1、-目目 錄錄摘要摘要 .1 11.1. 緒論緒論 .3 31.1 凸輪機構概述.31.2 凸輪機構課題研究背景及意義.31.3 凸輪機構國內外發展及研究狀況.52.2. 盤形凸輪輪廓曲線的設計盤形凸輪輪廓曲線的設計 .8 82.1 反轉法概念.82.2 反轉法的原理：.82.3 對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計.82.4 對心直動滾子從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計.102.6 對心直動平底從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計.112.7 偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構.112.8 擺動從動件盤形凸輪機構.123.3. 盤形凸輪輪廓曲線的參數化設計盤形凸輪輪廓曲線的參數化設計.1313

2、3.1 盤形凸輪基圓半徑的確定.133.2 確定擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的方法.133.3 凸輪輪廓曲線的數學模型.143.4 盤形凸輪輪廓曲線的計算.163.5 輪廓面方程的建立.163.6 平面盤形凸輪系統的開發.17總結與展望總結與展望 .1818致謝致謝 .1919參考文獻參考文獻 .2020-盤形凸輪輪廓曲線的設計盤形凸輪輪廓曲線的設計【摘要摘要】本文分析了反轉法的基本原理、圖解法的方法和步驟,闡述了幾種盤形凸輪輪廓曲線的設計方法,并配以圖形來解析,在現實生活中我們經?？梢砸姷玫酵馆啓C構,在各種機械,特別是自動機和自動裝置,廣泛采用各種形式的凸輪機構.凸輪機構常用與內燃機的裝配機構

3、,自動機場的進刀機構以及各種自動裝置中.凸輪機構的有點在于要適當的設計出凸輪輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預期的運動規律,而其響應快速,機構簡單緊湊。這些優點使得它不能被數控,電控設備完全代替。隨著現代機械的發展和計算機輔助設計和制造獲得了普遍應用,凸輪機構的設計和加工的速度和質量越來越高,凸輪運動速度也越來越高,這就為凸輪機構更廣泛的應用創造了條件?！娟P鍵詞關鍵詞】 反轉法 凸輪 輪廓曲線 -design of cam profile curve【abstract】in real life we can often see cam, particularly automata and rob

4、otics, widely used in various forms of cam. can is commonly used for internal combustion engine valvetrain, automatic feed mechanism of machine tools ,as well as variety of robotic.advantage is as long as the appropriate design of cam. motion of the push rod can be expected, and its fast response ,

5、institutions simple and compact. these advantages make it cannot be nc, electrical control equipment and completely replaced .as modern machinery is increasingly informed the development and application of computeraided design and manufacturing was general ,cam design and machining speed and quality

6、 become higher and higher ,cam movement speed is geeting higher and higher ,which created the conditions for a wider application of cam.this design is intended to complete the base circle radius r=500mm maximum lift and follower h=30mm push way motion angle =120 far angle of repose =60, return angle

7、 =120 and near of angle of repose =60, follower pushing motion law of cheng yi speed increase ,return to, sine acceleration motion law of downward bias follower disc cam mechanism with roller follower of the designs. 【key words】 reversal process disc cam profile curve-1.1.緒論緒論1.1 凸輪機構概述凸輪機構概述凸輪機構一般是

8、由凸輪，從動件和機架三個構件組成的高副機構。凸輪通常作連續等速轉動，從動件根據使用要求設計使它獲得一定規律的運動凸輪機構能實現復雜的運動要求，廣泛用于各種自動化和半自動化機械裝置中。 凸輪機構通常由兩部份動件組成，即凸輪與從動子(follower)，兩者均固定于座架上。凸輪裝置是相當多變化的，故幾乎所有任意動作均可經由此一機構產生。 凸輪可以定義為一個具有曲面或曲槽之機件，利用其擺動或回轉，可以使另一組件從動子提供預先設定的運動。從動子之路徑大部限制在一個滑槽內，以獲得往覆運動。在其回復的行程中，有時依靠其本身之重量，但有些機構為獲得確切的動作，常以彈簧作為回復之力，有些則利用導槽,使其在特定

9、的路徑上運動。低副機構一般只能近似地實現給定運動規律，而且設計較為復雜。當從動件的位移、速度和加速度必須嚴格地按照預定規律變化，尤其當原動件作連續運動而從動件必須作間歇運動時，則以采用凸輪機構最為簡便。凸輪機構由凸輪、從動件或從動件系統和機架組成，凸輪通過直接接觸將預定的運動傳給從動件。凸輪機構具有結構簡單，可以準確實現要求的運動規律等優點。只要適當地設計凸輪的輪廓曲線。就可以使推桿得到各種預期的運動規律。在各種機械，特別是自動機械和自動控制裝置中，廣泛地應用著各種形式的凸輪機構。凸輪機構之所以能在各種自動機械中獲得廣泛的應用，是因為它兼有傳動、導引及控制機構的各種功能。當凸輪機構用于傳動機構

10、時，可以產生復雜的運動規律，包括變速范圍較大的非等速運動，以及暫時停留或各種步進運動；凸輪機構也適宜于用作導引機構，使工作部件產生復雜的軌跡或平面運動；當凸輪機構用作控制機構時，可以控制執行機構的自動工作循環。因此凸輪機構的設計和制造方法對現代制造業具有重要的意義。凸輪機構主要作用是使從動桿按照工作要求完成各種復雜的運動，包括直線運動、擺動、等速運動和不等速運動。1.凸輪機構的優點: 只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便，因此在自動機床、輕工機械、紡織機械、印刷機械、食品機械、包裝機械和機電一體化產品中得到廣泛應用。 2.凸輪機構的缺點 a. 凸

11、輪與從動件間為點或線接觸，易磨損，只宜用于傳力不大的場合； b. 凸輪輪廓精度要求較高，需用數控機床進行加工； 3. 從動件的行程不能過大，否則會使凸輪變得笨重。1.2 凸輪機構課題研究背景及意義凸輪機構課題研究背景及意義自上世紀三十年代以來，人們就開始了對凸輪機構的研究，并且研究工作隨著新技術、新方法的產生和應用在不斷深化。60 年代后，對凸輪的研究逐步成熟起來，出現了較完整的運動規律的設計，在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規律，對凸輪機構的研究不斷向縱深方向發展。同時，歐美各國學者對高速凸輪的研究振動、動態響應等方面的論文。 -日本在凸輪機構方面的研究也有巨大貢獻。在機構設計方面，致力于

12、尋求凸輪機構的精確解和 使凸輪曲線多樣化，以適應新的要求。并加強了對凸輪機構動力學和振動方面的研究和標準化研究，發展成批生產的標準凸輪機構，在此基礎上進一步拓展凸輪機構 cad/cam 系統。日本學者們充分利用凸輪機構的特點，將研究成果很好地應用到實際的產品開發中日本也特別重視凸輪機構的研究, 有很多從事凸輪機構研究的專家, 早期有小才川介、中開英一等, 現在有牧野洋、西岡雅夫、筱原茂之等; 還有許多專門生產凸輪機構的公司, 如大家公司、三共制作所、協和凸輪公司等。日本經常舉行討論凸輪機構的學術會議。在有關的國際性刊物上也經?？吹饺毡驹谕馆啓C構研究方面的論文。日本近期在凸輪技術的發展上所做的工

13、作主要有:在機構設計方面, 致力于尋求凸輪機構的精確解和使凸輪曲線多樣化,以適應新的要求。加強了凸輪機構動力學和振動方面的研究, 提高了機構的速度,發展了高速凸輪。他們已經生產出分度數每分鐘 8000 次的分度凸輪機構。研制新的凸輪加工設備,以適應新開發的產品。實現了凸輪機構的小型化和大型化, 已經設計生產出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構,中心距前者為 28mm,后者為 80mm。加強凸輪機構的標準化,發展成批生產的標準凸輪機構。發展凸輪機構的cad/cam 系統日本學者特別注重將各方面的研究成果應用到實際的產品開發中去,如他們充分地認識到凸輪機構作為控制機構具有高速下的穩定性、優良的再現性

14、、良好的運動特性和可靠性、易于實現同步控制、剛度高等優越性, 因而十分重視將凸輪機構與電子技術相結合, 在控制機構上作廣泛的研究, 從而拓寬了凸輪機構的用途。早期的工程技術人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設計參數。在 cad 二維設計階段，cad 的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖，可重復利用已有的設計方案。而如今的cad 三維設計與 cam 集成化，使工程人員可以從三維建模開始，進行產品構思設計和制圖，實現了設計數據直接傳輸到生產的過程，大大簡化了手工工作環節。由于計算機技術和各種數值計算的發展，使得很多方面的研究得

15、以深入。利用參數化技術三維 cad 可以繪制精確的凸輪。參數化設計具有造型精確，造型速度快，避免了手工取點造型的復雜過程，完成三維實體模型可以不斷的修改的特點。由于電子技術的發展，現在某些設備的控制元件可以采用電子元器件，但他們一般只能傳遞較小的功率，而凸輪機構卻能在實現控制功能的同時傳遞較大的功率。因此，凸輪機構在生產中具有無可替代的優越性，尤其在高速度、高精度傳動與分度機構及引導機構中，更有突出的優點?？梢哉f，對凸輪機構的進一步研究，特別是對高速凸輪機構及其動力學問題的進一步研究，是長期、持續并有重大意義的工作。現代三維 cad 已經輻射到對整個制造企業生產、管理進行全方位的輔助，對制造業

16、的發展具有深遠的影響。凸輪機構動力學深入研究，從動件運動規律選擇、動力學模型建立、動力響應求解和動力綜合方法等研究均有不少成果。微機進入我國已有多年，計算機技術在我國已經得到很大的發展。計算機具有強大的數值計算、邏輯判斷和圖形繪制功能，在有關軟件的支撐下，可以完成凸輪機構設計的各個環節。利用計算機進行凸輪機構設計，不僅可以大大提高設計速度、設計精度和設計自動化程度，而且可以采用動態仿真技術和三維造型技術，模擬凸輪機構的工作情況，甚至可由設計數據形成數控加工程序，直接傳輸給制造系統，實現計算機輔助設計(cad)和計算機輔助制造(cam)一體化，從而提高產品質量，縮短產品更新換代周期。 使用參數化

17、設計，可以使凸輪機構的設計能夠快速進行。只要由設計者輸入或者選擇相關的參數，就能夠自動的得到有關數據，例如：位移、速度、加速度與轉角之間的關系，凸輪廓線的設計，從動件的運動是否失真，以及在整個過程中壓力角是否超過許用壓力角，運動仿真等。平面與空間連桿機構振動力的完全平衡方法和振動力與振動力矩完全平衡方法在理論上已有較好的解決。-考慮構件彈性的彈性連桿機構動力分析與綜合的研究已越來越深入，考慮運動副間隙的連桿機構動力分析及運動穩定性研究取得進展，同時考慮構件彈性和運動副間隙甚至彈流狀態的動力分析已有初步研究成果。包含變質量構件機構的動力學也已引起關注并有初步研究。它對機械工程的進步起著重要的推動

18、作用.1.3 凸輪機構國內外發展及研究狀況凸輪機構國內外發展及研究狀況 我國對凸輪機構的應用和研究也有多年的歷史，對凸輪機構的設計、運動規律、輪廓線、動力學、優化設計等方面的研究都有相關的論文發表。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構的設計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面，國外也只是集中在少數的幾家公司和科研機構中，而且由于技術保密等因素，具有一定參考價值的相關資料很少公開發表，這樣就在無形中制約著我 國凸輪機構設計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機構必須依賴進口的被動局面。我國凸輪機構研究的總體情況我國對凸輪機構的應用和研究已有多年的歷史,目前仍在繼續擴展和深入。1983

19、年全國第三屆機構學學術討論會上關于凸輪機構的論文只有 8 篇,涉及設計、運動規律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了 1988 年第六屆會議,已有凸輪機構方面的論文 20 篇,增加了動力學、振動、優化設計等研究方向。而 1990 年第七屆會議,凸輪機構方面又增加了 cad/cam、誤差分析等研究方向。近幾年,對凸輪分度機構方面的研究也不斷深入,并發表了一系列論文對凸輪機構的共扼曲面原理山、專家系統等方面也有了相當的研究?，F在凸輪機構已經在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領域得到廣泛的應用。但是,與先進國家相比,我國對凸輪機構的研究和應用還存在較在的差距,尤其是

20、在對振動的研究、凸輪機構的加工及產品開發等方面。 隨著 cad/cam 技術在機械領域應用的日趨成熟和廣泛，在國內也出現了一些研究凸輪機構 cad/cam 系統的文獻也有新的突破，許多學者發表了關于凸輪機構的優化設計、凸輪，采用面向對象的參數化程序設計方法，設計出了主要包括工作機構運動循環圖和運動規律設計、從動件系統設計、凸輪機構的運動學分析、條件校核、結構設計以及結果 輸出等內容的平面凸輪的 cad 軟件，實現了凸輪的計算機輔助設計。文獻 則是在凸輪機構 cad 系統的基礎上研究針對某種凸輪機構的 cad/cam 系統，實現了凸輪設計、凸輪數控加工一體化，進一步提高了凸輪 cad/cam 技

21、術的實用性。但這些凸輪的 cad/cam系統核心技術僅被某些企業所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現。cad 技術是先進制造技術的重要組成部分，利用 cad 技術可以起到提高企業的設計效率、優化設計方案、減輕技術人員的勞動強度、縮短設計周期、加強設計的標準化等作用。本文在研究基于特征的三維 cad 理論的基礎上，開發出一個擴充性、開放性、復用性和維護性良好的 cad 軟件系統。并在 cad 技術理論和 cad 軟件體系結構上，做出了許多具有重要意義的工作。本課題利用了基于 windows 平臺開發的 visual basic 語言來進行凸輪的參數化設計。程序的目的就是在 visual bas

22、ic 中輸入凸輪的有關參數，由 solidworks 2005 來自動生成凸輪實體。程序提供了良好的輸入界面，操作簡單、方便。與以往的手工凸輪設計相比較，參數化的設計方法具有效率高，凸輪輪廓精度高，設計時間短等特點。平面盤形凸輪在結構上比較簡單，但實際上凸輪機構設計是一個多層次、多因素的復雜過程，對設計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運動要求。 實現從動件運動規律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設計是凸輪機構設計中的重要環節。凸輪機構設計的主要任務便是凸輪輪廓曲線的設計。傳統的凸輪輪廓設計方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪

23、-廓誤差大。 所謂用解析法設計凸輪廓線，就是根據工作所要求的從動件的運動規律和已知的機構參數，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設計輪廓的方法有包絡法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。包絡法利用輪和從動件的幾何關系導出接觸點的軌跡方程；速度瞬心法利用凸輪和從動件瞬時速度中心確定凸輪和從動件在某一瞬時接觸點的位置。然而要在現有的三維軟件上創建出凸輪實際廓線，還面臨著如下的問題： 1).利用解析法得到的凸輪廓線方程式中包含有從動件的位移，該位移是個隨時間變化的變量。因此要得到凸輪的廓線

24、參數方程，需要聯立從動件的運動參數方程和所得的凸輪廓線參數方程來求解出，其過程繁瑣復雜。 2).參數校核的計算量大。 3).現有的建模方法過程繁瑣，設計人員不易掌握，耗時費力。凸輪機構是典型的常用機構之一。凸輪機構是能使從動件按照給定的運動規律運動的高副機構，可以實現任意給定的位移、速度、加速度等運動規律，而且與其它機構配合可以實現復雜的運動要求。工程中，幾乎所有簡單的、復雜的重復性機械動作都可由凸輪機構或者包括凸輪機構的組合機構來實現。又由于凸輪機構具有平穩性好，重復精度高，運動特性良好，機構的構件少，體積小，剛性大，周期控制簡單，可靠性好，壽命長等優點，因而是現代工業生產設備中不可缺少的機

25、構之一，被廣泛用于各種自動機中。例如，自動包裝機、自動型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農用機械、印刷機械加工中心環刀機構、高速壓力機械等。 我國以前對凸輪機構深入系統地研究較少，僅在內燃機配氣凸輪機構有較深入研究。1990 年以來，有關凸輪機構的應用研究取得了一大批成果，許多己應用于生產。陜西科技大學完成的（高速高精度間歇轉位凸輪分度機構 cad/cam） ，1995 年獲陜西省科技進步二等獎：開發的“凸輪分度機構傳動裝置獲中國輕工總會優秀新產品一等獎；加工弧面凸輪的“xk5001 雙回轉坐標數控銑床”獲實用新型專利。天津大學關于分度凸輪機構的研究，得到了國家自然科學基金的支持；研究開發

26、的兩片式平行分度凸輪機構達到了國內領先水平。此外，上海交通大學、大連輕工業學院、合肥工業大學和山東大學（山東工業大學）等在理論應用研究方面都取得了很多具有國際或國內先進水平的科研成果。 盡管我國對凸輪機構的應用和研究也有多年的歷史，對凸輪機構的設計、運動規律、輪廓線、動力學、優化設計等方面的研究都取得了很多科研成果。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構的設計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面。在國外核心技術也只是集中在少數的幾家公司和科研機構中，而且由于技術保密等因素，具有一定參考價值的相關資料很少公開發表。這樣就在無形中制約著我國凸輪機構設計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機

27、構必須依賴進口的被動局面。自上世紀三十年代以來，人們就開始了對凸輪機構的研究，并且研究工作隨著新技術、新方法的產生和應用在不斷深化。60 年代后，對凸輪的研究逐步成熟起來，出現了較完整的運動規律的設計，在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規律，對凸輪機構的研究不斷向縱深方向發展。同時，歐美各國學者對高速凸輪的研究振動、動態響應等方面的論文。 日本在凸輪機構方面的研究也有巨大貢獻。在機構設計方面，致力于尋求凸輪機構的精確解和 使凸輪曲線多樣化，以適應新的要求。并加強了對凸輪機構動力學和振動方面的研究和標準化研究，發展成批生產的標準凸輪機構，在此基礎上進一步拓展凸輪機構 cad/cam 系統。日本學

28、者們充分利用凸輪機構的特點，將研究成果很好地應用到實際-的產品開發中日本也特別重視凸輪機構的研究, 有很多從事凸輪機構研究的專家, 早期有小才川介、中開英一等,現在有牧野洋、西岡雅夫、筱原茂之等; 還有許多專門生產凸輪機構的公司, 如大家公司、三共制作所、協和凸輪公司等。日本經常舉行討論凸輪機構的學術會議。在有關的國際性刊物上也經?？吹饺毡驹谕馆啓C構研究方面的論文。日本近期在凸輪技術的發展上所做的工作主要有:在機構設計方面, 致力于尋求凸輪機構的精確解和使凸輪曲線多樣化,以適應新的要求。加強了凸輪機構動力學和振動方面的研究, 提高了機構的速度,發展了高速凸輪。他們已經生產出分度數每分鐘 800

29、0 次的分度凸輪機構。研制新的凸輪加工設備, 以適應新開發的產品。實現了凸輪機構的小型化和大型化, 已經設計生產出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構,中心距前者為 28mm, 后者為80mm。加強凸輪機構的標準化,發展成批生產的標準凸輪機構。發展凸輪機構的 cad/cam系統日本學者特別注重將各方面的研究成果應用到實際的產品開發中去, 如他們充分地認識到凸輪機構作為控制機構具有高速下的穩定性、優良的再現性、良好的運動特性和可靠性、易于實現同步控制、剛度高等優越性, 因而十分重視將凸輪機構與電子技術相結合,在控制機構上作廣泛的研究,從而拓寬了凸輪機構的用途。-2. 盤形凸輪輪廓曲線的設計盤形凸輪輪

30、廓曲線的設計2.12.1 反轉法概念反轉法概念以直動凸輪為例，在設計的時候，通常假定凸輪固定、推桿繞凸輪旋轉，并考察他們的相對運動。而推桿相對于凸輪旋轉的方向（假定的方向） ，與凸輪相對于機架的實際旋轉方向是相反的。故名“反轉法” 。2.22.2 反轉法的原理：反轉法的原理：假想給整個凸輪機構加一公共角速度-，不影響各構件之間的相對運動。此時，則凸輪相對靜止不動，推桿一方面隨導軌以- 繞凸輪軸心轉動，另一方面又沿導軌作預期的往復移動，推桿尖頂在這種復合運動中的運動軌跡即為凸輪輪廓曲線。圖解法是根據反轉法原理作出從動件推桿尖頂在反轉運動中依次占據的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲線族，并作從

31、動件高副元素所形成的曲線族的包絡線，即是所求的凸輪輪廓曲線。當給整個機構加一個共同的運動時,各構件的絕對運動發生了變化,但各構件的相對運動卻并不改變,各構件的相對尺寸亦不改變。因而,對轉化后的機構進行設計的結果與對原機構進行設計的結果是相同的。實現這種轉化的方法就是機構倒置或反轉法。反轉法的本質就是改變參考系,是許多機構的構型設計及機構運動學和動力學分析的一種基本方法。其中,在凸輪機構中的應用最典型。凸輪機構的設計原理對于凸輪機構,如果根據工作要求和結構條件選定了凸輪機構的形式、基本尺寸,推桿的運動規律和凸輪的轉向,凸輪機構的設計就是凸輪輪廓曲線的設計了。凸輪輪廓曲線無論是采用解析法還是采用作

32、圖法設計都采用“反轉法”原理。給整個凸輪機構加一個與凸輪角速度等值反向的公共角速度-,使其繞軸心 o 轉動,根據相對運動原理,這時凸輪與推桿的相對運動不變,但凸輪靜止不動,而推桿一方面隨其導軌以- 的角速度繞軸心 o 轉動,同時又在導軌內作預期的運動,推桿尖頂在這種復合運動中的軌跡就是所要求凸輪的廓線。反轉法原理的 5 種應用：1.對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線2.偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線3.對心直動滾子從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線4.偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線5.對心直動平底從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線2.32.3 對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構輪廓曲

33、線的設計對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計要求：已知凸輪的基圓半徑為 r0，凸輪沿逆時針方向等速回轉。而推桿的運動規律如圖 2.1 所示。試設計該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線。第一步：如圖 2.1 所示，以 r0 為半徑畫基圓，確定從動件導路位置，導路與基圓交點 b 為從動件初始位置。第二步：將位移線圖的推程與回程運動角作若干等 分。第三步：從基圓 ob 開始，沿 方向將基圓按與位移線圖對應的分點進行劃分，得分點 b1，b2，-第四步：自 o 點開始，過 b1，b2點作射線 ob1，ob2便成為導路反轉后的位置。第五步：沿各射線，從基圓開始向外量取從動件位移量，即 b1c

34、1=11，b2c2=22，得尖頂的反轉位置 c1，c2第六步：將 c1，c2連接成光滑的曲線，便得到 所求的凸輪輪廓曲線。試用反轉法繪制一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構的凸輪輪廓曲線，已知凸輪的基圓半徑為 r0=15mm,凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉，推桿的運動規律如圖 2.1 所示。具體步驟：（1）繪制并等分位移線圖fr,（2）取與位移曲線相同的比例尺畫基圓和從動件尖頂離軸心 o 最近時從動件的初始位置。 （3）等分基圓得推桿在反轉運動中導軌占據的各個位置（4）求推桿在復合運動中占據的位置（5）連線（6）校核凸輪機構的壓力角：，最大壓力角可用諾謨圖來確定，若不滿足， max增大基圓半徑重新設

35、計。曲線圖 位移線圖圖 2.1 對心直動頂尖曲線、位移圖圖 2.1 所示，a 所示為一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構。已知凸輪的基圓半徑r0=15，凸輪以等角速度 沿逆時針方向回轉，推桿的運動規律如下表所示。表 2.1 推桿運動規律圖序號凸輪運動角推桿運動規律10 至 120 度等速上升 h=16mm2120 至 180 度推桿在最高位置靜止 3180 至 270 度正弦加速下降 h=16mm4270 至 360 度推桿在最低位置靜止-2.42.4 對心直動滾子從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計對心直動滾子從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計已知條件：凸輪的基圓半徑為 r0，滾子半徑 r，凸輪 沿逆時

36、針方向等速回轉。試設計該對心直動滾子從動件盤形凸輪機構的輪廓曲線。第一步：將滾子中心假想為尖頂從動件的尖頂。第二步：按尖端推桿的設計方法作出輪廓曲線 0，這條曲線是反轉過程中滾子中心的運動軌跡，稱為理論輪廓曲線。第三步：以理論輪廓線上各點為圓心，以滾子半徑 r 為半徑，作一系列圓。第四步：作此圓族的內包絡線 ，即為該凸輪的實際輪廓曲線。仍采用上述的已知條件，只是在從動件的頂部加上一個半徑為 rt的滾子。由于滾子中心是從動件上的一個固定點，該點的運動就是從動件的運動，因此可把滾子中心作為尖頂從動件的尖底，按設計尖底從動件凸輪輪廓的方法繪出凸輪輪廓曲線，稱為凸輪的理論輪廓曲線。與滾子直接接觸的凸輪

37、輪廓才是實際輪廓，而理論輪廓與實際輪廓的法向距離恒為滾子半徑。因此對心滾子直動從動件盤形凸輪機構的設計步驟為：（1）先按上述繪出滾子中心 a 在推桿復合運動中依次占據的位置 1、2（2）然后以 1、2為圓心，以滾子半徑 rr 為半徑，作一系列圓，再作此圓簇的包絡線，即為凸輪的輪廓曲線。（3）校核凸輪機構的壓力角：，最大壓力角可用諾謨圖來確定，若不滿足， max增大基圓半徑重新設計.理論輪廓與實際輪廓是等距曲線,所以理論輪廓的壓力角就是實際輪廓的壓力角.（4）校核輪廓的最小曲率半徑滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡線而形成，滾子半徑選擇不當，則無法滿足運動

38、規律。1）內凹的凸輪輪廓曲線a實際輪廓b理論輪廓理論輪廓曲率半徑實際輪廓曲率半徑tr無論滾子半徑大小如何，則總能作出實際輪廓曲線2）外凸由于，tar所以當時，實際輪廓可作出。tar0a若，實際輪廓出現尖點，易磨損，可能使用。若，則tr0atr實際輪廓出現交叉，加工時，交叉部分被切除，出現運動失真，這一現象需0a避免。綜上所述，理論輪廓的最小曲率半徑，即，為避免產生過度trmin0mintr切割，可從兩方面入手：(a)rt下降， （b）r0上升，。min-因此可規定一許用曲率半徑即sminmin,stsrmms53一旦給出，求出，即可求出滾子半徑 rt最大值。smin即minstr距線）論廓線的

39、基圓半徑（等凸輪的基圓半徑：指理凸輪的實際廓線接接觸的凸輪廓線稱為工作廓線：把與滾子直實際廓線為凸輪的理論廓線在復合運動中的軌跡稱理論廓線：把滾子中心/2.62.6 對心直動平底從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計對心直動平底從動件盤形凸輪機構輪廓曲線的設計已知條件：凸輪的基圓半徑為 r0，凸輪沿逆時針方向等速回轉。試設計該對心直動平底從動件盤形凸輪機構的凸輪輪廓曲線。 第一步：將推桿的導路中心線與推桿平底的 交點視為尖端推桿的尖點。第二步：按尖端推桿凸輪的設計方法，求出尖頂 反轉后的一系列位置 c1，c2。 第三步：過 c1，c2作一系列代表推桿平底的直線。1)將推桿導路的中心線與推桿平底的交點

40、 a 視為尖頂推桿的尖點，按前述的作圖步驟確定出點 a 在推桿作復合運動時依次占據的位置 1、2。 2)然后再通過點 1、2作一系列代表推桿平底的直線，3)而此直線簇的包絡線即為凸輪的工作廓線。4)確定平底的長度: 平底左右兩側的寬度 w 應分別大于左右兩側的運動點距離 lmax w=lmax+5mm2.72.7 偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構的從動導路軸線不通過凸輪軸心，而是有一個偏心距。已知：從動件運動規律，等角速度，偏距 e，基園半徑 r0.要求：繪出凸輪輪廓曲線設計步驟： 以 r0為半徑作基園，e 為半徑作偏距園。 過 k 點

41、作從動件導路交 b0點。 作位移線圖，分成若干等份。 等分偏距園，過 k1，k2，k5作切線，交于基圓，c1，c2，c5 應用反轉法，量取從動件在各切線對預置上的位移，由圖中量取從動件位s移，得 b1，b2，即 c1b1=11c2b2=z2- 將 b0，b1連成光滑曲線，即為凸輪輪廓曲線2.82.8 擺動從動件盤形凸輪機構擺動從動件盤形凸輪機構已知：基圓半徑 r0，中心距 a，擺桿長 l，從動件運動規律如圖 2.2 所示求：凸輪輪廓曲線設計步驟：圖 2.2 偏置直動滾子曲圖 以 r0為半徑作基圓，以中心距為 a，作作擺桿長為 l 與基圓交點于 b0點 作從動件位移線圖，并分成若干干等分 以中心

42、矩 a 為半徑，o 為原心作圖 用反轉法作位移線圖對應等得點 a0，a1，a2， 以 l 為半徑，a1，a2，為原心作一系列圓弧11dc交于基圓 c1，c2，點22dc 以 l 為半徑作對應等分角。 以 a1c1，a2c2 向外量取對應的 a1b1，a2b2321, 將點 b0，b1，b2連成光滑曲線。發現從動桿與輪廓干涉，通常作成曲桿，避免干涉，或擺桿與凸輪輪廓不在一個平面內僅靠頭部伸出桿與輪廓接觸。對于滾子和平底同樣是畫出理論輪廓曲線為參數至運動軌跡，作出一系列位置的包絡線即為實際輪廓曲線。o(b)7903180123046598060543216max87-3. 盤形凸輪輪廓曲線的參數化

43、設計盤形凸輪輪廓曲線的參數化設計3.13.1 盤形凸輪基圓半徑的確定盤形凸輪基圓半徑的確定壓力角不僅與機構的傳力性能有關，而且與基圓大小有關。車床基圓半徑也是凸輪設計中的一個重要參數，它對車床凸輪機構的結構尺寸、體積質量、受力狀況、工作性能都有重要的影響。車床基圓半徑的大小也直接影響壓力角的大小。假設凸輪轉過相同的角度 a，從動件上升相同的位移 s，在大小不等的兩個基圓上，顯然基圓較小的其輪廓曲線較陡（曲率大） ，壓力角較大；基圓較大的其輪廓曲線較緩，壓力角較小。壓力角與基圓半徑的關系還可通過理論推導得出。尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構處在推程的某一位置。顯然，p，z 為此位置時凸輪和從動件的

44、速度瞬心，當運動規律給定后，叫、v 和 s 均為已知，由公式知，基圓半徑“選取得愈小，則壓力角愈大，機構傳力性能愈差，甚至會發生自鎖?；鶊A半徑受三方面因素的制約：凸輪的結構型式的要求；要滿足 a.ltl;實際廓線的最小曲率半徑 p：rr (35)mm。 一般在設計中，為兼顧受力狀況和結構緊湊兩方面的要求，通常可在壓力角不超過許用壓力角的條件下，盡可能采用較小的基圓半徑。工程實際中常采用試算法，即先根據凸輪的具體結構條件試選基圓半徑“，繪制凸輪廓線后，檢驗壓力角，直至滿足 aa。試選時，對于制做成一體的凸輪軸，可取車床凸輪基圓半徑 n 略大于凸輪軸的半徑；對于單獨制造的凸輪，按經驗公式，可取h1

45、8r+rt+(7-10)mm，其中 r 為安裝軸的半徑，竹為滾子半徑。 在平底移動從動件凸輪機構中，凸輪對從動件的法向作用力始終垂直于平底，壓力角恒等于零（從動件為傾斜平底時，壓力角為定值，恒等于平底的傾斜角） 。因此，基圓半徑“與壓力角無關。但當基圓半徑過小時，也會發生“運動失真”現象。 根據選定的基圓半徑設計出凸輪的廓線后，如有必耍，可校驗其實際的壓力角。車床若發現壓力角的最大值超過了許用壓力角n，則應適當增大基圓半徑或者修改從動件運動規律，重新進行設計。3.23.2 確定擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的方法確定擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的方法確定直動從動件盤形凸輪基圓半徑的簡易方法推廣至擺動

46、從動件凸輪。根據機械原理,擺動從動件盤形凸輪的壓力角滿足:式中: 為擺動從動件擺角,。為初始最小擺角, 為凸輪轉角, 為壓輪中心與擺桿擺動中心的距離,l 為擺桿器, 為壓力角,為許用壓力角。由于在設計凸輪之前基圓半徑還未知,且工程中廣泛采用改進型運動規律,一個行程中包含幾種曲線,很難由上式求最大壓力角。我們將式(1)整理成:設函數顯然，當時確定直動從動件盤形凸輪基圓半徑的簡易方法推廣至擺動從動件凸輪。根據機械原理,擺動從動件盤形凸輪的壓力角滿足: （1） atgaalddtg00sincos1-式中: 為擺動從動件擺角,。為初始最小擺角, 為凸輪轉角, 為壓輪中心與擺桿擺動中心的距離,l 為擺

47、桿器, 為壓力角,為許用壓力角。由于在設計凸輪之前基圓半徑還未知,且工程中廣泛采用改進型運動規律,一個行程中包含幾種曲線,很難由上式求最大壓力角。我們將式(1)整理成:cos1cos0lddaacos1arccos0ldd設函數 aalddecos1arccos0顯然，當 時，e()emax。仿照 e 建立另一函數： cos1arccos1aldde因為 max1maxmax1eeeee故 ， max11eemaxmax1max1eee因此，只要求 e1（)的最大值 e1max：， max10e max10e和基圓半徑 022cos2alalrb3.33.3 凸輪輪廓曲線的數學模型凸輪輪廓曲線

48、的數學模型設計凸輪時，首先應根據工作要求確定從動件的運動規律，再按這一運動規律設計凸輪輪廓線。對如圖 3.1 所示的偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構，設凸輪以角速度 w1順時針旋轉，推桿上下移動，凸輪基圓半徑 rb，滾子半徑 r0，偏距 e，以凸輪回轉中心為原點建立坐標系。-圖 3.1 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構 由反轉法原理可畫出圖 3.1 移動從動件盤形凸輪機構初始位置和反轉 角后機構的某一位置。以凸輪回轉中心為極點，滾子中心點 b 的極坐標，即凸輪理論輪廓的極坐標，可表示為： （2-2）220ess （2-3）0 凸輪的實際輪廓線與理論廓線的對應點，具有公共的曲率中心和公共的法線。圖中

49、 b點的理論廓線的法線 nn 與滾子的交點廠 i 就是輪廓上的對應點，因而廠 i 點的極坐標即為凸輪實際廓線上一點的極坐標，可表示為： （2-4）cos222rrr （2-5）r式中 ，ddddar tansinsinarctanrr和均取銳角，和按方向度量。由圖可知，r1壓力角. 為了保證凸輪理論輪廓各點的曲率半徑都大于滾子半徑，從而保證實際輪廓線不出尖點、拐點或交叉現象，要計算凸輪理論輪廓各點的曲率半徑尺： （2-5）222221222ddddddr-3.43.4 盤形凸輪輪廓曲線的計算盤形凸輪輪廓曲線的計算偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構，偏距 e、基圓半徑 r0 和從動件運動規律 s=s

50、(f)均已給定。以凸輪回轉中心為原點、從動件推程運動方向為 x 軸正向建立右手直角坐標系。為獲得統一的計算公式，引入凸輪轉向系數 h 和從動件偏置方向系數 d，并規定：當凸輪轉向為順時針時 h=1，逆時針時 h=-1；經過滾子中心的從動件導路線偏于 y 軸正側時d=1，偏于 y 軸負側時 d=-1，與 y 軸重合時 d=0。當凸輪自初始位置轉過角 f 時，滾子中心將自點 b0外移 s 到達 b(s+s0,de)。根據反轉法原理，將點 b沿凸輪回轉相反方向繞原點轉過角 f，即得凸輪理論輪廓曲線上的對應點 b，其坐標為: cossinsincos00essyessx上式即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐

51、標參數方程。其中:2200ers3.53.5 輪廓面方程的建立輪廓面方程的建立如圖 3.2（a）所示機構形式，其坐標系建立見圖 3.2（b）所示。定義動坐標系sf（ofxfyfzf）與分度盤固結，動坐標系 sc（ocxcyczc）與凸輪固結；定義參考坐標系，即定坐標系 s1（o1x1y1z1），其 z 軸與分度盤 z 軸重合，稱為分度盤參考坐標系，定坐標系 s2（o2x2y2z2）的 z 軸與凸輪 z 軸重合，稱為凸輪參考坐標系。凸輪以 2勻速轉動，按右手定則，其旋向為正。分度盤以變角速度 1轉動，同樣按右手定則，左旋凸輪 1為正，右旋凸輪 1為負。 起始位置32. 1xxx起始位置321xx

52、x（a） （b） 圖 3.2 輪廓面方程圖-3.63.6 平面盤形凸輪系統的開發平面盤形凸輪系統的開發凸輪機構運動學的理論研究已經達到了較高的水平,為凸輪機構設計奠定了堅實的理論基礎。當今, 凸輪機構設計已廣泛采用解析法并借助于計算機來完成, 數控機床用于凸輪加工也有很長的歷史。通用的凸輪機構 cad/cam 系統也有報道，美、日等國的一些凸輪制造企業也開發了供本企業使用的凸輪機構 cad/cam 系統,有的還形成了商品化軟件,如日 suncall 公司開發的 hy-mocam 系統等。我國發表的凸輪機構 cad/cam 方面的文獻較多,多為平板凸輪機構或空間分度凸輪機構的 cad/cam 系

53、統,只能設計幾種平面或空間凸輪機構,所能處理的從動件系統也只有簡單的幾種。文獻介紹了一個較完整的凸輪機構 cad 系統,能設計各種平面凸輪及空間凸輪機構,還介紹了一個凸輪機 cad/expert 系統。但迄今為止我國凸輪機 cad/cam 技術仍未得到有效的推廣應用,更未見到有商品化的軟件出現。另外,由于軟件開發更新的速度慢,遠遠跟不上當今計算機軟、硬件的發展速度,使得現有凸輪機構 cad/cam 軟件已大為落后,不能適應廣大設計人員的要求。凸輪機構 cad/cam 近期及以后的發展方向是開發通用有效的系統并引入專家系統或人工智能型 cad/cam 系統。計算機輔助設計與制造(cad/cam)

54、技術,是隨著計算機及其外圍設備發展而迅速形成的一種新興的現代設計制造方法。這一技術在機械領域的應用日趨成熟和廣泛,從而使產品開發周期縮短,加工精度大大提高。凸輪機構的關鍵技術是凸輪輪廓的設計和制造。傳統的設計方法和加工技術已不能滿足現代高速精密凸輪的設計和制造要求。cad/cam 技術在凸輪機構設計中的應用,將大大改善凸輪設計和制造的精度問題,但目前凸輪類零件的cad/cam 技術仍未得到有效的推廣和使用。盡管國內外在凸輪 cad/cam 方面已做了較多的研究,但現有的凸輪 cad/cam 系統還存在一定的缺陷,因此凸輪 cad/cam 系統的研究、開發和完善,將是凸輪機構今后發展的主要方向之

55、一。本系統基于 labview8.2 的開發平臺,遵循凸輪從動件運動規律以及廓線的解析算法,采用軟件提供的數學工具包以及模塊化的設計思想,開發出了平面盤形凸輪 cad/cam 系統。系統可根據設計要求輸入凸輪的基本參數值,求出任意轉角時凸輪所對應的位置,為以后數控加工提供有效的數據;考慮凸輪機構的動力學因素,對凸輪壓力角和曲率半徑進行校核；十分方便地繪制不同類型的凸輪輪廓,給出位移、速度、加速度和壓力角曲線；可進行二維的精確運動仿真,直觀快速地觀察凸輪設計輸入數據的正確性；便捷地設計出精確的凸輪輪廓曲線,大大提高了凸輪的設計精度；同時系統具備 dxf 文件、nc 代碼文件以及 dat 數據類型

56、接口,實現了在 autocad 2005 和ug nx4 中的實體造型以及仿真加工過程,實現了設計與制造過程的數據共享和無縫銜接,也從加工角度驗證了設計結果的精確性和可行性。除此之外,采用了 html help workshop編制了系統的幫助文件,操作簡單、用戶界面友好；最后,利用 labview 自帶的遠程面板功能使軟件系統可進行遠程訪問,為高校數字化遠程教育提供了便利。本系統集平面盤形凸輪的設計、仿真、制造和網絡發布功能于一體,較好地實現了數據共享,提高了設計和制造的工作效率,有效地降低了成本,具有較強的實用性。-總結與展望總結與展望2013 年 4 月，我開始了我的畢業論文工作，經過幾

57、月的畢業論文終于結束了，我的大學生活也將隨之結束。在這短短的幾個多月里，我付出了許多，也收獲了許多，回想起來還真有不少的體會。經過幾個月的研究，我對自己也有了新的定位。那就是不能再把自己當做“小學生”了，干什么事情都要別人告訴我們該怎么做，我們是接受過高等教育的新時代的大學生，要完成時代賦予我們的使命，抓住機遇迎接挑戰，就要鍛煉自己發現問題和解決問題的能力，要養成主動學習的習慣，我認為這對我們以后的學習和工作是很重要的。畢業論文是對我大學三年所學基礎知識的專業知識的一次全面檢驗，通過撰寫論文,我覺得對自己的語言組織能力，表達能力，溝通交際能力，運用所學知識的能力，分析問題并解決問題的能力都有所

58、提高，也使我變的更加自信、成熟。“團結、合作、謙虛”這三個詞我的體會也比較深。做任何事包括做實驗都不是孤立的，不是你“閉門造車”，而是一個需要和他人交往的過程。這就要求我們要團結，要有合作精神，要注意和他人的溝通，要謙虛，不懂就問所謂“知之為知之，不知為不知”。還要要感謝我的兩位導師蘭子奇老師和潘紋老師，他們在整個實驗操作和論文的完成及答辯中給了我極大的幫助和支持，他們一絲不茍的治學態度，清晰的思路和認真、負責、勤快的工作作風深深的影響并感染了我，使我銘記于心并將永遠的學習。在此，謹向兩位恩師致以我最衷心的感謝。剛拿到題目時，我對課題充滿了新鮮感，在導師的指導下我查閱了大量關于課題的文獻，使我

59、對課題的研究內容和國內外的研究進展有了更多的了解，也使我對自己的課題產生了濃厚的興趣。在整理論文階段，蘭老師不辭辛苦的反復為我修改論文，并為我的答辯提出了許多建設性的意見?？傊谡麄€實驗操作和論文完成的過程中，我體會到的是實驗的艱辛和收獲的充實，感受到的是一種堅持不懈、契而不舍的科研精神。對我以后的深造學習有重要的意義。最后，我再次向兩位恩師和我的家人表示深深的感謝，我將繼續努力，在以后的學習和工作中，爭取取得更好的成績。-致致 謝謝三年的讀書生活在這個季節即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的