偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计-课程设计

广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）

课程名称 机械设计制造综合设计 题目名称 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 学生学部（系） 机电工程学部

专业班级 10机械5班 学 号 12011005002 学生姓名 陈江涛 指导教师 黄惠麟

2012年7月8日

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目录

课程设计(论文)任务书…………………………………………………………………………..3 摘要………………………………………………………………………………………………….5 设计说明：

一： 凸轮机构的廓线设计原理…………………………………………………………6 二： 根据数据要求设计出轮廓线…………………………………………………….6 三： 图解法设计此盘形凸轮机构……………………………………………………..7 四： 检验压力角是否满足许用压力角的要求。…………………………………..14 参考文献

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广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书

题目名称 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 学生学部（系） 机电工程学部 专业班级 姓 名 学 号

一、课程设计的要求与数据 数据：

设计内容 符 号 单 位 数据 1 10 15 e rr mm 55 30 120 60 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计 rb h ф фs (º) 120 60 ф‘ 10机械5班 陈江涛 12011005002 фs’ 要求：

一、用图解法设计此盘形凸轮机构，正确确定偏距e的方向，并将凸轮轮廓及从动件的位移曲线画在图纸上；

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二、用图解法设计此盘形凸轮机构，将计算过程写在说明书中。 三：检验压力角是否满足许用压力角的要求。

二、课程设计（论文）应完成的工作

1、设计出凸轮机构的理论轮廓和工作轮廓 1个 2,绘制出位移曲线图 1个 3，课程设计说明书 1份

三、课程设计（论文）进程安排

序号 1 2 4 5 设计（论文）各阶段内容 下达机械制造课程设计任务 根据数据设计凸轮机构的轮廓 撰写设计说明书 上交所有资料 地点 5-402 5-402 5-402 5-402 起止日期 6.19至 6.20 6.23至6.26 6.28至6.30 6.30至7.7 四：应收集的资料及主要参考文献

1：《机械原理》 第七版 孙桓 陈作模 葛文杰 主编 高等教育出版社：

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2：《机械设计基础》 郭瑞峰 史丽晨主编 西北工业大学出版社：

发出任务书日期： 2012 年6月 19 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2012 年 7 月 7日 教学单位责任人签章：

摘要

在实际的生产应用中，采用着各种形式的凸轮机构，应用在各种机械中，特别是自动化和自动控制装置，如自动机床的进刀机构和内燃机的配气机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹糟的构件，通常为主动件作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。

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一：凸轮机构的廓线设计原理

凸轮廓线曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。其推杆的轴线与凸轮回转轴心O之间有一偏距e，当凸轮以角速度绕轴O转动时，推杆在凸轮的推动下实现预期的运动。现设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-，使其绕轴心O转动。这时凸轮与推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨以角速度-绕轴心O转动，一方面又在导轨内作预期的往复运动。这样，推杆在这种往复运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。

在设计滚子推杆凸轮机构的凸轮廓线时，可首先将滚子中心A视为尖顶推杆的尖顶，按前述方法定出滚子中心A在推杆复合运动中的轨迹（称此为轨迹为凸轮的理论廓线，cam pitch curve），然后以理论廓线上一系列点为圆心，以滚子半径r为半径，作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的工作廓线（又称实际廓线，cam contour）。要注意，凸轮的基圆半径若未指明，通常系理论廓线的最小半径。

二：根据数据要求设计出轮廓线 数据要求：

设计内容 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计 6 / 19

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符 号 单 位 数据 1 e 10 rr mm 15 rb 55 h 30 ф 120 фs (º) 60 ф‘ фs’ 120 60 其中， e、rr、rb、h分别代表偏距、滚子半径、基圆半径及从动件最大升程，ф、ф

‘’

s、ф、фs分别代表凸轮的推程角、远休止角、回程角及近休止角。

三：图解法设计此盘形凸轮机构

利用等加速等减速运动规律计算凸轮机构在推程过程中的推杆的运动规律，也就是指推杆的位移s，速度v和加速度a随时间t变化的规律。 （1）等加速推程段

设在加速段和减速段凸轮的运动角及推杆的行程各占一半（即各为h/2及ф/2）。这时，推程加速段的边界条件为 在始点处 δ=0，s=0，v=0

在终点处 δ=δ0/2，s=h/2 故推杆等加速推程段的运动方程为 S=2hδ^2/δ0^2

V=4hwδ/δ0^2 a=4hw^2/δ0^2

式中，δ的变化范围是0~δ0/2，所以在等加速段推程中，将δ分成12等份，相应地求出s的值，如下图：

δ值 10° 20° 30° 40° 50° 60° 7 / 19

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S值 0.42 1.66 3.75 6.67 10.41 15 在此阶段，推杆的位移s与凸轮转角δ的平方成正比，故位移曲线为一段向上的抛物线，如图2.

（2）等减速推程段

推程减速段的边界条件为 在始点处δ=δ0/2，s=h/2

在终点处 δ=δ0，s=h，v=0

S=h-2h(δ0-δ)^2/δ0^2 V=4hw(δ0-δ)/ δ0^2 A=-4hw^2/δ0^2

式中，δ的变化范围是δ0/2~δ等减速段与等加速同理，将δ分成相应的几等份，得到相应的s值。

δ值 S值 70° 19.58 80° 23.33 90° 26.25 100° 28.34 110° 29.59 120° 30. 由以上数据得到偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的推程阶段，如图1

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图1

故位移曲线为一段向下弯曲的抛物线，如图2.

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图2

（3）正弦加速度回程运动规律 根据回程时运动方程：

S=h[1-(δ/δ0′)+sin(2πδ/δ0′)/（2π）] V=hω[cos(2πδ/δ0)-1]/ δ0′ A=-2πhω²sin(2πδ/δ0′)/ δ0′²

式中与等加速和等减速中原理相同，将δ相应地分成几份！！对应求出s的值。 根据以上数据可以得到偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的回程阶段，如图3

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根据等加速和等减速推程运动规律和正弦加速度回程规律，得到相应的数据，再将相应的数据利用CAD软件将凸轮机构描绘出来。得到凸轮轮廓曲线和位移曲线，如图4和图5：

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图4

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图5

由图4可得凸轮机构的工作廓线，如图6

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图6

四：检验压力角是否满足许用压力角的要求。

压力角是衡量凸轮机构传力特性的一个重要参数。压力角是指在不计摩擦力的情况下,凸轮作用于从动件上的驱动力与从动件上受力点的速度方向之间所夹锐角。若不考虑摩擦力,凸轮作用于从动件上的驱动力是沿法向传递的。

最大压力角应小于许用压力角，由公式a=arctan|ds/dδ/( rb +s)|可得

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由公式a=arctan|ds/dδ/( rb +s)|可得推程最大压力角为8°

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由公式a=arctan|ds/dδ/( rb +s)|可得回程时最大压力角为9°

推程的最大压力角为8°，小于一般直动推杆[a]=30°。同样，也可得回程时最大压力角9°，而对于封闭的凸轮机构，由于推杆运动是封闭力，通常回程压力角[a]=70°到80°，因此凸轮的最大压力角远小于许用压力角，故该凸轮满足许用压力角的要求.

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参考文献：

1：《机械原理》 第七版 孙桓 陈作模 葛文杰 主编 高等教育出版社： 2：《机械设计基础》 郭瑞峰 史丽晨主编 西北工业大学出版社：

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这次课程设计是对我们所学知识的一次综合运用，把所学的知识运用到实际加工中。通过这次课程设计，巩固且扩充了“机械原理”等课程所学的内容，掌握了凸轮机构设计的方法和步骤，知道如何运用相关资料、书籍与手册、图表等来查阅设计中所需的相关数据和内容。且学会了综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识。进行凸轮机构设计工作的实际训练，培养和提高了工作的能力。 在做课程设计时，让我知道自己专业知识的缺乏与不扎实、不牢固性，也让心 得 体 会 我意识到自己还有很多地方需要加强的。在设计时，也难免会遇到一些难以解决的疑难问题,但通过老师的耐心指导和同学之间的相互交流与讨论，使我很顺利地克服了这些。从而从中也学到了许多,使自身在各方面的能力都有了很大的提高和完善，各方面在能力都得到了很好的煅炼。 课程设计不仅是老师对我的学习所进行的一次测试，也是我对自身的一次检查，是我对所学的专业知识的巩固，是我对所学课程的一次深入的综合复习,也是今后走向社会在工程设计中的一次实践与经验。通过这次设计，让我发现了自身知识的缺乏和不足，从而更好更彻底地认识、规划、完善，充实自己，去适应这种竞争激烈的现实社会，我将会在以后的工作中做得更好,更完善。 学生签名： 2012 年 5 月 27 日 教 师 评 语 年 月 日 18 / 19

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成 绩 及 签 名 指导教师签名： 年 月 日

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