机械原理课程设计说明书-偏置直动滚子盘形凸轮设计.doc

机 械 原 理 课 程 设 计
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计算说明书

设计题目：偏置直动滚子盘形凸轮设计

机电工程 系 机械设计制造及自动化 专业 14级 班
设计者：xxx学号：2014103210202
指导教师＿xx＿＿
2016年6月25日

目录
论 文（设 计）任 务 书……………………………………………………….
摘要…………………………………………………………………………………………
一、 根据已知尺寸作出推杆的位移曲线图…………………………
二、 根据已知尺寸作出基圆…………………………………………………
三、 用反转法设计出凸轮理论轮廓曲线………………………………
四、 根据理论轮廓曲线作出实际轮廓曲线……………………………
五、 验证压力角是否满足要求……………………………………………..
六、 参考文献………………………………………………………………………
七、 心得体会………………………………………………………………………..

论 文（设 计）任 务 书
课程编号
j1410102-3
课程名称
机械原理课程设计
学时
16
实施地点
教学楼
班级
机械14级01、02、03班
人数
120
起止时间
2016.6.13至2016.6.26
形式
√集中 □分散
指导教师
赵仑
论文
（设计）
进度
安排

2016.6.13至2016.6.14：作出推杆的位移曲线图；
2016.6.15至2016.6.16：作出凸轮理论轮廓曲线；
2016.6.17至2016.6.20：作出凸轮实际轮廓曲线，并验证压力角；
2016.6.21至2016.6.25：编写设计计算说明书；
2016.26：答辩。

论文
（设计）
内容

设计题目：偏置直动滚子盘形凸轮设计
设计主要内容：
如图偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构，已知：凸轮回转方向和推杆的初始位置，偏矩为12mm，基圆半径为60mm，滚子半径为10mm，最大升程40mm。推杆的运动规律为推程以等加速等减速运动上升，回程以简谐运动下降，推程角为120°，远休止角为60°，回程角为120°，近休止角为60°，试用图解法进行偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，并检验压力角一定满足要求。

要求
(包括纪律要求和报告书要求)

1．用图解法绘制凸轮轮廓设计图1张（A2图纸），占总成绩的40％；
2．绘制从动件位移曲线图1张（A3图纸），占总成绩的10％；
3．编写设计计算说明书1份，占总成绩的40％；
4．设计期间的表现占总成绩的10％，要求：勤奋自觉、独立多思、耐心细致、交流合作。

摘要
凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期 运动规律的一种高副机构。虽然凸轮机构的应用受到一定的限制，但还是被广泛应 用于各种机械中，特别是自动机械，装配生产线中的自动控制装置中。凸轮机构在 应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律 取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮 廓曲线就可以了。 凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。

凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运 动要求，而且结构简单、紧凑。 凸轮结构的特点：1、只需改变凸轮廓线，就可以得到复杂的运动规律；2、设 计方法简便；3、构件少、结构紧凑；4、与其它机构组合可以得到很复杂的运动规 律 5、凸轮机构不宜传递很大的动力；6、从动件的行程不宜过大；7、特殊的凸轮 廓线有时加工困难。 设计机械时，当需要其从动件必须准确地实现某种预期的运动规律时，常采用 凸轮机构。当凸轮运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，可使从动件 获得预期的运动。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架这三个基本构件所组成的一种 高副机构。原理：由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动 的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆 柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接 触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮 轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。 为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹 簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可 使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有 从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机 构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构 比较，运动可靠，因此在自动机床内燃机印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮 机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。

一、根据已知尺寸作出推杆的位移曲线图
为了便于后面的作图需要，作出s=s(δ)曲线。在推程段将推程角分成八等份，利用公式计算出凸轮转过角度时对应的位移s的大小。在回程时利用同样的方法作出回程时的位移曲线，计算结果如表，画图见图纸。
推程如下表：
推程
δ(单位：°)
20
40
60
80
100
120

S（单位：mm）
2.22
8.88
20
31.11
37.77
40

回程如下表：
回程
δ(单位：°)
20
40
60
80
100
120

S（单位：mm）
37.3
30
20
10
2.67
0

根据上表画出图

二、根据已知尺寸作出基圆
已知：凸轮回转方向和推杆的初始位置，偏矩为12mm，基圆半径为60mm，滚子半径为10mm，最大升程40mm。推杆的运动规律为推程以等加速等减速运动上升，回程以简谐运动下降，推程角为120°，远休止角为60°，回程角为120°，近休止角为60°。

三、用反转法设计出凸轮理论轮廓曲线
1、以O为圆心，г、e为半径分别作出基圆、偏距圆、并给出定点；
2、根据位移曲线的角度画出各点；
3、根据推程和回程时的位移得到各点；
4、用平滑的曲线连接各点。
四、根据理论轮廓曲线作出实际轮廓曲线
以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径为半径作出一系列的圆，则此圆族的包络线为滚子推杆的实际轮廓曲线，如图所示：

五、验证压力角是否满足要求
可知：，
。
(一) 等加速运动压力角检验
∵等加速推程运动位移方程：；
， ，
；
而当最大时，也为最大。
设，
求y1的极值，则需要，
，
，
代入，，，°，
可解得：，，但是，
且可解得当时，恒有，
∴此时严格单调递增，即也是单调递增，
∴a也是单调递增，
，
即；
∴当时，等加速运动压力角a取得最大值；
∴此时，即是；
即符合设计要求。
(二) 等减速运动压力角检验
∵等减速推程运动位移方程：；
，
，
；
根据上面所述，同理可得：
设，
求导并使之等于零再消除同类项，则有：
，
同样代入，，，方程无解。
则恒单调递减；
,
即；
∴当时，等减速运动压力角a亦取得最大值；
∴此时；即符合设计要求。
(三) 简谐运动压力角检验
∵简谐运动位移方程为：；
；所以有：
；
；
根据上面所述，同理可得：
设；
求导并使之等于零再消除同类项，则有：

可解得：；
且 ；
即当时压力角取得最大值，
∴此时，即是符合要求。
综上所述，凸轮压力角最大时在推程等加速等减速运动的半程，此时压力角为18°，小于许可值，所以凸轮符合设计要求。
六、参考文献
《机械原理课程设计第2版陆风仪主编【机械工业出版社】》‘’《机械原理第八版 孙恒 陈作摸 葛文杰主编（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）【高等教育出版社】》
七、心得体会
这次对凸轮的轮廓曲线的研究对于机械设计专业有一定的深刻的影响，不仅丰富了对专业的认识，更对思维上有一定的帮助， 结合一个简单的机械系统，中和方法，使我收到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计。

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