突变而产 位移曲线为斜直线,速 行程的起点、终 低速、从动件质量小 生的冲击称为刚性 等速运动规律 度曲线为水平线,加速 点有刚性冲击 和轻载的场合。 冲击(此时加速度 度曲线为零线。 无穷大) .15· 单招零距离·机电专业综合 续表 冲击及位置 图像 适用场合 备注 位移曲线为两段抛物 行程的起点、中 加速度有限突变产 等加速等减速 线,速度曲线为两段斜 中速,从动件质量小 点、终点有柔性 生的冲击称为柔性 运动规律 直线,加速度曲线为两 和轻载的场合。 冲击 冲击 段水平线。 结论: (1)为了避免等速运动规律刚性冲击,常对位移曲线采用圆狐修正,修正圆狐的半径为行程一半 (H/2)。 (2)通过速度线图可判别刚性冲击,通过加速度线图可判别柔性冲击。 (3)位移曲线中,曲线上升为推程,曲线下降为回程,水平曲线为远休止和近休止;斜直线表示等速运 动,抛物线表示等加速运动或等减速运动。 (4)速度曲线中,速度为正值表示推程,速度为负值表示回程,速度为0表示远休止和近休止;速度线 水平表示等速运动,速度的绝对值变大表示等加速运动,速度的绝对值变小表示等减速运动。 六、凸轮机构的相关作图与计算 1. 常见作图 常见作图 方法 作滚子从动件的凸轮理论轮廊 在凸轮实际轮廊外围沿法线方向增加一个滚子半径 作基圆 以凸轮转动中心为圆心,凸轮理论轮廊的最小向径为半径画圆 (1)作凸轮理论轮廊的法线(即从动件受力方向) 若凸轮轮廊为圆狐,则法线过圆心; 作压力角 若凸轮轮腐非圆变,则先作切线,再作切线的垂线 (2)作从动件运动方向 若从动件作移动,则从动件的位置线即为运动方向 若从动件作摆动,则从动件的回转半径的垂线即为运动方向 直动从动件凸轮机构任意位 反转法:凸轮不动,将从动件绕凸轮转动中心反向转到作图位置,再按上 置压力角作图 述方法作图。 注:各种作图均在理论轮廊上进行 2. 常用计算公式 运动周期t三1/n(运动周期是指凸轮转1:的时间;n--凸轮转速 推程时间:t推一t×/360{,回程时间:t回三t×回/360, 从动件静止时间--包含远休止和近休止时间 推程速度:v推一H/t,回程速度:v回一H/t回 行程H-rmax-rmin 位移量S一r一r(r1、r。--凸轮理论轮廊上的任意两点的向径) 典例精析 【例1】) 如图1-1-5所示两个凸轮机构,凸轮均作逆时针转动,转速为30r/min。已知; OA-200mm,OO.=100mm,滚子半径r.-20mm。 .16. 总复习方案·第一部分 机械基础 ## 寻le B ,D .D (a) (b) 图1-1-5 (1)题图a中,基圆半径r。= mm,题图b中,基圆半径r。=_ mm。 (2)图示位置下,题图a中的压力角a= *,题图b中的压力角a= (3)在题图a中,从动件的行程H三。 mm,在题图b中,从动件的行程H mm。 (4)题图a中,从动件推程的平均速度为 mm/s,题图b中,从动件回程的平均速 度为 mm/s。 (5)题图a凸轮由图示位置转过90{时从动件的位移量S= mm,题图b凸轮由 图示位置转过90{时从动件的位移量S。=mm。 【析与解】 第一题由注意基圆定义是理论轮廊的最小向径,图a和图b的理论轮廊并不 相同,因此图a的基圆半径就是O.A为100mm,图b的基圆半径就是O,A再加上滚子半径为 120mm。 第二题中,同样注意图a和图b的理论轮廊并不相同,所以压力角作图所建的三角形斜边 图b的斜边长就是凸轮轮廓的半径加上滚子半径为220mm,利用直角三角形可得sin= 以a~27.04*。 第三题中,图a和图b的行程相等,都等于200mm。 第四题中,由凸轮的转速可得凸轮回转一周所需的时间为2秒,所以推程和回程的时间都 是1秒。推程和回程的平均速度都由o- H -,可得200mm/s。 第五题中,图a转过90*后的向径O.C为300mm,根据直角三角形勾股定理,图a图示状 态下的向径约为173.21mm,所以位移为126.79mm;图b图示状态下的向径约为195.96mm 图b转过90。的向径为320mm,所以位移为124.04mm。 【答案】(1)100,120(2)30”,27.04*(3)200,200 (4)200mm/s,200mm/s (5)126.79,124.04 .17· 单招零距离·机电专业综合 【例2】 如图a所示滚子摆动从动件盘形凸轮机构,凸轮1为主动件,以角速度顺时针 等速转动,图中示意画出了凸轮的部分廓线KK,廊线上的MN段为圆心在A点的一段圆张 其半径为廊线上的最小向径,2为摆动从动件,3为机架。 (1)在原图上画出凸轮的基圆,并标注出基圆半径7。 (2)在图示位置,从动件上的滚子与凸轮廊线在C点接触,请在原图上标出在该位置时的 压力角; (3)若本题中的从动件选用如图b所示的运动规律,推程角120{,在图b中补全从动件运 动的位移曲线和加速度曲线。图b中的运动线图所表示的运动规律是 运动规律,该 (填“低”、“中”或“高”)速, 运动规律有柔性冲击,一般适用于 (填“轻”或 “重”)载。 S 0o 60d 20 △C 00 600 2 _2 图1-1-6 【析与解】 (1)滚子从动件的凸轮机构其实际轮廊线与理论轮磨线的位置关系法向等距 关系;画基圆时,将针尖定在回转中心上,笔尖在凸轮轮廊上寻找离针尖最近的点; (2)作压力角时,对于摆动从动件,速度的方向与从动件杆子的方向垂直,受力的方向为 凸轮理论轮廊的法线方向,因此,此处要先作理论轮廊曲线,再作该点的法线。 (3)由a一》曲线可看出,从动件在0-60*}作等加速上升运动;再由V一》曲线可看出 在60{}--120{等减速上升;综合来看,从动件升程是等加速等减速运动规律。由升程可知, V、S值均为正,根据V一》、s一》曲线特征可知,s一》曲线是两段抛物线,V一》曲线为斜直线 a一》曲线是两段直线。等加速等减速运动规律中存在柔性冲击,适用于从动件质量不大,中 速轻载的场合。 .18. 总复习方案·第一部分 机械基础 【答案】 解:(1)(2)如图(c)所示; 中 (3)如图(d)所示; 等加速等减速 轻 s 60 V 00 600 120 #7## a 120 60 基圆 C d 图1-1-7 第4讲 间歇运动机构 考情分析 知识模块 间歇运动机构 考纲要求 掌握棘轮机构、糟轮机构的组成、工作原理,熟悉其应用。 高考卷 2019年 2020年 2021年 分值 5 。 题型、题号 填空题46、问答题51 判断题12、填空题45 综合题58,填空题46 题58(7)轮机构转向 题46棘轮机构的应用及 题12棘轮机构工作特点 判断及锁止狐作用2分 计算3分 2分 题58(8)轮机构运动 考点 题51(8)锁止狐作用1分 题45轮机构运动时间 时间计算1分 糟轮机构回转转速计算、 计算3分 题46棘轮机构转角计 运动系数2分 算3分 容易 容易 试题难度要求 容易 纵观近三年的高考试卷,本知识点在考试时,题型以填空、问答、计算等题型见多,分值在 5一6之间。这一部分以基础知识为主,试题难度相对低。了解步进运动机构的定义;棘轮机 构结构组成、工作原理、工作特点和棘轮转角的调节方法;重点在理清棘轮机构、轮机构中各 .19)