1 盤形凸輪 項目設(shè)計方案 第一章 緒論 究背景 凸輪機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律 ,因此廣泛應(yīng)用于眾多機(jī)械中。但是由于凸輪與從動件之間的高副接觸方式會增加機(jī)構(gòu)的功率損耗 ,因此對其在高效率傳動系統(tǒng)中的使用形成了較大限制。如何實(shí)現(xiàn)直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)的純滾動接觸是解決相對滑動接觸方式 ,并迅速提高凸輪機(jī)構(gòu)工作效率的最有效途徑。 低副機(jī)構(gòu)一般只能近似地實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動規(guī)律，而且設(shè)計較為復(fù)雜。當(dāng)從動件的位移、速度和加速度必須嚴(yán)格地按照預(yù)定規(guī)律變化，尤其當(dāng)原動件作連續(xù)運(yùn)動而從動件必須作間歇運(yùn)動時，則以采用凸輪機(jī) 構(gòu)最為簡便。凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)和機(jī)架組成，凸輪通過直接接觸將預(yù)定的運(yùn)動傳給從動件。凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。在各種機(jī)械，特別是自動機(jī)械和自動控制裝置中，廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)之所以能在各種自動機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，是因為它兼有傳動、導(dǎo)引及控制機(jī)構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用于傳動機(jī)構(gòu)時，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運(yùn)動，以及暫時停留或各種步進(jìn)運(yùn)動；凸輪機(jī)構(gòu)也適宜于 用作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運(yùn)動；當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)用作控制機(jī)構(gòu)時，可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動工作循環(huán)。因此凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計和制造方法對現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。 本文基于 “ 兩構(gòu)件的相對運(yùn)動可以用與這兩構(gòu)件相固連的一對瞬心線的純滾動來實(shí)現(xiàn) ” 這一瞬心線性質(zhì) ,推導(dǎo)出能夠滿足預(yù)定的從動件運(yùn)動規(guī)律要求的純滾動接觸直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的計算公式 ,并分析了該種凸輪機(jī)構(gòu)的臨界壓力角、許用壓力角、機(jī)構(gòu)效率、基圓半徑等各項參數(shù)的特征和機(jī)構(gòu)特征。根據(jù)分析結(jié)果 ,完成了一套能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定從動件運(yùn)動規(guī)律的純滾動接觸凸輪機(jī)構(gòu)的完整輪廓曲線設(shè)計的方案 ,設(shè)計得到的凸輪機(jī)構(gòu)不但能夠在回程、近休止和推程的機(jī)構(gòu)運(yùn)動階段保持純滾動接觸 ,還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)休止運(yùn)動階段 ,并且針對運(yùn)動規(guī)律相同但行程大小不同的凸輪機(jī)構(gòu)提出縮放輪廓的設(shè)計方式 ,大大簡化了該種凸輪機(jī)構(gòu)的制造工藝。 最后 ,以一個實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計為例 ,設(shè)計出一套完整凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線 , 2 并在三維軟件 建立模型 ,利用 件對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真 ,測量運(yùn)動過程中從動件的運(yùn)動特征 ,發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與計算結(jié)果一致。錄制仿真了動畫影象 ,通過在輪廓曲線上找特殊點(diǎn)的方法 ,驗證了 該凸輪機(jī)構(gòu)在純滾動接觸階段內(nèi)接觸點(diǎn)都在瞬心線上的特征 。 究內(nèi)容 及意義 究內(nèi)容 分析原有的凸輪撥叉機(jī)構(gòu)以及間歇式擺動進(jìn)紙機(jī)構(gòu)設(shè)計存在的問題，提出一種新穎的進(jìn)紙方式即超越式進(jìn)紙機(jī)構(gòu)。 文中所研究的進(jìn)紙運(yùn)動機(jī)構(gòu)的技術(shù)關(guān)鍵是一共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)為國外印鈔機(jī)械公司如 論文對其進(jìn)行了較為深入的研究分析，系統(tǒng)闡述了超越式進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理和主關(guān)鍵機(jī)構(gòu)共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理和參數(shù)化設(shè)計，推導(dǎo)出參數(shù)設(shè)計函數(shù)方程，并對共軛盤形分度凸輪的加速度通用公式做了詳細(xì)的推 導(dǎo)與實(shí)踐應(yīng)用。 同時 ，文中還探討研究了共軛盤形凸輪型面的數(shù)控加工工藝技術(shù)，三坐標(biāo)精密測量程序與凸輪曲面加工誤差修正方法， 造工程師軟件在共軛盤形分度凸輪的曲線面高精度磨削技術(shù)的應(yīng)用分析研究。 考慮到共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的裝配精度對超越式進(jìn)紙的效果起著非常重要的影響，論文對于盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的裝配精度控制也做了較為詳細(xì)的控制分析，建立合理可行的裝配技術(shù)方案。裝配完成后再與自行研制的 得了很好的工程實(shí)際效果，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的。 本學(xué)位論文以國產(chǎn)印鈔機(jī)械中超越 式進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計、制造為出發(fā)點(diǎn)，探討印鈔機(jī)械中具有的通用而又關(guān)鍵的進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析原有的凸輪撥叉機(jī)構(gòu)以及間歇式擺動進(jìn)紙機(jī)構(gòu)設(shè)計存在的問題，提出一種新穎的進(jìn)紙方式即超越式進(jìn)紙機(jī)構(gòu)。文中所研究的進(jìn)紙運(yùn)動機(jī)構(gòu)的技術(shù)關(guān)鍵是一共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)為國外印鈔機(jī)械公司如 論文對其進(jìn)行了較為深入的研究分析，系統(tǒng)闡述了超越式進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理和主關(guān)鍵機(jī)構(gòu)共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理和參數(shù)化設(shè)計，推導(dǎo)出參數(shù)設(shè)計函數(shù)方程，并對共軛盤形分度凸輪的加速度通用公式做了詳細(xì)的推導(dǎo)與實(shí)踐應(yīng)用。 同時，文中還探討研究了共軛盤形凸輪型面的數(shù)控加工工藝技術(shù)，三坐標(biāo)精密測量程序與凸輪曲面加工誤差修正方法， 慮到共軛盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的裝配精度對超越式進(jìn)紙的效果起著非常重要的影響，論文對于盤形分度凸輪機(jī)構(gòu)的裝配精度控制也做了較為詳細(xì)的控制分析，建立合理可行的裝配技術(shù)方案。裝配完成后再與自行研制的 得了很好的工程實(shí)際效果，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的。論文中所涉及的理論分析和制造工藝，對此類平面凸輪的 參數(shù)設(shè)計和制造提供了一條有效的工程技術(shù)途徑。 3 究意義 可輸入凸輪的基本參數(shù)值， 求 出任意轉(zhuǎn)角時的凸輪輪廓所對應(yīng)的位置，為以后數(shù)控加工提供有效的數(shù)據(jù) ： (1)考慮凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)因素，對壓力角、曲率半徑進(jìn)行條件校核； (2)繪制不同類型的凸輪輪廓，繪制速度、加速度及位移曲線圖； (3)能夠設(shè)計出精確的凸輪輪廓曲線，大大提高了凸輪的設(shè)計精度； (4)能夠?qū)⒃O(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)控加工代碼，為數(shù)控加工做好的準(zhǔn)備。 除此之外，整個系統(tǒng)操作方式簡單、用戶界面良好并具有實(shí)用性。 只需設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，就可使從動件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。其缺點(diǎn)是：凸輪與從動件為點(diǎn)接觸或線接觸，壓強(qiáng)大，易于磨損，難加工，成本高。所以通常多用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) 由于 結(jié)構(gòu)簡單、易于 實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律 ,因此 廣泛應(yīng)用于眾多機(jī)械中。 但是 凸輪與從動件 之 間的高副接觸方式會增加機(jī)構(gòu)的功率損耗 ,因此 對其在高效率傳動系統(tǒng) 中的 使用形成了 較大 限制。如何 實(shí)現(xiàn) 直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)的純滾動接觸是解決相對滑動接觸方式 ,并迅速提高凸輪機(jī)構(gòu)工作效率的最 有效 途徑?；?“ 兩構(gòu)件的相對運(yùn)動 可以用與這兩構(gòu)件相固連的 1對瞬心線的純滾動 來 實(shí)現(xiàn) ” 這 1瞬心線性質(zhì) ,推導(dǎo)出 能夠滿足 預(yù)定的從動件運(yùn)動規(guī)律要求的純滾動接觸直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的計算公式 ,并研究了該種凸輪機(jī)構(gòu)的臨界壓力角、許用壓力角、機(jī)構(gòu)效率、基圓半徑等各項參數(shù)的特征和機(jī)構(gòu)特征。 根據(jù) 研究結(jié)果 ,完成了 1套 能夠?qū)崿F(xiàn) 預(yù)定從動件運(yùn)動規(guī)律的純滾動接觸凸輪機(jī)構(gòu)的完整輪廓曲線 設(shè)計 的方案 ,設(shè)計 得到的凸輪機(jī)構(gòu)不但 能夠 在回程、近休止和推程的機(jī)構(gòu)運(yùn)動階段保持純滾動接觸 ,還能 實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)休止運(yùn)動階段 ,并且 針對 運(yùn)動規(guī)律相同但行程大小不同的凸輪機(jī)構(gòu) 提出縮放輪廓的 設(shè)計 方式 ,大大簡化了該種凸輪機(jī)構(gòu)的制造工藝。 最后 ,以 1個實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計為例 ,設(shè)計出 1套完整凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線 ,并在 3維軟 利用 件對其 進(jìn)行 運(yùn)動學(xué)仿真 ,測量運(yùn)動 過程 中從動件的運(yùn)動特征 ,發(fā)現(xiàn) 仿 真結(jié)果與計算結(jié)果 1致。錄制仿真了動畫影象 ,通過 在輪廓曲線上找特殊點(diǎn)的策略 ,驗證了該凸輪機(jī)構(gòu)在純滾動接觸階段內(nèi)接觸點(diǎn)都在瞬心線上的特征 早期的工程技術(shù)人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設(shè)計參數(shù)。在 度低的手工繪圖，可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。而如今的 工程人員可以從三維建模開始，進(jìn)行產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計和制圖，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴a(chǎn)的過程，大大簡化了手工工作環(huán)節(jié)。由于 計算機(jī) 技術(shù)和各種數(shù)值計算的發(fā)展，使得很多方面的研究得以深入。利用參數(shù)化技術(shù)三維 以繪制精確的凸輪。參數(shù)化設(shè)計具有造型精確，造型速度快，避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過程，完成三維實(shí)體模型可以不斷的修改的特點(diǎn)。由于電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在某些設(shè)備的控制元件可以采用電子元器件，但他們一般只能傳遞較小的功率，而凸輪機(jī)構(gòu)卻能在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時 傳遞較大的功率。因此，凸輪機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中具有無可替代的優(yōu)越性，尤其在高速度、高精度傳動與分度機(jī)構(gòu)及引導(dǎo)機(jī)構(gòu)中，更有突出的優(yōu)點(diǎn)。可以說，對凸輪機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究，特別是對高速凸輪機(jī)構(gòu)及其動力學(xué)問題的進(jìn)一步研究，是長期、持續(xù)并有重大意義的工作?，F(xiàn)代三維 理進(jìn)行全方位的輔助，對制造業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。 4 第二章 盤形凸輪的應(yīng)用性狀 形凸輪基圓半徑的確定 確定擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)基圓半徑及中心距的圖解法 進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計時 ，往往是已知從動件的運(yùn)動規(guī)律 。 在一定的條件下設(shè)計出 較合理的凸輪機(jī)構(gòu)。我們知道從減小凸輪機(jī)構(gòu)的作用力 出發(fā) ， 凸輪壓力角的數(shù)值 愈小愈好 ， 但壓力角的減小將導(dǎo)致整個機(jī)構(gòu)尺寸 。 對 心尖 頂 直 動從動 件中推程角 o=90 從動 件在推程 時 按等速、等加速、等 減速及按正弦加速度、余弦加速度 運(yùn)動 ， 取凸 輪 機(jī) 構(gòu) 的 許 用 壓 力角 =30 根據(jù)諾 模 圖 可確定其最小基 圓 半 徑 ，即 h/由此可近似的確定最小基圓半徑為 5 r h/。 下圖所示，對心尖頂盤形凸輪機(jī)構(gòu)以角速度逆時針方向轉(zhuǎn)動，從動件受載荷 ,壓力角為，基圓半徑為 動件瞬時速度為 V，位移為 S，接觸電 B，凸輪輪廓的法線 不考慮運(yùn)動副的摩擦將里 其中 是推動從動件運(yùn)動的有效驅(qū)動力， 然 越大， 大， 小，從動件運(yùn)動越費(fèi)勁當(dāng)達(dá)到臨界壓力角時，無論用力 不能推動從動件，即發(fā)生自鎖，凸輪機(jī)構(gòu)被卡死 且與凸輪尺寸的關(guān)系 過凸輪軸心 O 作直線 直于從動件的運(yùn)動方向，根據(jù)三心定理得：則該直線與法線 就是凸輪與從動件的相對瞬時，因此得 dt/ds/由直角三角形 B=V/V/(S+ 又因為 r=rb+s 所以 （ ） -s=S 故 凸輪基圓半徑 力角 越小，反之， 越大 6 輪 機(jī)構(gòu)的 應(yīng) 用和 類 型 一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 在各種機(jī)器中，為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動要求經(jīng)常用到凸輪機(jī)構(gòu)，在自動化和半自動化機(jī)械中應(yīng)用更為廣泛。 圖 輪 1以等角速度回轉(zhuǎn)，它的輪廓驅(qū)使從動件 2（閥桿）按預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律啟閉閥門。 圖 繞線軸 3快速轉(zhuǎn)動時，經(jīng)齒輪帶動凸輪 1緩慢地轉(zhuǎn)動，通過凸輪輪廓與尖頂 ，驅(qū)使從動件 2往復(fù)擺動，因而使線均勻地纏繞在軸上。 圖 輪 1固定在沖頭上，當(dāng)沖頭上下往復(fù)運(yùn)動時，凸輪驅(qū)使從動件 2以一定的規(guī)律水平往復(fù)運(yùn)動，從而帶動機(jī)械手裝卸工件。 圖 帶有凹槽的凸輪 1轉(zhuǎn)動時，通過槽中的滾子，驅(qū)圖 燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu) 圖 線機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu) 7 使從運(yùn)件 2作往復(fù)移動。凸輪每回轉(zhuǎn)一周，從動件即從儲料器中推出一個毛坯，送到加工位置。 從以上的例子可以看出：凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動件和機(jī)架三個基本構(gòu)件組成。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為：只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到所需的運(yùn)動規(guī)律，并 且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。它的缺點(diǎn)是凸輪輪廓與從動件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，所以通常多用于傳力不大而需要實(shí)現(xiàn)特殊運(yùn)動規(guī)律場合。 二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類 根據(jù)凸輪和從動件的不同形狀和形式，凸輪機(jī)構(gòu)可按如下方法分類。 (1)盤形凸輪。它是凸輪的最基本形式。這種凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動并且具有變化半徑的盤形零件，如圖 3示。 (2)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(jī)架作直線運(yùn)動，這種凸輪稱為移動凸輪，如圖 3 圖 圖 (3)圓柱凸輪。將移動凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪，如圖 所示。 (1)尖頂從動件。如圖所示，尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。但磨損快、效率低，只適用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)。 (2)滾子從動件。如圖所示，在從動件前端安裝一個滾子，即成滾子從動件。滾子和凸輪輪廓之間為滾動摩擦，耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種形式。 (3)平底從動件。如圖所示，從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面。顯然 它不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸。這種從動件的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，凸輪與從動件之間的作用力始終與從動件的平底相垂直，傳動效率較高，且接觸面易于形成油膜，利于潤滑，常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。 以上三種從動件都可以相對機(jī)架作往復(fù)直線移動或作往復(fù)擺動。為了使凸輪與從 示 例 : 內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)（圖 繞線機(jī)構(gòu)（圖 沖床裝卸料機(jī)構(gòu) （圖 送料機(jī)構(gòu)（圖 8 圖 燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 圖 線機(jī)構(gòu) 圖 床裝卸料機(jī)構(gòu) 圖 料機(jī)構(gòu) 從以上所舉各列可以看出凸輪機(jī)構(gòu)： 組成： 原動件 1 凸輪具有變化向徑或變化輪廓曲線，常為等速回轉(zhuǎn)。 從動件 2 移動或擺動，靠凸輪向徑不同來實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動規(guī)律。 機(jī)架 3 起支承作用。 分類： a b c 圖 動件的形式 9 尖頂從動件 從動件端部以尖頂與與凸輪輪廓接觸，如圖 a）所示。這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，尖頂能與復(fù)雜的 凸輪輪廓保持接觸，因此理論上可以實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。尖頂從動件事研究其他類型從動凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。由于尖頂與凸輪是點(diǎn)接觸，易磨損，故僅適用于低速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)中。 滾子從動件 從動件端 部裝有可以自由轉(zhuǎn)動的滾子，滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，耐磨損，可以承受較大的載荷，故應(yīng)用廣泛，如圖 b）所示。 (3) 平底從動件 從動件的端部是一平底，這種從動件與凸輪輪廓接觸處在一定條件下易形成油膜，利于潤滑，傳動效率較高，且能傳動較大的作用力，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中，如圖 c）所示。 圖 鎖合方式分類 材料： 凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。 常用的凸輪材料： 40 2 0 40常用的滾子材料： 20 者滾動軸承 10 圖 動件位移線圖 動件常用運(yùn)動規(guī)律 從動件隨主動件的運(yùn)動變化規(guī)律叫從動件的運(yùn)動規(guī)律?，F(xiàn)以圖 示的尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。 以凸輪回轉(zhuǎn)中心到其輪廓的最小向徑為半徑所繪制出的圓稱為 基圓 ，半徑用 尖底與凸輪廓在線的 基圓上）接觸時 ，從動件處于上升的起始位置。當(dāng)凸輪以等角速度 沿逆時針方向轉(zhuǎn)動時，從動件在凸輪的推動下以一定的運(yùn)動規(guī)律到達(dá)最遠(yuǎn)位置 B，這個過程叫 推程 。此時從動件所走過的距離叫 升程 ，用 應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度 0叫 推程運(yùn)動角 (0 1 )。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn) 動件與凸輪廓線 為圓心的一段圓弧，因此從動件靜止不動，這其間從動件呈休止?fàn)顟B(tài)，對應(yīng)的 休止角 ( )。凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn) 0時，從動件與凸輪廓線 觸，又回到起始位置，這個過程為 回程 ，其回程量仍為 h，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 0叫 回程運(yùn)動角 ( 0 )。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn) s時，從動件與凸輪基圓的 動件在最低的位置停留不動，對應(yīng)的 s角叫近休止角。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件的運(yùn)動又重復(fù)上述過程。 從動件位移曲線如圖 示，其橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角 (因通常凸輪等角速度轉(zhuǎn)動，故橫坐標(biāo)也代表時間 t)，縱坐標(biāo)代表從動件位移 s ，表明從動件位移 s 與凸輪轉(zhuǎn)角 或時間 以上分析可知，從動件的位移線圖取決于凸輪輪廓線的形狀。也就是說，從動件的不同運(yùn)動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。下面介紹幾種從動件常用運(yùn)動規(guī)律： 11 1等速運(yùn)動規(guī)律 從動件在一個推程或一個回程中加速度始終為零，即從動件作等速運(yùn)動。從動件在推程、回程時的位移、速度和加速度方程分別為 000v)0( 0 （ 5 和 000000015 與式（ 5應(yīng)的從動件 s 曲線、 v 曲線和 a 曲線如圖 示。 由上可知：采用這種運(yùn)動規(guī)律，從動件在運(yùn)動開始和運(yùn)動終止時，速度有突變，因而加速度在理論上由零變?yōu)闊o窮大，致使從動件產(chǎn)生無限大慣性力，使凸輪機(jī) 構(gòu)受到極大沖擊，稱這種沖擊為剛性沖擊。故等速運(yùn)動規(guī)律適用于低速凸輪機(jī)構(gòu)。 2等加速等減速運(yùn)動規(guī)律 從動件在一個推程或一個回程中作等加速等減速運(yùn)動。以推程為例，設(shè)從動件在前半個推程作等加速運(yùn)動，后半個推程作等減速運(yùn)動，兩段加速度的絕對值相等，則推程前半段位移方程為 2020 2121 （ a） 當(dāng) 20 時， 2， 即 200 2212 圖 速運(yùn)動規(guī)律 12 則 20204 （ b） 將式（ b）代入式（ a），得 2202 ， 204dd 推程前、后半段的位移、速度和加速度方程為式（ 與式（ 應(yīng)的 s 曲線、 v 曲線和 a 曲線，如圖 示。 2044202022020 0020202020202442 用同樣方法可推導(dǎo)出回程段位移、速度和加速度方程為 24420002020202020 00002020020200202442 由位移方程可知，位移曲線為拋物線，當(dāng) 取 1， 2， 3， 個單 位 時 ， 對應(yīng) ， 4， 9， 個單 位，由此可作出 從動件在此期 間 的位移 線圖 ，如 圖 s 曲線 所示 ,其作 圖 方法如下：在 橫 坐標(biāo)軸 上 將長 度 為 20 的 線 段分成若干等分（ 圖 中 為 3等分），得 1， 2， 3各 點(diǎn) ，過這 些 點(diǎn) 做 橫軸 的 垂線 ；再 過 任一斜 線 在其上以任意 間 距截取 9個 等分點(diǎn) ， 連 接直 線 9 并作 其 并行 線4和 1，最后由 1 ， 2 ， 3 分別 向 過 1， 2， 3點(diǎn) 的 垂線 投影，得到 1 ，圖 加速等減速運(yùn)動規(guī)律 13 2， 3 點(diǎn) ， 將這 些 點(diǎn)連 成光滑 曲線 便得到前半段等加速 運(yùn)動 的位移 曲線。 如 圖所示，用同 樣 方法可求得等 減 速段的位移 曲線。 由上可知， 這 種 運(yùn)動規(guī) 律在始、末 點(diǎn) 及正、 負(fù)加 速度接 點(diǎn)處 ，加速度 產(chǎn) 生有限值突 變 ，致使 慣 性力 發(fā) 生有限值突 變 ，使凸 輪 機(jī)構(gòu)受到有限的 沖擊 ， 稱這 種 沖擊為 柔性 沖擊 ，故等加速等 減 速 運(yùn)動規(guī) 律適用于中速凸 輪 機(jī)構(gòu)。 3余弦加速度（ 簡諧 ） 運(yùn)動規(guī) 律 質(zhì)點(diǎn) 在 圓 周上作 勻 速 運(yùn)動時 ，它在 這個圓 周直 徑 上的投影所構(gòu)成的 運(yùn)動稱為簡諧運(yùn)動 ，其位移 線圖 作法如下：以 從動 件的行程 徑畫 半 圓 ， 將 此半 圓 分成若干等分 (圖 得 1， 2， 3， 點(diǎn) 。再把凸 輪 推程角也分成相 應(yīng)等分，并作 垂線 11， 22， 33， 然后 將圓 周上的等 分點(diǎn) 投影到相 應(yīng) 的垂直 線上 得 1， 2， 3， 點(diǎn) 。用光滑 曲 線連 接 這 些 點(diǎn) ，即得到 從動 件的位移 線圖 ， 其方程 為 圖中 2及 0 ，由此可 導(dǎo)出從動件在推程時的位移、速度和加速 度方程為 02022000 用同樣方法可導(dǎo)出從動件在回程時運(yùn)動方程為 02022000co 由上可知，簡諧運(yùn)動的加速度為余弦，故又稱其為余弦加速度運(yùn)動規(guī)律。這種運(yùn)動規(guī)律加速度曲線在運(yùn)動開始和終止時也有突變，故也有柔性沖擊，因此也只使用于中速凸輪機(jī)構(gòu)。但當(dāng)從動件在整個運(yùn)動沒有休止?fàn)顟B(tài)時，加速度曲線保持連續(xù)，因而避免沖擊，此時可用于高速凸輪機(jī)構(gòu)（如圖中虛線所示）。 圖 弦加速度運(yùn)動規(guī)律 14 除上述幾種運(yùn)動規(guī)律外，工程上還應(yīng)用正弦加速度等運(yùn)動規(guī)律，由于這種運(yùn)動規(guī)律加速度曲線保持連續(xù) ，因此可避免任何沖擊。 第三章 盤形凸輪的設(shè)計方法 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)，就是根據(jù)給定從動件的運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計凸輪的輪廓曲線。設(shè)計方法分圖解法和解析法。圖解法作圖誤差較大，適用于精度要求較低的凸輪設(shè)計中；但圖解法清晰、直觀，據(jù)其能進(jìn)一步理解凸輪輪廓設(shè)計原理及一些基本概念 根據(jù)工作要求合理地選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律之后，我們可以按照結(jié)構(gòu)所允許的空間和具體要求，初步確定凸輪的基圓半徑 后繪制凸輪的輪廓。 一、尖頂對心移動從動件盤形凸輪 如 圖 （ 示為從動件導(dǎo)路通過凸輪回 轉(zhuǎn)中心的尖頂對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。今已知從動件的位移線圖（圖 凸輪的基圓半徑 小半徑 凸輪以等角速度 1順時針回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。 凸輪機(jī)構(gòu)工作時凸輪是運(yùn)動的，而我們繪制凸輪輪廓時，卻需要凸輪與圖紙相對靜止，為此，我們在設(shè)計中采用“反轉(zhuǎn)法”。根據(jù)相對運(yùn)動原理：如果給整個機(jī)構(gòu)加上繞凸輪軸心 1，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動不變。這a) b) 圖 頂直動從動件盤形凸輪 15 樣一來，凸輪不動，而從動件一方面隨機(jī)架和導(dǎo)路以角速度 繞 一方面又在導(dǎo)路中移動。由于尖頂始終與凸輪輪廓相接觸，所以反轉(zhuǎn)后 尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡就是凸輪輪廓。 【實(shí)訓(xùn)例】凸輪輪廓可按如下步驟作圖求得（圖 ）：以 任取始點(diǎn) 的相反方向取角度 t、 h、 s，并將 4等分，得 A1、 A2、 A7 和 以 1、 A2、 A3、 A7各點(diǎn)作射線。在位移線圖上量取各個位移量，并在相應(yīng)的射線上截取 1=11、 2= 22、7=33、得 反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?、 將 、便得到所要求的凸輪輪廓。 二、滾子直動從動件盤形凸輪 把尖頂從動件改為滾子從動件時，其凸輪輪廓設(shè)計方法如圖所示。首先，把滾子中心看作尖頂從動件的尖頂，按照上面的方法求出一條輪廓曲線 0；然后以 0 上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑，畫一系列圓；最后作這些圓的包絡(luò)線 ，它便是使用滾子從動件時凸輪的實(shí)際輪廓，而 0 稱為凸輪的理論輪廓。由作圖過程可知，滾子從動件凸輪基圓半徑 平底從動件的凸輪輪廓的繪制方法與上述相似。如圖 3平底與導(dǎo)路中心 線的交點(diǎn)照尖頂從動件凸輪輪廓繪制的方法，求出理論輪廓上一系列點(diǎn) 2、 其次，過這些點(diǎn)畫出各個位置的平底 2然后作這些平底的包絡(luò)線，便得到凸輪的實(shí)際輪廓曲線。圖中位置 1、 6分別是平底與凸輪輪廓相切點(diǎn)與導(dǎo)路中心的距離的左最遠(yuǎn)位滾子直動從動件盤形凸輪 平底從動件 盤形 凸輪 偏置從動件盤形凸輪 16 置和右最遠(yuǎn)位置。為了保證平底始終與輪廓接觸，平底左側(cè)長度應(yīng)大于 m，右側(cè)長度應(yīng)大于 l 。 三、偏置從動件盤形凸輪 當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造不允許從動件軸線通過凸輪軸心時，或者為了獲得較小 的機(jī)構(gòu)尺寸，機(jī)械中有時采用偏置從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。此外，若為平底從動件時，采用偏置的方法還可使從動件得到微小的轉(zhuǎn)動，以減少平底與凸輪間的摩擦。 如圖所示，從動件導(dǎo)路的軸線與凸輪軸心 e。從動件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的位置，不再是由凸輪回轉(zhuǎn)軸心 是始終與此，若以凸輪回轉(zhuǎn)中心 偏距 從動件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的位置必然都是偏距圓的切線（圖中 ，從動件的位移（ 1、 2）也應(yīng)沿這些 切線量取，這是與對心移動從動件不同的地方。因其余的作圖步驟與尖頂對心移動從動件凸輪輪廓線的作法相同，此處不再重復(fù)。 四、 凸輪輪廓曲線繪制 設(shè)計對心尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓，已知從動件的運(yùn)動規(guī)律如右圖所示，凸輪以角速度按順時針方向轉(zhuǎn)動，基圓半徑 5程 h=4據(jù)反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計出凸輪輪廓曲線且步驟如下 ： 取長度比例尺 出基圓和從動件尖頂離軸心 圖左所示，從動件與凸輪輪廓在點(diǎn) O)杰出的位置， 在基圓上自 的反方向量取推程角 o=90遠(yuǎn)休止角s=30，回程角 o=60和近休止角 s=180，并將推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角各分成若干等分，如圖左中各分成四等分得 、 凸輪軸心 這些射線是反轉(zhuǎn)后從動件在個個位置的曲線。 從動件的位移曲線上的推程角和回程運(yùn)動角扽得分成作圖中對應(yīng)區(qū)間相同的份數(shù)，得等分點(diǎn) 1， 2過各等分點(diǎn)分別做垂直于橫坐標(biāo)軸的直線，它們與位移曲線相交于 1、 2則 11、 22 為凸輪在相應(yīng)轉(zhuǎn)角位置時，從動件的位移量。 各射線 的延長線上從基圓開始向外分別量取位移量1、 2 于是 各點(diǎn) 曲線即為所求的凸輪輪廓 據(jù) 6o=90與等速運(yùn)動標(biāo)尺上 h/直線交 0， 于是 0對于直動從動件的推程許用壓力角 =3017 因此該凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角 a）， 0，實(shí)際輪廓為一平滑線。 當(dāng) b）， = 0，在凸輪實(shí)際輪廓曲線上產(chǎn)生了尖點(diǎn)，這種尖點(diǎn)極易磨損，磨損后就會改變原定的運(yùn)動規(guī)律。 當(dāng) c）， 0，實(shí)際輪廓曲線發(fā)生相交，圖中陰影部分的輪廓曲線在實(shí)際加工時將被切去，使這一部分運(yùn)動規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)。為了使凸輪輪廓在任何位置既不變尖更不相交，滾子半徑必須小于理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑 論輪廓內(nèi)凹部分對滾子半徑的選擇沒有影響）。通常取 r 至不能滿足安裝和強(qiáng)度要求，則應(yīng)把凸輪基圓半徑 新設(shè)計凸輪輪廓曲線。 二、壓力角 的校核 凸輪機(jī)構(gòu)也和連桿機(jī)構(gòu)一樣，從動件運(yùn)動方向和接觸輪廓法線方向之間所夾的銳角稱為壓力角。圖 3不考慮摩擦?xí)r，凸輪給從動件的作用力 動件運(yùn)動方向與 即壓力角。 R 可分解為沿從動件運(yùn)動方向的軸向分力 R 和與之垂直的側(cè)向分力 R ，且 R =R 當(dāng)驅(qū)動從動件運(yùn)動的分力 R 一定時，壓力角 越大，則側(cè)向分力 R 越大，機(jī)構(gòu)的效率越低。當(dāng) 增大到一定程度，使 R所引起的摩擦阻力大于軸向分力 R 時，無論凸輪加給從動件的作用力多大，從動件都不能運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。由以上分析可以看出，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作并具有一定的傳動效率，必須對壓力角加以限制。凸輪輪廓曲線 上各點(diǎn)的壓力角是變化的，在設(shè)計時應(yīng)使最大壓力角不超過許用值。通常對直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)取許用壓力角 =30，對擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)建議取 =45 。常見的依靠外力維持接觸的凸輪機(jī)構(gòu)，其從動件是在彈簧或重力作用下返回的，回程不會出現(xiàn)自鎖。因此，對于這類凸輪機(jī)構(gòu)通常只須對推程的壓力角進(jìn)行校核。 在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，通常是首先根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初步選定基圓半徑，然后用圖解法或解析法設(shè)計凸輪輪廓。為確保運(yùn)動性能，必須對輪廓各處的壓 力角進(jìn)行校核，檢驗最大壓力角是否在許用范圍之內(nèi)。用圖解法檢驗時，可在凸輪理論輪廓曲線比較陡的地方取若干點(diǎn)（如圖中的 作出過這些點(diǎn)的法線和從動件 出它們之間所夾的銳角1、2、 。若其中最大值超圖 檢驗最在壓力角 19 過許用壓力角，則應(yīng)考慮修改設(shè)計，可采用加大凸輪基圓半徑或?qū)π耐馆啓C(jī)構(gòu)改為偏置凸輪機(jī)構(gòu)的方法。 三、基圓半徑的選擇 設(shè)計凸輪輪廓時，首先應(yīng)確定凸輪的基圓半徑 由前述可知：基圓半徑不但直接影響凸輪的結(jié)構(gòu)尺寸，而且還影響到從動件的運(yùn)動是否“失真”和凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能。因此，對凸輪基圓的選取必須給予足夠重視。 目前，凸輪基圓半徑的選取常用如下兩種方法： （一）根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定 凸輪與軸做成一體（凸輪軸）時： rb=r+5 （ 3 當(dāng)凸輪裝在軸上時： (.7)r +5 （ 3 式中： 若凸輪機(jī)構(gòu)為非滾子從動件，在計算基圓半徑時，式 (3式 (3的 （二）根據(jù) 確定基圓最小半徑 所示為工程上常用的諾模圖 ,圖中上半圓的標(biāo)尺代表凸輪轉(zhuǎn)角 0，下半圓的標(biāo)尺為最大壓力角 徑的標(biāo)尺代表從動件規(guī)律的 h/下面舉例說明該圖的使用方法。 輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu) 是由 凸輪 ， 從動件 和 機(jī)架 三個基本 構(gòu)件 組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，一般為主動件，作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù) 直線運(yùn)動 。 與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律的構(gòu)件，一般做往復(fù)直線運(yùn)動或擺動，稱為從動件 。 凸輪機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中的基本特點(diǎn)在于能使從動件獲得較復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。 凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的傳動特點(diǎn)只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可以使從動件?shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律。缺點(diǎn)是凸輪輪廓與從動件之間是點(diǎn)或線接觸，易磨損，通常用于傳力不大的控制機(jī) 械中。 例如，自動機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，印刷機(jī)、紡織機(jī)和各種電氣開關(guān)中的凸輪機(jī)構(gòu)等。 凸輪機(jī)構(gòu)的傳動特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實(shí)現(xiàn)從動件任意預(yù)期 20 運(yùn)動，最適用于要求從動件作間歇運(yùn)動的場合。因此在機(jī)床、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)電一體化裝配中大量應(yīng)用 。 缺點(diǎn) ： 1）點(diǎn)、線接觸易磨損； 2）凸輪輪廓加工困難； 3）行程不大 無論是采用作圖法還是解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線，所依據(jù)的基本原理都是反轉(zhuǎn)法原理。 例 偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 。 根據(jù)上述分析，在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)凸輪靜止不動，而使推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動；同時又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動，作出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。這就是凸輪廓線設(shè)計方法的反轉(zhuǎn)法原理。 下面我們來介紹運(yùn)用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪廓線的具體作法。 （ 1）直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 在設(shè)計凸輪的輪廓時，需先取適當(dāng)?shù)谋壤?1 ，根據(jù)已知的基圓半徑 e 作出基圓和偏距圓，然后才能運(yùn)用上述反轉(zhuǎn)法進(jìn)行作圖。其作圖方法及步驟： 1) 確定推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中占據(jù)的各個位置； 2）計算推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中的預(yù)期位移； 3) 確定推桿在復(fù)合運(yùn)動中依次占據(jù)的位置； 4) 將推桿尖點(diǎn)各位置點(diǎn)連成一光滑曲線，即為凸輪輪廓曲線。 對于偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中占據(jù)的各個位置為過基圓上各分點(diǎn)所作偏距圓的切線；而對于對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，可以認(rèn)為是 e = 0 時的偏置凸輪機(jī)構(gòu)，則需過基圓上各分點(diǎn)作過凸輪回轉(zhuǎn)中心的徑向線即可，其他設(shè)計方法基本相同。 例 1 偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線設(shè)計 。 對于直動 滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，在設(shè)計凸輪廓線時，可首先將滾子中心視為尖頂推桿的尖頂，按前述方法定出滾子中心在推桿復(fù)合運(yùn)動中的軌跡 (稱為凸輪的理論廓線 )，然后以理論廓線上一系列點(diǎn)為圓心，以滾子半徑 作此圓族的包絡(luò)線，即為凸輪的工作廓線 (又稱實(shí)際廓線 )。值得注意，凸輪的基圓半徑系指理論廓線的最小半徑。 例 2 偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線設(shè)計 。 對于直動平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，在設(shè)計這種凸輪廓線時，可將推桿導(dǎo)路中心線與推桿平底的交點(diǎn) A 視為尖頂推桿的尖頂，按前述作圖步驟確定出 A 在推桿復(fù)合運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置。然后再過這些點(diǎn)作一系列代表推桿平底的直 21 線，此直線族的包絡(luò)線，即為凸輪的工作廓線 例 3 直動平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線設(shè)計 （ 2）擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 對于擺動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計，同樣也可參照前述方法進(jìn)行。所不同的是推桿的預(yù)期運(yùn)動規(guī)律要用推桿的角位移來表示，即在前面所得的直動推桿的各位移方程中，只需將位移 s 改為角位移 ；行程 h 改為角行程 ，就可用來求擺動推桿的角位移了。 例 4 擺動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 的凸輪廓線設(shè)計 （ 3）直動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 對于直 動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，可設(shè)想將此圓柱凸輪的外表面展開在平面上，則得到一個移動速度為 V（ V 的移動凸輪。利用反轉(zhuǎn)法原理，給整個移動凸輪機(jī)構(gòu)加上一公共線速度 V 后，此時凸輪將靜止不動，推桿在隨其導(dǎo)軌反向移動和在導(dǎo)軌中按預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律往復(fù)移動的復(fù)合運(yùn)動時，其尖頂（或滾子中心或推桿導(dǎo)路中心線與推桿平底的交點(diǎn) A）描出的軌跡即為凸輪的理論廓線。然后再用前述同樣的方法就可求得移動凸輪的工作廓線。最后，將這樣作出的移動凸輪圖卷于以只為半徑的圓柱體上，并將其上的曲線描在圓柱體的表面上，即為所求的圓柱凸輪的輪廓曲線。 例 5直動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線設(shè)計 低副機(jī)構(gòu)一般只能近似地實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動規(guī)律。當(dāng)從動件的位移、速度和加速度必須嚴(yán)格地按照預(yù)定規(guī)律變化，尤其當(dāng)原動件作連續(xù)運(yùn)動而從動件必須作間歇運(yùn)動時，則以采用凸輪機(jī)構(gòu)最為簡便。本章主要介紹凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中的基本問題，要求掌握從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇、凸輪輪廓曲線的設(shè)計及凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定，并了解承載能力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計問題 圖解法設(shè)計凸輪輪廓 1反轉(zhuǎn)法原理： 給整個凸輪機(jī)構(gòu)施以 影響各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合運(yùn)動的軌跡即凸 輪的輪廓曲線（圖 22 圖 頂對心移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 反轉(zhuǎn)法原理 ： 依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線。 例如：尖頂凸輪繪制，滾子凸輪繪制。 2用作圖法設(shè)計凸輪廓線 （ 1）對心直動尖頂推桿盤形凸輪 對心直動尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 速度和推桿的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 設(shè)計步驟： 選比例尺 l 作基圓 反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。 將各尖頂點(diǎn)連接成 一條光滑曲線。 圖 子對心移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) （ 2）對心直動滾子推桿盤形凸輪 對心直動滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 速度和推桿的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 設(shè)計步驟： 選比例尺 l 作基圓 反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后，從動件滾子中心在各等份點(diǎn)的位置。 將各中心點(diǎn)連接成一條光滑曲線。 作各位置滾子圓的內(nèi) (外 )包絡(luò)線 (中心軌跡的等距曲線 )。 23 （ 3）對心直動平底推桿盤形凸輪 對心直動平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基 圓半徑 速度 和推桿的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 設(shè)計步驟： 選比例尺 l 作基圓 反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。 作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。 圖 對心直動平底推桿移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) （ 4）偏置直動尖頂推桿盤形凸輪 偏置直動尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 速度 和推桿的運(yùn)動規(guī)律和偏心距 e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 24 圖 偏置直動尖頂推桿 從動件盤形凸輪 （ 5）擺動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 速度 ，擺動推桿長度 d，擺桿角位移方程，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 圖 為 擺動尖頂推桿從動件盤形凸輪 第四章 盤形凸輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計范例 設(shè)計范例 【例】 設(shè)計一對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，已知凸輪的推程運(yùn)動角為 t =175，從動件在推程中按等加速和等減速規(guī)律運(yùn)動，行程h=18大壓力角 6。試確定凸輪的基圓半徑 解 ： 1）按已知條件將位于圓周上的標(biāo)尺為 0=175、 6的兩點(diǎn)，以直線相連（如圖中虛線所示） 2）由虛線與直徑上等加速和等減速運(yùn)動規(guī)律的標(biāo)尺的交點(diǎn)得：h/）計算最小基圓半 徑 得 h/8/0）基圓半徑 求凸輪基圓半徑的模圖 25 取 輪機(jī)構(gòu)的材料選擇 試驗證明：相同金屬材料比不同金屬的粘著傾向大；單相材料、塑性材料比多相材料脆 性材料的粘著傾向大。為減輕粘著磨損的程度推薦采用材料匹配有 ;(1)鑄鋼青銅；淬硬非淬硬鋼；非淬硬鋼 黃銅巴氏合金；淬硬鋼；青銅黃銅非淬硬鋼尼龍及積層熱壓樹脂。 禁忌的材料匹配是：非淬硬鋼青銅，非淬硬鋼尼龍及積層樹脂；淬硬鋼 硬鎳鋼 淬硬鎳鋼 因為是低速輕載凸輪選用鋼調(diào)質(zhì)，從動件接觸處選用鋼表面淬火 第五章 前景展望 機(jī)械設(shè)計制造 及其 自動化專業(yè) 業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)培養(yǎng)具備機(jī)械設(shè)計制造基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理和經(jīng)營銷售等方面工作的高級工程技術(shù)人才。 業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求：本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計與制造的基礎(chǔ)理論，學(xué)習(xí)微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)的基本知識，受到現(xiàn)代機(jī)械工程師的基本訓(xùn)練，具有進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、制造及設(shè)備控制、生產(chǎn)組織管理的基本能力。 畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識和能力： 1 具 有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、較好的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)基礎(chǔ)及正確運(yùn)用本國語言、文字的表達(dá)能力； 2較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，主要包括力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電工與電子技術(shù)、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計工程學(xué)、 機(jī)械制造 基礎(chǔ)、自動化基礎(chǔ)、市場經(jīng)濟(jì)及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識； 3具有本專業(yè)必需的制圖、計算、實(shí)驗、測試、文獻(xiàn)檢索和基本工藝操作等基本技能； 4具有本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)某個專業(yè)方向所必要的專業(yè)知識，了解其科學(xué)前沿及發(fā)展趨勢； 5具有初步的科學(xué)研究、科技開發(fā)及組織管理能力； 6具有較強(qiáng)的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識 。 下面是企業(yè)對本專業(yè)畢業(yè)生要求： 畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識與能力： 1. 具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)，較好的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)基礎(chǔ)及正確運(yùn)用 26 本國語言、文字的表達(dá)能力； 要包括力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電工與電子學(xué)、流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、市場經(jīng)濟(jì)及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識； 算、測試、文獻(xiàn)檢索和基本工藝操作等基本技能及較強(qiáng)的計算機(jī)和外語應(yīng)用能力； 領(lǐng)域內(nèi)某個專業(yè)方向所必要的專業(yè)知識，了解其科學(xué)前沿及發(fā)展趨勢； 新意識和較高的綜合素質(zhì)。 所以，我們的職業(yè)目標(biāo)可以從大學(xué)一年級