盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計

1、目錄摘要 (11. 緒論 (31.1凸輪機構(gòu)概述 (31.2凸輪機構(gòu)課題研究背景及意義 (31.3凸輪機構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展及研究狀況 (52. 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計 (82.1反轉(zhuǎn)法概念 (82.2反轉(zhuǎn)法的原理: (82.3對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計 (82.4對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計 (102.6對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計 (112.7偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu) (112.8擺動從動件盤形凸輪機構(gòu) (123. 盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計 (133.1盤形凸輪基圓半徑的確定 (133.2確定擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的方法 (133.3

2、凸輪輪廓曲線的數(shù)學(xué)模型 (143.4盤形凸輪輪廓曲線的計算 (163.5輪廓面方程的建立 (163.6平面盤形凸輪系統(tǒng)的開發(fā) (17總結(jié)與展望 (18致謝 (19參考文獻 (20盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計【摘要】本文分析了反轉(zhuǎn)法的基本原理、圖解法的方法和步驟,闡述了幾種盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法,并配以圖形來解析,在現(xiàn)實生活中我們經(jīng)?？梢砸姷玫酵馆啓C構(gòu),在各種機械,特別是自動機和自動裝置,廣泛采用各種形式的凸輪機構(gòu).凸輪機構(gòu)常用與內(nèi)燃機的裝配機構(gòu),自動機場的進刀機構(gòu)以及各種自動裝置中.凸輪機構(gòu)的有點在于要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計出凸輪輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律,而其響應(yīng)快速,機構(gòu)簡單緊湊。這些

3、優(yōu)點使得它不能被數(shù)控,電控設(shè)備完全代替。隨著現(xiàn)代機械的發(fā)展和計算機輔助設(shè)計和制造獲得了普遍應(yīng)用,凸輪機構(gòu)的設(shè)計和加工的速度和質(zhì)量越來越高,凸輪運動速度也越來越高,這就為凸輪機構(gòu)更廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造了條件?！娟P(guān)鍵詞】反轉(zhuǎn)法凸輪輪廓曲線Design of cam profile curve【Abstract】In real life we can often see cam, particularly automata and robotics, widely used in various forms of cam. Can is commonly Used for internal combust

4、ion engine valvetrain, automatic feed mechanism of machine tools ,as well as variety of robotic.Advantage is as long as the appropriate design of cam. Motion of the push rod can be expected, and its fast response , institutions simple and compact. These advantages make it cannot be NC, electrical co

5、ntrol equipment and completely replaced .As modern machinery is increasingly informed the development and application of computeraided design and manufacturing was general ,cam design and machining speed and quality become higher and higher ,cam movement speed is geeting higher and higher ,which cre

6、ated the conditions for a wider application of cam.This design is intended to complete the base circle radius r=500mm maximum lift and follower h=30mm Push way motion angle =120 Far angle of repose =60º, return angle =120ºand near of Angle of repose =60º, follower pushing motion law o

7、f Cheng Yi speed increase ,return to, sine acceleration motion law of Downward bias follower disc cam mechanism with roller follower of the designs.【Key Words】Reversal process Disc CAM Profile Curve1.1 凸輪機構(gòu)概述凸輪機構(gòu)一般是由凸輪,從動件和機架三個構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。凸輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動,從動件根據(jù)使用要求設(shè)計使它獲得一定規(guī)律的運動.凸輪機構(gòu)能實現(xiàn)復(fù)雜的運動要求,廣泛用于各種自動化和半自動

8、化機械裝置中。凸輪機構(gòu)通常由兩部份動件組成,即凸輪與從動子(follower,兩者均固定于座架上。凸輪裝置是相當(dāng)多變化的,故幾乎所有任意動作均可經(jīng)由此一機構(gòu)產(chǎn)生。凸輪可以定義為一個具有曲面或曲槽之機件,利用其擺動或回轉(zhuǎn),可以使另一組件從動子提供預(yù)先設(shè)定的運動。從動子之路徑大部限制在一個滑槽內(nèi),以獲得往覆運動。在其回復(fù)的行程中,有時依靠其本身之重量,但有些機構(gòu)為獲得確切的動作,常以彈簧作為回復(fù)之力,有些則利用導(dǎo)槽,使其在特定的路徑上運動。低副機構(gòu)一般只能近似地實現(xiàn)給定運動規(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)運動而從動件必須作間歇運動時

9、,則以采用凸輪機構(gòu)最為簡便。凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)和機架組成,凸輪通過直接接觸將預(yù)定的運動傳給從動件。凸輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單,可以準(zhǔn)確實現(xiàn)要求的運動規(guī)律等優(yōu)點。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)期的運動規(guī)律。在各種機械,特別是自動機械和自動控制裝置中,廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)之所以能在各種自動機械中獲得廣泛的應(yīng)用,是因為它兼有傳動、導(dǎo)引及控制機構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機構(gòu)用于傳動機構(gòu)時,可以產(chǎn)生復(fù)雜的運動規(guī)律,包括變速范圍較大的非等速運動,以及暫時停留或各種步進運動;凸輪機構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機構(gòu),使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運動;當(dāng)凸輪機構(gòu)用作控制機構(gòu)

10、時,可以控制執(zhí)行機構(gòu)的自動工作循環(huán)。因此凸輪機構(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。凸輪機構(gòu)主要作用是使從動桿按照工作要求完成各種復(fù)雜的運動,包括直線運動、擺動、等速運動和不等速運動。1.凸輪機構(gòu)的優(yōu)點:只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?便可使從動件得到任意的預(yù)期運動,而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便,因此在自動機床、輕工機械、紡織機械、印刷機械、食品機械、包裝機械和機電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。a. 凸輪與從動件間為點或線接觸,易磨損,只宜用于傳力不大的場合;b. 凸輪輪廓精度要求較高,需用數(shù)控機床進行加工;3. 從動件的行程不能過大,否則會使凸輪變得笨重。自上世紀(jì)三十年代以來,人們就開始了對凸輪

11、機構(gòu)的研究,并且研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用在不斷深化。60年代后,對凸輪的研究逐步成熟起來,出現(xiàn)了較完整的運動規(guī)律的設(shè)計,在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規(guī)律,對凸輪機構(gòu)的研究不斷向縱深方向發(fā)展。同時,歐美各國學(xué)者對高速凸輪的研究振動、動態(tài)響應(yīng)等方面的論文。日本在凸輪機構(gòu)方面的研究也有巨大貢獻。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,以適應(yīng)新的要求。并加強了對凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化研究,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機構(gòu),在此基礎(chǔ)上進一步拓展凸輪機構(gòu)CAD/CAM 系統(tǒng)。日本學(xué)者們充分利用凸輪機構(gòu)的特點,將研究成果很好地應(yīng)用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中日本也特

12、別重視凸輪機構(gòu)的研究, 有很多從事凸輪機構(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, 如大家公司、三共制作所、協(xié)和凸輪公司等。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: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,以適應(yīng)新的要求。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)。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)

13、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80mm。加強凸輪機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機構(gòu)。發(fā)展凸輪機構(gòu)的CAD/CAM 系統(tǒng)日本學(xué)者特別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,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, 因而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。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CAD

14、二維設(shè)計階段,CAD的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖,可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。而如今的CAD 三維設(shè)計與CAM集成化,使工程人員可以從三維建模開始,進行產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計和制圖,實現(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CAD可以繪制精確的凸輪。參數(shù)化設(shè)計具有造型精確,造型速度快,避免了手工取點造型的復(fù)雜過程,完成三維實體模型可以不斷的修改的特點。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,而凸輪機構(gòu)卻能在實現(xiàn)控制功能的同時傳遞較大

15、的功率。因此,凸輪機構(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構(gòu)及引導(dǎo)機構(gòu)中,更有突出的優(yōu)點。可以說,對凸輪機構(gòu)的進一步研究,特別是對高速凸輪機構(gòu)及其動力學(xué)問題的進一步研究,是長期、持續(xù)并有重大意義的工作?，F(xiàn)代三維CAD已經(jīng)輻射到對整個制造企業(yè)生產(chǎn)、管理進行全方位的輔助,對制造業(yè)的發(fā)展具有深遠的影響。凸輪機構(gòu)動力學(xué)深入研究,從動件運動規(guī)律選擇、動力學(xué)模型建立、動力響應(yīng)求解和動力綜合方法等研究均有不少成果。微機進入我國已有多年,計算機技術(shù)在我國已經(jīng)得到很大的發(fā)展。計算機具有強大的數(shù)值計算、邏輯判斷和圖形繪制功能,在有關(guān)軟件的支撐下,可以完成凸輪機構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。利用計算機

16、進行凸輪機構(gòu)設(shè)計,不僅可以大大提高設(shè)計速度、設(shè)計精度和設(shè)計自動化程度,而且可以采用動態(tài)仿真技術(shù)和三維造型技術(shù),模擬凸輪機構(gòu)的工作情況,甚至可由設(shè)計數(shù)據(jù)形成數(shù)控加工程序,直接傳輸給制造系統(tǒng),實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計(CAD和計算機輔助制造(CAM一體化,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期。使用參數(shù)化設(shè)計,可以使凸輪機構(gòu)的設(shè)計能夠快速進行。只要由設(shè)計者輸入或者選擇相關(guān)的參數(shù),就能夠自動的得到有關(guān)數(shù)據(jù),例如:位移、速度、加速度與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系,凸輪廓線的設(shè)計,從動件的運動是否失真,以及在整個過程中壓力角是否超過許用壓力角,運動仿真等。平面與空間連桿機構(gòu)振動力的完全平衡方法和振動力與振動力矩完全平衡方法

17、在理論上已有較好的解決?？紤]構(gòu)件彈性的彈性連桿機構(gòu)動力分析與綜合的研究已越來越深入,考慮運動副間隙的連桿機構(gòu)動力分析及運動穩(wěn)定性研究取得進展,同時考慮構(gòu)件彈性和運動副間隙甚至彈流狀態(tài)的動力分析已有初步研究成果。包含變質(zhì)量構(gòu)件機構(gòu)的動力學(xué)也已引起關(guān)注并有初步研究。它對機械工程的進步起著重要的推動作用.1.3 凸輪機構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展及研究狀況我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史,對凸輪機構(gòu)的設(shè)計、運動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都有相關(guān)的論文發(fā)表。但是,與先進國家相比,我國對凸輪機構(gòu)的設(shè)計和制造上都還存在較大的差距,尤其在制造方面,國外也只是集中在少數(shù)的幾家公司和科研機構(gòu)中,而且由于

18、技術(shù)保密等因素,具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表,這樣就在無形中制約著我國凸輪機構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高,造成高速、高精度的凸輪機構(gòu)必須依賴進口的被動局面。我國凸輪機構(gòu)研究的總體情況我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史,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,涉及設(shè)計、運動規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個研究方向。到了1988 年第六屆會議,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)方面又增加了CAD/CAM、誤差分析等研究方向。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

19、一系列論文對凸輪機構(gòu)的共扼曲面原理山、專家系統(tǒng)等方面也有了相當(dāng)?shù)难芯俊，F(xiàn)在凸輪機構(gòu)已經(jīng)在包裝機械、食品機械、紡織機械、交通運輸機械、動力機械、印刷機械等領(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。隨著CAD/CAM技術(shù)在機械領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟和廣泛,在國內(nèi)也出現(xiàn)了一些研究凸輪機構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)的文獻也有新的突破,許多學(xué)者發(fā)表了關(guān)于凸輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、凸輪,采用面向?qū)ο蟮膮?shù)化程序設(shè)計方法,設(shè)計出了主要包括工作機構(gòu)運動循環(huán)圖和運動規(guī)律設(shè)計、從動件系統(tǒng)設(shè)計、凸輪機構(gòu)的運動學(xué)分析、條件校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計以

20、及結(jié)果輸出等內(nèi)容的平面凸輪的CAD軟件,實現(xiàn)了凸輪的計算機輔助設(shè)計。文獻則是在凸輪機構(gòu) CAD 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究針對某種凸輪機構(gòu)的 CAD/CAM 系統(tǒng),實現(xiàn)了凸輪設(shè)計、凸輪數(shù)控加工一體化,進一步提高了凸輪CAD/CAM技術(shù)的實用性。但這些凸輪的CAD/CAM系統(tǒng)核心技術(shù)僅被某些企業(yè)所有,并未在市場上以商品軟件的形式出現(xiàn)。CAD技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分,利用CAD技術(shù)可以起到提高企業(yè)的設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、減輕技術(shù)人員的勞動強度、縮短設(shè)計周期、加強設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化等作用。本文在研究基于特征的三維CAD理論的基礎(chǔ)上,開發(fā)出一個擴充性、開放性、復(fù)用性和維護性良好的CAD軟件系統(tǒng)。并在CAD技

21、術(shù)理論和CAD軟件體系結(jié)構(gòu)上,做出了許多具有重要意義的工作。本課題利用了基于Windows平臺開發(fā)的Visual Basic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。程序的目的就是在Visual Basic中輸入凸輪的有關(guān)參數(shù),由 SolidWorks 2005來自動生成凸輪實體。程序提供了良好的輸入界面,操作簡單、方便。與以往的手工凸輪設(shè)計相比較,參數(shù)化的設(shè)計方法具有效率高,凸輪輪廓精度高,設(shè)計時間短等特點。平面盤形凸輪在結(jié)構(gòu)上比較簡單,但實際上凸輪機構(gòu)設(shè)計是一個多層次、多因素的復(fù)雜過程,對設(shè)計人員的要求比較高。主要原因在于凸輪實際廓線要精確滿足從動件的運動要求。實現(xiàn)從動件運動規(guī)律主要依賴于凸輪輪廓曲線形

22、狀,因而輪廓曲線設(shè)計是凸輪機構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。凸輪機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)便是凸輪輪廓曲線的設(shè)計。傳統(tǒng)的凸輪輪廓設(shè)計方法通常采用作圖法或解析法。作圖法雖簡便易行,但其效率低,繪出的凸輪輪廓誤差大。所謂用解析法設(shè)計凸輪廓線,就是根據(jù)工作所要求的從動件的運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù),求出凸輪廓線的方程式,并精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標(biāo)值來擬合凸輪輪廓。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小,但計算量大。目前精確設(shè)計輪廓的方法有包絡(luò)法、速度瞬心法、等距曲面法、共扼曲面法和相對速度法等等。包絡(luò)法利用n輪和從動件的幾何關(guān)系導(dǎo)出接觸點的軌跡方程;速度瞬心法利用凸輪和從動件瞬時速度中心確定凸輪和從動件在某一瞬時接觸點

23、的位置。然而要在現(xiàn)有的三維軟件上創(chuàng)建出凸輪實際廓線,還面臨著如下的問題:1.利用解析法得到的凸輪廓線方程式中包含有從動件的位移,該位移是個隨時間變化的變量。因此要得到凸輪的廓線參數(shù)方程,需要聯(lián)立從動件的運動參數(shù)方程和所得的凸輪廓線參數(shù)方程來求解出,其過程繁瑣復(fù)雜。2.參數(shù)校核的計算量大。3.現(xiàn)有的建模方法過程繁瑣,設(shè)計人員不易掌握,耗時費力。凸輪機構(gòu)是典型的常用機構(gòu)之一。凸輪機構(gòu)是能使從動件按照給定的運動規(guī)律運動的高副機構(gòu),可以實現(xiàn)任意給定的位移、速度、加速度等運動規(guī)律,而且與其它機構(gòu)配合可以實現(xiàn)復(fù)雜的運動要求。工程中,幾乎所有簡單的、復(fù)雜的重復(fù)性機械動作都可由凸輪機構(gòu)或者包括凸輪機構(gòu)的組合機

24、構(gòu)來實現(xiàn)。又由于凸輪機構(gòu)具有平穩(wěn)性好,重復(fù)精度高,運動特性良好,機構(gòu)的構(gòu)件少,體積小,剛性大,周期控制簡單,可靠性好,壽命長等優(yōu)點,因而是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中不可缺少的機構(gòu)之一,被廣泛用于各種自動機中。例如,自動包裝機、自動型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農(nóng)用機械、印刷機械加工中心環(huán)刀機構(gòu)、高速壓力機械等。我國以前對凸輪機構(gòu)深入系統(tǒng)地研究較少,僅在內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)有較深入研究。1990年以來,有關(guān)凸輪機構(gòu)的應(yīng)用研究取得了一大批成果,許多己應(yīng)用于生產(chǎn)。陜西科技大學(xué)完成的(高速高精度間歇轉(zhuǎn)位凸輪分度機構(gòu)CAD/CAM,1995年獲陜西省科技進步二等獎:開發(fā)的“凸輪分度機構(gòu)傳動裝置"

25、獲中國輕工總會優(yōu)秀新產(chǎn)品一等獎;加工弧面凸輪的“XK5001雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)數(shù)控銑床”獲實用新型專利。天津大學(xué)關(guān)于分度凸輪機構(gòu)的研究,得到了國家自然科學(xué)基金的支持;研究開發(fā)的兩片式平行分度凸輪機構(gòu)達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。此外,上海交通大學(xué)、大連輕工業(yè)學(xué)院、合肥工業(yè)大學(xué)和山東大學(xué)(山東工業(yè)大學(xué)等在理論應(yīng)用研究方面都取得了很多具有國際或國內(nèi)先進水平的科研成果。盡管我國對凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和研究也有多年的歷史,對凸輪機構(gòu)的設(shè)計、運動規(guī)律、輪廓線、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計等方面的研究都取得了很多科研成果。但是,與先進國家相比,我國對凸輪機構(gòu)的設(shè)計和制造上都還存在較大的差距,尤其在制造方面。在國外核心技術(shù)也只是集中在少數(shù)的幾

26、家公司和科研機構(gòu)中,而且由于技術(shù)保密等因素,具有一定參考價值的相關(guān)資料很少公開發(fā)表。這樣就在無形中制約著我國凸輪機構(gòu)設(shè)計和制造水平的提高,造成高速、高精度的凸輪機構(gòu)必須依賴進口的被動局面。自上世紀(jì)三十年代以來,人們就開始了對凸輪機構(gòu)的研究,并且研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用在不斷深化。60年代后,對凸輪的研究逐步成熟起來,出現(xiàn)了較完整的運動規(guī)律的設(shè)計,在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規(guī)律,對凸輪機構(gòu)的研究不斷向縱深方向發(fā)展。同時,歐美各國學(xué)者對高速凸輪的研究振動、動態(tài)響應(yīng)等方面的論文。日本在凸輪機構(gòu)方面的研究也有巨大貢獻。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,

27、以適應(yīng)新的要求。并加強了對凸輪機構(gòu)動力學(xué)和振動方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化研究,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機構(gòu),在此基礎(chǔ)上進一步拓展凸輪機構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)。日本學(xué)者們充分利用凸輪機構(gòu)的特點,將研究成果很好地應(yīng)用到實際的產(chǎn)品開發(fā)中日本也特別重視凸輪機構(gòu)的研究, 有很多從事凸輪機構(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, 如大家公司、三共制作所、協(xié)和凸輪公司等。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:在機構(gòu)設(shè)計方面, 致力于尋求凸輪機構(gòu)的

28、精確解和使凸輪曲線多樣化,以適應(yīng)新的要求。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)。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80mm。加強凸輪機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化,發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機構(gòu)。發(fā)展凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)日本學(xué)者特別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, 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

29、等優(yōu)越性, 因而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。2. 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計2.1 反轉(zhuǎn)法概念以直動凸輪為例,在設(shè)計的時候,通常假定凸輪固定、推桿繞凸輪旋轉(zhuǎn),并考察他們的相對運動。而推桿相對于凸輪旋轉(zhuǎn)的方向(假定的方向,與凸輪相對于機架的實際旋轉(zhuǎn)方向是相反的。故名“反轉(zhuǎn)法”。2.2 反轉(zhuǎn)法的原理:假想給整個凸輪機構(gòu)加一公共角速度-,不影響各構(gòu)件之間的相對運動。此時,則凸輪相對靜止不動,推桿一方面隨導(dǎo)軌以-繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動,另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動,推桿尖頂在這種復(fù)合運動中的運動軌跡即為凸輪輪廓曲線。圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動件推

30、桿尖頂在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的各位置,然后作出其高副元素所形成的曲線族,并作從動件高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線,即是所求的凸輪輪廓曲線。當(dāng)給整個機構(gòu)加一個共同的運動時,各構(gòu)件的絕對運動發(fā)生了變化,但各構(gòu)件的相對運動卻并不改變,各構(gòu)件的相對尺寸亦不改變。因而,對轉(zhuǎn)化后的機構(gòu)進行設(shè)計的結(jié)果與對原機構(gòu)進行設(shè)計的結(jié)果是相同的。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的方法就是機構(gòu)倒置或反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)就是改變參考系,是許多機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計及機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析的一種基本方法。其中,在凸輪機構(gòu)中的應(yīng)用最典型。凸輪機構(gòu)的設(shè)計原理對于凸輪機構(gòu),如果根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了凸輪機構(gòu)的形式、基本尺寸,推桿的運動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向,凸

31、輪機構(gòu)的設(shè)計就是凸輪輪廓曲線的設(shè)計了。凸輪輪廓曲線無論是采用解析法還是采用作圖法設(shè)計都采用“反轉(zhuǎn)法”原理。給整個凸輪機構(gòu)加一個與凸輪角速度等值反向的公共角速度-,使其繞軸心O轉(zhuǎn)動,根據(jù)相對運動原理,這時凸輪與推桿的相對運動不變,但凸輪靜止不動,而推桿一方面隨其導(dǎo)軌以-的角速度繞軸心O轉(zhuǎn)動,同時又在導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期的運動,推桿尖頂在這種復(fù)合運動中的軌跡就是所要求凸輪的廓線。反轉(zhuǎn)法原理的5種應(yīng)用:2.3 對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計要求:已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運動規(guī)律如圖2.1所示。試設(shè)計該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲線。第一步:如圖2.

32、1所示,以r為半徑畫基圓,確定從動件導(dǎo)路位置,導(dǎo)路與基圓交點 B 為從動件初始位置。第二步:將位移線圖的推程與回程運動角作若干等分。第三步:從基圓OB開始,沿方向?qū)⒒鶊A按與位移線圖對應(yīng)的分點進行劃分,得分點 B1,B2,第四步:自O(shè) 點開始,過B 1,B 2點作射線OB 1,OB 2便成為導(dǎo)路反轉(zhuǎn)后的位置。第五步:沿各射線,從基圓開始向外量取從動件位移量,即 B 1C 1=11,B 2C 2=22,得尖頂?shù)姆崔D(zhuǎn)位置 C 1,C 2第六步:將C 1,C 2連接成光滑的曲線,便得到 所求的凸輪輪廓曲線。試用反轉(zhuǎn)法繪制一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)的凸輪輪廓曲線,已知凸輪的基圓半徑為r 0=15mm

33、,凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉(zhuǎn),推桿的運動規(guī)律如圖2.1所示。具體步驟:(1繪制并等分位移線圖f r ,(2取與位移曲線相同的比例尺畫基圓和從動件尖頂離軸心O 最近時從動件的初始位置。(3等分基圓得推桿在反轉(zhuǎn)運動中導(dǎo)軌占據(jù)的各個位置(4求推桿在復(fù)合運動中占據(jù)的位置(5連線(6校核凸輪機構(gòu)的壓力角:max ,最大壓力角可用諾謨圖來確定,若不滿足,增大基圓半徑重新設(shè)計。 曲線圖 位移線圖圖2.1 對心直動頂尖曲線、位移圖圖2.1所示,a 所示為一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)。已知凸輪的基圓半徑r0=15,凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉(zhuǎn),推桿的運動規(guī)律如下表所示。表2.1 推桿運動規(guī)律圖 序號凸輪

34、運動角 推桿運動規(guī)律 10至120度 等速上升h=16mm 2120至180度 推桿在最高位置靜止 3180至270度 正弦加速下降h=16mm 4270至360度 推桿在最低位置靜止2.4 對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計已知條件:凸輪的基圓半徑為 r 0,滾子半徑 r ,凸輪 沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。試設(shè)計該對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲線。第一步:將滾子中心假想為尖頂從動件的尖頂。第二步:按尖端推桿的設(shè)計方法作出輪廓曲線 0,這條曲線是反轉(zhuǎn)過程中滾子中心的運動軌跡,稱為理論輪廓曲線。第三步:以理論輪廓線上各點為圓心,以滾子半徑r 為半徑,作一系列圓。 第四步:作此圓族的

35、內(nèi)包絡(luò)線,即為該凸輪的實際輪廓曲線。仍采用上述的已知條件,只是在從動件的頂部加上一個半徑為r T 的滾子。由于滾子中心是從動件上的一個固定點,該點的運動就是從動件的運動,因此可把滾子中心作為尖頂從動件的尖底,按設(shè)計尖底從動件凸輪輪廓的方法繪出凸輪輪廓曲線,稱為凸輪的理論輪廓曲線。與滾子直接接觸的凸輪輪廓才是實際輪廓,而理論輪廓與實際輪廓的法向距離恒為滾子半徑。因此對心滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計步驟為:(1先按上述繪出滾子中心A 在推桿復(fù)合運動中依次占據(jù)的位置1、2(2然后以1、2為圓心,以滾子半徑rr 為半徑,作一系列圓,再作此圓簇的包絡(luò)線,即為凸輪的輪廓曲線。(3校核凸輪機構(gòu)的壓力角:

36、max ,最大壓力角可用諾謨圖來確定,若不滿足,增大基圓半徑重新設(shè)計.理論輪廓與實際輪廓是等距曲線,所以理論輪廓的壓力角就是實際輪廓的壓力角.(4校核輪廓的最小曲率半徑滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線,是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成,滾子半徑選擇不當(dāng),則無法滿足運動規(guī)律。1內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線 a 實際輪廓 b 理論輪廓理論輪廓曲率半徑'實際輪廓曲率半徑T r +='無論滾子半徑大小如何,則總能作出實際輪廓曲線2外凸由于T a r -=',所以當(dāng)T a r >時,0>'a 實際輪廓可作出。若T r =,0='a 實際輪廓出現(xiàn)尖

37、點,易磨損,可能使用。若T r <,則0<'a實際輪廓出現(xiàn)交叉,加工時,交叉部分被切除,出現(xiàn)運動失真,這一現(xiàn)象需避免。綜上所述,理論輪廓的最小曲率半徑T r >min ,即0m i n >-T r ,為避免產(chǎn)生過度切割,可從兩方面入手:(ar T 下降, (b r 0上升,min 。因此可規(guī)定一許用曲率半徑s 即min min ,s T sr -=' mm s 53-=一旦給出s ,求出min ,即可求出滾子半徑r T 最大值。 即min s T r -距線論廓線的基圓半徑(等凸輪的基圓半徑:指理凸輪的實際廓線接接觸的凸輪廓線稱為工作廓線:把與滾子直實際

38、廓線為凸輪的理論廓線在復(fù)合運動中的軌跡稱理論廓線:把滾子中心/ 2.6 對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計已知條件:凸輪的基圓半徑為 r 0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。試設(shè)計該對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)的凸輪輪廓曲線。第一步:將推桿的導(dǎo)路中心線與推桿平底的 交點視為尖端推桿的尖點。第二步:按尖端推桿凸輪的設(shè)計方法,求出尖頂 反轉(zhuǎn)后的一系列位置 C 1,C 2。 第三步:過 C 1,C 2作一系列代表推桿平底的直線。1將推桿導(dǎo)路的中心線與推桿平底的交點A 視為尖頂推桿的尖點,按前述的作圖步驟確定出點A 在推桿作復(fù)合運動時依次占據(jù)的位置1、2。2然后再通過點1、2作一系列代表推桿平底

39、的直線, 3而此直線簇的包絡(luò)線即為凸輪的工作廓線。4確定平底的長度: 平底左右兩側(cè)的寬度W 應(yīng)分別大于左右兩側(cè)的運動點距離L max W=L max +5mm2.7 偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的從動導(dǎo)路軸線不通過凸輪軸心,而是有一個偏心距。已知:從動件運動規(guī)律,等角速度,偏距e ,基園半徑r 0.要求:繪出凸輪輪廓曲線 設(shè)計步驟: 以r 0為半徑作基園,e 為半徑作偏距園。 過K 點作從動件導(dǎo)路交B 0點。 作位移線圖,分成若干等份。 等分偏距園,過K 1,K 2,K 5 作切線,交于基圓,C 1,C 2,C 5 應(yīng)用反轉(zhuǎn)法,量取從動件在各切線對預(yù)置上的位移,

40、由-S 圖中量取從動件位移,得B 1,B 2,即C 1B 1=11 C2B2=Z2 將B 0,B 1連成光滑曲線,即為凸輪輪廓曲線2.8 擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)已知:基圓半徑r 0,中心距a ,擺桿長l ,從動件運動規(guī)律如圖2.2所示 求:凸輪輪廓曲線設(shè)計步驟: 以r 0為半徑作基圓,以中心距為a ,作作擺桿長為l 與基圓交點于B 0點 作從動件位移線圖-,并分成若干干等分 以中心矩a 為半徑,o 為原心作圖 用反轉(zhuǎn)法作位移線圖對應(yīng)等得點A 0,A 1,A 2, 以l 為半徑,A 1,A 2,為原心作一系列圓弧11D C22D C 交于基圓C 1,C 2,點 以l 為半徑作對應(yīng)等分角。 以A1

41、C1,A2C2向外量取對應(yīng)321,的A 1B 1,A 2B 2 將點B 0,B 1,B 2連成光滑曲線。發(fā)現(xiàn)從動桿與輪廓干涉,通常作成曲桿,避免干涉,或擺桿與凸輪輪廓不在一個平面內(nèi)僅靠頭部伸出桿與輪廓接觸。對于滾子和平底同樣是畫出理論輪廓曲線為參數(shù)至運動軌跡,作出一系列位置的包絡(luò)線即為實際輪廓曲線。O (b790°3180°1230°46598060°5'4'3'2'1'6'm a x8'7'3. 盤形凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計3.1 盤形凸輪基圓半徑的確定壓力角不僅與機構(gòu)的傳力性能有關(guān),而且

42、與基圓大小有關(guān)。車床基圓半徑也是凸輪設(shè)計中的一個重要參數(shù),它對車床凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸、體積質(zhì)量、受力狀況、工作性能都有重要的影響。車床基圓半徑的大小也直接影響壓力角的大小。假設(shè)凸輪轉(zhuǎn)過相同的角度a ,從動件上升相同的位移s ,在大小不等的兩個基圓上,顯然基圓較小的其輪廓曲線較陡(曲率大,壓力角較大;基圓較大的其輪廓曲線較緩,壓力角較小。壓力角與基圓半徑的關(guān)系還可通過理論推導(dǎo)得出。尖頂對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)處在推程的某一位置。顯然,P ,z 為此位置時凸輪和從動件的速度瞬心,當(dāng)運動規(guī)律給定后,叫、V 和s 均為已知,由公式知,基圓半徑“選取得愈小,則壓力角愈大,機構(gòu)傳力性能愈差,甚至?xí)l(fā)生自

43、鎖?；鶊A半徑受三方面因素的制約: 凸輪的結(jié)構(gòu)型式的要求; 要滿足a.L tl;實際廓線的最小曲率半徑p :r r (35mm 。一般在設(shè)計中,為兼顧受力狀況和結(jié)構(gòu)緊湊兩方面的要求,通常可在壓力角不超過許用壓力角的條件下,盡可能采用較小的基圓半徑。工程實際中常采用試算法,即先根據(jù)凸輪的具體結(jié)構(gòu)條件試選基圓半徑“,繪制凸輪廓線后,檢驗壓力角,直至滿足a a。試選時,對于制做成一體的凸輪軸,可取車床凸輪基圓半徑n 略大于凸輪軸的半徑;對于單獨制造的凸輪,按經(jīng)驗公式,可取h18r+r T +(7-10mm ,其中r 為安裝軸的半徑,竹為滾子半徑。在平底移動從動件凸輪機構(gòu)中,凸輪對從動件的法向作用力始終

44、垂直于平底,壓力角恒等于零(從動件為傾斜平底時,壓力角為定值,恒等于平底的傾斜角。因此,基圓半徑“與壓力角無關(guān)。但當(dāng)基圓半徑過小時,也會發(fā)生“運動失真”現(xiàn)象。根據(jù)選定的基圓半徑設(shè)計出凸輪的廓線后,如有必耍,可校驗其實際的壓力角。車床若發(fā)現(xiàn)壓力角的最大值超過了許用壓力角n,則應(yīng)適當(dāng)增大基圓半徑或者修改從動件運動規(guī)律,重新進行設(shè)計。3.2 確定擺動從動件盤形凸輪基圓半徑的方法確定直動從動件盤形凸輪基圓半徑的簡易方法推廣至擺動從動件凸輪。根據(jù)機械原理,擺動從動件盤形凸輪的壓力角滿足:式中:為擺動從動件擺角,。為初始最小擺角,為凸輪轉(zhuǎn)角,為壓輪中心與擺桿擺動中心的距離,l 為擺桿器,為壓力角,為許用壓

45、力角。由于在設(shè)計凸輪之前基圓半徑還未知,且工程中廣泛采用改進型運動規(guī)律,一個行程中包含幾種曲線,很難由上式求最大壓力角。我們將式(1整理成:設(shè)函數(shù)顯然,當(dāng)=時確定直動從動件盤形凸輪基圓半徑的簡易方法推廣至擺動從動件凸輪。根據(jù)機械原理,擺動從動件盤形凸輪的壓力角滿足:(a tg a a l d d tg +- +=00sin cos 1 (1式中:為擺動從動件擺角,。為初始最小擺角,為凸輪轉(zhuǎn)角,為壓輪中心與擺桿擺動中心的距離,l 為擺桿器,為壓力角,為許用壓力角。由于在設(shè)計凸輪之前基圓半徑還未知,且工程中廣泛采用改進型運動規(guī)律,一個行程中包含幾種曲線,很難由上式求最大壓力角。我們將式(1整理成:

46、(cos 1cos 0l d d a a +=-+ +=-+cos 1arccos 0ld d 設(shè)函數(shù)( +-=-=a a l d d E cos 1arccos 0 顯然,當(dāng)=時,E(=E max 。仿照E 建立另一函數(shù):( +-=cos 1arccos 1a l d d E因為 (max 1max max 1E E E E E = 故 (max 11E E ,(max max 1max 1E E E = 因此,只要求E 1(的最大值E 1max :max 10E =-,max 10E -=和基圓半徑 022c o s2al a l r b -+= 3.3 凸輪輪廓曲線的數(shù)學(xué)模型設(shè)計凸輪時,

47、首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律,再按這一運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓線。對如圖3.1所示的偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu),設(shè)凸輪以角速度w1順時針旋轉(zhuǎn),推桿上下移動,凸輪基圓半徑r b ,滾子半徑r0,偏距e ,以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點建立坐標(biāo)系。 圖3.1 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的某一位置。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為極點,滾子中心點B 的極坐標(biāo),即凸輪理論輪廓的極坐標(biāo),可表示為: (220e s s += (2-2(0-±= (2-3凸輪的實際輪廓線與理論廓線的對應(yīng)點,具有公共的曲率中心和公共的法線。圖中B點的理論廓線的法線n n 與滾子的交點廠I 就是輪廓上的對應(yīng)點,因而廠I 點的極坐

48、標(biāo)即為凸輪實際廓線上一點的極坐標(biāo),可表示為:c o s222r r r -+= (2-4 +=r (2-5式中 =d d d d ar tan ,sin sin arctan r r =, 和均取銳角,和r 按1-方向度量。由圖可知,壓力角.-=為了保證凸輪理論輪廓各點的曲率半徑都大于滾子半徑,從而保證實際輪廓線不出尖點、拐點或交叉現(xiàn)象,要計算凸輪理論輪廓各點的曲率半徑尺:(222221222d d d d d d R -+= (2-53.4 盤形凸輪輪廓曲線的計算偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu),偏距e 、基圓半徑r0和從動件運動規(guī)律s=s(f均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點、從動件推程運動方向

49、為x 軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為獲得統(tǒng)一的計算公式,引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h 和從動件偏置方向系數(shù)d ,并規(guī)定:當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時h=1,逆時針時h=-1;經(jīng)過滾子中心的從動件導(dǎo)路線偏于y 軸正側(cè)時d=1,偏于y 軸負側(cè)時d=-1,與y 軸重合時d=0。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角f 時,滾子中心將自點B 0外移s 到達B'(s+s0,de。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理,將點B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角f ,即得凸輪理論輪廓曲線上的對應(yīng)點B ,其坐標(biāo)為:(+=-+=cos sin sin cos 00e s s y e s s x 上式即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。其中:2200e

50、r s -= 3.5 輪廓面方程的建立如圖3.2(a 所示機構(gòu)形式,其坐標(biāo)系建立見圖3.2(b 所示。定義動坐標(biāo)系S f (O f-X f Y f Z f 與分度盤固結(jié),動坐標(biāo)系S c (O c -X c Y c Z c 與凸輪固結(jié);定義參考坐標(biāo)系,即定坐標(biāo)系S 1(O 1-X 1Y 1Z 1,其Z 軸與分度盤Z 軸重合,稱為分度盤參考坐標(biāo)系,定坐標(biāo)系S 2(O 2-X 2Y 2Z 2的Z 軸與凸輪Z 軸重合,稱為凸輪參考坐標(biāo)系。凸輪以2勻速轉(zhuǎn)動,按右手定則,其旋向為正。分度盤以變角速度1轉(zhuǎn)動,同樣按右手定則,左旋凸輪1為正,右旋凸輪1為負。 (起始位置32.1x x x (起始位置321x

51、x x (a (b 圖3.2 輪廓面方程圖凸輪機構(gòu)運動學(xué)的理論研究已經(jīng)達到了較高的水平,為凸輪機構(gòu)設(shè)計奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。當(dāng)今, 凸輪機構(gòu)設(shè)計已廣泛采用解析法并借助于計算機來完成, 數(shù)控機床用于凸輪加工也有很長的歷史。通用的凸輪機構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)也有報道,美、日等國的一些凸輪制造企業(yè)也開發(fā)了供本企業(yè)使用的凸輪機構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng),有的還形成了商品化軟件,如日SUNCALL 公司開發(fā)的HY-MOCAM系統(tǒng)等。我國發(fā)表的凸輪機構(gòu)CAD/CAM方面的文獻較多,多為平板凸輪機構(gòu)或空間分度凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng),只能設(shè)計幾種平面或空間凸輪機構(gòu),所能處理的從動件系統(tǒng)也只有簡單的幾種。文獻介紹

52、了一個較完整的凸輪機構(gòu)CAD系統(tǒng),能設(shè)計各種平面凸輪及空間凸輪機構(gòu),還介紹了一個凸輪機CAD/EXPERT系統(tǒng)。但迄今為止我國凸輪機CAD/CAM技術(shù)仍未得到有效的推廣應(yīng)用,更未見到有商品化的軟件出現(xiàn)。另外,由于軟件開發(fā)更新的速度慢,遠遠跟不上當(dāng)今計算機軟、硬件的發(fā)展速度,使得現(xiàn)有凸輪機構(gòu)CAD/CAM軟件已大為落后,不能適應(yīng)廣大設(shè)計人員的要求。凸輪機構(gòu)CAD/CAM近期及以后的發(fā)展方向是開發(fā)通用有效的系統(tǒng)并引入專家系統(tǒng)或人工智能型CAD/CAM 系統(tǒng)。計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM技術(shù),是隨著計算機及其外圍設(shè)備發(fā)展而迅速形成的一種新興的現(xiàn)代設(shè)計制造方法。這一技術(shù)在機械領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟

53、和廣泛,從而使產(chǎn)品開發(fā)周期縮短,加工精度大大提高。凸輪機構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是凸輪輪廓的設(shè)計和制造。傳統(tǒng)的設(shè)計方法和加工技術(shù)已不能滿足現(xiàn)代高速精密凸輪的設(shè)計和制造要求。CAD/CAM技術(shù)在凸輪機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用,將大大改善凸輪設(shè)計和制造的精度問題,但目前凸輪類零件的CAD/CAM技術(shù)仍未得到有效的推廣和使用。盡管國內(nèi)外在凸輪CAD/CAM方面已做了較多的研究,但現(xiàn)有的凸輪CAD/CAM系統(tǒng)還存在一定的缺陷,因此凸輪CAD/CAM系統(tǒng)的研究、開發(fā)和完善,將是凸輪機構(gòu)今后發(fā)展的主要方向之一。本系統(tǒng)基于LABVIEW8.2的開發(fā)平臺,遵循凸輪從動件運動規(guī)律以及廓線的解析算法,采用軟件提供的數(shù)學(xué)工具包以及模塊化

54、的設(shè)計思想,開發(fā)出了平面盤形凸輪CAD/CAM系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)計要求輸入凸輪的基本參數(shù)值,求出任意轉(zhuǎn)角時凸輪所對應(yīng)的位置,為以后數(shù)控加工提供有效的數(shù)據(jù);考慮凸輪機構(gòu)的動力學(xué)因素,對凸輪壓力角和曲率半徑進行校核;十分方便地繪制不同類型的凸輪輪廓,給出位移、速度、加速度和壓力角曲線;可進行二維的精確運動仿真,直觀快速地觀察凸輪設(shè)計輸入數(shù)據(jù)的正確性;便捷地設(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;同時系統(tǒng)具備DXF文件、NC代碼文件以及DAT數(shù)據(jù)類型接口,實現(xiàn)了在AutoCAD 2005和UG NX4中的實體造型以及仿真加工過程,實現(xiàn)了設(shè)計與制造過程的數(shù)據(jù)共享和無縫銜接,也從加工角度驗證

55、了設(shè)計結(jié)果的精確性和可行性。除此之外,采用了HTML Help Workshop 編制了系統(tǒng)的幫助文件,操作簡單、用戶界面友好;最后,利用LABVIEW自帶的遠程面板功能使軟件系統(tǒng)可進行遠程訪問,為高校數(shù)字化遠程教育提供了便利。本系統(tǒng)集平面盤形凸輪的設(shè)計、仿真、制造和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能于一體,較好地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享,提高了設(shè)計和制造的工作效率,有效地降低了成本,具有較強的實用性?？偨Y(jié)與展望2013年4月,我開始了我的畢業(yè)論文工作,經(jīng)過幾月的畢業(yè)論文終于結(jié)束了,我的大學(xué)生活也將隨之結(jié)束。在這短短的幾個多月里,我付出了許多,也收獲了許多,回想起來還真有不少的體會。經(jīng)過幾個月的研究,我對自己也有了新的定位。

56、那就是不能再把自己當(dāng)做小學(xué)生了,干什么事情都要別人告訴我們該怎么做,我們是接受過高等教育的新時代的大學(xué)生,要完成時代賦予我們的使命,抓住機遇迎接挑戰(zhàn),就要鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,要養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣,我認為這對我們以后的學(xué)習(xí)和工作是很重要的。畢業(yè)論文是對我大學(xué)三年所學(xué)基礎(chǔ)知識的專業(yè)知識的一次全面檢驗,通過撰寫論文,我覺得對自己的語言組織能力,表達能力,溝通交際能力,運用所學(xué)知識的能力,分析問題并解決問題的能力都有所提高,也使我變的更加自信、成熟?！皥F結(jié)、合作、謙虛這三個詞我的體會也比較深。做任何事包括做實驗都不是孤立的,不是你閉門造車”,而是一個需要和他人交往的過程。這就要求我們要團

57、結(jié),要有合作精神,要注意和他人的溝通,要謙虛,不懂就問所謂“知之為知之,不知為不知”。還要要感謝我的兩位導(dǎo)師蘭子奇老師和潘紋老師,他們在整個實驗操作和論文的完成及答辯中給了我極大的幫助和支持,他們一絲不茍的治學(xué)態(tài)度,清晰的思路和認真、負責(zé)、勤快的工作作風(fēng)深深的影響并感染了我,使我銘記于心并將永遠的學(xué)習(xí)。在此,謹向兩位恩師致以我最衷心的感謝。剛拿到題目時,我對課題充滿了新鮮感,在導(dǎo)師的指導(dǎo)下我查閱了大量關(guān)于課題的文獻,使我對課題的研究內(nèi)容和國內(nèi)外的研究進展有了更多的了解,也使我對自己的課題產(chǎn)生了濃厚的興趣。在整理論文階段,蘭老師不辭辛苦的反復(fù)為我修改論文,并為我的答辯提出了許多建設(shè)性的意見?？傊?在整個實驗操作和論文完成的過程中,我體會到的是實驗的艱辛和收獲的充實,感受到的是一種堅持不懈、契而不舍的科研精神