機械畢業(yè)設計（論文）12分度圓弧凸輪機構的設計及運動仿真【全套圖紙proe三維】

1、內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）題 目：12分度圓弧凸輪機構的設計及運動仿真學生姓名：學 號：200540401440專 業(yè)：機械設計及其自動化班 級：機06-4班指導教師：凸輪機構的設計摘 要根據(jù)畢業(yè)設計的課題要求，這兩周查閱了有關凸輪機構的知識，對凸輪機構有一個膚淺的了解。凸輪機構廣泛用于各種自動機中。例如，自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農(nóng)用機械等。凸輪機構機構之所以能夠得到如此廣泛的應用，是因為它具有傳動、導向和控制等功能。當它作為傳動機構時，可以產(chǎn)生復雜的運動規(guī)律；當它作為導向機構時，可使工作機械的運動端產(chǎn)生復雜的運動軌跡；當它作為控制機構時，可

2、控制執(zhí)行機構的工作循環(huán)、凸輪機構還具有一下優(yōu)點：高速時平穩(wěn)性好，重復精度高，運動特性好，機構的構件少，體積小，剛性大，周期控制簡單，可靠性好，壽命長。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，各種自動機正朝著高效率、高精度、自動化程度高。等方向發(fā)展。為了適應這種發(fā)展趨勢，又由于計算機軟件和數(shù)控技術的日益普及，凸輪CAD/CAM軟件的問世，為高速高精度的凸輪機構的設計、制造和檢測提供了有利條件。關鍵詞：凸輪機構、凸輪機構設計、凸輪機構的功用、凸輪機構的輪廓曲線的設計、凸輪機構運動仿真。Design of Cam MechsnismAbstractBy the basic claim of thesis,i h

3、ave found a lot of meterial and data about the cam.for what, i earned some acknowledge about it. Cam had been using in the field of automata for a long time.Like automatic packaging machines, automatic molding machines, automatic assembly machine, automatic machine tools, textile machinery, agricult

4、ural machinery can be easily recognized. Cam can be used contributed mainly to the brillian functions like transmission, orientation,bridle and so on.When it used as the transmission,it can cause complex mechanical sports.When it used as the orientation,it can make the origional mechanical sports wo

5、rk by the complex orbit.Whats more,when it was the bridle,it can easily control the cycling of executing agency.In addiction,there are other benifits of cam should be konwnd to us.Smooth performance when in high-speed motion,high accuracy when in repeat exercise.Cam has the quality like small size,

6、rigid, simple-cycle control, good reliability,and long life. By the developing of our society and technology, automata are mainly focusing on precision,automation and efficiency.By the trendcy of this develpment,computer sofeware and CNC technology have been widely using,had provided a lot of favora

7、ble conditions for high-speed high-precision cam design, manufacture and testing.Key words: Cam、Cam Menchanism Desigrgn 、Cam funcation、 Cam profile curve design 、Cam Motion Simulation.目錄摘 要1Abstract2第1章 概 論51.1引言51.2 凸輪機構的應用和分類簡述61.3凸輪機構的研究和發(fā)展概況8第2章 弧面(滾子)分度凸輪機構142.1 弧面(滾子)分度凸輪機構的運動特點142.1.1弧面分度凸輪機構

8、運動規(guī)律142.1.2 弧面分度凸輪機構常用的幾種運動的特點162.1.3幾種常用運動規(guī)律的比較192.2弧面凸輪機構基本結構202.2.1 弧面分度凸輪機構的基本型式202.3弧面凸輪機構工作特點212.3.1弧面凸輪機構工作的原理212.4 弧面分度凸輪機構的主要運動參數(shù)和幾何尺寸232.4.1 弧面分度凸輪機構的主要運動參數(shù)232.4.2 弧面分度凸輪機構的主要幾何尺寸參數(shù)計算252.4.3 弧面分度凸輪的工作曲面設計及計算27第3章 弧面分度凸輪機構三維建模與分析323.1 MATLAB的輪廓分析323.1.1 MATLAB簡介323.1.2凸輪輪廓的MATLAB程序333.2 基于P

9、roENGINEER的實體三維造型363.2.1 peo/e的簡介363.2.2弧面分度凸輪三維建模383.2.3 建立凸輪曲面實體473.2.4 完成其余特征建立工作483.2.5分度盤三維模型的建立493.2.6 凸輪的裝配及仿真493.27 凸輪輪廓在才語言中的編程計算(符)50第4章 總 結534.1 總 結534.2 研究展望53參 考 文 獻56附表 A58致 謝66第1章 概 論1.1引言在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求機器的某些部件按照規(guī)定的準確路線運動，僅應用連桿機構已難以滿足這個要求，需要利用工作表面具有一定形狀的凸輪。凸輪在所有基本運動鏈中，具有易于設計和能準確地預測所產(chǎn)生的運動的

10、優(yōu)點。如果設計其他的機構來產(chǎn)生給定的運動、速度和加速度，其設計工作是很復雜的，但設計凸輪機構則比較容易，而且運動準確、有效。自動裝配機中, 普遍應用滾子齒式分度凸輪機構. 該機構由分度凸輪、轉臺以及與轉臺剛性連接的滾子等組成. 回轉工作臺剛性地固定在轉臺上, 與轉臺成為一體. 分度凸輪以勻角速度轉動, 其運動是主動運動. 在回轉工作臺分度轉位期間, 分度凸輪拔動與其嚙合的滾子轉動, 使轉臺繞其軸旋轉, 實現(xiàn)回轉工作臺的轉位. 轉位結束后, 分度凸輪通過相鄰的兩個滾子, 使轉臺定位, 回轉工作臺同時被定位. 所以, 稱滾子齒式分度凸輪機構為間歇運動機構.分度凸輪在驅動回轉工作臺分度運動過程中,

11、受到各種載荷的作用, 這些載荷是: 工作載荷(即慣性載荷) 和阻尼載荷等.其中弧面分度凸輪機構(如圖1 所示)是一種比較廣泛應用 于垂直軸間的間歇分度步進傳動機構,在諸多分度機構中,弧面分度凸輪因其良好的工作性能和獨特的結構而在包裝機械、機床工業(yè)、食品加工機械等領域得到廣泛應用。但是由于該機構的設計理論及制造技術比較復雜,而且國內(nèi)對該機構的研究較晚,一些關鍵的理論分析尚在進一步的探討之中。因此弧面分度凸輪的研究對我國機械自動化的技術進步具有重要的現(xiàn)實意義。1.2 凸輪機構的應用和分類簡述凸輪機構由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)、機架等組成。凸輪通過直接接觸將預定的運動傳給從動件。凸輪機構是典型的常用

12、機構之一，它廣泛應用于自動化的機器、儀器和裝配線，例如在反正機械、計算機、印刷機械、壓力機自動化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等裝置中，均可以找到這種機構的應用實例在很多情況下，凸輪機構所實現(xiàn)的運動也可以由連桿機構來實現(xiàn)。這兩種機構特點的比較見表1.1所示。表1.1 凸輪機構與連桿機構的比較凸輪機構連桿機構能實現(xiàn)所要求的大量輸入-輸出運動只能實現(xiàn)要求的有限輸入-輸出運動設計相對簡單設計性對困難體積小、結構緊湊占用的空間較大凸輪的輪廓線制造精度對輸出動態(tài)響應的影響較大輕微的制造誤差對輸出動態(tài)影響很小制造費用較昂貴制造費用較便宜易于達到動平衡動平衡的分析困難而復雜易發(fā)生表面磨損教練的磨損較輕凸輪機構可以按照不同的

13、方法分類如下：1. 按從簡的現(xiàn)狀分為：尖頂從動件，如圖0.1a;滾從動件，如圖b；平底從動件，如圖c；球面從動件，如圖d。2. 按從動件與凸輪相對位置可分為：對心從動件，如圖0.1；偏置從動件，如圖0.2。3. 按輸入-輸出運動的模式可分為：由凸輪的轉動轉換為從動件的直線移動，例如圖1.1和1.2，稱為直動從動件的凸輪機構；由凸輪的轉動轉換為從動件的擺動，如圖1.3，稱為擺動從動件凸輪機構；由凸輪的移動轉換從動件的移動，如圖1.4，稱為移動凸輪機構。4. 按凸輪機構的形狀可分為：盤形凸輪，如圖1.1-1.4；圓柱凸輪。如圖1.5；圓錐凸輪，如圖1.6；弧面凸輪，如圖1.8；蝸桿凸輪，如圖1.9

14、。5. 按從動件的運動循環(huán)可分為：升回升運動、升?；剡\動、升回停運動和升?；赝＿\動。圖1.1圖1.2 圖1.3圖1.4 圖1.5圖1.6 圖1.7 圖1.8 圖1.91.3凸輪機構的研究和發(fā)展概況凸輪機構應用的廣泛性推動了對它的研究和它的發(fā)展。最初，人們只研究凸輪機構的簡單幾何形狀和運動，一滿足對從動件運動的簡單位置要求。隨著對各種機械在速度、效率、壽命、噪音和可靠性等方面的要求日益提高，對凸輪機構的研究也逐步擴展與深化，從簡單的考慮幾何尺寸、運動分析，發(fā)展到考慮動力學、潤滑、誤差影響、彈性變形等，其研究方向有數(shù)十個之多。特別是自50年代以來，由于計算機技術和各種數(shù)值方法的發(fā)展，使得很多方面的

15、研究得以深入。在歐美各國，已有很多學者為凸輪機構的研究作出貢獻，他們發(fā)表了很多論文和專著。表1.2所列為發(fā)表論文較多的作者和他們的專著及主要研究方向。表1.2歐美學者發(fā)表的論文數(shù)量、專著和主要研究方向表1.2續(xù)注：表中各專著的書名如下:【1】Chen.F.Y.,Mechanics and Design of Can Mecharuisms, Pergamon Press Inc Newyork 1982【2】Chakraborty J.and Dhande. S.G. Kinematics and Geometry of Planar and Spatial Cam Mechanisms Wi

16、ley Easter Ltd India 1977【3】Jensen P W Cam Design and Manufacture Marcel Dekker Inc 1987【4】Newluton.C.N. Mechanisms and Cams for Automatic Machines Elsevier Pubi Co Newyork 1969【5】Rees Jones J. Cam and Cam Mechanisms Mech Engin Publ Ltd London 19781984年以來，在凸輪機構研究上做了較多工作的學者有：A.P.Pisano（在摩擦及其試驗方面）、S.T

17、ascan（在穩(wěn)定性方面）、V.D.Borisov（在計算機輔助設計方面）、H.J.Wedenivski（自計算機輔助制造方面）和J/Angles（在優(yōu)化設計方面）等。P.W.Jenscan在專著中列出了19081984年發(fā)表的1817篇關于凸輪機構研究的論文題目，基本上包括了0984年以前可以找到的有記載的文獻資料。根據(jù)該書和1984年以后出版的Engineering Index Annual.我們對歐美各國自1950以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量做了粗略的統(tǒng)計，見表0.3雖然這種統(tǒng)計比較粗糙，論文的歸類也不盡準確，但它基本上反映歐美各國40年來凸輪機構研究的總體情況。大作由以下特點：1.

18、論文數(shù)量多，研究廣泛。在各種機構中，只有研究齒輪機構和連桿機構的論文數(shù)量可能超過凸輪機構，面研究的范圍則以凸輪機構為最廣，這是它的結構和應用所決定的。2.研究的連續(xù)性和發(fā)展性強。連續(xù)性是指在每個研究方向各年代都有一定的論文數(shù)量。發(fā)展性強是指關于新技術應用的論文數(shù)量多。如在5060年代，有關設計、加工和刀具的論文是大量的，而有關優(yōu)化設計、CAD、CAM的論文幾乎沒有。到了7080年代這方面的論文顯著增多。因此樂意認為，凸輪機構的研究是持續(xù)且有發(fā)展的，并不像有人估計的那樣，步進電機和電子控制的機構將完全取代凸輪機構。3.研究工作隨著新技術、新方法的產(chǎn)生和應用而深化。例如凸輪機構的優(yōu)化設計，早期的優(yōu)

19、化目標極為簡單，主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計算機的應用，優(yōu)化目標的選擇也越來越復雜，如可以是最小的體積、最小接觸應力、最長壽、從動件最小震動、最高效率、最小功率、最小耗能。又如凸輪機構的CAD，則是從無到有，日趨完善。4.基礎理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機構的研究不斷有新的羅展，但對其基礎理論如從動件運動規(guī)律、幾何學、運動學等方面的研究論文仍有性當多的數(shù)量。這是因為當其他方面的研究需要深入和擴展時，往往由于基礎理論研究的不夠而難以繼續(xù)。例如采用優(yōu)化方法如果數(shù)學模型誤差很大，在好的優(yōu)化方法也得不到好的結果。4.日本在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實用的轉動設備，特別重視對凸輪機構的研究

20、。在日本，有很多從事凸輪機構研究的專家，早期有小川潔、中開英一等，現(xiàn)在又牧野洋、西崗雅夫等。日本還有許多專門生產(chǎn)凸輪機構的公司，日本經(jīng)常舉行專門討論凸輪機構的學術會議，在有關的國際性刊物上也經(jīng)?？峭侣堆芯康恼撐摹Ｈ毡窘谠谕馆喖夹g上的發(fā)展所做的工作主要在以下方面：（1）在機構設計方面，致力于尋求機構的精確解和事凸輪曲線多樣性，以適應新定的要求。（2）加強凸輪機構動力學和振動的研究，一提高機構的速度，發(fā)展高速凸輪。如它們已生產(chǎn)出的分度數(shù)達每分鐘8000次的分度凸輪機構。（3）研制新的凸輪加工設備，以適應新開發(fā)的產(chǎn)品。（4）加強凸輪機構的標準化，發(fā)展成批生產(chǎn)的標準凸輪機構。（5）發(fā)展CAD/CA

21、M系統(tǒng)。日本學者特別注意將各方面的研究成果應用到實際產(chǎn)品的開發(fā)中去，如它們充分認識到凸輪機構作為控制機構具有高速下的穩(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，因而是風重視將凸輪機構與電子技術相結合，在控制機構上作廣泛的研究，以拓寬凸輪機構的用途。我國對凸輪機構的應用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴展和深入，如在應用方面，我國正在大力發(fā)展包裝機械、食品機械等自動化設備，這些設備中都要用到各種形式的凸輪機構。在研究方面，近年來也有相當進展。如在1983年全國第三屆機構學術討論會上關于凸輪機構的論文共有8篇，涉及設計、分析、凸輪輪廓的綜合等四個研究方向。到了

22、1988年第六屆會議，共有凸輪機構方面的論文20篇，凸輪連桿機構方面的論文2篇，增加的研究方向由動力學、振動、優(yōu)化設計等。1990年第七屆會議，共有凸輪機構方面的論文22篇，還含有凸輪的組合機構方面的論文6篇，增加了誤差分析、CAD/CAM等研究方向。在汽車、內(nèi)燃機、機械制造等有關領域，也有很多關于研究凸輪機構的內(nèi)容。由此可見我國對凸輪機構的研究是不斷發(fā)展的。此外，我國在凸輪機構的共軛曲面原理、CAD和專家系統(tǒng)到呢個方面，也有相當?shù)难芯?。但是與先進國家相比。我國對凸輪機構的研究仍有較大的差距，特別是在振動、加工產(chǎn)品開發(fā)等方面。第2章 弧面(滾子)分度凸輪機構2.1 弧面(滾子)分度凸輪機構的運

23、動特點2.1.1弧面分度凸輪機構運動規(guī)律弧面分度凸輪機構的運動規(guī)律是指分度盤的輸出運動規(guī)律，其運動規(guī)律與特性直接影響凸輪機構分度精度、沖擊和振動的大小。分度凸輪機構的常用運動規(guī)律與一般凸輪機構相比有兩個特點： (1)分度凸輪機構的運動規(guī)律只有工作行程升程而無回程，即總是升停型運動曲線。升程為機構中從動轉盤的分度階段，停程為從動轉盤的停歇階段；(2)分度凸輪機構一般是在中、高速情況下運動的，所以在選擇運動規(guī)律時應著重考慮其具有良好的動力學特性。正確地選取從動件運動規(guī)律是凸輪設計的重要內(nèi)容。研究弧面分度凸輪機構的運動時，總以主動凸輪的轉角作為自變量，且一般均設定凸輪的角速度為常數(shù)。而從動轉盤的運動

24、曲線卻不盡相同，為研究方便，我們將從動轉盤進行歸一化處理，即將各運動量(時間、位移、速度、加速度等)都轉化成只表示相對比例關系的無因次量。從動盤的運動規(guī)律常用量綱參數(shù)來表達，主要有以下項目：（1）量綱時間T式中 t 轉盤的轉動時間(s)； 轉盤的分度期時間(s)；凸輪的轉角(rad)或()；凸輪的分度期轉角，(rad)或()。 和，計算時均恒取絕對值。（2）量綱位移S 式中 轉盤的轉角(rad)或()。 轉盤的分度期轉位角(rad)或()。和計算時均恒取絕對值。故在分度凸輪機構中，轉盤的S恒為正值。（3）量綱速度V 式中 凸輪的角速度(rad/s)；轉盤的角速度(rad/s)；和計算時均恒取絕

25、對值，即不管和同向還是異向，總不帶正負號，在分度凸輪機構中，轉盤的V恒為正值。(4)量綱加速度A 式中 轉盤的角加速度(rad/s)。和同向時為正，異向時為負，轉盤的A為正值表示A與V同向，A為負值表示A與V異向。 (5)量綱躍度 式中 轉盤的躍度(rads)。與同向時為正，異向時為負，轉盤的J為正值時表示J與V同向，J為負值時表示J與V異向。2.1.2 弧面分度凸輪機構常用的幾種運動的特點凸輪機構從動件常用的運動規(guī)律一般是由幾種基本運動(矩形曲線、簡諧曲線和多項式曲線等)組合或變形而來的。這些運動曲線各有優(yōu)缺點，為了定量的表示運動曲線的性能，引入下列各特性值最大速度V；最大加速度A；最大躍度

26、J。1）.余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律又叫簡諧運動規(guī)律，該運動規(guī)律的加速度按余弦規(guī)律變化，位移按簡諧運動規(guī)律變化。其特征值的計算公式為:這種運動規(guī)律中，行程始末(T=0和1)時：V=0,A=Amax=/2=4.93,J=行程中點(T=12)時：S=0.5, V=Vmax=/2=1.57,A=0,J=-Jmax=-15.502）.正弦加速度運動規(guī)律這種運動規(guī)律加速度按正弦規(guī)律變化，位移按擺線在縱坐標軸上的投影規(guī)律變化。其計算公式為 這種運動規(guī)律中，行程始末(T=0和1)時：V=0, A=0.J=Jmax=4=39.48 行程中點時：S=0.5,V=Vmax=2,A=0,J=-Jmax=-

27、39.48 在T=1/4和T=3/4時，A=Amax=2=6.28,J=03）.改正正弦加速度運動規(guī)律這種運動規(guī)律由三段組成：在行程的中間一段為周期較長的正弦運動規(guī)律，而在行程的始末兩段為周期較短的正弦加速度運動規(guī)律。這樣可使行程的始末部分位移變化比較明顯，便于制造和檢測。同時可使行程中間部分的速度和加速度變化比較平緩，動力學性能更好，常用的Ta=1/8，圖32為其位移、速度、加速度和躍度等運動曲線。其計算公式如下：(1)行程開始部分周期較短的正弦加速度段0T1/8本段開始時(T=0)S=0,V=0,A=0,本段終了時(T=Ta=1/8)(2)行程中間部分周期較長的正弦加速度段1/8T7/8本

28、段中點處(T=1/2)的S=1/2，本段終了處(T=7/8)的(3)行程終了部分周期較短的正弦加速度段7/8T1本段終了時S=1,V=0,A=0,J=Jmax=69.47圖2.1 改進正弦加速度運動規(guī)律2.1.3幾種常用運動規(guī)律的比較表3-1 幾種常用運動規(guī)律主要特性值及其適用場合序號運動規(guī)律名稱 特性值適用場合VmaxAmaxJmax(AV)max1余弦加速度1.574.93（-15.50）3.88中低速，中載2正弦加速度2.006.2839.488.16中速，輕載33-4-5次多項式1.885.77+69.47-23.165.46中高速中載4改進等（Ta=1/4）1.338.38105.2

29、87.25中低速重載5改進梯形加速（Ta=1/8）2.004.8961.438.09高速輕載6改進正弦加速（Ta=1/8）1.765.53+69.47-23.165.46中高速，中重載綜上所述可知，評定和選擇運動規(guī)律時，總希望Vmax、Amax、Jmax等值愈小愈好，等速度和等加速度雖然速度或加速度最小，但連續(xù)性差，并無實用價值。正弦加速度連續(xù)性好，表達式簡單，是過去最常用的中、高速從動件運動規(guī)律。幾種標準規(guī)律由于各特征值都不高，應用較廣?？梢?，這些特征值是互相制約的，不存在各項特征值都很小的運動規(guī)律。這就需要針對具體情況權衡主次，選擇適當?shù)倪\動規(guī)律。 為保證周期性、準確的實現(xiàn)步進，弧面分度凸

30、輪機構要求所選用的運動曲線必須要運動平穩(wěn)、沖擊載荷小，壽命長、分度精確，因此一般要求采用：正弦加速度、改進等速度、改進正弦加速度和改進梯形加速度等運動規(guī)律。2.2弧面凸輪機構基本結構2.2.1 弧面分度凸輪機構的基本型式弧面分度凸輪機構用于兩垂直交錯軸間的間歇分度步進傳動。如圖2.2所示，主動凸輪1的基體為圓弧回轉體，凸輪輪廓制成凸脊狀。從動盤2上裝有若干個沿轉盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉盤的徑向線。當凸輪旋轉時，其分度段輪廓推動滾子，使轉動分度轉位，如圖2.2（a）所示。當凸輪轉到其停歇段輪廓時，轉盤上的兩個相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，使轉盤停止轉動，如圖2.2（c）所示，所以

31、這種機構不必附加其他裝置，就能獲得很好的定位作用，并且可以通過調(diào)整中心距來消除滾子與凸脊之間的間隙及補償磨損。轉盤在分度期的運動規(guī)律，可按轉速、負荷等工作要求進行設計，所以這種機構特別適用于高速、高精度分度的場合。弧面分度凸輪類似于具有變螺旋角的弧面蝸桿，轉盤相當于渦輪，滾子相當于渦輪的齒，所以弧面分度凸輪也有單頭和多頭及左旋和右旋之分，凸輪和轉盤間轉動方向的關系，可應用類似蝸桿渦輪傳動的方法來判定。圖22所示為單頭左旋弧面分度凸輪?；∶娣侄韧馆啓C構在國外又稱為蝸桿凸輪分度機構或滾子齒分度機構。這種機構中，主動凸輪一般做等速連續(xù)旋轉，但有時由于需要轉盤有較長的停歇時間，也可使凸輪作間斷性的旋轉

32、2627。如下圖：(a)從動盤分度期開始后不久的位置；(b)從動盤分度期中間的位置；(c)從動盤停歇期間的位置圖2.2 弧面分度凸輪機構2.3弧面凸輪機構工作特點弧面分度凸輪機構是一種性能良好的間歇運動機構，它具有如下特點：1)結構簡單，剛性好，承載能力在凸輪機構中是最大的。2)設計限制少，分度范圍寬，刀=124，在特殊條件下，可以做到n=05(從動盤每轉兩圈停歇一次)。3)該機構中心距可作微調(diào)，即可預緊消除間隙，使得該機構可獲得較好的動力學特性和運動特性，運動平穩(wěn)，因此，它可用于高、中、低速各種場合。4)精度高，分度精度可達15”30”。5)凸輪工作曲面復雜，加工難度大，成本高，從動盤的加工

33、也較其它凸輪機構困難。2.3.1弧面凸輪機構工作的原理圖23所示為單頭左旋凸輪，H=I，P=+1。設滾子數(shù)z=12，轉盤分度數(shù)I=ZH=12，轉盤分度期轉位角， 相鄰兩滾子軸線間夾角。凸輪與不同滾子嚙合過程如下：圖23弧面分度凸輪機構嚙合過程(a)分度期開始；(b)IL推動No1滾子；(c)1L與2L同時分別推動No1與No2滾子；(d)2L推動No2；(e)分度期結束1)凸輪轉角=0，轉盤在分度期開始位置，圖23(a)所示。此時，No.1滾子和No2滾子與凸輪定位環(huán)面右、左兩側分別接觸，No1滾子的起始位置角，No.2滾子的起始位置角，No.3滾子的起始位置角。2)凸輪以圖示方向旋轉時，其廓

34、線1L推動No.1滾子使轉盤逆時針向以轉動，圖2.3(b)所示。3)凸輪繼續(xù)轉動，在其廓線1L推動No.1滾子的某個適當時刻，根據(jù)嚙合重疊系數(shù)的不同，凸輪廓線2L進入嚙合，同時推動No.2滾子，圖2.3(c)所示。此時轉盤上No.1與No.2滾子同時受到凸輪的推動。4)凸輪繼續(xù)轉動，NoI滾子退出嚙合，圖23(d)所示，僅由廓線2L推動No.2滾子，保持轉盤以逆時針轉動。5)當凸輪轉過分度角，后No.2滾子與No.3滾子分別與凸輪定位環(huán)面左、右兩側接觸，圖2.2(d)所示。此時，No.2滾子的位置角，而No.3滾子的位置角，即No.2與No.3滾子分別到達圖23(a)中所示的No.1與No.2

35、滾子的位置。此時轉盤的分 度期結束，停歇期開始。而No.1滾子此時的位置角。當凸輪再轉過后，另一個工作循環(huán)開始，此時轉盤上No.2與No.3滾子取代原來的No.1與No.2滾子重復上述工作過程進行 下一輪分度動作。2.4 弧面分度凸輪機構的主要運動參數(shù)和幾何尺寸2.4.1 弧面分度凸輪機構的主要運動參數(shù)凸輪轉速：設計條件給定n=300(r/min)凸輪的角速度： =10凸輪分度期轉角夠在滿足工作要求的條件下，一般取大一些的值對機構的運轉情況是有利的。取/3；凸輪停歇期轉角：凸輪和轉盤的分度期的時間：=1/15(s)；凸輪和轉盤的停歇期的時間：=2/15(s)動停比k與運動系數(shù)：凸輪轉一圈中，轉

36、盤的位移時間與停歇時間之比稱為動停比k：，凸輪轉一圈中，轉盤轉位時間所占比例稱為運動系數(shù)凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù):凸輪分度廓線頭數(shù): H=1； 轉盤分度數(shù):I=12故 滾子數(shù)；Z=HI=12轉盤分度期運動規(guī)律：選用修正正弦曲線轉盤分度期轉角： 轉盤分度期角位移：i=Sf S所選定的運動規(guī)律的量綱位移當0T1/8當1/8 T7/8當7/8T1轉盤分度期的角速度w2為：w2= 式中V所選定的運動規(guī)律的量綱速度。分度期間轉盤與凸輪的最大角速比：w2/w1=fV/1V/3(w2/w1)max=fVmax/f當0T1/8; Vmax=/(4+)=0.44當1/8 T7/8V= ; Vmax=4/(4+

37、)=1.76當7/8T1 ; Vmax=/(4+)=0.44嚙合重疊系數(shù)由于制造和安裝誤差等影響，可能發(fā)生凸輪廓線與轉盤滾子嚙合中斷的現(xiàn)象。所以必須有適當?shù)臅r間使前一個滾子尚未退出嚙合時，后面的另一個滾子已先期進入嚙合，以保證傳動連續(xù)。在分度期凸輪有兩條同側廓線同時推動兩個滾子所占的時間比率加上1定義為嚙合重疊系數(shù) 式中 凸輪分度期轉角； 在分度期間凸輪有兩條同側廓線同ftJ推動兩個滾子時所對應的凸輪轉角單頭時一般取占=1113，雙頭時可再大些，但占亦不宜過大，否則容易發(fā)生由于兩條同側廓線間的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生卡住的現(xiàn)象。2.4.2 弧面分度凸輪機構的主要幾何尺寸參數(shù)計算圖24 弧面分度凸輪機構的幾

38、何尺寸中心距：C設計條件給定180mm許用壓力角: 取=30；轉盤的節(jié)圓半徑：取凸輪節(jié)圓半徑: 滾子中心角:滾子半徑: 取Rr=18滾子寬度:b=(11.4)Rr=1521取b=24間隙：e=(0.20.3)b=46取e=6凸輪定位環(huán)面的兩側夾角：=凸輪定位環(huán)面的徑向深度:h=be=30凸輪的頂弧面半徑： 凸輪定位環(huán)面的外圓直徑： (其中)凸輪定位環(huán)面的內(nèi)圓直徑：D1=Do-2hcos(/2)=118.88凸輪的理論寬度：Le=2=62.12凸輪的寬度： 即 61.1298.89取L=80凸輪理論端面直徑：De=2 =164.1凸輪理論端面外徑：Dt=2 =187.28凸輪實際端面直徑：D=D

39、e+(L-Le)tan()=168.862.4.3 弧面分度凸輪的工作曲面設計及計算空間曲面設計時必須滿足的條件弧面分度凸輪的工作輪廓是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的機械制圖方法進行測量，也不能用展開成平面廓線的辦法設計。一般應按照空間包絡曲面的共軛原理進行設計計算。根據(jù)共軛曲面原理，凸輪工作廓面與從動轉盤的滾子間的共軛接觸點必須滿足下列三個基本條件：1)在共軛接觸位置，兩曲面上的一對對應的共軛接觸點必須重合；2)在共軛接觸點處，兩曲面間的相對運動速度必須垂直于其公法線；3)兩曲面在共軛接觸點處必須相切，不產(chǎn)生干涉，且在共軛接觸點的鄰域亦無曲率干涉。下面推導與從動轉盤上滾子圓柱面共軛的弧面分度凸

40、輪工作曲面方程式，就是根據(jù)上述三個基本條件來進行的。1 坐標系的選取（以六分度弧面凸輪為例）在弧面分度凸輪機構上建立四組右手直角坐標系圖2.5 弧面分度凸輪廓面設計坐標系（1）與機架相連的定坐標系坐標系的原點與轉盤轉動中心重合。軸沿轉盤轉動中心與凸輪中心線的連線。軸與軸組成的平面與轉盤的旋轉平面平行。軸與轉盤的轉動軸線重合，按右手法則可知垂直紙平面向外。（2）與機架相連的輔助定坐標系坐標系的原點：與凸輪的中心重合。軸與軸重合。 軸與凸輪轉動軸線重合，選擇的箭頭方向時，應面對，箭頭看，使凸輪角速度為逆時針轉動。軸按右手法則決定，圖2.4所示與軸間夾角為-2，即垂直紙面向內(nèi)。（3）與凸輪相連的動坐

41、標系坐標系的原點取在凸輪內(nèi)的中心，與重合。軸在通過凸輪中心并垂直于凸輪轉動軸線的平面上，圖2.4(c)為此平面的截面示意圖，以表示出。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時針為正向；當凸輪分度開始時 與重合，=0。與間夾角亦為。軸即凸輪1的轉動軸線與重合且箭頭方向一致。（4）與轉盤相連的動坐標系坐標系的原點取在轉盤中心，即與重合。軸沿滾子的自轉軸線，即轉盤的徑向線。與間夾角為，從起量度，面對軸的箭頭看逆時針為正向。當轉盤在分度期開始時，不同的滾子有不同的位置角。軸與軸組成的平面為滾子的中心平面，它與轉盤的旋轉平面平行。軸即轉盤2的轉動軸線，與重合，垂直紙面向外，面對箭頭看，逆時針向轉動為正；

42、應位于凸輪定位環(huán)面對對稱平面上。圖24(b)為垂直軸的滾子截面示意圖，以表示出滾子的曲面參數(shù)與。2.從動轉盤上滾子的圓柱形工作面在坐標系中的方程式式中 滾子圓柱形工作面方程式的曲面參數(shù)； 滾子半徑。3.凸輪與滾子的共軛接觸方程式 式中 滾子的位置角，即與間夾角，由 量起，逆時針方向為正 P 凸輪的旋向系數(shù)，當凸輪的分度期輪廓線為左旋時，p = +1；右旋時 ，p = -1。4.凸輪輪廓在動坐標系中的方程式式中 P凸輪分度期廓線的旋向符號，左旋P=+l，右旋P=l； 凸輪的轉角，在凸輪分度期開始處=0，面對軸箭頭看，逆時針向量度為正，,為凸輪分度期的轉角；滾子的位置角，它是滾子中心和轉盤中心的連

43、線與 間夾角，由量起，逆時針方向為正。 式中 滾子的起始位置角，不同旋向導凸輪各個滾子的 滾子的角位移，恒取絕對值， S是所選定運動規(guī)律的量綱位移 轉盤分度期轉位角， 各個滾子的起始位置角按下表求得滾子代號No.1No.2No.3 第3章 弧面分度凸輪機構三維建模與分析3.1 MATLAB的輪廓分析3.1.1 MATLAB簡介 MATLAB 產(chǎn)品家族是美國 MathWorks公司開發(fā)的用于概念設計,算法開發(fā),建模仿真,實時實現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。由于其完整的專業(yè)體系和先進的設計開發(fā)思路，使得 MATLAB 在多種領域都有廣闊的應用空間，特別是在 MATLAB 的主要應用方向 科學計算、建模仿真以

44、及信息工程系統(tǒng)的設計開發(fā)上已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的首選設計工具，全球現(xiàn)有超過五十萬的企業(yè)用戶和上千萬的個人用戶，廣泛的分布在航空航天，金融財務，機械化工，電信，教育等各個行業(yè)。 在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型（M語言）開發(fā)平臺，提供了體系中其他工具所需要的集成環(huán)境（比如M語言的解釋器）。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數(shù)的支持使得工具箱本身也具有強大的數(shù)學計算能力。 MATLAB產(chǎn)品體系的演化歷程中最重要的一個體系變更是引入了Simulink，用來對動態(tài)系統(tǒng)建模仿真。其框圖化的設計方式和良好的交互性，對工程人員本身計算機操作與編程的熟練程度的要求降到

45、了最低，工程人員可以把更多的精力放到理論和技術的創(chuàng)新上去。 針對控制邏輯的開發(fā)，協(xié)議棧的仿真等要求，MathWorks公司在Simulink平臺上還提供了用于描述復雜事件驅動系統(tǒng)的邏輯行為的建模仿真工具 Stateflow，通過Stateflow，用戶可以用圖形化的方式描述事件驅動系統(tǒng)的邏輯行為，并無縫的結合到Simulink的動態(tài)系統(tǒng)仿真中。在MATLAB/Simulink基本環(huán)境之上，MathWorks公司為用戶提供了豐富的擴展資源，這就是大量的Toolbox和Blockset。從1985年推出第一個版本以后的近二十年發(fā)展過程中，MATLAB已經(jīng)從單純的Fortran數(shù)學函數(shù)庫演變?yōu)槎鄬W科，多領域的函數(shù)包，模塊庫的提供者。用戶在這樣的平臺上進行系統(tǒng)設計開發(fā)就相當于已經(jīng)站在了巨人的肩膀上，眾多行業(yè)中的專家、精英 們的智慧結晶可以信手拈來。 同時，MATLAB開放的體系結構允許用戶在平臺上進行自由擴展，目前在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)