【文章內(nèi)容簡介】 ，可實現(xiàn)任意運動，但 尖端容易磨損，適用于傳力較小的低速機構(gòu)中。為了使從動件與凸輪始終保持接觸，可采用彈簧或施加重力。具有凹槽的凸輪可使從動件傳遞確定的運動，為確動凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動的，但也有從動或固定的凸輪。多數(shù)凸輪是單自由度的，但也有雙自由度的劈錐凸輪。凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，最適用于要求從動件作間歇運動的場合。它與液壓和氣動的類似機構(gòu)比較，運動可靠，因此在自動機床、內(nèi)燃機、印刷機和紡織機中得到廣泛應(yīng)用。但凸輪機構(gòu)易磨損，有噪聲，高速凸輪的設(shè)計比較復(fù)雜，制造要求較高。 凸輪機構(gòu)的分類 （ 1）按凸輪的形狀 分 A）盤形凸輪 這種凸輪是一個繞固定軸線轉(zhuǎn)動并具有變化矢徑的盤形機構(gòu)。 圖 盤形凸輪 B）移動凸輪 當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時，凸輪相對機架作往復(fù)移動，這種凸輪稱為移動凸輪。 圖 移動凸輪 C）圓柱凸輪 這種凸輪可認(rèn)為是將移動凸輪卷成圓柱體而演化成的。 精品論文 圖 圓柱凸輪 （ 2）按從動件的型式分 A）尖底從動件 圖 尖底從動件凸輪機構(gòu) B）滾子從動件 圖 滾子從動件凸輪機構(gòu) C）平底從動件 精品論文 圖 平底從動件凸輪機構(gòu) （ 3）按凸輪與從動件維持高副接觸（鎖合）的方式分 A）力鎖合 B）幾何鎖合 圖解設(shè)計法 反轉(zhuǎn)法設(shè)計原理 以尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例： 凸輪機構(gòu)工作時，凸輪和從動件都在運動。為了在圖紙上畫出凸輪輪廓曲線，應(yīng)當(dāng)使凸輪與圖紙平面相對靜止，為此，可采用如下的反轉(zhuǎn)法：使整個機構(gòu)以角速度繞轉(zhuǎn)動，其結(jié)果是從動件與凸輪的相對運動并不改變，但凸輪固定不動，機架和從動件一方面以角速度繞轉(zhuǎn)動，同時從動件又以原有運動規(guī)律 相對機架往復(fù)運動。根據(jù)這種關(guān)系，不難求出一系列從動件尖底的位置。由于尖底始終與凸輪輪廓接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖底的運動軌跡就是凸輪輪廓曲線。 精品論文 圖 反轉(zhuǎn)法設(shè)計原理（偏置直動尖底從動件） 尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu) 已知從動件位移線圖，凸輪以等角速順時針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑為，從動件導(dǎo)路偏距為，要求繪出此凸輪的輪廓曲線。 運用反轉(zhuǎn)法繪制尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的方法和步驟如下： 1) 以為半徑作基圓，以為半徑作偏距圓，點為從動件導(dǎo)路線 與偏距圓的切點，導(dǎo)路線與基圓的交點便是從動件尖底的初始位置。 2) 將位移線圖的推程運動角和回程運動角分別作若干等分（圖中各為四等分）。 3) 自開始，沿的相反方向取推程運動角 (1800)、遠(yuǎn)休止角 (300)、回程運動角(1900)、近休止角 (600)，在基圓上得、諸點。將推程運動角和回程運動角分成與從動件位移線圖對應(yīng)的等分，得、和、諸點。 4) 過、 ...作偏距圓的一系列切線，它們便是反轉(zhuǎn)后從動件導(dǎo)路的一系列位置。 5) 沿以上各切線自基圓 開始量取從動件相應(yīng)的位移量，即取線段、 ...，得精品論文 反轉(zhuǎn)后尖底的一系列位置、 ...。 6) 將、 ...連成光滑曲線（和之間以及和之間均為以為圓心的圓?。?，便得到所求的凸輪輪廓曲線。 圖 尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu) 滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu) 首先取滾子中心為參考點，把該點當(dāng)作尖底從動件的尖底，按照上述方法求出一條輪廓曲線。再以上各點為中心畫一系列滾子，最后作這些滾子的內(nèi)包絡(luò)線（對于凹槽凸輪還應(yīng)作外包絡(luò)線）。它便是滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪的實際輪廓曲線，或稱為工 作輪廓曲線，而稱為此凸輪的理論輪廓曲線。由作圖過程可知，在滾子從動件凸輪機構(gòu)設(shè)計中，是指理論輪廓曲線的基圓半徑。 精品論文 圖 滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu) 在以上兩例中，當(dāng)時，即得對心直動從動件凸輪機構(gòu)。這時，偏距圓的切線化為過點的徑向射線，其設(shè)計方法與上述相同。 平底從動件盤形凸輪機構(gòu) 凸輪實際輪廓曲線的求法也與上述相仿。首先取平底與導(dǎo)路的交點為參考點，將它看作尖底，運用尖底從動件凸輪的設(shè)計方法求出參考點反轉(zhuǎn)后的一系列位置、 ...；其 次，過這些點畫出一系列平底，得一直線族；最后作此直線族的包絡(luò)線，便可得到凸輪實際輪廓曲線。由于平底上與實際輪廓曲線相切的點是隨機構(gòu)位置變化的，為了保證在所有位置平底都能與輪廓曲線相切，平底左右兩側(cè)的寬度必須分別大于導(dǎo)路至左右最遠(yuǎn)切點的距離和。 從作圖過程不難看出，對于平底直動從動件，只要不改變導(dǎo)路的方向，無論導(dǎo)路對心或偏置，無論取哪一點為參考點，所得出的直線族和凸輪實際輪廓曲線都是一樣的。 精品論文 圖 平底從動件盤形凸輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu)解析設(shè)計法 滾子從動件盤形凸輪機構(gòu) （ 1）理論輪廓曲線方程 1）直動從動件盤形凸輪機構(gòu) 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，偏距、基圓半徑和從動件運動規(guī)律均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點、從動件推程運動方向為軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為獲得統(tǒng)一的計算公式，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)和從動件偏置方向系數(shù)，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時，逆時針時；經(jīng)過滾子中心的從動件導(dǎo)路線偏于軸正側(cè)時，偏于軸負(fù)側(cè)時，與 y 軸重合時。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角時，滾子中心將自點外移到達(dá)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角，即得凸輪理論輪廓曲線上的對應(yīng)點，其坐標(biāo)為 : 上式即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。其中 : 精品論文 圖 直動從動件盤形凸輪機構(gòu)理論輪廓曲線 2) 擺動從動件盤形凸輪機構(gòu) 擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，基圓半徑、從動件長度、中心距和從動件運動規(guī)律均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點、為軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為使計算公式統(tǒng)一，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù) h 和從動件推程擺動方向系數(shù)，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時，逆時針時；從動件推程擺動方向為順時針時，逆時針時。 當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角 時，從動件擺過角 ，滾子中心由到達(dá)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角 ，便可得到凸輪理論輪廓曲線上的對應(yīng)點，其坐標(biāo)為 : 上式即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。式中 : 式中，、和、均為常數(shù)，和是 的函數(shù)，顯然和也是凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。于是凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程一般可以表示為 : (2) 實際輪廓曲線方程 : 精品論文 滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的實際輪廓曲線是滾子圓族的包絡(luò)線。由微分幾何可得，以為參 數(shù)的曲線族的包絡(luò)線方程為 此即凸輪實際輪廓曲線的參數(shù)方程。式中：上面一組加、減號表示一條外包絡(luò)線，下面一組加、減號表示另一條內(nèi)包絡(luò)線； 為滾子半徑；而、可由式 ()或 ()對 求導(dǎo)得到。 平底從動件盤形凸輪機構(gòu) (1) 實際輪廓曲線方程 : 平底從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪的實際輪廓曲線是反轉(zhuǎn)后一系列平底所構(gòu)成的直線族的包絡(luò)線。對于直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)，基圓半徑和從動件運動規(guī)律均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點、從動件推程運動方向為軸正向建立右手直角坐標(biāo)系，并取導(dǎo)路中心線與軸重合。引 入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)，并規(guī)定當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時，逆時針時。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角時，導(dǎo)路中心線與平底的交點自外移 s 到達(dá)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角 ，便可得出表示反轉(zhuǎn)后平底的直線。由圖可知，點的坐標(biāo)為 : 圖 平底從動件盤形凸輪機構(gòu)實際輪廓曲線 過點 B 的平底直線族的包絡(luò)線方程為 : 此即凸輪實際輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。 優(yōu)化設(shè)計法 精品論文 凸輪機構(gòu)種類繁多，同一運動要求往往可以通過多種凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)，即使在凸輪機構(gòu)類型確定的情況下，實現(xiàn)運動要求的機構(gòu)基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù) 也有較大的可取范圍。這就存在如何根據(jù)使用場合和工作要求，合理選擇凸輪機構(gòu)類型和確定有關(guān)參數(shù)的問題，它們是建立在設(shè)計方案的定量評價基礎(chǔ)上的最優(yōu)化問題。由于凸輪機構(gòu)類型選擇屬于概念設(shè)計范疇，目前尚無系統(tǒng)的評價理論和方法，在一般的工程設(shè)計中，此項工作主要依賴于設(shè)計者個人的經(jīng)驗和主觀意愿，只有通過對專家設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，并加以描述，構(gòu)造類型設(shè)計知識庫和定量評價系統(tǒng)，基于人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)，才能實現(xiàn)凸輪機構(gòu)類型的智能設(shè)計和最優(yōu)設(shè)計。關(guān)于凸輪機構(gòu)類型確定情況下幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，已有成熟的理論和方法，基于一定的尋優(yōu)策 略和算法，即可獲得最優(yōu)解。下面僅簡要介紹凸輪機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立，優(yōu)化方法可參考有關(guān)專門資料。 （ 1） 設(shè)計變量 凸輪機構(gòu)的參數(shù)很多，如凸輪基圓半徑、直動從動件偏距、滾子半徑、盤形凸輪輪廓厚度、擺動從動件長度及中心距等，其中有部分參數(shù)相互之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。選擇其中相互獨立的參數(shù)作為設(shè)計變量，用通式表示為。 （ 2）約束條件 凸輪機構(gòu)參數(shù)的設(shè)計往往受到多方面的限制，這些限制可以用函數(shù)表示成如下形式的約束條件： 約束條件主要有： A）幾何參數(shù)邊界約束 為縮小尋優(yōu) 范圍，可根據(jù)設(shè)計要求給出各幾何參數(shù)的上下限，作為邊界約束。 B）壓力角約束 限制凸輪機構(gòu)推程和回程的最大壓力角不超過許用值。 C）凸輪輪廓曲率半徑約束 防止輪廓變尖或出現(xiàn)運動失真。 D）接觸強度約束 保證凸輪機構(gòu)運動過程中凸輪副的最大接觸應(yīng)力不超過許用值。 E）幾何空間約束 對凸輪機構(gòu)所占據(jù)空間在各個方向的尺寸加以限制。 F）防干涉約束 防止各構(gòu)件實體在空間上發(fā)生運動干涉。 （ 3）目標(biāo)函數(shù) 以一定的評價指標(biāo)作為凸輪機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)。由于最優(yōu) 解是針對某精品論文 一個或某幾個評價指標(biāo)而言的，所以凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有相對性，且目標(biāo)函數(shù)的選取非常重要，應(yīng)充分反映設(shè)計要求。下面給出幾種有代表性的目標(biāo)函數(shù)及相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。 A）凸輪機構(gòu)工作空間的極小化 為了減小整個機器所占據(jù)的空間，在凸輪機構(gòu)設(shè)計中，常要求其體積盡可能小。此時可以凸輪機構(gòu)運動中所占據(jù)空間的體積極小作為目標(biāo)函數(shù)。 B）凸輪重量的極小化 為了減小凸輪機構(gòu)的體積，節(jié)省材料和減小慣性，可以凸輪重量極小作為目標(biāo)函數(shù)。 C）最大接觸應(yīng)力的極小化 雖然已用接觸強度建立了約 束條件，使凸輪副有足夠的強度和壽命。但如果要求機構(gòu)在給定條件下具有最高的強度和最長的壽命，則應(yīng)使其最大接觸應(yīng)力極小化。 以上僅是考慮某個評價指標(biāo)的單目標(biāo)優(yōu)化。若優(yōu)化設(shè)計中要求兼顧多個評價指標(biāo)，則為多目標(biāo)優(yōu)化問題。優(yōu)化設(shè)計理論中也有解決多目標(biāo)優(yōu)化問題的方法。 第 3 章 凸輪機構(gòu)輪廓仿真 偏置直動滾子推桿盤形凸輪輪廓仿真 建立數(shù)學(xué)模型 （ 1）凸輪理論輪廓的直角坐標(biāo)方程 其中，是凸輪轉(zhuǎn)角；是從動件位移；是結(jié)構(gòu)常數(shù)。 （ 2）凸輪實際輪廓的直角坐標(biāo)方程式 （ 3）凸輪理論輪廓上的機構(gòu) 壓力角 （ 4）凸輪理論輪廓上的曲率半徑 （ 5）凸輪輪廓直角坐標(biāo)的一階和二階導(dǎo)函數(shù)是 精品論文 因此，采用解析法設(shè)計凸輪輪廓，需要根據(jù)給定的從動件運動規(guī)律推到出對應(yīng)的一階導(dǎo)函數(shù)和二階導(dǎo)函數(shù)，然后代入到上述格式中進行計算。 M 文件及運行結(jié)果 （ 1）常規(guī)設(shè)計 圖 偏置直動滾子凸輪機構(gòu)設(shè)計 GUI 界面 其中，以等加速 —— 簡諧運動規(guī)律為例。 M 文件和運行結(jié)果： d1=ft+fs。 d2=ft+fs+fh。 n=360。 for f=1:n if f=ft/2 s(f)=2*h.*f^2./ft^2。 s=s(f)。 ds(f)=4*h.*f.*hd./(ft.*hd)^2。 ds=ds(f)。 elseif fft/2 amp。 fft s(f)=h2*h.*(ftf)^2./ft^2。 s=s(f)。 ds(f)=4*h.*(ftf).*hd./(ft.*hd)^2。 ds=ds(f)。 精品論文 elseif fft amp。 f=d1 s=h。 ds=0。 elseif fd1 amp。 f=d2 k=fd1。 s(f)=*h.*(1+cos(pi.*k./fh))。 s=s(f)。 ds(f)=*pi.*h.*sin(pi.*k./fh)./(fh.*hd)。 ds=ds(f)。 elseif fd2 amp。 f=n s=0。 ds=0。 end xx(f)=(se+s).*sin(f.*hd