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1、湖北理工学院毕业设计目 录摘要11. 绪论31.1 凸轮机构概述31.2凸轮机构课题研究背景及意义31.3 凸轮机构国内外发展及研究状况52. 盘形凸轮轮廓曲线的设计82.1 反转法概念82.2 反转法的原理：82.3 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构轮廓曲线的设计82.4 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构轮廓曲线的设计102.6 对心直动平底从动件盘形凸轮机构轮廓曲线的设计112.7 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构112.8 摆动从动件盘形凸轮机构123. 盘形凸轮轮廓曲线的参数化设计133.1 盘形凸轮基圆半径的确定133.2 确定摆动从动件盘形凸轮基圆半径的方法133.3 凸轮轮廓曲线的数学
2、模型143.4 盘形凸轮轮廓曲线的计算163.5 轮廓面方程的建立163.6平面盘形凸轮系统的开发17总结与展望18致谢19参考文献20盘形凸轮轮廓曲线的设计【摘要】本文分析了反转法的基本原理、图解法的方法和步骤,阐述了几种盘形凸轮轮廓曲线的设计方法,并配以图形来解析,在现实生活中我们经常可以见得到凸轮机构,在各种机械,特别是自动机和自动装置,广泛采用各种形式的凸轮机构.凸轮机构常用与内燃机的装配机构,自动机场的进刀机构以及各种自动装置中.凸轮机构的有点在于要适当的设计出凸轮轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而其响应快速,机构简单紧凑。这些优点使得它不能被数控,电控设备完全代替。随
3、着现代机械的发展和计算机辅助设计和制造获得了普遍应用,凸轮机构的设计和加工的速度和质量越来越高,凸轮运动速度也越来越高,这就为凸轮机构更广泛的应用创造了条件。【关键词】 反转法 凸轮 轮廓曲线 Design of cam profile curve【Abstract】In real life we can often see cam, particularly automata and robotics, widely used in various forms of cam. Can is commonly Used for internal combustion engine valvet
4、rain, 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 , institutions simple and compact. These advantages make it cannot be NC, electrical control equipment a
5、nd 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 become higher and higher ,cam movement speed is geeting higher and higher ,which created the conditio
6、ns 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 =120 and near of Angle of repose =60, follower pushing motion law of Cheng Yi speed increase ,return
7、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 Curve1.绪论1.1 凸轮机构概述凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。 凸轮机构通常由两部份动件组成，即凸轮与从动
8、子(follower)，两者均固定于座架上。凸轮装置是相当多变化的，故几乎所有任意动作均可经由此一机构产生。 凸轮可以定义为一个具有曲面或曲槽之机件，利用其摆动或回转，可以使另一组件从动子提供预先设定的运动。从动子之路径大部限制在一个滑槽内，以获得往覆运动。在其回复的行程中，有时依靠其本身之重量，但有些机构为获得确切的动作，常以弹簧作为回复之力，有些则利用导槽,使其在特定的路径上运动。低副机构一般只能近似地实现给定运动规律，而且设计较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时，则以采用凸轮机构最为简便。凸轮机构由凸轮、从动件或
9、从动件系统和机架组成，凸轮通过直接接触将预定的运动传给从动件。凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点。只要适当地设计凸轮的轮廓曲线。就可以使推杆得到各种预期的运动规律。在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛的应用，是因为它兼有传动、导引及控制机构的各种功能。当凸轮机构用于传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，以及暂时停留或各种步进运动；凸轮机构也适宜于用作导引机构，使工作部件产生复杂的轨迹或平面运动；当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环。因此凸轮机构的设
10、计和制造方法对现代制造业具有重要的意义。凸轮机构主要作用是使从动杆按照工作要求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运动。1.凸轮机构的优点: 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。 2.凸轮机构的缺点 a. 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合； b. 凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工； 3. 从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。1.2凸轮机构课题研究背景及意义自上世纪三十年代以来，人们就开始
11、了对凸轮机构的研究，并且研究工作随着新技术、新方法的产生和应用在不断深化。60年代后，对凸轮的研究逐步成熟起来，出现了较完整的运动规律的设计，在梯萨尔的著作中就采用了多项式运动规律，对凸轮机构的研究不断向纵深方向发展。同时，欧美各国学者对高速凸轮的研究振动、动态响应等方面的论文。 日本在凸轮机构方面的研究也有巨大贡献。在机构设计方面，致力于寻求凸轮机构的精确解和 使凸轮曲线多样化，以适应新的要求。并加强了对凸轮机构动力学和振动方面的研究和标准化研究，发展成批生产的标准凸轮机构，在此基础上进一步拓展凸轮机构 CAD/CAM 系统。日本学者们充分利用凸轮机构的特点，将研究成果很好地应用到实际的产品
12、开发中日本也特别重视凸轮机构的研究, 有很多从事凸轮机构研究的专家, 早期有小才川介、中开英一等, 现在有牧野洋、西冈雅夫、筱原茂之等; 还有许多专门生产凸轮机构的公司, 如大家公司、三共制作所、协和凸轮公司等。日本经常举行讨论凸轮机构的学术会议。在有关的国际性刊物上也经常看到日本在凸轮机构研究方面的论文。日本近期在凸轮技术的发展上所做的工作主要有:在机构设计方面, 致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化,以适应新的要求。加强了凸轮机构动力学和振动方面的研究, 提高了机构的速度,发展了高速凸轮。他们已经生产出分度数每分钟8000次的分度凸轮机构。研制新的凸轮加工设备,以适应新开发的产品。
13、实现了凸轮机构的小型化和大型化, 已经设计生产出了世界上最小和最大的蜗杆凸轮机构,中心距前者为28mm,后者为80mm。加强凸轮机构的标准化,发展成批生产的标准凸轮机构。发展凸轮机构的CAD/CAM系统日本学者特别注重将各方面的研究成果应用到实际的产品开发中去,如他们充分地认识到凸轮机构作为控制机构具有高速下的稳定性、优良的再现性、良好的运动特性和可靠性、易于实现同步控制、刚度高等优越性, 因而十分重视将凸轮机构与电子技术相结合, 在控制机构上作广泛的研究, 从而拓宽了凸轮机构的用途。早期的工程技术人员大多采用作图法绘制凸轮轮廓，这种方法的效率低、精度差、很难精确地得到压力角和曲率半径等设计参
14、数。在CAD二维设计阶段，CAD的作用仅仅是使工程人员得以摆脱烦琐、精度低的手工绘图，可重复利用已有的设计方案。而如今的CAD三维设计与CAM集成化，使工程人员可以从三维建模开始，进行产品构思设计和制图，实现了设计数据直接传输到生产的过程，大大简化了手工工作环节。由于计算机技术和各种数值计算的发展，使得很多方面的研究得以深入。利用参数化技术三维CAD可以绘制精确的凸轮。参数化设计具有造型精确，造型速度快，避免了手工取点造型的复杂过程，完成三维实体模型可以不断的修改的特点。由于电子技术的发展，现在某些设备的控制元件可以采用电子元器件，但他们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同
15、时传递较大的功率。因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点。可以说，对凸轮机构的进一步研究，特别是对高速凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期、持续并有重大意义的工作。现代三维CAD已经辐射到对整个制造企业生产、管理进行全方位的辅助，对制造业的发展具有深远的影响。凸轮机构动力学深入研究，从动件运动规律选择、动力学模型建立、动力响应求解和动力综合方法等研究均有不少成果。微机进入我国已有多年，计算机技术在我国已经得到很大的发展。计算机具有强大的数值计算、逻辑判断和图形绘制功能，在有关软件的支撑下，可以完成凸轮机构设计的各个环节。
16、利用计算机进行凸轮机构设计，不仅可以大大提高设计速度、设计精度和设计自动化程度，而且可以采用动态仿真技术和三维造型技术，模拟凸轮机构的工作情况，甚至可由设计数据形成数控加工程序，直接传输给制造系统，实现计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)一体化，从而提高产品质量，缩短产品更新换代周期。 使用参数化设计，可以使凸轮机构的设计能够快速进行。只要由设计者输入或者选择相关的参数，就能够自动的得到有关数据，例如：位移、速度、加速度与转角之间的关系，凸轮廓线的设计，从动件的运动是否失真，以及在整个过程中压力角是否超过许用压力角，运动仿真等。平面与空间连杆机构振动力的完全平衡方法和振动力与振动力矩完全
