第九章 凸轮机构设计
本章学习任务：凸轮机构的基本知识、其从动件的运动规律、凸轮曲线轮廓的设计、凸轮机构基本尺寸的设计。
驱动项目的任务安排：完成项目中的凸轮机构的具体设计。
思考题
9-1 简单说明凸轮机构的优缺点及分类情况？
9-2 在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，如何度量凸轮的转角和从动件的位移？ 9-3 试说明等速运动规律，简谐运动规律和五次多项式运动规律的特点。 9-4 简单说明从动件运动规律选择与设计的原则。 9-5 简单说明凸轮廓线设计的反转法原理。
9-6 什么是凸轮的理论廓线和实际廓线，二者有何联系？
9-7 何谓凸轮机构的压力角？压力角对机构的受力和尺寸有何影响？ 9-8 如何选择（或设计）凸轮的基圆半径？
9-9 什么是“运动失真”现象？如何选择（或设计）凸轮的滚子半径，才能避免机构的“运动失真”？
习题
-19何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？试补全题图 9-1 所示各段的， s ?， v ?， a ?
s
曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？
O
2| D| ?
v
O
2| D| ?
a
2| D| ?
题图 9-1
-29避免？
-39 -49 -59何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以力封闭与几何形状封闭凸轮机构的许用应力角的确定是否一样？为什么？
有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲用较大的滚子，问是否可行？ 有一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力稍偏大，拟采用推杆偏置的方法来改善，
为什么？
问是否可行？为什么？
-69用作图法求出题图 9-6 所示两凸轮机构从图示位置转过 45? 时的压力角。
3 2
45??
| ?
| ?
（a）
题图 9-6
-79（b）
| ? O
1
题图 9-7
如题图 9-7 所示盘形凸轮机构是有利偏置，还是不利偏置。如将该凸轮廓线作为直动滚子推杆的理论
廓线，其滚子半径 rr ? 8 mm。试问该凸轮廓线会产生什么问题？为什么？为了保证推杆实现同样的运动规律，应采取什么措施（图中l ? 0.001 m／mm）？
-89在题图 9-8 所示的运动规律线图中各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移
线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。
s
0 2 1
3
4 2
s
v
0
v
/3 2/3 4/3 5/3 2
0 a
2 1 3 24
0 a
2
0
13
4 2
0
题图 9-9
题图 9-8
- 9如题图 9-9 中给出了某直动推杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图。要求：（1）定性地画出其加速
度和位移线图；（2）说明此种运动规律的名称及特点（v、a 的大小及冲击的性质）；（3）说明此种运动规律的适用场合。
0-19在题图 9-10 所示凸轮机构中，已知偏心圆盘为凸轮实际轮廓，如图所示。试求：
；
1） 基圆半径 R； 2） 凸轮机构的压力角
3） 凸轮由图示位置转 90°后，推杆移动距离 s。
e A
O
O A
B
题图 9-10
| ?
题图 9-11
-19如题图 9-11 所示为偏置尖端直动推杆盘形凸轮机构，已知：凸轮为偏心轮，半径 R ? 50 mm，
? ax ；（4）若凸轮尺寸不变，把尖端推杆改成滚子推杆，推杆运动规律是否 及m
? ；（3）推程 lOA ? 20 mm，偏距 e ? 10 mm，试求：（1）基圆半径 rb ；（2）推程运动角0 及回程运动角0及回程的最大压力角改变。
2-19已知一对心直动尖项从动件盘状凸轮机构的凸轮轮廓曲线为一偏心圆，其直径 D ? 50 mm，偏心
。
从动
距 e ? 5 mm。要求：（1）画出此机构的简图（自取比例尺）；（2）画出基圆并计算 r0 ；（3）在从动件与凸轮接触处画出压力角
3-19已知题图 9-13 所示的凸轮机构，在图上标出以下各项：（1）画出基圆半径 r0 ；（2）标出
max
件图示位置的位移是、凸轮转角和压力角；（3）当? 90? 时，标出从动件位移 s? 和压力角? 。
B E
A
| 1?
o F
C
题图 9-13
4-19D
题图 9-14
如题图 9-14 所示为一尖端偏置直动推杆盘形凸轮机构。凸轮廓线的 AB 段和 CD 段为两段圆弧，
圆心均为凸轮的回转中心 O。试求：（1）为使推程具有较小的压力角，试确定凸轮的转向；（2）试画出凸轮的基圆和偏距圆；（3）在图上标出推程运动角、远休止角、回程运动角和近休止角的大小，推杆的行程 h；（4）推杆从在 E 点与凸轮接触到在 F 点与凸轮接触所上升的位移?S 及在 F 点接触时凸轮机构的压力角
5-19。
试标出题图 9-15 在图示位置时凸轮机构的压力角，凸轮从图示位置转过90? 后推杆的位移；并标
出图（b）推杆从图示位置升高位移 s 时，凸轮的转角和凸轮机构的压力角。
S
r B
A
O'
O
（b）
（a）
题图 9-15
题图 9-16
6-19力角。
7-19对于直动推杆盘形凸轮机构，已知推程时凸轮的转角0 ? / 2 ，行程 h=50mm。求当凸轮转速
。以及所对应的凸轮转角。
0
0
在题图 9-16 示的凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在 B 点接触。当凸轮从图示位置逆时针转
过90? 时，试用图解法标出：（1）推杆在凸轮上的接触点；（2）摆杆位移角的大小；（3）凸轮机构的压
? 10 rad/s 时，等速、等加速、等减速、余弦加速度和正弦加速度五种常用的基本运动规律的最大速度 vmax 、最大加速度
8-19max
在直动推杆盘形凸轮机构中，已知行程 h＝20mm，推程运动角 ? 45? ，基圆半径 r ? 50 mm，
偏距 e ? 20 mm。试计算：
（）1 （）2 等速运动规律时的最大压力角近似假定最大压力角
max
max
出现在推杆速度达到最大值的位置，推程分别采用等加速等减速、简谐
max
运动及摆线运动规律时的最大压力角
-19。
直动从动件盘形凸轮机构中，已知：行程 A ? 40 mm，从动件运动规律如题图 9-19 所示，其中 AB
S 段和 CD 段均为正弦加速度运动规律。试写出从坐标原点量起的 AB 和 CD 段的位移方程。
0-29B
C
h 0
A
/6
D
5/ 6
7/ 6
11/ 6 2 题图 9-19
在直动从动件盘形凸轮机构中，已知升程 h ? 50 mm，其所对应的凸轮推程运动角为 ? 。试
0
2
计算：1）当凸轮转速为 n ? 30 rpm 时，等速、等加等减速、余弦加速和正弦加速度四种运动规律的 vmax ，2）当转速增加到 n=300rpm 时， vmax 和
1-29max
max
值。
值分别增加几倍？
如题图 9-21 示为滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘。试用图解法作出：1）凸轮的理
论廓线；2）凸轮的基圆；3）图示位置的压力角；4）从动件在图示位置的位移 s 及凸轮的转角；5） 从动件的升程 h 及凸轮的推程运动角0 。
| 1?
| ? 1
￡1? 1 ￡?
（b）
题图 9-21
（a）
-29如题图 9-22 示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘，试用图解法作出：（1）凸
和凸轮的推程运动角0 。
轮的基圆；（2）图示位置的压力角；（3）从动件在图示位置的角位移及凸轮的转角；4）从动件 的最大摆角
3-29max
题图 9-23 所示对心直动平底从动件盘形凸轮机构中，凸轮为一偏心圆盘，其半径 R ? 50 mm，圆
顺时针方向转动。试求：（1） 1
心 O 与其转动中心 A 之间的距离 OA ? 30 mm， ? 90? ，凸轮以等角速度
求从动件的位移方程；（2）当凸轮转速 n1 ? 240r/ min 时，求从动件的最大位移、最大速度和最大加速度。
| ? 2 B
| 1?
O1
O2
1
O R
A
| 1?
题图 9-22
4-29题图 9-23
试用作图法设计一个直动平底从动件盘形凸轮机构凸轮的轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径 r0 ? 30
mm，从动件平底与导路的中心线垂直，凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过 1200 时从动件以余弦加速度运动上升 20mm，再转过150? 时，从动件又以余弦加速度运动回到原位，凸轮转过其余90? 时，从动件静止不动。
5-29欲设计如题图 9-25 所示的直动推杆盘形凸轮机构，要求在凸轮转角为 0°～90°时，推杆以余弦加
速度运动规律上升 h ? 20 mm，且取 r ? 25 mm， e ? 10 mm， rT ? 5 mm。试求：（1）选定凸轮的转向 ω1， 并简要说明选定的原因；（2）用反转法给出当凸轮转角? 0? ~ 90? 时凸轮的工作廓线（画图的分度要求 ≤ 15? ）；（3）在图上标注出? 45? 时凸轮机构的压力角。
凸轮机构设计-作业题
