凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 浙江理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 學(xué) 院 機械與自動控制學(xué)院 專業(yè)班級 09機械設(shè)計制造及其自動化（ 4）班 姓 名 景坷 學(xué) 號 B09300412 指導(dǎo)教師 唐浙東 系 主 任 胡明 學(xué)院院長 胡旭東 二 一三 年 五 月 十九 日 浙 江 理 工 大 學(xué) 機械與自動控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計誠信說明 我謹在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 2013 年 5月 19 日 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 摘要 凸輪機構(gòu)是工程中用 來 實現(xiàn)機械化和自動化的重要驅(qū)動和控制機構(gòu) 之一 ，在輕工、食品、紡織、印刷、醫(yī)藥、標準零件 制造、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域運行的工作機械中 都 獲得廣泛應(yīng)用。 但隨著社會發(fā)展和科技進步， 為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率， 作為機械設(shè)備核心部件的 凸輪機構(gòu)而言，必須進一步提高 它的 設(shè)計水平，在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。 因此，開展對凸輪機構(gòu)運動分析的研究，對于揭示機構(gòu)的運動性能，進行機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和動力學(xué)分析有著重要的實際意義。 本文首先介紹了凸輪機構(gòu)的發(fā)展概況，提出課題的背景和意義，接著指出國內(nèi)外研究的趨勢和國內(nèi)高校凸輪機構(gòu)實驗僅局限于對運動參數(shù)的測量與分析，然后提出以現(xiàn)實生活中最常用的一些凸輪為基 礎(chǔ)來研究 凸輪機構(gòu) 試驗平臺 中從凸輪輪廓設(shè)計到加工到試驗這一整個系統(tǒng)構(gòu)成 。凸輪輪廓線的設(shè)計在解析法的基礎(chǔ)上用計算機軟件進行繪制。凸輪加工的方法用最常見的線切割加工，用 CAXA 線切割軟件來輔助寫代碼。平臺可測量盤形凸輪，圓柱凸輪，直動從動件及擺動從動件組成的不同的凸輪機構(gòu)的運動特性。從動件的回復(fù)力采用恒定重力的重力回復(fù)，直動的軌道用直線導(dǎo)軌，進一步的提高測量精度。在實驗臺中各個傳感器的設(shè)計位置，可以讓學(xué)生直觀去觀察從動件的速度、加速度；同時，為了讓實驗臺的測量數(shù)據(jù)更加豐富，在實驗臺上加上旋轉(zhuǎn)編碼器，就可以觀察和研 究凸輪機構(gòu)的在運行中輸入軸的速度，讓整個實驗臺的功能更加的強大，實驗內(nèi)容更加豐富，對凸輪機構(gòu)運動研究也很有幫助。 關(guān)鍵詞： 凸輪機構(gòu)；運動分析；解析法；試驗臺；軟件輔助設(shè)計 Abstract The cam mechanism is one of the drive and control mechanism used to achieve the mechanization and automation project, running in the field of light industry, food, textile, printing, medicine, standard parts manufacturing, transportation machinery are widely available. With the social development and scientific and technological progress in order to improve product quality and productivity, as the core components of the cam mechanism of the machinery and equipment necessary to further improve the design level, on the basis of the analytical method designed to carry out the study of computer-aided design and application. Therefore, to carry out the analysis of motion of the cam mechanism to reveal the kinematic performance, the optimal design of the institutions and dynamics analysis has important practical significance. This paper first introduces the overview of the development of the cam mechanism, put forward the background and significance of the topic, then pointed out that research trends at home and abroad and domestic universities cam mechanism experiment is only limited to the measurement and analysis of motion parameters, and then put forward to the most commonly used in real life cam based design of an innovative test platform to conduct a series of experiments to design, analysis and testing of the cam mechanism. Cam profile design computer software to draw on the basis of the analytical method. Cam processing method with the most common line cutting, with CAXA line cutting software to assist write code. Platform to measure disk cam, cylindrical cam, direct-acting the motion characteristics of the follower and oscillating follower cam mechanism. The restoring force of the driven member with constant gravity gravity reply movable straight track with a linear guide, and further improve the measurement accuracy. In the experimental Taichung sensor design, allows students intuitive to observe the follower velocity, acceleration； richer, in order 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 to allow the measurement data of the bench, and rotary encoders, can be observed in the experimental stage, and research the cam mechanism in the operation of the speed of the input shaft, so that the entire bench more powerful experimental richer, the movement of the cam mechanism is also helpful. Keywords: cam mechanism； motion analysis； analytical method； test bench； software aided design 目 錄 摘 要 Abstract 第 1 章 緒論 . 2 1.1 引言 . 4 1.2 凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 5 1.1.1 國內(nèi)外凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 . 5 1.1.2 凸輪機構(gòu)研究趨勢 . 7 1.3 課題設(shè)計的內(nèi)容和意義 . 8 第 2 章 凸輪機構(gòu)的設(shè)計理論 . 9 2.1 凸輪機構(gòu)的基本參數(shù) . 9 2.2 從動件運動規(guī)律 . 10 2.3 凸輪輪廓曲線設(shè)計 . 13 第 3 章 凸輪的加工方法 . 17 3.1 劃線加工 . 17 3.2 萬能銑床加工 . 17 3.3 數(shù)控機床加工 . 18 3.4 仿形機床加工 . 19 3.5 電火花機床加工 . 20 第 4 章 凸輪機構(gòu)實驗平臺 . 25 4.1 凸輪實驗平臺的組成 . 25 4.1.1 直動從動件結(jié)構(gòu) . 25 4.1.2 擺動從動件結(jié)構(gòu) . 27 4.1.3 圓柱凸輪結(jié)構(gòu) . 27 4.2 凸輪機構(gòu)實驗臺傳動設(shè)計 . 28 4.2.1 選擇傳動方案 . 28 4.2.2 選擇電動機 . 28 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 4.2.3 渦輪蝸桿減速器 . 28 4.2.4 同步帶傳動設(shè)計 . 29 4.2.5 從動件組件設(shè)計 . 33 4.3 傳感器選擇 . 35 4.3.1 傳感器概述 . 35 4.3.2 傳感器選用原則 . 36 4.3.3 角位移傳感器的選擇 . 37 4.3.4 直線位移傳感器選擇 . 39 第 5 章 試驗臺運動仿真 . 40 5.1 運動仿真簡介 . 40 5.2Pro ENGINEER 仿真簡介 . 41 5.3 凸輪機構(gòu)試驗平臺運動仿真 . 41 第 6 章 總結(jié)和展望 . 44 參考文獻 . 45 致 謝 . 46 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 2 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 4 第 1 章 緒論 1.1 引言 凸輪機構(gòu)是一種重要的驅(qū)動和控制機構(gòu)用來實現(xiàn)機械化跟自動化，廣泛的應(yīng)用在輕工、發(fā)動機、紡織、印刷等工業(yè)機械中。凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架組成的傳動機構(gòu)。三者之中凸輪是的主要運動方法是連續(xù)的等速回 轉(zhuǎn)，因此設(shè)計不同形狀的凸輪輪廓曲線就可以使從動件按照你想要的運動規(guī)律來進行運動。 凸輪機構(gòu)之所以能如此廣泛的應(yīng)用是因為有許多其他機構(gòu)比不上的優(yōu)點，如： l、設(shè)計方便，適應(yīng)性好，可以實現(xiàn)從動件的復(fù)雜運動規(guī)律的要求； 2、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，控制準確而有效，運動的特性好，使用方便； 3、性能穩(wěn)定， 故障少 ，維護保養(yǎng)方便 1 。 實際中所使用的凸輪機構(gòu)的形式繁多，對凸輪機構(gòu)的分類方法有三種，按凸輪的幾何形狀可以分為平面凸輪、空間凸輪；按從動 件的形狀可以分為尖底從動浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 件、滾子從動件、平底從動件、曲面從動件、滑船式從動件；按凸輪與從動件維持接觸的方式可以分為力鎖合凸輪機構(gòu)、幾何形狀鎖合凸輪機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)具有傳動、導(dǎo)向及控制等功能，所以在各種需要實現(xiàn)機械自動化和半自動化的場合取得了廣泛的應(yīng)用。當凸輪機構(gòu)用作傳動機構(gòu)時，可產(chǎn)生各種復(fù)雜的運動規(guī)律；當凸輪機構(gòu)用于導(dǎo)向機構(gòu)時，可以使工作機械的動作端產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運動；當它作為控制機構(gòu)時，可以控制執(zhí)行機構(gòu)的自動工作循環(huán) 2 。隨著工業(yè)自動化程度的提高和凸輪 CAD CAM 技術(shù)水平的不斷增長，凸輪機構(gòu)所能應(yīng)用范圍將會變得更加廣泛。 3 1.2 凸輪機構(gòu)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 國內(nèi)外凸輪機構(gòu)研究現(xiàn)狀 雖然我們對凸輪機構(gòu)的認識時間很長，但直到 19 世紀末人們都沒有對凸輪機構(gòu)進行過系統(tǒng)的研究和分析。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對自動化機械的需求量增加，在 20 世紀初期凸輪機構(gòu)的研究才開始受到重視。凸輪機構(gòu)應(yīng)用的廣泛性推動了人們對它的研究。最初，人們只研究凸 輪簡單的幾何形狀和運動，來滿足從動件運動的簡單位置要求。隨著各種機械在速度、效率、壽命、噪聲和可靠性等方面對凸輪的要求日益提高，對凸輪機構(gòu)的研究也逐步擴展與深化，從簡單地考慮幾何尺寸、運動分析和靜力分析，發(fā)展到考慮動力學(xué)、潤滑、誤差影響、彈性變形等，其研究方向有數(shù)十個之多。 我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究已經(jīng)有許多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入。 1983 年全國第三屆機構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會上關(guān)于凸輪機構(gòu)的論文只有 8 篇，涉及到了設(shè)計、運動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個方向。到了 1988 年的第六屆會議，已有凸輪機構(gòu)方面的論 文 20 篇，增加了動力學(xué)、振動、優(yōu)化設(shè)計等研究方向。而 1990 年第七屆會議，凸輪機構(gòu)方面的論文 22 篇，又增加了 CAD CAM、誤差分析等研究方向 4 。近幾年，對凸輪分度機構(gòu)方面的研究也不斷深入，并發(fā)表了一系列論文， 5 對凸輪機構(gòu)的共軛曲面原理 6 、專家系統(tǒng)等方面也有了相當?shù)?研究。現(xiàn)在凸輪機構(gòu)已經(jīng)在包裝、食品、紡織、交通運輸、動力、印刷等機械凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 6 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較在的差距，尤其是在對振動的研究、凸輪機構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面。 歐美各國對凸輪機構(gòu)研究的特點 7 大致如下； (1)論文數(shù)量多，研究范圍廣。 (2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。 (3)研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。 (4)基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。 日本也特別重視凸輪機構(gòu)的研究 ，有很多凸輪機構(gòu)研究的專家，早期有小才川介、中開英一等，現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫 筱原茂之等。還有許多專門生產(chǎn)凸輪機構(gòu)的公司，如大冢公司、三共制作所等。日本經(jīng)常舉行討論凸輪機構(gòu)的學(xué)術(shù)會議。在有關(guān)的國際性刊物上也經(jīng)?？吹饺毡驹谕馆啓C構(gòu)研究方面的論文。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個方面： (1)在機構(gòu)設(shè)計方面，致力于尋求凸輪機構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化，來適應(yīng)新的要求。 (2)加強了凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究提高了機構(gòu)的速度，發(fā)展了高速凸輪。他們已經(jīng)生產(chǎn)出分度數(shù)每分鐘 8000 次的分度凸 輪機構(gòu) 8 。 (3)研制新的凸輪加工設(shè)備，以適應(yīng)新開發(fā)的產(chǎn)品 實現(xiàn)了凸輪機構(gòu)的小型化和大型化，已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機構(gòu)，中心距前者為28mm，后者為 800mm。 (4)加強凸輪機構(gòu)的標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標準凸輪機構(gòu)。 (5)發(fā)展凸輪機構(gòu)的 CAD/CAM 系統(tǒng)。 日本學(xué)者非常注重將各方面的研究成果應(yīng)用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中去，比如他們充分地認識到凸輪機構(gòu)作為控制機構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運動特性 和可靠性、易于實現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性，因此十分重視將凸輪機構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合，在控制機構(gòu)上作廣泛的研究，從而拓寬了凸輪機構(gòu)的用途。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 1.1.2 凸輪機構(gòu)研究趨勢 雖然已經(jīng)有很多學(xué)者對凸輪機構(gòu)的研究做了相當多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進行的工作，并有一些研究工作有待開發(fā)。從設(shè)計的角度考慮，以下幾個研究方向還有待開發(fā)： (1) 在從動件運動規(guī)律的研究方面，除了繼續(xù)尋找更好的運動規(guī)律外，還要研究多種有效的分析方法。當對從動件的運動軌跡有所要求時，能夠用這些方法求出滿足要求并且性能優(yōu)良的運動 規(guī)律。 (2) 對各種凸輪機構(gòu)要綜合考慮幾何學(xué)和運動學(xué)的研究，盡可能導(dǎo)出普遍適用的比較精確計算公式。已有的研究大多數(shù)集中于平面和圓柱凸輪，而且僅僅是一種凸輪一種研究方法，因而設(shè)計公式過多，近似公式比較多等情況，并會影響到其他方面 (如 CAD 的應(yīng)用等 )的研究。 (3) 發(fā)展通用并且有效的 CAD 系統(tǒng)。由于以上原因和種種因素，在凸輪機構(gòu)設(shè)計過程中計算機的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機構(gòu)，并且每一程序一般只能處理一到二種機構(gòu)，對比較完整的 CAD 系統(tǒng)的研究，在近十幾年才開始，而且很不完善。 (4) 引入專家系統(tǒng)或人工智能 CAD 系統(tǒng)。由于凸輪機構(gòu)并不是標準機構(gòu)，種類有許多，應(yīng)用廣，加之許多已有的知識不能公式化，凸輪設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的水平和經(jīng)驗有著密切的關(guān)系，所以應(yīng)用普通的 CAD 系統(tǒng)，有時候效果并不很理想。如果引入專家系統(tǒng)，就可以獲得較為理想的結(jié)果。隨著專家系統(tǒng)的引入，必須注意收集吸取有關(guān)凸輪機構(gòu)設(shè)計的知識及經(jīng)驗。 (5) 動力學(xué)研究的深化和研究成果的進一步實用化。 由于動力學(xué)問題自身的復(fù)雜性，導(dǎo)致凸輪機構(gòu)研究主要集中于低、中速，對高速凸輪機構(gòu)動力學(xué)的研究還不夠深入和完善，所以，人們對這 些研究成果的可靠性存在懷疑，使得這些成果的應(yīng)用并不廣泛。 (6) 加強對凸輪機構(gòu)的運動學(xué)特性和動力學(xué)特性的計算機模擬，以提高設(shè)計質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制的周期。 (7) 研究 CAD/CAM 的一體化，凸輪加工中數(shù)控已經(jīng)被應(yīng)用了很長一段時間，也比較普遍，因此 CAM 是有一定的基礎(chǔ)。但因為對 CAD 的研究不足，所以 CAD/CAM凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 8 的成效也比較少?，F(xiàn)在數(shù)控機床已經(jīng)能夠使用高級語言編制的程序 和計算機圖形系統(tǒng)，估計這方面的研究也將很快的發(fā)展起來。 9 1.3 課題 設(shè)計的內(nèi)容和意義 一直以來，所做的凸輪機構(gòu)實驗一直是驗證式實驗?zāi)Ｊ?，就是由教師提前準備好相關(guān)的設(shè)備，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書和書上的教學(xué)參考步驟來完成實驗，設(shè)計性跟創(chuàng)新性少，學(xué)生中普遍有著實際知識不足、重理論輕實驗、實驗技能低等問題。大部分學(xué)校的凸輪機構(gòu)實驗只局限于對運動參數(shù)的測量與分析，實驗過程都是一成不變的，對學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)是不利的。 本課題中我們先用解析法來用已知參數(shù)條件對凸輪的輪廓曲線進行設(shè)計，然后在 Pro/Engineer中進行運動仿真，看是否能得到相應(yīng)的運動規(guī)律， 然后用 CAXA線切割軟件進 行代碼的編寫再輸送到線切割機將凸輪生產(chǎn)出來，最后在試驗平臺上進行測試，驗證是否滿足設(shè)計要求。 在這個試驗平臺中，將對凸輪的設(shè)計、分析，優(yōu)化及測試進行一系列的實驗，可供學(xué)生使用，增強他們的綜合設(shè)計及創(chuàng)新能力、實踐動手的能力、分析和解決問題的能力。實驗是高校在教學(xué)和科研上的重要組成部分。因此，實驗是理論聯(lián)系實際不可缺少的環(huán)節(jié)。凸輪機構(gòu)實驗是工科院校的機械原理課程實踐教學(xué)的一個重要單元。通過該實驗，學(xué)生可以深入了解和掌握各種凸輪機構(gòu)的性能，從而將書本知識聯(lián)系到工程實際，用書本上的知識來解決工程實際問題。所 以，凸輪機構(gòu)實驗的進一步完善和發(fā)展對提高學(xué)生的綜合能力和專業(yè)水平具有重要意義 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 2 章 凸輪機構(gòu)的設(shè)計理論 2.1 凸輪機構(gòu)的基本參數(shù) (1)基圓：以凸輪機構(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)中心的最近點向最遠點運動的過程。 (3)回程：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠點向最近點運動的過程。 (4)行程：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心最近點到最遠點運動所通過的距離，或從最遠點回 到最近點所通過的距離。行程通常指從動件的最大運動距離，用 h表示。 (5)推程運動角：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點運動到最遠點時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 表示。 (6)回程運動角：從動件從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠點運動到最近點時，對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用 表示。 (7)遠休止角：從動件在距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最遠點靜止不動時，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)角從行程的起始點在基圓上開始度量，它的值等于行程起點和從動件的運動方向線與基圓的交點所組成的圓弧對應(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，從動件所運動的距離，用 s表示。位移 s從距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最近點開始度量，對于擺動從動件，其位移為角位移，需要把直動從動件的運動參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的擺動運動參數(shù)。 10 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 10 2.2 從動件運動規(guī)律 從動件的運動一般作為凸輪機構(gòu)的輸出運動，而且凸輪的輪廓曲線往往也由從動件的運動規(guī)律來確定，所以正確的選擇跟設(shè)計從 動件的運動規(guī)律是凸輪設(shè)計的一項重要工作。 從動件的運動規(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，從動件的運動規(guī)律的一般方程式為： )(ss 、)(vv 、 )(aa 。 凸輪機構(gòu)的原動件是凸輪，并且一般作勻速回轉(zhuǎn)運動。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,),( dsddtdddvdtdvdtsdaddsdtdddsdtdsvss 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。 多項式類型運功規(guī)律和三角函數(shù)類型運動規(guī)律是常見的兩種從動件的運動規(guī)律。 1、多項式類型運動規(guī)律 多項式類型運動規(guī)律的從動件 的一般形式為 23221212210)1(62)2(nnnnnncnnccancccvccccs(2-1) 式中，ncccc , 210 均為待定常（系）數(shù)。等速運動、等加速運動、等躍度運動、五次項運動和七次項運動等運動規(guī)律均屬于此種類型。 當 n=1 時，上述運動規(guī)律為 1 次項運動規(guī)律，就是等速運動規(guī)律，它的位移線圖為一條斜直線。該運動規(guī)律用于“停 -升 -?！鳖愋偷耐馆啓C構(gòu)時，理論上從動件在行程的起點和終點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動規(guī)律來實現(xiàn)“停 -升 -?！币?guī)律是不合適的，需要在行程的起始部分和終點部分用其他類型的運動規(guī)律來進行修正。等速運動規(guī)律僅僅適用在低速運動，從動件質(zhì)量不大的凸輪機構(gòu)。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 當 n=2 時，運動規(guī)律為 2次項運動規(guī)律，也就是等加速等減速運動規(guī)律，其位移曲線為拋物線。等加速等減速運動在運動的起始位置、銜接點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。此類運動規(guī)律不適合用在高速運轉(zhuǎn)的凸輪機構(gòu)上。 當 n=5 時，上面的運動規(guī)律為 5次 項運動規(guī)律。當從動件按照 5 次項運動規(guī)律運動時，加速度曲線無突變現(xiàn)象，且其幅值較小。適用于高速凸輪機構(gòu)。 2、 三角函數(shù)類型運動規(guī)律 三角函數(shù)類型的運動規(guī)律主要有簡諧運動、雙諧運動和擺線運動等 11 。 （ 1） 簡諧運動規(guī)律 簡諧運動規(guī)律又稱余弦加速度運動規(guī)律。 推程階段運動方程式： )c o s (2)s in (2)c o s (12222hahvhs(2-2) 回程階段的運動方程式為： )c o s (2)s in (2)c o s (12222hahvhs(2-3) 簡諧運動規(guī)律的特征是從動件的加速度按照余弦運動規(guī)律變化，從動件在運動的始末位置有柔性沖擊。若推程和回程都采用簡諧運動規(guī)律，且運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）雙諧運動規(guī)律 推程階段的雙諧運動方程式： 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 12 )s in ()2s in (22)2c o s () c o s (2)2s in (21) s in (2)2c o s (41)c o s (43233332222hdsdhdsdhddshs(2-4) 在推程終止位置加速度幅度最大，用于“停 -升停”類型時發(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。適合高速下運轉(zhuǎn)的凸輪 （ 3） 擺線運動規(guī)律 擺線運動規(guī)律又稱正弦加速度運動規(guī)律。 推程階段運動方程為： )2s in (2)2c o s ()2s in (2122hahhvhs(2-5) 回程階段運動方程為： )2s in (2)2c o s ()2s in (21122hahhvhs(2-6) 速度和加速度均無突變，可適用于凸輪機構(gòu)的高速運動場合。 12 上述多項式和三角函數(shù)運動規(guī)律是凸輪機構(gòu)從動件運動規(guī)律的基本形式，各有各的優(yōu)缺點。為了揚長避短，常常將數(shù)種不同的運動規(guī)律拼接起來，構(gòu)成新的組合型運動規(guī)律。又可稱為修正型運動規(guī)律。 本實驗臺所用的 8 種不同運動規(guī)律的盤形凸輪分別為： 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 （ 1） 等速運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角 150；遠休止角 60；回程運動角 150 . （ 2） 等加速等減速運動規(guī)律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑r=40mm；推程運動角 180；回程運動角 180。 （ 3） 正弦加速度運動規(guī)律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑r=40mm；推程運動角 180；回程運動角 180。 （ 4） 余弦加速度運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半 徑r=40mm；推程運動角 180；回程運動角 180。 （ 5） 3 4 5 多項式加速度運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角 150；近休止角 30；回程運動角150；遠休止角 30。 （ 6） 改進等速運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角 150；近休止角 30；回程運動角 150；遠休止角 30。 （ 7） 改進正弦運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角 150；近休止角 60；回程運動角 150。 （ 8） 改進梯形運動規(guī)律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角 180；回程運動角 180； 2.3 凸輪輪廓曲線設(shè)計 凸輪輪廓曲線的設(shè)計是根據(jù)所選定的從動件運動規(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)計的基本原理是反轉(zhuǎn)法原理，即設(shè)想給凸輪機構(gòu)加上 1個繞凸輪回轉(zhuǎn)中心的反轉(zhuǎn)運動，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點反方向轉(zhuǎn)動，同時又沿它的導(dǎo)路方向按預(yù)定的運動規(guī)律 做相對運動。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)合運動中的軌跡就是凸輪的輪廓曲線。 傳統(tǒng)的凸輪設(shè)計方法有作圖法繪制凸輪輪廓曲線和解析法計算凸輪輪廓坐標兩種。圖解法容易，直觀，但設(shè)計的精度不高，只適用一些設(shè)計精度要求低的凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 14 凸輪；解析法的設(shè)計精度較高，但因為計算量比較大，往往需要編寫復(fù)雜的計算機程序 13 。因為計算機技術(shù)的廣泛運用從而促進了機械設(shè)計和制造技術(shù)不斷地革新，各種 CAD CAE 軟件的功能也日益完善，凸輪機構(gòu)的設(shè)計技術(shù)也進入了新的階段。我們可以選用多種 CAD CAE 軟件對凸輪機構(gòu)進行三維實體建模和仿真分析，從而更好的提高設(shè)計質(zhì)量，減少設(shè)計時間，獲得優(yōu)良的設(shè)計方案和精確的設(shè)計數(shù)據(jù)。本平臺用 CAXA 線切割來進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)計過程： 設(shè)計一凸輪機構(gòu)，要求從動件行程 h=15mm；凸輪基圓半徑 r=40mm；推程運動角0 180；回程運動角 1 180。從動件以等加速和等減速規(guī)律前進和返回。 （ 1） 根據(jù)從動件運動規(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)律的運動方程確定本案例中凸輪的輪廓曲線的極坐標方程，其中等加速及等減速運動規(guī)律的運動方程如表 2-1所示。 表 2-1 等加速及等減速運動規(guī)律的運動方程 運動規(guī)律 運動方程 推程（ 00 ） 回程（ 10 ） 等加速運動規(guī)律 2202 hs （ 20 0 ） 2212 hhs （ 20 1 ） 等減速運動規(guī)律 2020)(2 hhs （ 002 ） 2121)(2 hs （ 112 ） 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 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 0 180 、回程角 1 180等參數(shù)代入到從動件運動規(guī)律的運動方程中，得到凸輪輪廓曲線的極坐標方程如表 2-2 所示。 表 2-2 凸輪輪廓曲線的極坐標方程 （ 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系為極坐標系，選擇參變量 t的單位為角度。按照表 2-2 所示的推程段凸輪輪廓確定參變量的起始為 0、終止值為90，設(shè)置曲線精度為 0.001，在極坐標公式欄中輸入該段凸輪輪廓曲線方程為221 8 015240)( tt ，如圖 2-1 所示。 凸輪輪廓 從動件運動規(guī)律 參變量（ t） 凸輪輪廓曲線極坐標方程 推程前半段 推程后半段 回程前半段 回程后半段 等加速運動規(guī)律 等減速運動規(guī)律 等加速運動規(guī)律 等減速運動規(guī)律 900 t 18090 t 270180 t 360270 t 221 8 015240)( tt 22 )1 80(1 80 1521540)( tt 22 )1 80(1 80 1521540)( tt22 )3 6 0(1 8 0 15240)( tt 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 16 圖 2-1 公式曲線對話框 完成公式曲線的各項設(shè)置后，可以點擊預(yù)顯鍵預(yù)覽下該段曲線有無錯誤，確定無誤后，點擊對話框中的確定鍵，系統(tǒng)提示讓你選擇“曲線定位點”，輸入坐標“ 0， 0”或者點擊坐標原點，就可完成該段的輪廓曲線創(chuàng)建。 重復(fù)上面的步驟，按照表 2-2所示的極坐標方程一一把凸輪剩下的各段輪廓曲線都創(chuàng)建完畢，曲線的定位點都為原點，最終完成的凸輪輪廓曲線如圖 2-2所示。 圖 2-2 凸輪輪廓曲線 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3 章 凸輪的加工方法 凸輪的輪廓切削加工的方法很多，如果按照加工設(shè)備的要求來劃分，有劃線加工、萬能銑床加工、數(shù)控銑床加工、數(shù)控磨床加工、電火花切割加工和仿形加工。 3.1 劃線加工 用劃線加工是指加工好凸輪基準面以后，用鉗工劃出凸輪工作型面線，然后按照線粗銑或鉆孔后鋸開，最后進行必要的熱處理和修磨，用金屬板劃線后按線檢驗。劃線加工的精度難控制，消耗的工時多，通常只適用在單件修配的凸輪加工，也用于緊密的凸輪的毛胚加工。圓柱和圓錐凸輪可以根據(jù)展開面上面的輪廓曲線坐標數(shù)據(jù)進行劃線加工。 3.2 萬能銑床加工 萬能銑床用于加工平面凸輪和空間凸輪。加工的時候，刀具和毛胚之間的現(xiàn)對位置和相對運動狀況如圖 3-1圖 33 所示。刀具回轉(zhuǎn)產(chǎn)生切削運動；凸輪輪廓的形狀是根據(jù)分度頭的旋轉(zhuǎn)和工作臺相對于刀具軸線移動所形成的。 圖 3-1 平面凸輪輪廓銑削加工 凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 18 圖 3-2 圓柱凸輪輪廓銑削加工 圖 3-3 圓錐凸輪輪廓銑削加工 3.3 數(shù)控機床加工 數(shù)控機床通常用于單件或小批量制造精密凸輪或靠模凸輪。加工方案仍然按照圖 3-1圖 3-3 所示。工作臺移動和工件的回轉(zhuǎn)都由步進電動機或伺服電動機驅(qū)動。 根據(jù)機床的控制方式，把刀具中心軌跡坐標數(shù)據(jù)變成控制機床運動所需要的格式數(shù)據(jù)文件后，輸入到機床中，就可以加工出所需要的凸輪輪廓。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 3.4 仿形機床加工 通用或者專用的仿形機床可以加工各種類型的凸輪輪廓，也叫復(fù)制加工，按照靠?；蛘邩影逋馆喌脑图庸?，生產(chǎn)率高，單件的成本低，是批量生產(chǎn)經(jīng)常適用的加工設(shè)備。 屬于仿形法加工的有以下集中：靠模車削、仿形銑削和仿形磨削?，F(xiàn)代的凸輪仿形法加工，多用液壓仿形銑床、光電跟蹤仿形銑床和傷形磨床等加工。 圖 3-4 靠模車凸輪 （ 1）靠模車凸輪：在普通的車床上 ，利用仿形裝置可以加工具有封閉輪廓的平面和圓柱形的凸輪，如圖 3-4 所示。 圖中在普通的車床上安裝了具有滾子的靠模裝置，通過靠模 2把凸輪工作表面的尺寸轉(zhuǎn)換到刀具的運動上去，滾子 3 借助彈簧的作用力始終保持與靠模接觸。切削的時候縱向進給自動 (或手動 )進行，而橫向上的進給由靠?？刂?，從而加共出工作表面。 圖 3-5 機械式靠模銑凸輪示意圖 （ 2） 仿形銑凸輪：利用靠模夾具銑削凸輪的工作情況可參見圖 3-5。 機械式仿形加工凸輪的時候，靠模的磨損快，加工的精度低?，F(xiàn)代的仿形銑床，都采用液壓或電液仿形系統(tǒng)，跟光電跟 蹤仿形系統(tǒng)等。采用液壓或電液仿形凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制 20 銑床時，因為靠模所受壓力極小，使用壽命長，所以可以采用鑄鐵、鋁合金、木材或者石膏等。 （ 3）仿形磨削凸輪：仿形磨削適用于加工凸輪的型面已淬硬且粗糙度要求比較小，輪廓功線的向徑精度要求比較高的凸輪。 仿形磨削可以在通用機床上安裝仿形裝置和磨頭進行加工，也可在專門的仿形磨床上加工，它們的構(gòu)造與工作原理基本上與仿形銑削相同。 3.5 電火花機床加工 用在凸輪加工的電火花機床有線切割機和電火花成形加工機床。 本試驗臺的