凸轮轮廓课程设计.doc

广东工业大学华立学院
课 程 设 计（论文）

课程名称 机械原理课程设计
题目名称 对心直动平底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2班
学 号 ……………40
学生姓名 ~开
指导教师

2012年06月30日

广东工业大学华立学院
课程设计（论文）任务书
题目名称
对心直动平底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2班
姓 名
~开
学 号
………40

一、 课程设计（论文）的内容
通过利用AutoCAD软件、AutoCAD二次开发技术绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓，用图解法进行对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计，计算出平底推杆平底尺寸长度，最后检验压力角是否满足许用压力角的要求。
1） 二、课程设计（论文）的要求与数据
1. 用图解法设计盘形凸轮机构，并用CAD画出凸轮轮廓。
2. 用图解法设计盘形凸轮机构，并求出平底推杆平底尺寸长度。
3. 根据从动件的运动规律计算出位移并绘画该曲线在图纸上；
4. 检验压力角是否满足许用压力角的要求；
5. 编写课程设计说明书
三、课程设计（论文）应完成的工作
1. 绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计简图。
2. 绘制出从动件的位移曲线图。
3. 检验压力角是否满足许用压力角的要求并且计算出平底推杆平底尺寸长度。
4. 完成课程设计说明书。

四、课程设计（论文）进程安排
序号
设计（论文）各阶段内容
地点
起止日期
1
整理资料

2
计算数据及绘画位移曲线

3
图解法设计此盘形凸轮机构

4
撰写说明书

五、应收集的资料及主要参考文献
[1] ]孙恒.机械原理（第七版）[M] .北京：高等教育出版社，2006
[2]孙恒.机械原理（第六版）[M] .北京：高等教育出版社，2001
[3]曹金涛.凸轮机构设计[M].北京：机械工业出版社，1985.
[4]管荣法.凸轮与凸轮机构基础.[M] 北京：国防工业出版社，1985

发出任务书日期： 2012 年 6 月 16日 指导教师签名：
计划完成日期： 2012 年 6 月 30 日 教学单位责任人签章：
目 录

(一) . 设计题目：对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计 4
(二) 凸轮轮廓曲线的设计的基本原理： 5
(三) 运动规律分析： 5
(四) 用作图法设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构: 6
(五) 计算平底推杆平底尺寸长度 10
(六) 压力角分析 11
参考文献 14

摘 要
在凸轮轮廓曲线设计的图解法中应用AutoCAD软件进行辅助设计和计算，保持了图解法原理简单、方法直观、易于掌握的优点。同时避免了作图误差，提高了作图效率，分析计算的精度与解析法精度相同。
在进行凸轮轮廓曲线的设计时，可应用图解法或解析法，其中解析法的精度较高，但计算过程较为复杂，而图解法虽然具有原理简单，方法直观，作图便捷的优点，但以往的手工作图过程，使其作图中的误差较大，设计精度较低，不能满足当今工程实际所需的更高要求，因而其使用范围已受到很大的限制。随着计算机绘图软件(如AutoCAD)在工业界的普及，为人们很好地解决了图解法所面临的问题，在图解法中应用AutoCAD软件进行辅助设计和计算可大大提高分析与设计的精度和工作效率，满足较高的设计精度要求。本文介绍了利用AutoCAD软件进行图解法设计凸轮轮廓曲线。
本设计旨在完成基圆半径=55mm及从动件最大升程h=40mm，推程运动角=180°、远休止角=30°、回程角=120°及近休止角=30°，从动件推程以正弦加速度运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律下降的对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计。

.
(一) . 设计题目：对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计

设计一个对心直动平底从动件盘形凸轮机构。设计参数如表中所示，凸轮回转方向为逆时针，从动件推程以正弦加速度运动规律上升，回程以等加速等减速运动规律下降，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、фs、ф‘、фs’分别代表凸轮的推程角、远休止角、回程角及近休止角。

1、设计数据
设计内容
偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计
符 号
e
rr
rb
h
ф
фs
ф‘
фs’
单 位
mm
(º)
数 据
0
0
55
40
180
30
120
30

2、设计内容：
1用图解法设计此盘形凸轮机构，并将凸轮轮廓及从动件的位移曲线画在图纸上；
2，计算平底推杆平底尺寸长度，将计算过程写在说明书中。
3检验压力角是否满足许用压力角的要求。

(二) 凸轮轮廓曲线的设计的基本原理：
凸轮轮廓曲线的设计的基本原理：
无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理，即在设计凸轮廓线时，假设凸轮静止不懂，而推杆相对凸轮作反转运动，同时又在其道轨内作预期往复运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。
用作图法设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构。

(三) 运动规律分析：
(1)s＝ s(t) ＝ s(δ ) v＝ v(t) ＝ v(δ ) a＝ a(t) ＝ a(δ )
推程以正弦加速度运动规律上升： s=h[1-(Φ/Φ)+sin(2πΦ/Φ)/(2π)]

等加速回程运动方程： s=h-2hΦ/Φ`

等减速回程运动方程； s=2h（Φ-Φ）/Φ`

凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 A的速度方向之间所夹锐角，它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他情况不变的情况下， α 愈大，F愈大，若α 大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。此时机构的压力角称为临界压力角αc，即αc＝arctan{1/[(1＋2b/l )tanφ2]}－φ1，为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临界压力角αc，生产实际中为了提高机构的效率，改善其受力情况，通常规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]，αmax<[α] ([α]<<αc)

.

(四) 用作图法设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构:

已知基圆半径rb =55，从动件最大升程h=40。凸轮推程角ф=180度，远休止角фs =30度，回程角ф=120度，近休止角фs’=30度。
先设平底中心A视为尖顶推杆的尖顶，用反转法设计出凸轮的理论轮廓线；然后将理论切线延长，以至求得理论切线的交点。最后再作这些线段的共同相切线的包络线，即为凸轮的工作廓线或实际廓线。
凸轮以等角速度w沿逆时针方向回转，推杆的行程h=40mm.其运动规律为：
δ= 0°——180° 推杆以正弦加速度运动规律上升
δ=180°——210° 推杆远休
δ=210——330° 等加速等减速回程运动下降
δ=330°——360° 推杆近休
取比例尺u1，先根据已知尺寸作出基圆与偏距圆，然后用反转法作图设计。
取凸轮以逆时针方向运动：

由于条件可知推程段为180°可分成12段，每15°一段：根据正弦加速度运动规律上升，位移公式是：s=h[1-(Φ/Φ)+sin(2πΦ/Φ)/(2π)]
算出各推程S，根据表中数据画出推杆的位置并将各个切点用平滑曲线连接，以基圆半径r加上推程h得（55+40）作为远休角的半径，作30°的远休止圆弧

15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
120°
135°
150°
165°
180°
0.15
1.15
3.63
13.3
16.4
20
22.4
26.2
29.5
32.8
36.1
40

.

从动件在推程的段的位移图利用CAD画图如下所示：

由于条件可知回程段为120°分成8段，每15°一段：
等加速回程运动方程： s=h-2hΦ/Φ`范围是[0 ,60°]
等减速回程运动方程； s=2h（Φ-Φ）/Φ范围是[ 60°,120°]
算出各推程S，根据表中数据画出推杆的位置并将各个切点用平滑曲线连接，以基圆半径r作为近休角的半径，作30°的远休止圆弧，与基圆重合，图如下所示1-1
210°
225°
240°
255°
270°
285°
300°
315°
330°
360°
40
38.75
35
28.75
20
11.25
5
1.25
0
0

1-1

从动件在回程及近休角段的位移图利用CAD画图如下所示：

然后在上图的基础上利用平底的杆件进行平移后，还要有效的将平底进行延长，求得各个平底交点，然后再利用自由曲线进行连线得出平底推杆的运动轨迹，即是凸轮轮廓的曲线，图在下图在右
(五) 计算平底推杆平底尺寸长度
如下图1-2所示，1-2
推杆平底中心至推杆平底与图轮廓线的接触点间的距离BC
OP=BC=ds/dΦ
其最大的距离Lmax=BCmax= |ds/dΦ|max，|ds/dΦ|max应根据推程和回程推杆的运动规律进行计算，取最大值。设平底两侧取同样长度，则推杆平底长度L为 L=2|ds/dΦ|max+(5~7)mm
由于在推程的过程段求得平底长度
L=2[(h/Φs)—cos(2πΦ/Φs)/（2π）] [0~180°]
在回程加速段求得平底的长度 L=4hΦ/Φs [0~60°]
根据推程回程的取值范围可求得平底推杆的平底长度为30.8mm

(六) 压力角分析
凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 A的速度方向之间所夹锐角，它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他情况不变的情况下， α 愈大，F愈大，若α 大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。此时机构的压力角称为临界压力角αc，为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临界压力角αc，生产实际中为了提高机构的效率，改善其受力情况，通常规定：凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]，αmax<[α] ([α]<<αc)，对直动推杆一般取[α]= 30°。
对于对心直动平底从动件盘形凸轮机构，由α＝arctanⅠds/dδ/( rb+s) Ⅰ，可求出，其中推程段的压力角为：α＝arctanⅠ40/π（1-cos2δ）/( rb+s) Ⅰ

角 度
15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
120 °
135°
150°
165°`
180°
压力角（°）
1.77
6.47
12.3
15.6
18.4
18.75
17.06
13.23
8.57
6.15
4.15
0

推程段的压力角为：等加速回程 α＝arctanⅠ-4hδ/Φs /( rb+s) Ⅰ
等减速回程 α＝arctanⅠ（4hδ-4hΦs ）/Φs /( rb+s) Ⅰ

角 度
225°
240°
255°
270°
285°
300°
315°
330°
压力角
1.23°
1.68°
1.92°
2.04°
2.15°
2.34°
2.35°
2.60°

推程段的最大压力角18.75°，相应的凸轮转角位90°；回程的最大压力角为2.60°，相应的凸轮转角为330°.由于凸轮机构的最大压力角αmax远小于许用压力角[α]= 30°故如有必要，凸轮基圆半径可适当减小。

参考文献
[1] ]孙恒.机械原理（第七版）[M] .北京：高等教育出版社，2006
[2]孙恒.机械原理（第六版）[M] .北京：高等教育出版社，2001
[3]曹金涛.凸轮机构设计[M].北京：机械工业出版社，1985.
[4]管荣法.凸轮与凸轮机构基础.[M] 北京：国防工业出版社，1985
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心

得

体

会
十几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化.
在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.
当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己的任务,而且孜孜不倦,追求卓越.我们过去有位老师说得好,有有些事情的产生只是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,有位那种追求的锲而不舍的过程是相同的,这就是一种优良的品质,它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步.
在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真….要永远的记住一句话:态度决定一切.

学生签名：（亲笔签名）

年 月 日
教

师

评

语

年 月 日
成
绩
及
签
名

指导教师签名：
年 月 日