-1-凸輪輪廓課程設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)概述(1)凸輪機(jī)構(gòu)作為機(jī)械系統(tǒng)中的一種典型運(yùn)動(dòng)傳遞裝置，在許多行業(yè)和領(lǐng)域都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)，首先需要對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)概述，以便明確設(shè)計(jì)目標(biāo)、工作原理以及預(yù)期達(dá)到的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)概述旨在對(duì)凸輪輪廓課程設(shè)計(jì)中，針對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行概述，包括設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。(2)本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)過程中，需充分考慮以下因素：首先，要滿足從動(dòng)件的直線運(yùn)動(dòng)要求，確保其在運(yùn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性和可靠性；其次，要考慮到凸輪輪廓的形狀設(shè)計(jì)，使其能夠有效引導(dǎo)從動(dòng)件的移動(dòng)；再者，還需要關(guān)注整個(gè)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和壽命，確保其在長(zhǎng)期使用過程中能夠保持良好的性能。(3)在進(jìn)行凸輪輪廓設(shè)計(jì)之前，需對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算。這包括確定凸輪的基圓半徑、壓力角、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等參數(shù)。此外，還需要對(duì)凸輪的輪廓曲線進(jìn)行優(yōu)化，以確保從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)過程中，還需遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，保證設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。通過本設(shè)計(jì)概述，為后續(xù)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析以及凸輪機(jī)構(gòu)強(qiáng)度校核等環(huán)節(jié)提供明確的方向和依據(jù)。二、凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)確定(1)確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)是設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵步驟。首先，需根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求，確定凸輪的基圓半徑。這一參數(shù)將直接影響凸輪的輪廓形狀和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)軌跡。其次，選擇合適的壓力角，該角度關(guān)系到凸輪與從動(dòng)件之間的接觸應(yīng)力分布，對(duì)機(jī)構(gòu)的效率和壽命有重要影響。(2)在確定基本參數(shù)時(shí)，還需考慮從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)需求，選擇合適的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如等速運(yùn)動(dòng)、等加速運(yùn)動(dòng)或等減速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇將直接影響從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能。此外，還需確定從動(dòng)件的起始位置和終止位置，以確保其運(yùn)動(dòng)軌跡符合設(shè)計(jì)要求。(3)為了確保凸輪機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性，還需對(duì)凸輪的齒數(shù)和模數(shù)進(jìn)行合理選擇。齒數(shù)和模數(shù)的選擇將影響凸輪的強(qiáng)度和耐磨性。此外，還需考慮凸輪機(jī)構(gòu)的安裝方式和尺寸，確保其與其它部件的配合精度，以滿足整體機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)這些基本參數(shù)的確定，為后續(xù)的凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算(1)凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)。以某盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，其基圓半徑為R=40mm，壓力角α=30°。根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)曲線方程為y=0.01t^2。通過計(jì)算，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度v=0.1m/s，加速度a=0.02m/s^2。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)壓力角α和基圓半徑R，計(jì)算出凸輪的曲率半徑r=R/tanα=46.42mm。進(jìn)一步，通過繪制凸輪輪廓曲線，得到凸輪的徑向力F=0.5mv^2/R=0.05N。(2)在凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算中，還需要考慮凸輪的齒數(shù)和模數(shù)。以該盤形凸輪為例，其齒數(shù)z=20，模數(shù)m=2mm。根據(jù)模數(shù)和齒數(shù)，計(jì)算出齒高h(yuǎn)=m=2mm，齒寬b=1.5m，齒頂高h(yuǎn)_a=2.5m。為了提高凸輪的耐磨性和抗沖擊性，選擇采用漸開線齒形，其齒形角θ=20°。通過計(jì)算，得出凸輪的齒形系數(shù)φ=0.5，從而得到凸輪的齒距p=πd=20πmm。(3)在凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，還需對(duì)凸輪的強(qiáng)度進(jìn)行校核。以該盤形凸輪為例，其材料為45號(hào)鋼，抗拉強(qiáng)度σ_b=600MPa。根據(jù)凸輪的徑向力F和齒數(shù)z，計(jì)算出凸輪的徑向應(yīng)力σ_r=F/(πD^2/4z)=0.0167MPa。進(jìn)一步，考慮凸輪的齒形系數(shù)φ和材料強(qiáng)度，計(jì)算出凸輪的許用應(yīng)力[σ]=σ_b/φ=360MPa。通過比較徑向應(yīng)力σ_r和許用應(yīng)力[σ]，得出該凸輪在強(qiáng)度方面滿足設(shè)計(jì)要求。在完成凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算后，還需進(jìn)行實(shí)際加工和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以確保凸輪機(jī)構(gòu)的性能符合預(yù)期。四、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析(1)在對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，以某實(shí)際應(yīng)用案例為例。該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)等速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度v=0.1m/s。通過計(jì)算，從動(dòng)件的加速度a=0.01m/s^2，減速度a'=0.01m/s^2。在凸輪的基圓半徑R=40mm和壓力角α=30°下，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)軌跡為y=0.01t^2，其中t為時(shí)間。通過實(shí)驗(yàn)，從動(dòng)件在0.1s內(nèi)完成一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)周期。(2)為了進(jìn)一步分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性，我們計(jì)算了從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度和最大加速度。以該案例為例，從動(dòng)件的最大速度v_max=0.1m/s，最大加速度a_max=0.02m/s^2。同時(shí)，通過分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)曲線，得知其運(yùn)動(dòng)過程中的平均速度v_avg=0.05m/s。在此過程中，從動(dòng)件的行程s=0.02m，運(yùn)動(dòng)周期T=0.2s。(3)在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析中，還需考慮凸輪與從動(dòng)件之間的相互作用力。以該案例為例，當(dāng)從動(dòng)件處于最大速度時(shí)，凸輪對(duì)從動(dòng)件的徑向力F_r=mv_max^2/R=0.005N，其中m為從動(dòng)件的質(zhì)量。同時(shí)，由于從動(dòng)件的加速度和減速度相等，凸輪對(duì)從動(dòng)件的軸向力F_a=ma_max=0.0002N。通過計(jì)算，得出凸輪與從動(dòng)件之間的總作用力F=F_r^2+F_a^2=0.005N。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行，需對(duì)凸輪和從動(dòng)件的接觸應(yīng)力進(jìn)行校核，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。此外，還需考慮凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如振動(dòng)、沖擊等，以保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。五、凸輪機(jī)構(gòu)強(qiáng)度校核(1)凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核是確保其安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。以某盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，首先需計(jì)算凸輪的徑向力F_r和軸向力F_a。假設(shè)從動(dòng)件的質(zhì)量為m=0.5kg，運(yùn)動(dòng)速度v=0.1m/s，加速度a=0.02m/s^2，則徑向力F_r=0.5mv^2/R=0.01N，軸向力F_a=ma=0.01N。其中，R為凸輪的基圓半徑。(2)在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，需考慮凸輪的應(yīng)力分布。以該案例中的凸輪為例，其材料為45號(hào)鋼，屈服強(qiáng)度σ_s=400MPa。根據(jù)應(yīng)力計(jì)算公式，徑向應(yīng)力σ_r=F_r/(πD^2/4z)和軸向應(yīng)力σ_a=F_a/(πD/2z)，其中D為凸輪的直徑，z為齒數(shù)。計(jì)算得出σ_r=0.02MPa，σ_a=0.01MPa。通過比較σ_r和σ_a與材料的屈服強(qiáng)度σ_s，確認(rèn)凸輪的徑向和軸向應(yīng)力均未超過材料的屈服強(qiáng)度，滿足強(qiáng)度要求。(3)除了考慮應(yīng)力分布外，還需對(duì)凸輪的接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。以該案例為例，凸輪表面硬度為HRC55，接觸疲勞極限σ_n=300MPa。通過計(jì)算，得出凸輪與從動(dòng)件之間的接觸