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1、心脏线轨迹直摆组合凸轮机构设计及数控加工本 科 毕 业 论 文题目： 心脏线轨迹直摆组合凸轮机构设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： XXXXX级 指导教师： XXXXXXX 二OO九年 五 月目 录1 绪论11.1直、摆组合凸轮机构的研究意义11.2凸轮机构以及组合机构的研究和发展状况21.3直、摆组合凸轮机构的研究方法21.3.1直、摆组合凸轮机构的设计21.3.2本课题的主要研究方法22 直动从动机凸轮和摆动从动件凸轮的设计42.1 直、摆组合凸轮机构设计基本思想42.2直、摆组合凸轮机构设计步骤52.2.1求取坐标点52.2.2确定
2、机构初始位置参数62.2.3 确定顶杆位移与摆杆转角的变化规律72.2.4 凸轮廓形设计72.2.5直动从动件凸轮的顶杆长度及安装滞后角112.3直动凸轮和摆动凸轮的实体设计123 机构的实体设计143.1 机构的实体结构143.2 支架的设计153.3 直动导轨的设计163.4直动杆的设计163.5摆动杆的设计173.6轴系零部件的设计173.6.1 拟定轴上零件的装配方案183.6.2 确定轴的各段直径和长度183.6.3轴上零件的周向定位184 机构的运动仿真20参考文献21致谢22摘 要本课题研究一直摆凸轮组合机构，该机构通过直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成联动凸轮机构，能够
3、将主动件的转动转化为从动件上某点沿预期的曲线轨迹并以预期的运动规律运动。该机构所能实现的轨迹多种多样，如正弦波曲线、内摆线、带停点曲线、人头像及金鱼图像等等。本课题所研究的直摆凸轮组合机构要实现的是一心脏线轨迹。 本课题首先通过理论分析，建立出了直、摆组合凸轮机构的设计公式，得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线等。然后在此基础上对该机构的每一构件进行了实体设计，比如轴，导轨，支架等等的设计，并且对所设计的构件实体进行了装配组合。最后，为了验证设计的正确性，本课题还在Proe下对实体进行了运动仿真。关键词：凸轮设计 组合机构 心脏线轨迹 THE DESIGN OF Z.B
4、 COMBINATORY CAMMECHANISM TO GAIN ELIIPSE LOCUSAbstract：The research portfolio has been put cam body parts through the straight moving follower cam cam with oscillating follower cam linkage institutions, able to take the initiative of the rotating pieces into a point on the follower along the expect
5、ed curve trajectory and the expected movement of movements. The agency can track the realization of a wide range, such as the sine curve, with the cycloid, with stopping points, curves, images of goldfish heads and so on. Studied the subject before the straight cam combination mechanism is to achiev
6、e a heart-line trajectory.First of all, this issue through theoretical analysis, a straight, before the design of cam combination formula, the components come to the location, size and shape of the size of the actual cam profile and theoretical profile and so on. And then on the basis of each compon
7、ent of the institution to carry out the physical design, such as shafts, rails, frame design, etc., and components designed for the assembly combination of entities. Finally, in order to verify the correctness of the design, the issue is still under Proe motion simulation entities.Key words: Cam Des
8、ign Combination Mechanism Heart-line trajectory 1 绪论1.1直、摆组合凸轮机构的研究意义本课题所研究的直、摆组合凸轮机构如图11所示。众所周知，人类创造发明机构和机器的历史十分悠久，随着近代科学技术的飞速发展，机构和机器理论已经发展成为一门重要的技术基础学科。随着人们对各种新型机构和机器的需求的日益增多，对这门学科的研究也在不断的深入，创新出了许多适合自动机上应用的新机构，而且不仅创造出新的刚体机构，还创造出许多与电、磁、液压、气动、激光和红外线等相结合的新机构。图11直、摆组合凸轮机构因此进一步完善传统典型机构的分析与综合方法，例如实现预期轨
9、迹的机构的类型和设计方法的创新，仍是值得研究的课题。 其中，组合机构由于结构简化而又能实现单一机构无法实现的运动要求，因而在农业机械、纺织机械、包装机械、冶金机械中得到了广泛的应用。 目前，对于组合机构的组成原理、基本类型、功能等方面均有比较系统的研究，对于各种组合机构的最优化设计的研究也日益加强。 对直、摆组合凸轮机构的研究，本身就是机构研究方面一个很有趣的课题，即使在自动控制技术高度发展的今天也是具有实际意义的。1.2凸轮机构以及组合机构的研究和发展状况凸轮机构几乎可以实现无限多种的从动件运动规律，它广泛应用于各种自动机床和自动装置中，如纺织机械、计算机、印刷机、食品加工机械、内燃机以及其
10、它各种自动机械和控制系统中。自20世纪50年代以来，随着计算机技术和各种数值方法的发展，人们对凸轮机构的研究也逐步扩展与深入。我国对凸轮机构的应用和研究已有多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。在应用方面，我国正在大力发展包装机械、食品机械等自动化设备，这些设备中都要用到各种形式的凸轮机构。在研究方面，近年来也有相当进展，一些专著 3-5 相继出版。在1983年全国第三届机构学学术讨论会上关于凸轮机构的论文共有8篇，涉及设计、运动规律、分析、凸轮廓线的综合等四个研究方向；到了1988年第六届会议，共有凸轮机构方面的论文20篇，凸轮-连杆机构方面的论文2篇，增加的研究方向有动力学、振动、优化设计等
11、；1990年第七届会议，共有凸轮机构方面的论文22篇，还有含凸轮的组合机构方面的论文6篇，增加了误差分析、CAD/CAM等研究方向，在汽车、内燃机、机械制造等有关领域，也有很多关于研究凸轮机构的内容。由此可见，我国对凸轮机构的研究是不断发展的。此外，我国在凸轮机构的共轭曲面原理、CAD和专家系统等方面，也有相当研究。但是，与先进国家比较，我国对凸轮机构的研究仍有较大差距，特别是在振动、加工、产品开发等方面。综上所述，虽然已有很多学者对凸轮机构的研究作了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究方向有待开发。1.3直、摆组合凸轮机构的研究方法1.3.1直、摆组合凸轮机构的
12、设计建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线等，并设计和绘制出机构所需要的所有零件的实体，在此基础上进行装配组合，并进行动态仿真。1.3.2本课题的主要研究方法本课题研究主要以计算机为主要工具，以理论设计为基础，进行设计工作。其次，还要对设计结果分析、评价、并进行修正和仿真工作。本课题研究所用到的主要硬件设备为计算机，所用到的主要软件有：Proe wildfire3.0、 AutoCAD 2004 、Word 2002、Powerpoint。2 直动从动机凸轮和摆动从动件凸轮的设计由于该组合机构综合了单一的直动凸轮和摆动凸轮两种机构，其运动
13、的复杂性，靠单纯的传统的方法求凸轮廓线，非常复杂，本课题采用一种离散化方法，通过建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线等2。2.1 直、摆组合凸轮机构设计基本思想图2-1 直、摆组合凸轮机构参数的几何关系如图2-1，设 为预期曲线上n + 1 个坐标点，它们与下列数值一一对应， 顶杆位移；摆杆转角； 直动从动件凸轮向径与极角；摆动从动件凸轮向径与极角；e 直动凸轮偏心距；a,b预期曲线起始点坐标；R , R 1 , R 2 摆杆长度，摆杆上端长度，顶杆长度。依据预期曲线上的点 与顶杆位移 、摆杆转角之间的几何关系，求出它们的变化规律 ，再
14、分别设计直动从动件凸轮廓形与摆动从动件凸轮廓形。2.2直、摆组合凸轮机构设计步骤2.2.1求取坐标点 预期曲线可以是由一条或若干条平面曲线组成的封闭曲线,首先写出它的参数方程表达式,并且要求参数方程表示的曲线位于第、第象限,初定其起始点为坐标原点。曲线方程为： （2-1） 积分求弧长，得 （2-2）其中,t0,tn分别表示曲线的起始参数与终了参数。 再按照设计要求将曲线分成若干段 ,其中任意一段定一位置，则有，且 , 令k 0 = 0。 下面采用匀速运动规律将预期曲线分段，k i求解公式为： （2-3）式中，i=0,1,2n。如果将预期曲线L对应的凸轮转角都分成n等份，使之与 :相对应，那么当凸轮轴匀速转动时，通过组合凸轮机构，将使从动点以预期的匀速运动规律沿预期曲线运动。2.2.2确定机构初始位置参数参看图2-2，直、摆组合凸轮机构的结构参数为：直动凸轮基圆半径，摆动凸轮基圆半径 ，偏心距e以及摆杆长度R及
