济源职业技术学院
毕业设计
题目凸轮机构的设计
系别机电系
专业机电一体化技术
班级机电0601
姓名赵贝贝
学号06010107
指导教师高清冉
日期2008年12月
设计任务书
设计题目：
凸轮机构的设计
设计要求：
原始条件：内燃机中的凸轮，该凸轮满足以下条件。凸轮以等角速度逆时针回转，及基圆半径rb=30mm,及从动件滚子圆半径rt=8mm。
应完成的任务： 1、凸轮轮廓设计 2、凸轮零件图
设计进度要求：
第一周：确定题目；
第二周：搜集凸轮机构相关资料及前期准备工作；
第三周：凸轮曲线设计及计算；
第四周：初步拟定设计的草稿；
第五周：毕业论文的整体校核、修改；
第六周：论文完善、定稿及打印装订；
第七周：毕业答辩。
指导教师（签名）：
摘要
在各种机器中，特别是自动化机器中，为实现某些特殊或复杂的运动规律，常采用凸轮机构。凸轮机构通常是由原动件凸轮、从动件和机件组成。其功能是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。与连杆机构相比，凸轮机构便于准确的实现给定的运动规律。所以凸轮机构被广泛地应用，以实现各种复杂的运动要求。
本设计主要设计内燃机中的凸轮机构，内燃机中的凸轮以等角速度回转，其轮廓驱使从动件（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门，以控制可燃物进入汽缸或排除废气。至于气阀开启或关闭时间的长短及其速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓线的形状。根据从动件运动规律，来设计内燃机中滚子盘形凸轮，使其得到预期的运动规律。
关键词：凸轮机构分类，从动件运动规律，位移曲线，轮廓曲线，结构及材料
目录
设计任务书...................................................................................................................................... I 摘要........................................................................................................................................ II 1凸轮机构的应用及分类.. (1)
1.1凸轮机构的应用 (1)
1.2凸轮机构的分类 (1)
2 从动件常用运动规律 (3)
2.1 凸轮机构的基本参数 (3)
2.2 从动件常用的运动规律 (4)
3盘形凸轮轮廓曲线的设计 (8)
3.1凸轮廓线设计的基本原理 (8)
4凸轮机构的结构及材料 (11)
4.1 凸轮的结构 (11)
4.2从动件结构 (11)
4.3凸轮和滚子的材料 (11)
4.4凸轮的零件图 (13)
结论 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
1凸轮机构的应用及分类
1.1凸轮机构的应用（工程应用案例）
内燃机中的凸轮机构;自动车床上的走刀机构分度转位机构等。
功用：通常用来将主动件（凸轮）的转动变为从动件的往复运动。
1.2凸轮机构的分类
1、按凸轮的形状分类
（1）盘形凸轮
盘形凸轮是一个绕固定轴线回转具有变化向径的盘形构件，它是凸轮最基本的形式。（2）移动凸轮
凸轮作往复直线移动，它可看作是轴心在无穷远处的盘形凸轮。
（3）圆柱凸轮
凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，可看作是将移动凸轮卷在圆柱上而得。
2、按从动件的形式分类
（1）尖顶从动件
这种从动件的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合如用于仪表等机构中。
（2）滚子从动件
这种从动件由于底部装有可自由转动的滚子与从动件之间为滚动摩擦，减小了摩擦磨损，可用来传递较大的动力，应用较广。
（3）平底从动件
从动件与凸轮之间为线接触，凸轮对从动件的力始终垂直于底面（不计磨擦时），接触处容易形成油膜，润滑状况好、传动效率高，但凸轮轮廓不能内凹，常用于高速场合。
3、按照凸轮与从动件维持高副接触的方法
（1）力封闭型凸轮机构
所谓力封闭型，主要利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。如内燃机配气机构中的凸轮。
（2）形封闭型凸轮机构
所谓形封闭型，是指利用凸轮和从动件的特殊几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。
如自动进刀机构即采用形封闭的接触形式。
将不同类型凸轮和从动件组合起来就，可得到不同型式的凸轮机构。
4、按从动件的运动形式和相对位置分类
（1）移动从动件作直线运动。
（2）摆动从动件往复摆动。
为保证从动件与凸轮不脱离接触，可利用重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。
5、凸轮机构的特点
（1）优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。
（2）缺点：凸轮轮廓易于设计，从动件与推杆之间为高副接触，接触应力较大，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
2 从动件常用运动规律
凸轮——机构设计的基本任务，是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式、从动杆的运动规律和有关的基本尺寸，然后根据选定的从动杆运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。所以根据工作要求选定从动杆的运动规律，乃是凸轮轮廓曲线设计的前提。
2.1 凸轮机构的基本参数 名词：(以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例加以说明)
基圆——以凸轮的转动中心O 为圆心，以凸轮的最小向径为半径0r 所作的的圆，0r 称为凸轮的基圆半径。
推程——当凸轮以等角速度ω逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程称为推程，而相应的凸轮转角δ称为推程运动角。
远休——凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。与之相应的凸轮转角2δ 称为远休止角。
回程——凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。相应的凸轮转角 ''
δ称为回程运动角。
近休——当凸轮转过角's φ时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。's φ称为近休止角。
行程——从动杆在推程或回程中移动的距离h 。
位移线图——描述位移s 与凸轮转角?之间关系的图形。以从动件的位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ或时间t （凸轮匀速转动时，转角δ与时间t 成正比）为横坐标，绘出一个工作循环内的曲线称之。
图2.1 从动件的工作过程和位移线图
2.2 从动件常用的运动规律
从动件的运动规律是指其位移s 、速度v 和加速度a 等随凸轮转角δ而变化的规律。
1、 等速运动规律
等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程为h 。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。
推程时，设凸轮推程运动角为0δ，从动件推程位移为h ，相应的推程时间为0t
则得推程时从动件用转角δ表示的运动方程
δδ0h
s =
02δh
v =
02=a
由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但仍会对机构造成强烈的冲击，这种冲击称为“刚性冲击”或“硬冲”。因此，单独采用这种运动规律时，只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。
a) b)
图2.2 等速运动规律线图
2、 等加速等减速运动规律
a) b)
图2.3 等加速等减速运动规律线图
等加速等减速运动规律：从动件在一个行程h 中，推程的前半段作等加速运动，后半段为等减速运动，其位移线图是由两条抛物线连接而成。
推程中从动件的位移方程
推程等加速段的运动方程 推程等减速段的运动方程
0022δδh
s = ()δδδ--=022h h h s
022
4δωh v = ()δδδω-=024h h v
022
4δωh a -= h h a 22
4δω-=
回程等加速段的运动方程 回程等减速段的运动方程
2022δδh
h s -= ()222δδδ-=h h h s
δδω024h v -= ()δδδω--=h h h v 24
h h a 22
4δω-= h
h a 224δω= 作图步骤：
（1）在横坐标上找出0δ/2的一点，将0δ/2分为若干等分（图中为四等分）得1、2、3、4各点，过这些点作横坐标轴的垂线；同时在纵坐标轴上将从动件推程之半（h /2）分为相同的等分1、2、3、4；
（2）将原点与纵坐标上的等分点连接得O1、O2、O3、O4，与相应垂线分别交于1′、2′、3′、4′各点；
（3）将1′、2′、3′、4′点连成光滑曲线，便得到前半推程等加速位移曲线；
（4）后半推程的等减速运动的位移曲线，可以用同样的方法绘制。
3、运动规律特点：由图可见，在推程的始末点和前、
后半程的交接处，加速度有突变，因而惯性力也产生突
变，但它们的大小及突变量均为有限值，由此将对机构
造成有限大小的冲击，这种冲击称为“柔性冲击”或“软
冲”。在高速情况下，柔性冲击仍会引起相当严重的振
动、噪声和磨损，因此这种运动规律只适用于中速、中
载的场合
4、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
简谐运动：当一质点在圆周上作匀速运动时，它在
这个圆的直径上的投影所形成的运动。速度曲线为正弦
曲线，加速度曲线为余弦曲线。
其运动方程为
??
???????? ??-=00cos 12δδπh s ???
? ??=δδπδωπ002sin 2h v ???
? ??=δδπδωπ0022
2cos 2h a 作图步骤：
（1）在纵坐标轴上以从动件的行程h 作为直径画半圆，将此半圆分成若干等分，得1、2、
3、…各点；
（2）将代表凸轮转角δ0的横坐标轴也分成相应等分，并作垂线11′、22′、33′、…；
（3）将圆周上的等分点投影到相应的垂直线上得1′、2′、3′、…；
（4）用光滑的曲线连接这些点，即得到从动件的位移线图。
运动特点：由图可见，在推程始末点处仍有加速度的有限值的突变，即存在“软冲”，因此只适用于中、低速。但若从动件作无停歇的升—降—升型连续运动，则加连续的余弦曲线，消除了“软冲”，故可用于高速。
3盘形凸轮轮廓曲线的设计
3.1凸轮廓线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸轮何从动件都在运动，为了在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线，希望凸轮相对于图纸平面保持静止不动，为此可采用反转法。下面以图1-5所示的对心尖定直动从动件盘形凸轮机构为例来说明这种方法的原理。
如图，设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕 O 点以角速度转过1''O '，此时从动件将一方面随导路一起以角速度转动，同时又在导路中做相对移动。此时从动件向上移动的距离为3''O '由途中可以看出射线1与基圆相交的点到1''即为10'''的距离。即在上述两种情况下，从动件移动的距离不变。由于从动件尖顶在运动过程中始终与凸轮轮廓曲线保持接触，所以此时得到凸轮轮廓曲线上的其它点。由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法。
结论：本设计主要运用等速运动规律和等加速等减速运动规律。根据其运动规律来画出位移线图以及凸轮轮廓图。 3.2、作图步骤
（1）画出位移曲图
1）选取长度比例尺和角度比例尺分别为：1υ=0．002mm m ，?υ=mm ?6，在δ轴上截取线段30mm 、20mm 、，分别代表推程位移量和回程位移量。
2）按区间等分位移曲线横坐标轴。确定从动件的相应位移量。在位移坐标轴上，将??180~
升程区间等分成六等份，将??300~180回程区间等分成四等份，休止区间??360~300不需等分。
3）并过这些等分点分别作垂线'11-、'22-、'33-、…、'99-，这些垂线与位移曲线相交所得的线段，就代表相应位置从动件的位移量s 。
图3.2 位移曲线图
（2）绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线
1）取与位移曲线相同的比例尺1υ，作出基圆和滚子从动件离轴心位置最近时从动件的初始位置0B 。
2）在基圆上自OB 开始，沿?的反方向量取推程运动角()?180、回程运动角()?120和近休止角()?60，并将推程运动角分成六等分和回程运动角分成四等分，得1B 、2B 、…、10B 。
3）过凸轮轴心O 作上述各等分点的射线1OB 、2OB 、…、10OB ，这些射线便是反转后从动件在各个位置的轴线。
4）在各射线1OB 、2OB 、…、10OB 的延长线上从基圆开始向外量取位移量'
1BB ='11、'22'2=BB 、…、'99'9=BB 。 于是得1B '、2
B '、…、10B '。
将1B '、2B '、3B '、…、10B '各点连接成光滑的曲线（5'B 与6'B 之间以及9'
B 与B 之间均为以O 为圆心的圆弧）。
5）滚子从动件的半径mm mm r t 4002
.0008.0==，以理论轮廓线上各点为圆心，滚子半径t r 为半径，画一系列的圆，其包络线就是所求滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓。
图3.3 滚子对心移动从动件盘形凸轮设计图
4凸轮机构的结构及材料
4.1 凸轮的结构
凸轮尺寸小，且与轴的尺寸相近时，则与轴做成一体，称为凸轮轴。凸轮尺寸大且与轴的尺寸相差大时，应与轴分开制造。装配时，凸轮与轴有一定的相对位置要求。根据设计要求，在凸轮上刻出起始位置（ 0）或其他标志，作为加工和装配的基准。对于要求凸轮位置沿轴的圆周方向可调时，宜采用图4.1a所示结构，出调时，用螺钉定位，调好后用锥销固定；也可采用图4.1b所示结构，用开槽的锥形套筒与双螺母锁紧凸轮的位置，但这种结构承载能力不大。图4.1c所示位凸轮与轴采用建联接，结构简单，但不可调。
4.2从动件结构
从动件末端结构形式很多，常用的结构形式如图4.2a所示，滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，如图4.2a、b所示；也可采用滚动轴承，如图4.2c所示。滚子与从动件顶端可用螺栓联接（图4.2a所示）；也可用小轴联接（图4.2b、c），应保证滚子相对从动件能自由转动。
4.3凸轮和滚子的材料
凸轮工作时，往往承受的是冲击载荷，同时凸轮表面会有严重的磨损，其磨损值在轮廓上各点均不相同。因此，要吞论和滚子的工作表面硬度高、耐磨损。对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较大的韧性。当载荷不大、低速时可选用HT250、HT300、QT800-2、QT900-2等作为凸轮的材料。用球墨铸铁时，凸轮表面需经常处理，以提高其耐磨性。中速、中载的凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrM等材料，并经表面淬火，使硬度达HRC55-62。高速、重载凸轮可用40Cr，表面淬火至HRC56-60,或用38CrMoAl，经渗氮处理达HRC60-67。滚子的材料可用20Cr，经渗氮淬火，表面硬度达HRC56-62，也可用滚动轴承作为滚子。
图 4.1 凸轮的结构
图4.2 滚子的结构
4.4凸轮的零件图
结论
机械设计及制造专业是一个专业面宽、通用性强的专业，为国民经济建设培养合格的、并能适应21世纪科技发展需要的机械设计人才，是本专业的使命。为此，本专业培养的学生必须具有深厚的基础和较宽的专业知识面。根据本专业目前的情况，专业教学指导委员会提出本专业的主干学科课程为机械学、机械设计工程学和应用电子学，并提出机械设计学和机械系统设计是本专业的主干课，是重点体现本专业特点和性质的主要课程。
机械系统设计是一门学科性课程，力求从机械设计工程学学科的高度总结和归纳机械系统设计的基本理论、方法和技术。本课程的任务是使学生在掌握机械设计基础知识的同时，进一步了解和掌握机械产品整机设计中较系统、较完整的基本知识、基本原理和工作要点，使学生从整机的角度和系统的观点掌握机械产品设计的规律和特点，力求使学生具有初步的进行整机设计和能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争力的产品的能力，并培养学生在产品设计中具有一定竞争意识和创新意识，使学生能适应21世纪科技发展和我国国民经济建设对设计工作的需要。
致谢
经过一个月的时间我的毕业设计终于完成了。在这其中不仅是我的工作，更是对我三年来我所学习课程的的一次总结，从一开始接到设计任务书到完成，我非常感谢帮助我的老师和同学们，他们不仅帮我查找资料而且及时的提醒我要时刻要注意的问题。如果没有他们的帮助和支持我的这份毕业设计是不可能完成的，更不可能在怎么短的时间内完成的，在此再次对他们表示衷心的感谢！
三年来老师的教导在这次毕业设计中充分表现了出来，没有老师们日日夜夜的辛苦工作，我是不可能掌握那么多的知识和做人的道理的，老师对我的恩惠我是永远不能忘记的，它将陪伴着我走过我的人生长途。因为这是在其他地方学不到的东西是用金钱无法比拟的。在生活中老师们教了许多课堂上学不到的知识，这不仅增加了我的知识面更激发了我要创造梦想，实现梦想的激情。
此次毕业设计的顺利完成,我要感谢我的指导教师高清冉,从一开始耐心细致的讲解,时刻关注我的设计,而且在她很忙的情况下还对我进行指导,不时地给我提出修改的意见。同时还要感谢三年当中对我进行教育的各位老师,没有他们的培养也不可能有今天的我。通过三年课程的认真学习，使我在此基础上利用所学东西顺利进行并完成了设计。
向在百忙之中评阅本方案并提出宝贵意见的各位评委老师表示最诚挚的谢意，同时向所有关心、帮助和支持我的老师和同学表示衷心的感谢，祝你们工作顺利，万事如意！
由于本人的学识水平、时间和精力有限，文中肯定有许多不尽人意和不完善之处，我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善。
参考文献
[1] 柴鹏飞．机械设计基础.北京：机械工业出版社，2004
[2] 陈立德．机械设计基础．北京：高等教育出版社，2003
[3]朱文坚，黄平．机械课程设计．2004
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 机械原理大作业二 课程名称： 机械原理 设计题目： 凸轮机构设计 一．设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构， 1.运动规律（等加速等减速运动） 推程 0450≤≤? 推程 009045≤≤? 2.运动规律（等加速等减速运动） 回程 00200160≤≤? 回程 00240200≤≤? 三．推杆位移、速度、加速度线图及凸轮s d ds -φ 线图 采用VB 编程，其源程序及图像如下： 1.位移： Private Sub Command1_Click() Timer1.Enabled = True '开启计时器 End Sub Private Sub Timer1_Timer() Static i As Single
Dim s As Single, q As Single 'i作为静态变量，控制流程；s代表位移；q代表角度 Picture1.CurrentX = 0 Picture1.CurrentY = 0 i = i + 0.1 If i <= 45 Then q = i s = 240 * (q / 90) ^ 2 Picture1.PSet Step(q, -s), vbRed ElseIf i >= 45 And i <= 90 Then q = i s = 120 - 240 * ((90 - q) ^ 2) / (90 ^ 2) Picture1.PSet Step(q, -s), vbGreen ElseIf i >= 90 And i <= 150 Then q = i s = 120 Picture1.PSet Step(q, -s), vbBlack ElseIf i >= 150 And i <= 190 Then q = i s = 120 - 240 * (q - 150) ^ 2 / 6400 Picture1.PSet Step(q, -s), vbBlue ElseIf i >= 190 And i <= 230 Then
1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。
3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移s。
4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ
5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=? 从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。
Harbin Institute of Technology 机械原理大作业二 课程名称：机械原理 设计题目：凸轮机构设计 姓名：李清蔚 学号：1140810304 班级：1408103 指导教师：林琳
一.设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见表 1 表一：凸轮机构原始参数 升程（mm ) 升程 运动 角（o） 升程 运动 规律 升程 许用 压力 角（o） 回程 运动 角（o） 回程 运动 规律 回程 许用 压力 角（o） 远休 止角 （o） 近休 止角 （o） 40 90 等加 等减 速30 50 4-5-6- 7多 项式 60 100 120
二.凸轮推杆运动规律 （1）推程运动规律（等加速等减速运动） 推程F0=90° ①位移方程如下： ②速度方程如下： ③加速度方程如下： （2）回程运动规律（4-5-6-7多项式） 回程，F0=90°，F s=100°，F0’=50°其中回程过程的位移方程，速度方程，加速度方程如下：
三.运动线图及凸轮线图 本题目采用Matlab编程，写出凸轮每一段的运动方程，运用Matlab模拟将凸轮的运动曲线以及凸轮形状表现出来。代码见报告的结尾。 1、程序流程框图 开始 输入凸轮推程回 程的运动方程 输入凸轮基圆偏 距等基本参数 输出ds,dv,da图像 输出压力角、曲率半径图像 输出凸轮的构件形状 结束
2、运动规律ds图像如下： 速度规律dv图像如下： 加速度da规律如下图：
3.凸轮的基圆半径和偏距 以ds/dfψ-s图为基础，可分别作出三条限制线（推程许用压力角的切界限D t d t,回程许用压力角的限制线D t'd t'，起始点压力角许用线B0d'')，以这三条线可确定最小基圆半径及所对应的偏距e,在其下方选择一合适点，即可满足压力角的限制条件。 得图如下：得最小基圆对应的坐标位置O点坐标大约为（13，-50）经计算取偏距e=13mm，r0=51.67mm.
项目2 凸轮机构设计 1．教学目标 （1）了解凸轮机构的分类及应用； （2）了解推杆常用运动规律的选择原则； （3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； （4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。 2．教学重点和难点 （1）推杆常用运动规律特点及选择原则； （2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； （3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法 多媒体课件 4．讲授时数 8学时 任务一凸轮机构的应用 【任务导入】 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。受奥拓汽车零部件制造有限公司委托带领学员分析汽车内燃机凸轮机构的工作过程。 【任务分析】 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构，汽车机构也不例外，如图2.1是汽车内燃机凸轮机构的工作简图。
【力学知识】 平面汇交力系的简化与平衡方程 按照力系中各力的作用线是否在同一平面内，可将力系分为平面力系和空间力系。若 各力作用线都在同一平面内并汇交于一点，则此力系称为平面汇交力系。按照由特殊到一般的认识规律，我们先研究平面汇交力系的简化与平衡规律。 设刚体上作用有一个平面汇交力系F 1、F 2、…、F n ，各力汇交于A 点（图2.2a ）。根据力的可传性，可将这些力沿其作用线移到A 点，从而得到一个平面共点力系（图2.2b ）。故平面汇交力系可简化为平面共点力系。 连续应用力的平行四边形法则，可将平面共点力系合成为一个力。在图2.3b 中，先合成力F 1与F 2（图中未画出力平行四边形），可得力F R1，即 F R1＝F 1+ F 2；再将F R1与F 3合成为力F R2，即F R2＝F R1+ F 3；依此类推，最后可得 F R ＝F 1+ F 2+…+ F n ＝∑F i （2－1） 式中 F R 即是该力系的合力。故平面汇交力系的合成结果是一个合力，合力的作用线 通过汇交点，其大小和方向由力系中各力的矢量和确定。 若已知F 的大小及其与x 轴所夹的锐角α ，则有 ? ??-==ααsin cos F F F F y x （2－2） 如将F 沿坐标轴方向分解，所得分力F x 、F y 的值与在同轴上的投影F x 、F y 相等。但须 注意，力在轴上的投影是代数量，而分力是矢量，不可混为一谈。 若已知F x 、F y 值，可求出F 的大小和方向，即 ?? ???=+=x y y x F F F F F αtan 22 （2－3） 【设计知识】 一、凸轮机构的分类及应用 根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种： （1）按凸轮的形状分类
第九章凸轮机构及其设计 第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。 例1内燃机的配气机构 当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。 例2自动机床的进刀机构 当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。 2.凸轮机构及其特点 (1)凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 (2)凸轮机构的特点
1）优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。 2）缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 3.凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动 凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作 出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种 空间凸轮机构。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。 （2）按推杆的形状分 1）尖顶推杆。这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。 2）滚子推杆。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。
机械原理大作业（二） 作业名称：机械原理 设计题目：凸轮机构设计 院系：机电工程学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：丁刚明 设计时间： 工业大学机械设计
1.设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮机构，根据其原始参数设计该凸轮。 表一：凸轮机构原始参数 序号升程（mm) 升程运动 角（o）升程运动 规律 升程许用 压力角 （o） 回程运动 角（o） 回程运动 规律 回程许用 压力角 （o） 远休止角 （o） 近休止角 （o） 12 80 150 正弦加速 度30 100 正弦加速 度 60 60 50 2.凸轮推杆运动规律 (1)推杆升程运动方程 S=h[φ/Φ0-sin(2πφ/Φ0)]
V=hω1/Φ0[1-cos(2πφ/Φ0)] a=2πhω12sin(2πφ/Φ0)/Φ02 式中： h=150，Φ0=5π/6，0<=φ<=Φ0，ω1=1（为方便计算） (2)推杆回程运动方程 S=h[1-T/Φ1+sin(2πT/Φ1)/2π] V= -hω1/Φ1[1-cos(2πT/Φ1)] a= -2πhω12sin(2πT/Φ1)/Φ12 式中： h=150，Φ1=5π/9，7π/6<=φ<=31π/18，T=φ-7π/6 3.运动线图及凸轮线图 运动线图： 用Matlab编程所得源程序如下： t=0:pi/500:2*pi; w1=1;h=150; leng=length(t); for m=1:leng; if t(m)<=5*pi/6 S(m) = h*(t(m)/(5*pi/6)-sin(2*pi*t(m)/(5*pi/6))/(2*pi)); v(m)=h*w1*(1-cos(2*pi*t(m)/(5*pi/6)))/(5*pi/6); a(m)=2*h*w1*w1*sin(2*pi*t(m)/(5*pi/6))/((5*pi/6)*(5*pi/6)); % 求退程位移，速度，加速度 elseif t(m)<=7*pi/6 S(m)=h; v(m)=0; a(m)=0; % 求远休止位移，速度，加速度 elseif t(m)<=31*pi/18 T(m)=t(m)-21*pi/18; S(m)=h*(1-T(m)/(5*pi/9)+sin(2*pi*T(m)/(5*pi/9))/(2*pi)); v(m)=-h/(5*pi/9)*(1-cos(2*pi*T(m)/(5*pi/9))); a(m)=-2*pi*h/(5*pi/9)^2*sin(2*pi*T(m)/(5*pi/9)); % 求回程位移，速度，加速度
第六讲凸轮机构及其设计 （一）凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构 1．组成：凸轮，推杆，机架。 2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 二、凸轮机构的分类 1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮 2．按推杆的形状分 尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合 滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。 4．根据凸轮与推杆接触方法不同分： （1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮 （二）推杆的运动规律 一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0称为基圆半径。推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。休止：推杆处于静止不动的阶段。推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角 二、推杆常用的运动规律 1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。 2.柔性冲击：加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起有限
机械原理大作业二 课程名称：机械原理 设计题目：凸轮设计 院系：机电学院 班级： 1208103 完成者： xxxxxxx 学号： 11208103xx 指导教师：林琳 设计时间： 2014.5.2
工业大学 凸轮设计 一、设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮，其原始参数见表，据此设计该凸轮。 二、凸轮推杆升程、回程运动方程及其线图 1 、凸轮推杆升程运动方程(6 50π?≤≤) 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，650π= Φ带入正弦加速度运动规律的升程段方程式中得： ????? ???? ??-=512sin 215650?ππ?S ；
?? ??????? ??-=512cos 1601ππωv ； ?? ? ??=512sin 1442 1?πωa ； 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ π?π≤≤6 5） mm h s 50==； 0==a v ； 3、凸轮推杆回程运动方程（914π?π≤≤） 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，95' 0π= Φ，6s π =Φ带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： ?? ????-+=)(59cos 125π?s ； ()π?ω--=5 9sin 451v ； ()π?ω-=5 9cos 81-a 21； 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（π?π29 14≤≤） 0===a v s ； 5、凸轮推杆位移、速度、加速度线图 根据以上所列的运动方程，利用matlab 绘制出位移、速度、加速度线图。 ①位移线图 编程如下： %用t 代替转角 t=0:0.01:5*pi/6; s=50*((6*t)/(5*pi)-1/(2*pi)*sin(12*t/5)); hold on plot(t,s); t=5*pi/6:0.01:pi; s=50; hold on plot(t,s); t=pi:0.01:14*pi/9; s=25*(1+cos(9*(t-pi)/5));
济源职业技术学院 毕业设计 题目凸轮机构的设计 系别机电系 专业机电一体化技术 班级机电0601 姓名赵贝贝 学号06010107 指导教师高清冉 日期2008年12月
设计任务书 设计题目： 凸轮机构的设计 设计要求： 原始条件：内燃机中的凸轮，该凸轮满足以下条件。凸轮以等角速度逆时针回转，及基圆半径rb=30mm,及从动件滚子圆半径rt=8mm。 应完成的任务： 1、凸轮轮廓设计 2、凸轮零件图 设计进度要求： 第一周：确定题目； 第二周：搜集凸轮机构相关资料及前期准备工作； 第三周：凸轮曲线设计及计算； 第四周：初步拟定设计的草稿； 第五周：毕业论文的整体校核、修改； 第六周：论文完善、定稿及打印装订； 第七周：毕业答辩。 指导教师（签名）：
摘要 在各种机器中，特别是自动化机器中，为实现某些特殊或复杂的运动规律，常采用凸轮机构。凸轮机构通常是由原动件凸轮、从动件和机件组成。其功能是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。与连杆机构相比，凸轮机构便于准确的实现给定的运动规律。所以凸轮机构被广泛地应用，以实现各种复杂的运动要求。 本设计主要设计内燃机中的凸轮机构，内燃机中的凸轮以等角速度回转，其轮廓驱使从动件（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门，以控制可燃物进入汽缸或排除废气。至于气阀开启或关闭时间的长短及其速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓线的形状。根据从动件运动规律，来设计内燃机中滚子盘形凸轮，使其得到预期的运动规律。 关键词：凸轮机构分类，从动件运动规律，位移曲线，轮廓曲线，结构及材料
目录 设计任务书...................................................................................................................................... I 摘要........................................................................................................................................ II 1凸轮机构的应用及分类.. (1) 1.1凸轮机构的应用 (1) 1.2凸轮机构的分类 (1) 2 从动件常用运动规律 (3) 2.1 凸轮机构的基本参数 (3) 2.2 从动件常用的运动规律 (4) 3盘形凸轮轮廓曲线的设计 (8) 3.1凸轮廓线设计的基本原理 (8) 4凸轮机构的结构及材料 (11) 4.1 凸轮的结构 (11) 4.2从动件结构 (11) 4.3凸轮和滚子的材料 (11) 4.4凸轮的零件图 (13) 结论 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16)
凸轮机构的发展应用 凸轮机构的应用 自动机床进刀机构的应用（结构原理、实际机械） 圆珠笔生产线、绕线机排线等速运动凸轮机构、圆柱凸轮送料机构 圆柱凸轮间歇分度机构、蜗杆凸轮间歇分度机构 转动-转动凸轮间歇机构（应用：PU-心軸型凸轮分度器） 凸轮间歇分度器、圆柱凸轮电风扇摇头机构、 实现点的轨迹（双凸轮组合机构） 凸轮连杆组合：凸轮-连杆机构1、凸轮-连杆机构2、凸轮-连杆机构3 工业应用（需剪部分视频拆分）、相位可调凸轮机构 平底从动件顶杆式力封闭型配气凸轮机构、V型双缸发动机配气机构 BMW S1000 RR 配气凸轮机构 发动机配气机构的应用 1. 摩托车发动机配气机构 1）CB系列顶置式配气机构 顶置式配气机构如图6所示，O1为曲轴回转中心，O2为凸轮回转中心，两者由链传动连接，其传动比为i12=0.5。 （a）配气凸轮机构 (b) 摇臂 CB系列顶置式配气机构 CB系列顶置式配气机构设计分析 设计最终归结为气门位移的配气定时，如图7所示。
气门位移的配气定时 排气提前角1α=55.284°，进气提前角2α=29.674°，排气迟闭角 3α=45.716°，进气迟闭角4α=46.326°，而气门重叠角2α+3α=75.39°。调整正 时角β和桃尖角γ，可改配气定时，后面谈到的可变气门正时技术，即是按此方式进行。 对用于摩托车的高速发动机，为追求高转速时的大功率，应具有较大的气门重叠角。观察下述仿真分析软件知： CG 配气定时仿真分析 2） CG 系列下置式配气机构 下置式配气机构如图8所示，O q 为曲轴回转中心，O ’为凸轮回转中心，两者由一对齿轮传动连接，其传动比为i =0.5。凸轮驱动下摇臂，推动顶杆，由上摇臂实现对气门的打开与关闭。 图8 CG 系列下置式配气机构 下置式配气机构对配气定时的要求与顶置式配气机构相同。 CG 系列顶置式配气机构设计分析 CG 配气定时仿真分析
凸轮机构基本参数的设计 前节所先容的几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线，其基圆半径r0、直动从动件的偏距e或 摆动从动件与凸轮的中心距a、滚子半径rT等基本参数都是预先给定的。本节将从凸轮机 构的传动效率、运动是否失真、结构是否紧凑等方面讨论上述参数的确定方法。 1 凸轮机构的压力角和自锁 图示为偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构在推程的一个位置。Q为从动件上作用的载荷（包 括工作阻力、重力、弹簧力和惯性力）。当不考虑摩擦时，凸轮作用于从动件的驱动力F是 沿法线方向传递的。此力可分解为沿从动件运动方向的有用分力F'和使从动件紧压导路的有 害分力F''。驱动力F与有用分力F'之间的夹角a（或接触点法线与从动件上力作用点速度方 向所夹的锐角）称为凸轮机构在图示位置时的压力角。显然，压力角是衡量有用分力F'与有 害分力F''之比的重要参数。压力角a愈大，有害分力F''愈大，由F''引起的导路中的摩擦阻 力也愈大，故凸轮推动从动件所需的驱动力也就愈大。当a增大到某一数值时，因F''而引 起的摩擦阻力将会超过有用分力F'，这时无论凸轮给从动件的驱动力多大，都不能推动从动 件，这种现象称为机构出现自锁。机构开始出现自锁的压力角alim称为极限压力角，它的 数值与支承间的跨距l2、悬臂长度l1、接触面间的摩擦系数和润滑条件等有关。实践说明， 当a增大到接近alim时，即使尚未发生自锁，也会导致驱动力急剧增大，轮廓严重磨损、 效率迅速降低。因此，实际设计中规定了压力角的许用值[a]。对摆动从动件，通常取[a]=40～ 50；对直动从动件通常取[a]=30～40。滚子接触、润滑良好和支承有较好刚性时取数据的上 限；否则取下限。 对于力锁合式凸轮机构，其从动件的回程是由弹簧等外力驱动的，而不是由凸轮驱动的，所 以不会出现自锁。因此，力锁合式凸轮机构的回程压力角可以很大，其许用值可取[a]=70～ 80。
设计说明书 1 设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见下表，据此设计该凸轮机构。 2、推杆升程、回程运动方程及位移、速度、加速度线图 2.1凸轮运动理论分析 推程运动方程： 01cos 2h s π?????=-?? ?Φ???? 1 00sin 2h v πωπ??? = ?ΦΦ?? 22 12 00cos 2h a πωπ???= ?ΦΦ?? 回程运动方程： ()0' 1s s h ?-Φ+Φ?? =- ??Φ ? ? 1'0 h v ω=- Φ 0a = 2.2求位移、速度、加速度线图MATLAB 程序 pi= 3.1415926; c=pi/180; h=140; f0=120; fs=45; f01=90; fs1=105; %升程 f=0:1:360; for n=0:f0
s(n+1)=h/2*(1-cos(pi/f0*f(n+1))); v(n+1)=pi*h/(2*f0*c)*sin(pi/f0*f(n+1)); a(n+1)=pi^2*h/(2*f0^2*c^2)*cos(pi/f0*f(n+1)); end %远休程 for n=f0:f0+fs s(n+1)=140; v(n+1)=0; a(n+1)=0; end %回程 for n=f0+fs:f0+fs+f01 s(n+1)=h*(1-(f(n+1)-(f0+fs))/f01); v(n+1)=-h/(f01*c); a(n+1)=0; end %近休程 for n=f0+fs+f01:360; s(n+1)=0; v(n+1)=0; a(n+1)=0; end figure(1);plot(f,s,'k');xlabel('\phi/\circ');ylabel('s/mm');grid on;title('推杆位移线图') figure(2);plot(f,v,'k');xlabel('\phi/\circ');ylabel('v/(mm/s)');grid on;title('推杆速度线图') figure(3);plot(f,a,'k');xlabel('\phi/\circ');ylabel('a/(mm/s2');grid on;title('推杆加速度线图') 2.3位移、速度、加速度线图
机械原理大作业二 课程名称： 机械原理 设计题目： 凸轮机构设计 院 系： 机电学院 班 级： 1208103 完 成 者： xxxxxxx 学 号： xx 指导教师： 林琳 设计时间： 2014.5.2 哈尔滨工业大学 凸轮机构设计 一、设计题目 二、凸轮推杆升程、回程运动方程及其线图 1 、凸轮推杆升程运动方程(6 50π?≤≤) 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，650π= Φ带入正弦加速度运动规律的升程段方程式中得：
?? ??????? ??-=512sin 215650?ππ?S ； ?? ??????? ??-=512cos 1601ππωv ； ?? ? ??=512sin 1442 1?πωa ； 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ π?π≤≤6 5） mm h s 50==； 0==a v ； 3、凸轮推杆回程运动方程（914π?π≤≤） 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，95' 0π= Φ，6s π =Φ带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： ?? ????-+=)(59cos 125π?s ； ()π?ω--=5 9sin 451v ； ()π?ω-=5 9cos 81-a 21； 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（π?π29 14≤≤） 0===a v s ； 5、凸轮推杆位移、速度、加速度线图 根据以上所列的运动方程，利用matlab 绘制出位移、速度、加速度线图。 ①位移线图 编程如下： %用t 代替转角 t=0:0.01:5*pi/6; s=50*((6*t)/(5*pi)-1/(2*pi)*sin(12*t/5)); hold on plot(t,s); t=5*pi/6:0.01:pi; s=50; hold on plot(t,s); t=pi:0.01:14*pi/9; s=25*(1+cos(9*(t-pi)/5));
哈工大机械原理大作业-凸轮机构设计(第题)
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机械原理大作业二 课程名称：机械原理 设计题目：凸轮机构设计 院系：机电学院 班级：1208103 完成者：xxxxxxx 学号：11208103xx 指导教师：林琳 设计时间：2014.5.2 哈尔滨工业大学
凸轮机构设计 一、设计题目 如图所示直动从动件盘形凸轮机构，其原始参数见表，据此设计该凸轮机构。 序号 升程（mm ） 升程运动角（°） 升程运动规律 升程许用压力角（°） 回程运动角（°） 回程运动规律 回程许用压力角 （°） 远休止角（°） 近休止角 （°） 3 50 150 正弦加速度 30 100 余弦加速度 60 30 80 二、凸轮推杆升程、回程运动方程及其线图 1 、凸轮推杆升程运动方程(6 50π?≤ ≤) 升程采用正弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，6 50π =Φ带入正弦加速度运动规律的升程段方程式中得： ??? ?????? ??-=512sin 215650?ππ?S ； ??? ?? ???? ??-= 512cos 1601ππωv ； ω
?? ? ??= 512sin 1442 1?π ωa ； 2、凸轮推杆推程远休止角运动方程（ π?π ≤≤6 5） mm h s 50==； 0==a v ； 3、凸轮推杆回程运动方程（9 14π ?π≤≤） 回程采用余弦加速度运动规律，故将已知条件mm h 50=，9 5'0π= Φ，6 s π = Φ带入余弦加速度运动规律的回程段方程式中得： ?? ? ???-+=)(59cos 125π?s ； ()π?ω--=59 sin 451v ； ()π?ω-=59 cos 81-a 21； 4、凸轮推杆回程近休止角运动方程（π?π 29 14≤≤） 0===a v s ； 5、凸轮推杆位移、速度、加速度线图 根据以上所列的运动方程，利用matlab 绘制出位移、速度、加速度线图。 ①位移线图 编程如下： %用t 代替转角 t=0:0.01:5*pi/6; s=50*((6*t)/(5*pi)-1/(2*pi)*sin(12*t/5)); hold on plot(t,s); t=5*pi/6:0.01:pi; s=50; hold on plot(t,s); t=pi:0.01:14*pi/9; s=25*(1+cos(9*(t-pi)/5)); hold on plot(t,s); t=14*pi/9:0.001:2*pi;
凸轮机构的设计及应用 精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
凸轮机构的应用 学院：机械学院 专业：机械电子工程 班级：机电02班 学号： 姓名：王爽 2015年6月1日
凸轮机构的应用 作者：王爽学号： 摘要 凸轮机构是一种典型的高副机构，它具有机构简单、紧凑、工作可靠的特点。凸轮机构可以通过合理设计凸轮的轮廓曲线，精确地完成各种功能，如实现预期的位置及动作时间要求，实现预期的运动规律要求，实现运动和动力特性要求等。现在，随着中国世界工厂地位的确立，越来越多的装备被引进来，也带进来了越来越多的凸轮机构，如包装机械、印刷机械、自动机械等应用大量的凸轮机构，各大公司的机械研发部门开发了很多优良的凸轮运动曲线。可以这么说，由于凸轮机构具有独特的机械特性而不断扩散到各个行业中。在机械高度发展的今天，很多机械构件越来越模块化，您可以随手拿来就用，但凸轮机构还不能这么做，您得计算、分析再设计，这个弯是绕不过去的。它广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中，如自动、、和纺织机中得到广泛应用。 关键词：凸轮轮廓曲线应用包装印刷自动内燃机纺织机 构成：凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构建组成 功能：实现预期的位置及动作时间要求 实现预期的运动规律要求
实现运动与动 力特性要求 应用分类： 1.按凸轮的形状 盘形凸轮：凸轮是绕固定轴转动并具有变化向径的盘形构件。 移动凸轮：盘形凸轮的轴心趋于无穷远时就演化成了移动凸轮。 圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线在圆柱体上，凸轮与从动件的相对运动是空间运动。 2.按从动件运动副元素的形状 尖顶从动件：从动件的尖顶能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，但尖顶易磨损，只适用于低速轻载的凸轮机构中 曲面从动件：从动件端部做成曲面形状。
凸轮机构及其设计(8学时)(精)
第四章 凸轮机构及其设计（8学时） 一、教学目的和教学要求 1、 教学目的：使学生掌握凸轮机构设计的基础知识，并能根据生产实 际需要的运动规律设计凸轮机构。 2、 教学要求 1）了解凸轮机构的分类和应用 2）了解推杆常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则。由于现代机器 的速度提高，几种常用的运动规律已不能满足实际工作需要，因此， 除常用运动规律外，应简单介绍一些改进型的运动规律。 3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题（包括压力角对 尺寸的影响，压力角对凸轮受力状况、效率和自锁的影响） 4）能根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线。设计 时应以解析法为主。 二、本章重点教学内容及教学难点 重点1、推杆常用运动规律的特点及其选择原则； 2、凸轮机构运动过程的分析； 3、凸轮轮廓曲线的设计； 4、凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系。 难点 1、凸轮机构设计的基本方法 凸轮设计的基本方法是反转法，所依据的是相对运动原 理。其求解的关键是确定推杆在复合运动中其尖顶的位置。确 定时应注意以下几点： 1）要注意推杆反转方向。先要明确凸轮的实际转向，然 后在图上用箭头及“－ω”标出推杆的反转方向，以 避免搞错反转方向。 2）要正确确定推杆在反转运动中占据的位置。推杆反转 前后两位置线的夹角应等于凸轮的转角δ。 3）要正确确定推杆的位移s 。推杆在复合运动中，对应的 位移量s 应在对应的反转位置上从基圆上开始向外量 取。 2、凸轮机构的运动分析方法 反转法不仅是凸轮机构设计的基本方法，而且是凸轮机构分 析常用的方法。凸轮机构分析常涉及的问题，如给定一凸轮机构， 即已知凸轮机构的尺寸及其位置、凸轮角速度大小及方向，求解 推程角0δ、远休止角01δ、回程角0 δ'、近休止角02δ以及推杆行程h ；或求解当凸轮转过某一个δ角时，推杆所产生的相应位移s 、 速度v 等运动参数及凸轮与从动件在该位置接触时的压力角α 等。这时，如果让凸轮转过δ角后来求解，显然是很不方便的。 即利用反转法求解，这实际上与凸轮设计的反转法原理相同。 三、教学过程思路 （一）、凸轮机构的应用与分类
第三章凸轮机构及其设计 §3-1 概述 1 凸轮机构的基本组成及应用特点 组成：凸轮、从动件、机架 运动特征：主动件（凸轮）作匀角速回转，或作匀速直线运动，从动件能实现各种复杂的预期运动规律。 尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构端面圆柱凸轮机构、内燃机配气凸轮机构 优点： （1）从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。 （2）结构简单、紧凑。 （3）便于设计。 缺点： （1）高副机构，点或线接触，压强大、易磨损，传力小。 （2）加工制造比低副机构困难。 应用： 主要用于自动机械、自动控制中（如轻纺、印刷机械）。 2 凸轮机构的分类 1．按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱 2．按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面（P197）3．按从动件运动形式分：直动、摆动 4．按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭 3 凸轮机构的工作循环与运动学设计参数
§3-2凸轮机构基本运动参数设计 一．有关名词 行程－从动件最大位移h。 推程－S↑的过程。 回程－S↓的过程。 推程运动角－从动件上升h，对应凸轮转过的角度。 远休止角－从动件停留在最远位置，对应凸轮转过的角度。 回程运动角－从动件下降h，对应凸轮转过的角度。 近休止角－从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。 一个运动循环凸轮：转过2π，从动件：升→停→降→停 基圆－以理论廓线最小向径r0作的圆。 尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。 滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其内包络线为实际廓线。 从动件位移线图——从动件位移S与凸轮转角 （或时间t）之间 的对应关系曲线。 从动件速度线图——位移对时间的一次导数
哈工大机械原理大作业凸轮机构设计题 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 机械原理大作业二 课程名称： 机械原理 设计题目： 凸轮机构设计 一．设计题目 设计直动从动件盘形凸轮机构， 1.运动规律（等加速等减速运动） 推程 0450≤≤? 推程 009045≤≤? 2.运动规律（等加速等减速运动） 回程 00200160≤≤? 回程 00240200≤≤? 三．推杆位移、速度、加速度线图及凸轮s d ds -φ 线图 采用VB 编程，其源程序及图像如下： 1.位移： Private Sub Command1_Click() = True '开启计时器 End Sub Private Sub Timer1_Timer() Static i As Single Dim s As Single, q As Single 'i 作为静态变量，控制流程；s 代表位移；q 代表角度 = 0 = 0 i = i +
If i <= 45 Then q = i s = 240 * (q / 90) ^ 2 Step(q, -s), vbRed ElseIf i >= 45 And i <= 90 Then q = i s = 120 - 240 * ((90 - q) ^ 2) / (90 ^ 2) Step(q, -s), vbGreen ElseIf i >= 90 And i <= 150 Then q = i s = 120 Step(q, -s), vbBlack ElseIf i >= 150 And i <= 190 Then q = i s = 120 - 240 * (q - 150) ^ 2 / 6400 Step(q, -s), vbBlue ElseIf i >= 190 And i <= 230 Then q = i s = 240 * (230 - q) ^ 2 / 6400 Step(q, -s), vbRed ElseIf i >= 230 And i <= 360 Then q = i s = 0 Step(q, -s), vbBlack Else End If End Sub 2.速度 Private Sub Command2_Click() = True '开启计时器 End Sub Private Sub Timer2_Timer() Static i As Single Dim v As Single, q As Single, w As Single 'i为静态变量，控制流程；q代表角度；w代表角速度，此处被赋予50 = 0 = 0 w = 50 i = i + If i <= 45 Then q = i v = 480 * w * q / 8100 Step(q, -v), vbRed ElseIf i >= 45 And i <= 90 Then q = i
大作业（二）凸轮机构设计（题号：8）班级： 姓名、学号： 成绩： 完成日期： 目录
1.凸轮机构大作业题目 (2) 2.推杆运动规律及凸轮廓线方程 (3) 3.程序流程图 (3) 4.源程序…………………………………………………^5 5.计算结果 (14) 6.凸轮机构图 (16) 7.体会及建议 (19) 8.参考资料 (20) 一、凸轮机构大作业题目 试用计算机辅助设计完成下列摆动滚子推杆盘形凸轮机构的设计，已知数据如下表所示，凸轮沿着逆时针方向做匀速转动。 表1 凸轮机构的推杆运动规律 表2 两种凸轮机构的推杆在近休、推程、远休及回程阶段的凸轮转角 表3 摆动滚子推杆盘形凸轮机构的已知参数
要求：每组（每三人为一组，每人一题）至少打印出一份源程序，每人打印出原始数据；凸轮理论轮廓和实际轮廓的坐标值；推程和回程的最大压力角，以及出现最大压力角时凸轮的相应转角；凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径，以及相应的凸轮转角；和最后说确定的基圆半径。计算点数N=72~120。 绘出凸轮的理论轮廓和实际轮廓（可用计算机绘图）。 二、推杆运动规律及凸轮廓线方程： 推程（正弦加速度）：s=h[(δ/δ0)-sin(2πδ/δ0)/(2π)] 回程（等加速段）：s=h-2hδ2/δ'02 回程（等减速段）：s=2h(δ'0-δ)2/δ'02 凸轮理论廓线方程：x=l OA sinδ-l AB sin(δ+φ+φ0) y=l OA cosδ-l AB cos(δ+φ+φ0) 式中，φ0为推杆的初始位置角，其值为: φ0
四、源程序 clear； r0=22;%初选的基圆半径 dr0=0.05; a=72; %机架长度 L=68;%摆杆长度 rr=18;%滚子半径 fai=28*pi/180;%推杆摆角 PI=3.141592653; alpha1=45;%许用压力角α1 alpha2=65;%许用压力角阿尔法2 lambda=6.3;%许用最小曲率半径 N=120;%取用点的个数 delta1=180*pi/180;%推程凸轮最大转角 delta2=70*pi/180; %远休凸轮最大转角 delta3=80*pi/180;%回程凸轮最大转角 delta4=30*pi/180;%近休凸轮最大转角 alphamax1=0;% 推程最大压力角初值 alphamax2=0; %回程最大压力角初值 roumin=100; %凸轮最小曲率半径初值