濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目 凸輪機構(gòu)的設(shè)計系 別機電系專 業(yè) 機電一體化技術(shù)班 級機電0601姓 名趙貝貝學(xué) 號06010107指導(dǎo)教師高清冉日期2008年12月濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：凸輪機構(gòu)的設(shè)計設(shè)計要求：原始條件：內(nèi)燃機中的凸輪，該凸輪滿足以下條件。凸輪以等角速度逆時針回轉(zhuǎn)，及基圓半徑rb=30mm,及從動件滾子圓半徑rt=8mm。已知條件題號123凸輪轉(zhuǎn)角60°-180°180°-300°300°-360°從動件運動規(guī)律等速上升30mm等加速等減速停止不動應(yīng)完成的任務(wù)： 1、凸輪輪廓設(shè)計 2、凸輪零件圖設(shè)計進度要求：第一周：確定題目；第二周：搜集凸輪機構(gòu)相關(guān)資料及前期準(zhǔn)備工作;第三周：凸輪曲線設(shè)計及計算；第四周：初步擬定設(shè)計的草稿；第五周：畢業(yè)論文的整體校核、修改；第六周：論文完善、定稿及打印裝訂；第七周：畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師（簽名）： 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計摘要在各種機器中，特別是自動化機器中，為實現(xiàn)某些特殊或復(fù)雜的運動規(guī)律，常采用凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)通常是由原動件凸輪、從動件和機件組成。其功能是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)換為從動件的連續(xù)或不連續(xù)的移動或擺動。與連桿機構(gòu)相比，凸輪機構(gòu)便于準(zhǔn)確的實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。所以凸輪機構(gòu)被廣泛地應(yīng)用，以實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動要求。本設(shè)計主要設(shè)計內(nèi)燃機中的凸輪機構(gòu)，內(nèi)燃機中的凸輪以等角速度回轉(zhuǎn)，其輪廓驅(qū)使從動件（閥桿）按預(yù)期的運動規(guī)律啟閉閥門，以控制可燃物進入汽缸或排除廢氣。至于氣閥開啟或關(guān)閉時間的長短及其速度的變化規(guī)律，則取決于凸輪輪廓線的形狀。根據(jù)從動件運動規(guī)律，來設(shè)計內(nèi)燃機中滾子盤形凸輪，使其得到預(yù)期的運動規(guī)律。關(guān)鍵詞：凸輪機構(gòu)分類，從動件運動規(guī)律，位移曲線，輪廓曲線，結(jié)構(gòu)及材料II濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設(shè)計任務(wù)書 I\o"CurrentDocument"摘要 II\o"CurrentDocument"1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類 1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 1\o"CurrentDocument"凸輪機構(gòu)的分類 1\o"CurrentDocument"2從動件常用運動規(guī)律 3\o"CurrentDocument"凸輪機構(gòu)的基本參數(shù) 3\o"CurrentDocument"從動件常用的運動規(guī)律 4\o"CurrentDocument"3盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計 8\o"CurrentDocument"3.1凸輪廓線設(shè)計的基本原理 8\o"CurrentDocument"4凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及材料 11\o"CurrentDocument"凸輪的結(jié)構(gòu) 11\o"CurrentDocument"從動件結(jié)構(gòu) 11\o"CurrentDocument"凸輪和滾子的材料 11\o"CurrentDocument"凸輪的零件圖 13\o"CurrentDocument"結(jié)論 14致謝 15參考文獻 16iii濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用（工程應(yīng)用案例）內(nèi)燃機中的凸輪機構(gòu);自動車床上的走刀機構(gòu)分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)等。功用：通常用來將主動件（凸輪）的轉(zhuǎn)動變?yōu)閺膭蛹耐鶑?fù)運動。凸輪機構(gòu)的分類1、按凸輪的形狀分類（1）盤形凸輪盤形凸輪是一個繞固定軸線回轉(zhuǎn)具有變化向徑的盤形構(gòu)件，它是凸輪最基本的形式。（2）移動凸輪凸輪作往復(fù)直線移動，它可看作是軸心在無窮遠(yuǎn)處的盤形凸輪。（3）圓柱凸輪凸輪的輪廓曲線位于圓柱面上，可看作是將移動凸輪卷在圓柱上而得。2、按從動件的形式分類尖頂從動件這種從動件的構(gòu)造最簡單，但易磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場合如用于儀表等機構(gòu)中。滾子從動件這種從動件由于底部裝有可自由轉(zhuǎn)動的滾子與從動件之間為滾動摩擦，減小了摩擦磨損，可用來傳遞較大的動力，應(yīng)用較廣。平底從動件從動件與凸輪之間為線接觸，凸輪對從動件的力始終垂直于底面（不計磨擦?xí)r），接觸處容易形成油膜，潤滑狀況好、傳動效率高，但凸輪輪廓不能內(nèi)凹，常用于高速場合。3、按照凸輪與從動件維持高副接觸的方法力封閉型凸輪機構(gòu)所謂力封閉型，主要利用重力、彈簧力或其它外力使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。如內(nèi)燃機配氣機構(gòu)中的凸輪。（2）形封閉型凸輪機構(gòu)濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計所謂形封閉型，是指利用凸輪和從動件的特殊幾何形狀使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。如自動進刀機構(gòu)即采用形封閉的接觸形式。將不同類型凸輪和從動件組合起來就，可得到不同型式的凸輪機構(gòu)。4、按從動件的運動形式和相對位置分類移動從動件作直線運動。擺動從動件往復(fù)擺動。為保證從動件與凸輪不脫離接觸，可利用重力、彈簧力或依靠凸輪上的凹槽來實現(xiàn)。5、凸輪機構(gòu)的特點（1）優(yōu)點：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，且機構(gòu)簡單緊湊。（2）缺點：凸輪輪廓易于設(shè)計，從動件與推桿之間為高副接觸，接觸應(yīng)力較大，易磨損，所以凸輪機構(gòu)多用在傳力不大的場合。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計2從動件常用運動規(guī)律凸輪一一機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)，是根據(jù)工作要求選定合適的凸輪機構(gòu)的型式、從動桿的運動規(guī)律和有關(guān)的基本尺寸，然后根據(jù)選定的從動桿運動規(guī)律設(shè)計出凸輪應(yīng)有的輪廓曲線。所以根據(jù)工作要求選定從動桿的運動規(guī)律，乃是凸輪輪廓曲線設(shè)計的前提。2.1凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)名詞：（以一對心移動尖頂從動桿盤形凸輪機構(gòu)為例加以說明）基圓一一以凸輪的轉(zhuǎn)動中心。為圓心，以凸輪的最小向徑為半徑ro所作的的圓，《稱為凸輪的基圓半徑。推程——當(dāng)凸輪以等角速度①逆時針轉(zhuǎn)動時，從動桿在凸輪廓線的推動下，將由最低位置被推到最高位置時，從動桿運動的這一過程稱為推程，而相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角5稱為推程運動角。遠(yuǎn)休——凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從動桿將處于最高位置而靜止不動時的這一過程。與之相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角52稱為遠(yuǎn)休止角。回程——凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從動桿又由最高位置回到最低位置的這一過程。相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角5''稱為回程運動角。近休——當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角^『時，從動桿與凸輪廓線上向徑最小的一段圓弧接觸，而將處在最低位置靜止不動的這一過程。^『稱為近休止角。行程——從動桿在推程或回程中移動的距離h。位移線圖一一描述位移s與凸輪轉(zhuǎn)角①之間關(guān)系的圖形。以從動件的位移s為縱坐標(biāo)，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角5或時間才（凸輪勻速轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)角5與時間看成正比）為橫坐標(biāo)，繪出一個工作循環(huán)內(nèi)的曲線稱之。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計圖2.1從動件的工作過程和位移線圖?*ii：i圖2.1從動件的工作過程和位移線圖?*ii：i'V?最弧門*(t)2.2從動件常用的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律是指其位移S、速度□和加速度〃等隨凸輪轉(zhuǎn)角5而變化的規(guī)律。1、等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律：是指從動件在推程或回程的運動速度為常數(shù)的運動規(guī)律。凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動，從動件在推程中的行程為h。從動件作等速運動規(guī)律的運動線圖如圖所示。其位移曲線為斜直線，速度曲線為平直線，加速度曲線為零線。推程時，設(shè)凸輪推程運動角為50，從動件推程位移為h，相應(yīng)的推程時間為/0則得推程時從動件用轉(zhuǎn)角5表示的運動方程s=h550hv——2 50a2=0由圖可見，從動件在推程始末兩點、處，速度有突變，瞬時加速度理論上為無窮大，因而產(chǎn)生理論上亦為無窮大的慣性力。而實際上，由于構(gòu)件材料的彈性變形，加速度和慣性力不至于達到無窮大，但仍會對機構(gòu)造成強烈的沖擊，這種沖擊稱為“剛性沖擊”或“硬沖”。因此，單獨采用這種運動規(guī)律時，只能用于凸輪轉(zhuǎn)速很低以及輕載的場合。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計b)a)b)a)圖2.2等速運動規(guī)律線圖2、等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律：從動件在一個行程h中，推程的前半段作等加速運動，后半段為等減速運動，其位移線圖是由兩條拋物線連接而成。推程中從動件的位移方程推程等減速段的運動方程推程等加速段的運動方程

推程等減速段的運動方程濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4h32v二 8204h34h32a=- 820回程等加速段的運動方程4h32a=- 82h回程等減速段的運動方程V二-%（8-8）82h

h4h32a4h32a二-^—82ha--e 82h作圖步驟:（1）在橫坐標(biāo)上找出80/2的一點，將80/2分為若干等分（圖中為四等分）得（1）在橫坐標(biāo)上找出80/2的一點，4各點，過這些點作橫坐標(biāo)軸的垂線;4各點，過這些點作橫坐標(biāo)軸的垂線;同時在縱坐標(biāo)軸上將從動件推程之半（h/2）分為相同的等分1、2、3、4同的等分1、2、3、4；⑵將原點與縱坐標(biāo)上的等分點連接得01、02、03、04,與相應(yīng)垂線分別交于1'、2'、3'、4'各點;（3）將1'、2'、3'、4'點連成光滑曲線，便得到前半推程等加速位移曲線;（4）后半推程的等減速運動的位移曲線，可以用同圖2.4簡諧運動規(guī)律線圖樣的方法繪制。3、運動規(guī)律特點：由圖可見，在推程的始末點和前、后半程的交接處，加速度有突變，因而慣性力也產(chǎn)生突變，但它們的大小及突變量均為有限值，由此將對機構(gòu)造成有限大小的沖擊，這種沖擊稱為“柔性沖擊”或“軟沖”。在高速情況下，柔性沖擊仍會引起相當(dāng)嚴(yán)重的振動、噪聲和磨損，因此這種運動規(guī)律只適用于中速、中載的場合4、簡諧運動規(guī)律（余弦加速度運動規(guī)律）簡諧運動：當(dāng)一質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所形成的運動。速度曲線為正弦濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計曲線，加速度曲線為余弦曲線。其運動方程為1-cos(±濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計曲線，加速度曲線為余弦曲線。其運動方程為1-cos(±8I800J兀2h3.v=---sin280兀2h32a= cos282018、0作圖步驟:(1(1)在縱坐標(biāo)軸上以從動件的行程h作為直徑畫半圓將此半圓分成若干等分，得1、2、3、…各點;并作垂線11'、22'、33'、…;2'、3'、?(2)將代表凸輪轉(zhuǎn)角并作垂線11'、22'、33'、…;2'、3'、?運動特點：由圖可見，在推程始末點處仍有加速度的有限值的突變，即存在“軟沖”，因此只適用于中、低速。但若從動件作無停歇的升一降一升型連續(xù)運動，則加連續(xù)的余弦曲線，消除了“軟沖”，故可用于高速。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計3盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪廓線設(shè)計的基本原理凸輪機構(gòu)工作時，凸輪何從動件都在運動，為了在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，希望凸輪相對于圖紙平面保持靜止不動，為此可采用反轉(zhuǎn)法。下面以圖1-5所示的對心尖定直動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例來說明這種方法的原理。如圖，設(shè)想凸輪固定不動，而讓從動件連同導(dǎo)路一起繞O點以角速度轉(zhuǎn)過0'1”，此時從動件將一方面隨導(dǎo)路一起以角速度轉(zhuǎn)動，同時又在導(dǎo)路中做相對移動。此時從動件向上移動的距離為0'3〃由途中可以看出射線1與基圓相交的點到1〃即為°T的距離。即在上述兩種情況下，從動件移動的距離不變。由于從動件尖頂在運動過程中始終與凸輪輪廓曲線保持接觸，所以此時得到凸輪輪廓曲線上的其它點。由于這種方法是假定凸輪固定不動而使從動件連同導(dǎo)路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法。圖3.1反轉(zhuǎn)法原理圖結(jié)論：本設(shè)計主要運用等速運動規(guī)律和等加速等減速運動規(guī)律。根據(jù)其運動規(guī)律來畫出位移線圖以及凸輪輪廓圖。、作圖步驟（1）畫出位移曲圖1）選取長度比例尺和角度比例尺分別為：\=0.002m/mm,Z=6。/mm，在5軸上截取線段30mm、20mm、，分別代表推程位移量和回程位移量。2）按區(qū)間等分位移曲線橫坐標(biāo)軸。確定從動件的相應(yīng)位移量。在位移坐標(biāo)軸上，將0。?180。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計升程區(qū)間等分成六等份，將180。?300?；爻虆^(qū)間等分成四等份，休止區(qū)間300。?360。不需等分。3）并過這些等分點分別作垂線1-1,、2-2'、3-3'、…、9-9'，這些垂線與位移曲線相交所得的線段，就代表相應(yīng)位置從動件的位移量s。圖3.2位移曲線圖（2）繪制滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線1）取與位移曲線相同的比例尺\，作出基圓和滾子從動件離軸心位置最近時從動件的初始位置B0。2）在基圓上自0B開始，沿中的反方向量取推程運動角（80。）、回程運動角（20。）和近休止角（0。）并將推程運動角分成六等分和回程運動角分成四等分，得BjB2、…、B0。3）過凸輪軸心O作上述各等分點的射線OB「OB2、…、OB0，這些射線便是反轉(zhuǎn)后從動件在各個位置的軸線。TOC\o"1-5"\h\z4）在各射線OB、OB、…、OB的延長線上從基圓開始向外量取位移量BB=11、1 2 10 1BB=22'、…、BB'=99'。2 9于是得B'、BJ…、B'。1 2 10

濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計將B'、B'、B'、…、B’各點連接成光滑的曲線（B'5與B6之間以及B9與B之間均為以1 2 3 10O為圓心的圓?。?。5）滾子從動件的半徑r=0008mm=4mm，以理論輪廓線上各點為圓心，滾子半徑r為半/0.002 t徑，畫一系列的圓，其包絡(luò)線就是所求滾子從動件盤形凸輪的實際輪廓。IZ/IZ/1IZ/IZ/1理論輪廓圖3.3滾子對心移動從動件盤形凸輪設(shè)計圖10濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及材料凸輪的結(jié)構(gòu)凸輪尺寸小，且與軸的尺寸相近時，則與軸做成一體，稱為凸輪軸。凸輪尺寸大且與軸的尺寸相差大時，應(yīng)與軸分開制造。裝配時，凸輪與軸有一定的相對位置要求。根據(jù)設(shè)計要求，在凸輪上刻出起始位置（0）或其他標(biāo)志，作為加工和裝配的基準(zhǔn)。對于要求凸輪位置沿軸的圓周方向可調(diào)時，宜采用圖4.1a所示結(jié)構(gòu)，出調(diào)時，用螺釘定位，調(diào)好后用錐銷固定；也可采用圖4.1b所示結(jié)構(gòu)，用開槽的錐形套筒與雙螺母鎖緊凸輪的位置，但這種結(jié)構(gòu)承載能力不大。圖4.1c所示位凸輪與軸采用建聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡單，但不可調(diào)。從動件結(jié)構(gòu)從動件末端結(jié)構(gòu)形式很多，常用的結(jié)構(gòu)形式如圖4.2a所示，滾子從動件的滾子可以是專門制造的圓柱體，如圖4.2a、b所示；也可采用滾動軸承，如圖4.2c所示。滾子與從動件頂端可用螺栓聯(lián)接（圖4.2a所示）；也可用小軸聯(lián)接（圖4.2b、c），應(yīng)保證滾子相對從動件能自由轉(zhuǎn)動。凸輪和滾子的材料凸輪工作時，往往承受的是沖擊載荷，同時凸輪表面會有嚴(yán)重的磨損，其磨損值在輪廓上各點均不相同。因此，要吞論和滾子的工作表面硬度高、耐磨損。對于經(jīng)常受到?jīng)_擊的凸輪機構(gòu)還要求凸輪芯部有較大的韌性。當(dāng)載荷不大、低速時可選用HT250、HT300、QT800-2、QT900-2等作為凸輪的材料。用球墨鑄鐵時，凸輪表面需經(jīng)常處理，以提高其耐磨性。中速、中載的凸輪常用45、40Cr、20Cr、20CrM等材料，并經(jīng)表面淬火，使硬度達HRC55-62。高速、重載凸輪可用40Cr，表面淬火至HRC56-60,或用38CrMoAl，經(jīng)滲氮處理達HRC60-67。滾子的材料可用20Cr，經(jīng)滲氮淬火，表面硬度達HRC56-62,也可用滾動軸承作為滾子。11濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計圖4.1凸輪的結(jié)構(gòu)圖4.2滾子的結(jié)構(gòu)12濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4.4凸輪的零件圖12Kr至電杖層手噂型aw：1至生訛:i莊忠由甘用母制造13濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計結(jié)論機械設(shè)計及制造專業(yè)是一個專業(yè)面寬、通用性強的專業(yè)，為國民經(jīng)濟建設(shè)培養(yǎng)合格的、并能適應(yīng)21世紀(jì)科技發(fā)展需要的機械設(shè)計人才，是本專業(yè)的使命。為此，本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生必須具有深厚的基礎(chǔ)和較寬的專業(yè)知識面。根據(jù)本專業(yè)目前的情況，專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會提出本專業(yè)的主干學(xué)科課程為機械學(xué)、機械設(shè)計工程學(xué)和應(yīng)用電子學(xué)，并提出機械設(shè)計學(xué)和機械系統(tǒng)設(shè)計是本專業(yè)的主干課，是重點體現(xiàn)本專業(yè)特點和性質(zhì)的主要課程。機械系統(tǒng)設(shè)計是一門學(xué)科性課程，力求從機械設(shè)計工程學(xué)學(xué)科的高度總結(jié)和歸納機械系統(tǒng)設(shè)計的基本理論、方法和技術(shù)。本課程的任務(wù)是使學(xué)生在掌握機械設(shè)計基礎(chǔ)知識的同時，進一步了解和掌握機械產(chǎn)品整機設(shè)計中較系統(tǒng)、較完整的基本知識、基本原理和工作要點，使學(xué)生從整機的角度和系統(tǒng)的觀點掌握機械產(chǎn)品設(shè)計的規(guī)律和特點，力求使學(xué)生具有初步的進行整機設(shè)計和能提出創(chuàng)新構(gòu)思并能盡快將其轉(zhuǎn)化為有競爭力的產(chǎn)品的能力，并培養(yǎng)學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計中