【文章內(nèi)容簡介】 具有重要意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 第 2 章 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論 凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù) (1)基圓：以凸輪機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心為圓心，凸輪輪廓的最小向徑為半徑所作的圓，用 0r 表示。 (2)推程：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點(diǎn)向最遠(yuǎn)點(diǎn)運(yùn)動的過程。 (3)回程：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)點(diǎn)向最近點(diǎn)運(yùn)動的過程。 (4)行程：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心最近點(diǎn)到最遠(yuǎn)點(diǎn)運(yùn)動所通過的距離，或從最遠(yuǎn)點(diǎn)回到最近 點(diǎn)所通過的距離。行程通常指從動件的最大運(yùn)動距離，用 h表示。 (5)推程運(yùn)動角：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點(diǎn)運(yùn)動到最遠(yuǎn)點(diǎn)時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 ? 表示。 (6)回程運(yùn)動角：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)點(diǎn)運(yùn)動到最近點(diǎn)時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 ?? 表示。 (7)遠(yuǎn)休止角：從動件在距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)點(diǎn)靜止不動時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 s? 表示。 (8)近休止角：從動件在距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點(diǎn)靜止不動時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 s?? 表示。 (9)凸輪轉(zhuǎn)角：凸輪繞自身轉(zhuǎn)過的角度。一般情況下，凸輪轉(zhuǎn)角從行程的起始點(diǎn)在基圓上開始度量，它的值等于行程起點(diǎn)和從動件的運(yùn)動方向線與基圓的交點(diǎn)所組成的圓弧對應(yīng)的基圓圓心角，用 ? 表示。 (10)從動件的位移：凸輪轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)角 ? 時，從動件所運(yùn)動的距離，用 s表示。位移 s從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點(diǎn)開始度量，對于擺動從動件，其位移為角位移，需要把直動從動件的運(yùn)動參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的擺動運(yùn)動參數(shù)。 ]10[ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 從動件運(yùn)動規(guī)律 從動件的運(yùn)動一般作為凸輪機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動，而且凸輪的輪廓曲線往往也由從動件的運(yùn)動規(guī)律來確定，所以正確的選擇跟設(shè)計(jì)從動件的 運(yùn)動規(guī)律是凸輪設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。 從動件的運(yùn)動規(guī)律就是指的是從動件的位移 s，速度 v，加速度 a和凸輪轉(zhuǎn)角 ? 或者時間 t 之間的 函數(shù)關(guān)系，從動件的運(yùn)動規(guī)律的一般方程式為： )(?ss? 、)(?vv? 、 )(?aa? 。 凸輪 機(jī)構(gòu)的原動件是凸輪，并且一般作勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動。假設(shè)凸輪的角速度為? ，那么從動件的位移、 速度和加速度與凸輪的轉(zhuǎn)角間的關(guān)系是 22222,),(????????? d sddtdddvdtdvdt sdaddsdtdddsdtdsvss ?????????? 而對于擺動從動件，就需要把式子中的位移、速度和加速度替換為角位移、角速度和角加速度。 多項(xiàng)式類型運(yùn)功規(guī)律和三角函數(shù)類型運(yùn)動規(guī)律是常見的兩種從動件的運(yùn)動規(guī)律。 多項(xiàng)式類型運(yùn)動規(guī)律 多項(xiàng)式類型運(yùn)動規(guī)律的從動件的一般 形式為 ? ??????????????????????23221212210)1(62)2(nnnnnnnccancccvccccs???????????? (21) 式中， ncccc , 210 ? 均為待定常（系）數(shù)。等速運(yùn)動、等加速運(yùn)動、等躍度運(yùn)動、五次項(xiàng)運(yùn)動和七次項(xiàng)運(yùn)動等運(yùn)動規(guī)律均屬于此種類型。 當(dāng) n=1 時，上述運(yùn)動規(guī)律為 1 次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律，就是等速運(yùn)動規(guī)律，它的位移線圖為一條斜直線。該運(yùn)動規(guī)律用于“停 升 ?！鳖愋偷耐馆啓C(jī)構(gòu)時，理論上從動件在行程的起點(diǎn)和終點(diǎn)處有無窮大的加速度。因此會導(dǎo)致劇烈的沖 擊（剛性沖擊），所以單純采用等速運(yùn)動規(guī)律來實(shí)現(xiàn)“停 升 停”規(guī)律是不合適的，需要在行程的起始部分和終點(diǎn)部分用其他類型的運(yùn)動規(guī)律來進(jìn)行修正。等速運(yùn)動規(guī)律僅僅適用在低速運(yùn)動，從動件質(zhì)量不大的凸輪機(jī)構(gòu)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 當(dāng) n=2 時，運(yùn)動規(guī)律為 2 次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律，也就是等加速等減速運(yùn)動規(guī)律，其位移曲線為拋物線。等加速等減速運(yùn)動在運(yùn)動的起始位置、銜接點(diǎn)和終止位置上的加速度產(chǎn)生一定幅度的突變，使得從動系統(tǒng)的慣性力引起有限幅度的突變，從而導(dǎo)致所謂的柔性沖擊。此類運(yùn)動規(guī)律不適合用在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪機(jī)構(gòu)上。 當(dāng) n=5 時，上面的運(yùn)動規(guī)律為 5次項(xiàng)運(yùn)動 規(guī)律。當(dāng)從動件按照 5 次項(xiàng)運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時，加速度曲線無突變現(xiàn)象，且其幅值較小。適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。 三角函數(shù)類型運(yùn)動規(guī)律 三角函數(shù)類型的運(yùn)動規(guī)律主要有簡諧運(yùn)動、雙諧運(yùn)動和擺線運(yùn)動等 ]11[ 。 （ 1） 簡諧運(yùn)動規(guī)律 簡諧運(yùn)動規(guī)律又稱余弦加速度運(yùn)動規(guī)律。 推程階段運(yùn)動方程式： ?????????????)c os (2)sin(2)]c os (1[2222???????????????hahvhs (22) 回程階段的運(yùn)動方程式為： ????????????????????)c o s (2)s in (2)]c o s (1[2222???????????????hahvhs (23) 簡諧運(yùn)動規(guī)律的特征是從動件的加速度按照余弦運(yùn)動規(guī)律變化，從動件在運(yùn)動的始末位置有柔性沖擊。若推程和回程都采用簡諧運(yùn)動規(guī)律，且運(yùn)動角相等且無停留期，則滿足無沖擊條件，可用于高速凸輪。 （ 2）雙諧運(yùn)動規(guī)律 推程階段的雙諧運(yùn)動方程式： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 ???????????????????????)]s in ()2s in (2[2)]2c o s ()[ c os (2)]2s in (21)[ s in (2)]2c o s (41)c o s (43[233332222?????????????????????????????????hdsdhdsdhddshs (24) 在推程終止位置加速度幅度最大，用于“停 升?！鳖愋蜁r發(fā)生柔性沖擊，用于“停 升 回”類型時可以減小甚至消除柔性沖擊。適合高速下運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪 （ 3） 擺線運(yùn)動規(guī)律 擺線運(yùn)動規(guī)律又稱正弦加速度運(yùn)動規(guī)律。 推程階段運(yùn)動方程為： ??????????????)2s in (2)2c o s ()]2s in (21[22???????????????????hahhvhs (25) 回程階段運(yùn)動方程為： ????????????????????????)2s in (2)]2c os ([)]2s in (211[22???????????????????hahhvhs (26) 速度和加速度均無突變，可適用于凸輪機(jī)構(gòu)的高速運(yùn)動場合。 ]12[ 上述多項(xiàng)式和三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律是凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律的基本形式，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。為了揚(yáng)長避短，常常將數(shù)種不同的運(yùn)動規(guī)律拼接起來，構(gòu)成新的組合型運(yùn)動規(guī)律。又可稱為修正型運(yùn)動規(guī)律。 本實(shí)驗(yàn)臺所用的 8 種不同 運(yùn)動規(guī)律的盤形凸輪分別為： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 （ 1） 等速運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 150176。；遠(yuǎn)休止角φ＝ 60176。；回程運(yùn)動角φ＝ 150176。 . （ 2） 等加速等減速運(yùn)動規(guī)律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 180176。；回程運(yùn)動角φ＝ 180176。 （ 3） 正弦加速度運(yùn)動規(guī)律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 180176。；回程運(yùn)動角φ＝ 180176。 （ 4） 余弦加速度運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 180176。；回程運(yùn)動角φ＝ 180。 （ 5） 3－ 4－ 5 多項(xiàng)式加速度運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 150176。；近休止角φ＝ 30176。；回程運(yùn)動角φ＝150176。；遠(yuǎn)休止角φ＝ 30176。 （ 6） 改進(jìn)等速運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 150176。；近休止角φ＝ 30176。；回程運(yùn)動角φ＝ 150176。；遠(yuǎn)休止角φ＝ 30176。 （ 7） 改進(jìn)正弦運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 150176。；近休止角φ＝ 60176。；回程運(yùn)動角φ＝ 150176。 （ 8） 改進(jìn)梯形運(yùn)動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角φ＝ 180176。；回程運(yùn)動角φ＝ 180176。； 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)是根據(jù)所選定的從動件運(yùn)動規(guī)律和基本的尺寸，來求出凸輪的輪廓曲線。凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理是反轉(zhuǎn)法原理，即設(shè)想給凸輪機(jī)構(gòu)加上 1個繞凸輪回轉(zhuǎn)中心的反轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且使反轉(zhuǎn)的角速度等于凸輪轉(zhuǎn)動的角速度。凸輪是靜止不動的，從動件一方面隨導(dǎo)路繞 0 點(diǎn)反方向轉(zhuǎn)動，同時又沿它的導(dǎo)路方向按預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律做相對 運(yùn)動。由于從動件始終與凸輪的輪廓曲線保持接觸。所以，從動件的底部在由反轉(zhuǎn)跟相對移動所組成的復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是凸輪的輪廓曲線。 傳統(tǒng)的凸輪設(shè)計(jì)方法有作圖法繪制凸輪輪廓曲線和解析法計(jì)算凸輪輪廓坐標(biāo)兩種。圖解法容易，直觀，但設(shè)計(jì)的精度不高，只適用一些設(shè)計(jì)精度要求低的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 凸輪；解析法的設(shè)計(jì)精度較高，但因?yàn)橛?jì)算量比較大，往往需要編寫復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序 ]13[ 。因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用從而促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)不斷地革新，各種 CAD／ CAE 軟件的 功能也日益完善，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)也進(jìn)入了新的階段。我們可以選用多種 CAD／ CAE 軟件對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建模和仿真分析，從而更好的提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)時間，獲得優(yōu)良的設(shè)計(jì)方案和精確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。本平臺用 CAXA 線切割來進(jìn)行凸輪輪廓的繪制和線切割代碼編寫。 下面以 2號盤形凸輪為例來說明凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)過程： 設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動件行程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運(yùn)動角 0? ＝ 180176。；回程運(yùn)動角 1? ＝ 180176。從動件以等加速和等減速規(guī)律前進(jìn)和返回。 （ 1） 根據(jù)從動件運(yùn)動規(guī)律確定凸輪輪廓的公式曲線 根據(jù)等加速和等減速規(guī)律的運(yùn)動方程確定本案例中凸輪的輪廓曲線的極坐標(biāo)方程，其中等加速及等減速運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動方程如表 21 所示。 表 21 等加速及等減速運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動方程 運(yùn)動規(guī)律 運(yùn)動方程 推程（ 00 ???? ） 回程（ 10 ????? ） 等加速運(yùn)動規(guī)律 2202 ??hs?（ 20 0???? ） 2212 ?? ??? hhs （ 20 1????? ） 等減速運(yùn)動規(guī)律 2020 )(2 ??? ??? hhs（002 ??? ??） 2121)(2 ??? ??? hs （ 112 ??? ??? ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 以角速度的變化量為參變量 t，將基園半徑 r=40mm、從動件行程 h=15mm、推程角 0? ＝ 180176。、回程 角 1? ＝ 180176。等參數(shù)代入到從動件運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動方程中，得到凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)方程如表 22 所示。 表 22 凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)方程 （ 2） 用 CAXA 公式曲線功能繪制凸輪輪廓推程曲線 打開 CAXA 線切割軟件，選擇繪制→高級曲線→公式曲線命令，系統(tǒng)彈出“公式曲線”對話框 ]14[ ，在該對話框中選擇坐標(biāo)系為極坐標(biāo)系，選擇參變量 t的單位為角度。按照表 22 所示的推程段凸輪輪廓確