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1、刖言3一、设计任务的基本要求4二、凸轮机构的应用4三、凸轮机构的组成4四、凸轮机构的特点4五、共轭凸轮机构的选择5六、从动件的常用运动规律7七、凸轮机构的分类9八、共轭凸轮运动规律的选择10九、共轭凸论的设计12十、共轭凸轮的工艺方案及相应的工装设计13十一、共轭凸轮制造与检验15十二、课题小结16小结17参考文献18前言课题：共轭凸轮的设计制造（CAD/CAM）及工艺目的：根据我们所学的知识设计并制造出织机的凸轮使织机在织造中顺利进 行和提高织机的生产率及织物质量课题简介凸轮是常见的机械零件之一，传统的基于人工设计和计算机的凸轮设计方 法，依靠模具、夹具等实现制造的工艺远不能达到高精度机械的
2、运行要求， 在现代设计理论基础上，利用计算机辅助设计（CAD）和制造（CAM）技术 可以使凸轮的设计和制造到很高的精度，提高凸轮机构的运动平稳性。本题目是一种纺机用共轭凸轮为设计制造对象，利用目前先进的设计制造 软件Pro/E根据凸轮设计的原则，将高次方函数的凸轮曲线，用公式方法由 软件绘出主动凸轮的轮廓曲线，然后通过数学建模，推导出与其共轭的轮廓 曲线，从而建立起凸轮的三维模型，本设计结果还为凸轮的运动分析、仿真 奠定了良好的基础。完成三维造型以后，利用目前通用的MasterCAM软件实现编程，生成数 控机床能执行的G代码，通过计算机与数控机床的通讯接口，将加工程序传 入机床（或计算机直接控
3、制加工）。从而加工出所需的凸轮廓形整个设计制造 过程基本实现无图纸化操作（因图纸不能确切表达凸轮的廓形）。一、设计任务的基本要求1. 了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和应用场合，能根据工作要求和使 用场合选择凸轮机构的类型。2. 熟悉该共轭凸轮所应于设备上所起的功能和性能，以及使用工作条件（例载荷 性质等）3. 熟练掌握凸轮轮廓曲线的设计原理与方法。绘制该共轭凸轮的升程曲线图，并 分析其特点。4. 了解凸轮机构承载能力计算和结构设计的基本问题，初步具有建立凸轮机构计 算机辅助设计和优化设计模型的能力。5. 用PRO/E软件，生成该共轭凸轮的技术资料（三维造型及二维技术图纸等）及 动力运动
4、分析。6. 编制该产品的工艺过程卡片，及相应工装设计。7. 数控加工工序的NC程序。8. 产品检验方法及误差分析。二、凸轮机构的应用1. 气阀杆的运动规律规定了凸轮的轮廓外形。当矢径变化的凸轮轮廓与气阀杆的平 底接触时，气阀杆产生往复运动；而当以凸轮回转中心为圆心的圆弧段轮廓与气阀杆接触 时，气阀杆将静止不动。因此，随着凸轮的连续转动，气阀杆可获得间歇的、按预期规律 的运动。2. 当圆柱凸轮回转时，凹槽侧面迫使摆动从动件摆动，从而驱使与之相连的刀架运动。 至于刀架的运动规律则完全取决于凹槽的形状。三、凸轮机构的组成通过学习我们可以知道，凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。其中凸 轮是
5、一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或 不连续的任意预期往复运动。四、凸轮机构的特点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1）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；2）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。五、共轭凸轮机构的选择1. 消极式开口机构（】）综框联动式凸轮开口机构用这种开口机构织制斜缎纹类织
6、物时，需根据Rw在中心轴与凸轮轴之间选定合适的 过桥齿轮，安装凸轮时要注意凸段的轮廓的曲线，以使各页凸轮有相同回转方向。同时要 区别凸轮的大小，第一页综框配以大小半径差最小的凸轮，最后一页综框则配以大小半径 差最大的凸轮。综框联动式凸轮开口机构简单，安装维修方便，制造精度要求不高，但是吊综皮带在 使用过程中会逐渐伸长，故必须周期地检查梭口位置；其次因踏综杆挂综处做圆弧摆动， 致使综框在运动中产生前后晃动，增加经纱与综丝摩擦，容易起经纱断头，不适应高速织 机。经验表明，这种开口机构的极限转速为230匚/山比左右；同时，由于凸轮与织机主轴的 传动比为1/Rw，当所织品种的Rw比较大（例如Rw=6
7、）凸轮只回转很小的角度（60）便 要完成一次开口动作（开口，静止，闭口），势必使凸轮表面的压力角增大，导致其外缘 迅速磨损。为了减小压力角，必须放大凸轮的基圆直径（偏心度不变），但由于开口凸轮 尺寸受到其它机构的空间限制，因此这种开口机构一般只适合织制Rw 5的织物；此外， 由于辘轳式吊综装置安装在织机的顶梁上，影响了机台的采光，不利于挡车工检查布面， 同时还有可能造成油污疵点。因此，在新型织机中，不采用这种联动式凸轮开口机构。（2）弹簧回综式凸轮开口机构在实际生产中，凸轮灵活应用，如纬重车织引用一般平纹凸轮来织制。用2/2斜纹凸 轮，改变穿综方法，可以织破斜纹和山形斜纹，相间采用不同的穿综方
8、法，可织物2/2斜 纹和2/2方平组织相间的条子织物，代替多臂开口机构。凸轮开口机构的不足之处，其一是只能生产简单组织的织物，如果织制较为复杂的织 物，凸轮外形曲线将变得非常复杂，为减小压力角，又必须将凸轮基圆直径放大，以致开 口机构变得过分笨重；其次，一定的凸轮外形只能生产一定开口规律的织物品种，为了适 应织物品多变的要求，必须储备大量的各种开口凸轮，这在实际生产中是不经济的。2, 积极式凸轮开口机构(1) 共轭凸轮开口机构在以上消极式凸轮开口机构中，由于回综不是开口凸轮驱动，控制，因此容易造成综 框运动的不稳定。积极式凸轮开口机构可克服此缺陷，共轭凸轮开口机构就是随金属加工 技术的进展发展
9、起来的积极式开口机构。它的加工精度要求很高。共轭凸轮开口机构利用双凸轮积极地控制综框的升降运动，不需吊综装置。其传动过 程如图。凸轮2从小半径至大半径时(此时凸轮2从大半径经转至小半径)推动综框下 降，凸轮2从小半径转至大半径时(此时凸轮2从大半径转至小半径)推动综框上升， 两只凸轮依次轮流工作，因此综框的升降运动都是积极的。由于共轭凸轮装于织机外侧， 能充分利用空间，可以适当加大凸轮基圆直径和缩小凸轮大小半径之差，达到减小凸轮压 力角的目的。此外，共轭凸轮开口机构从摆杆到提综杆都是刚性连接，因此综框运动更为 稳定和准确。(2) 沟槽凸轮开口机构沟槽凸轮开口机构为另一种积极式凸轮开口机构，其传
10、动过程如图所示，当凸轮从小 半径转向大半径时，综框上升，此时沟槽内侧受力；反之，凸轮从大半径转向小半径时， 综框下降，此时沟槽外侧受力。在此机构中，综框的升降运动都是积极的。(3) 连杆和开口机构凸轮开口机构能按照优化的综框运动规律进行设计，所以工艺性能好，但凸轮容易磨 损，制造成本高，因此，在织制简单的平纹织物时，尚需寻求更为简单的高速开口机构。 连杆开口机构就能满足这种需要。如图，综框处于上下位置时没有绝对静止时间，其相对静止时间则由曲柄和连杆的长 度，以及各结构点的位置而定，优化结构参数，以求得较长的相对静止时间。与凸轮开口 机构相比，连杆开口机构易加工，运动平稳，机构磨损小，适应高速，
11、但只用于平纹织制， 因此，这种开口机构用于加工平纹织物的高速喷气织机和喷水织机。共辆凸轮开口机构：1、凸轮轴2、2一共辆凸轮3、3转子4、摆杆5、连杆6、双臂杆7、7拉杆8、8传递杆9、9翌杆10、综框沟槽凸轮开口机构1凸轮轴2沟槽凸轮3转子4摆杆5支点6连杆77提综杆88传递杆六连杆开口机构1辅助轴22开口曲柄33连杆44摇杆55摇杆轴66提综杆77 传递杆88、综框六、从动件的常用运动规律1. 基本运动规律基本运动规律系指由单一函数式表达的从动件运动规律。常用的基本规律有以下四 种。(1) 等速运动规律从动件运动的速度为常数时的运动规律，称为等速运动规律。由于材料的弹性变形，加速度和惯性力
12、不会达到无穷大，不过会引起强烈的冲击，这 种冲击称为刚性冲击。因此，如果单独采用这种运动规律，只宜用于低速轻载的场合。(2) 等加速等减速运动规律方程为：s=1/2at2 =1/2a(S/2)(3) 余弦加速度运动规律质点在圆周上作等速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动.速度和加速度方程：s=h/2(1-cos n / 吃2)v=nh/2寸0*sinn/ 吃2a= n 2 h2/2 寸0 寸0*cosn/寸 j由上式可知，加速度按余弦规律变化，故这种规律称为余弦加速度运动规律，也称为简 谐运动规律.这种运动规律在始末两点加速度有突变，故也会引起柔性冲击，因此在一般情 况下
13、它也只适用于中速凸轮机构.需要指出的是，当从动件作升-降-升循环运动时,若在推 程和回程都采用余弦加速度运动规律，则有可能获得包括始末点的全程光滑连续的加速度 这种情况下既无刚性冲击也无柔性冲击,故可用于高速凸轮机构中.正弦加速度运动规律方程式为：s= A B-Rsin 0=RO -Rsin 0=h(0/2n -1/2 n sin 0 )0加速度按正余弦规律变化，故这种运动规律称为正余弦加速度运动规律.其速度和加速 度曲线都是光滑连续的，因此没有柔性冲击，也没有刚性冲击，故多用于高速凸轮机构.2. 组合运动规律简介上述各种基本运动规律各有一定的优点，对于工作要求比较严格的凸轮机构，为了克 服单
14、一的基本运动规律的某些缺陷，可以将几种基本运动规律曲线衔接起来，这种由几种 基本运动规律组合的运动规律,称为组合运动规律.曲线衔接时，应遵循以下原则：(1) 对于一般转速，要求位移曲线在衔接点处相切，以保证速度曲线连续，即要求在衔 接点处的位移和速度应分别相等，此时加速度可能有突变，但其突变值必为有限值.(2) 对于较高转速，则还要求速度曲线在衔接点处相切，以保证加速度曲线连续，即要 求在衔接点处的位移，速度和加速度应分别相等.组合运动规律的设计比较灵活，易于满足特定要求，故应用日益广泛.3. 从动件运动规律的选择在选择从动件运动规律时，需要考虑的问题主要有：(1) 应满足机器工作的要求有的机
15、器工作过程要求从动件按一定的运动规律运动.(2) 应使凸轮机构具有良好的工作性能对凸轮机构工作性能影响较大的因素，除了刚性冲击和柔性冲击外，还有以下几个参 数：1) 最大速度vV越大，则从动件系统的最大量mv (m为从动件系统的质量)越大，故在启动， 停车或突然制动时，会产生很大冲击。因此，对于质量大的从动件系统，应选择v较小的 运动规律。2) 最大加速度aa越大，则惯性力越大。由惯性力引起的动压力，对机构的强度和磨损都有很 大影响。a是影响动力学性能的主要因素，因此对高速凸轮机构，要注意a不宜太大。3) 应考虑使凸轮轮廓加工方面有些从动件只要求当凸轮转过某一角度寸0时，完成一定的行程h或摆角寸(对 于摆动从动件)，而对运动规律没有严格要求。七、凸轮机构的分类1. 按凸轮的形状分：(1)盘形凸轮：它是凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴线转动并具有变化矢 径的盘形构件。移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作往复移动，这种 凸轮称为移动凸轮。(3) 圆柱凸轮：这种凸轮可认为是将移动凸轮卷成圆柱体而演化成的。比较：盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动；而圆柱凸 轮与从动件之间的相对运动为空间运动，所以
