凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計

1、一、緒論1凸1輪機(jī)構(gòu)概述1凸2輪機(jī)構(gòu)課題研究背景及意義1凸3輪三維造型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3二、基于特征的凸輪機(jī)構(gòu)CAD開發(fā)的程序設(shè)計32、1系統(tǒng)開發(fā)平臺32、2盤形凸輪基圓半徑的確定32、3設(shè)計凸輪輪廓曲線42盤形凸輪52舉例及應(yīng)用一偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計7三、實(shí)例模型基于凸輪機(jī)構(gòu)CAD特征的三維設(shè)計與實(shí)現(xiàn)83、1盤形凸輪輪廓設(shè)計83、2凸輪機(jī)構(gòu)動態(tài)模擬14四、總結(jié)15五、參考文獻(xiàn)16 緒論1、1凸輪機(jī)構(gòu)概述低副機(jī)構(gòu)一般只能近似地實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)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(yùn)動而從動件必須作間歇運(yùn)動時，則以采用凸輪

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

3、行機(jī)構(gòu)的自動工作循環(huán)。因此凸輪機(jī)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。1、2凸輪機(jī)構(gòu)課題研究背景及意義早期的工程技術(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(jìn)行產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計和制圖，實(shí)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(jī)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)

4、計具有造型精確，造型速度快，避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過程，完成三維實(shí)體模型可以不斷的修改的特點(diǎn)。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(jī)構(gòu)卻能在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時傳遞較大的功率。因此，凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)及引導(dǎo)機(jī)構(gòu)中，更有突出的優(yōu)點(diǎn)。可以說，對凸輪機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究，特別是對高速凸輪機(jī)構(gòu)及其動力學(xué)問題的進(jìn)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(jìn)行全方位的輔助，對制造業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。1、3凸輪三維造型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rCAD技

5、術(shù)是先進(jìn)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(qiáng)度、縮短設(shè)計周期、加強(qiáng)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(kuò)充性、開放性、復(fù)用性和維護(hù)性良好的CAD軟件系統(tǒng)。并在CAD技術(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VisualBasic語言來進(jìn)行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。程序的目的就是在VisualBasic中輸入凸輪的有關(guān)參數(shù)，由SolidWorks2005來自動生成凸輪實(shí)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

6、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(diǎn)。二、基于特征的凸輪機(jī)構(gòu)CAD開發(fā)的程序設(shè)計2、1系統(tǒng)開發(fā)平臺電子圖板（下稱）是一個通用的二維軟件，它有一個很好的功能-畫公式曲線，只要在公式曲線的對話框中填入曲線公式及相關(guān)參數(shù)就可以畫出曲線。這樣就可以很容易地完成凸輪廓形曲線的設(shè)計，而無需任何形式的語言編程。下面介紹作圖法設(shè)計盤形凸輪的過程，其中的所有作圖過程完全是在上交互作圖完成。已知推桿運(yùn)動規(guī)律、最大行程或少以及升程許用壓力角a和回程許用壓力角a,用作圖法設(shè)計盤形凸輪輪廓有兩個步驟先要確定凸輪基圓半徑，然后再求凸輪輪廓廓形。2、2盤形凸輪基圓半徑的確定2、2、1直動推桿盤形凸輪的

7、最小基圓半徑首先在直角坐標(biāo)系中作曲線6其中6,6為凸輪轉(zhuǎn)角。此曲線可用的公式曲線功能來實(shí)現(xiàn)。其次作兩條直線與軸成升程許用壓力角a和回程許用壓力角a,且與所作曲線相切，則有交點(diǎn)，那么就有，如圖1所示。圖1中陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)。以此為基礎(chǔ)將偏心距e及進(jìn)行圓整，就可確定基圓半徑，即取0=122擺動推桿盤形凸輪的最小基圓半徑由文獻(xiàn)1可知，先在直角坐標(biāo)系中作曲線1pcos0P=sin0且p=160=e其中擺桿的擺角少=6）為擺桿的長度。如圖所示，用的圓形陣列畫法過點(diǎn)在最大擺動角做條等分射線，與曲線的推程和回程段分別交于、點(diǎn)。再過點(diǎn)做直線與直線成0角（0=90a1）,過點(diǎn)做直線nn與直線成01

8、角01=90a則圖中的陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)，且1=0以此為基礎(chǔ)將1及中心距進(jìn)行圓整，就可得到基圓半徑0=。2設(shè)計凸輪輪廓曲線當(dāng)確定了凸輪基圓半徑0并已知推桿運(yùn)動規(guī)律及盤形凸輪輪廓曲線的解析公式1就可用中的公式曲線功能來畫出凸輪輪廓曲線。231直動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計先作出滾子中心的理論輪廓曲線。=0+6cos6=0+6+eossin6其中，因?yàn)楣ぷ骼€與理論廓線在法線方向的距離處處相等，且等于滾子半徑。那么工作廓線為理論廓線的等距線。為了確定滾子半徑，用三點(diǎn)畫圓的畫法在理論輪廓曲線曲率最大的位置取三點(diǎn)求出pin使=0pin這樣一來，在中作出理論廓線，再用中的畫等距線的功能畫出工作廓線

9、（距離為），則完成了該凸輪的輪廓曲線設(shè)計。2、3、2對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直)盤形凸輪設(shè)計根據(jù)反轉(zhuǎn)法作圖法可知，推桿平底與凸輪切點(diǎn)的軌跡為凸輪的輪廓曲線。此時，平面凸輪機(jī)構(gòu)壓力角與凸輪的基圓半徑及從動件的運(yùn)動規(guī)律無關(guān)?；鶊A半徑由實(shí)際工作情況決定，其廓形曲線的解析方程為：X=(0s)sCn(6)cos6Y=(0s)c6s(6)sin6式中二6()。23擺動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計已知擺桿的長度L,擺桿運(yùn)動規(guī)律少=少(6)。先由上述方法確定基圓0以及中心距a。然后作出滾子中心點(diǎn)的理論輪廓曲線，曲線方程如下：X二asin6Lsin(6(p(p0)Y二acos6Lcos(6(p(p0)利用繪出理論

10、廓線后，再確定滾子半徑的數(shù)值，然后做它的等距線，則為此凸輪的實(shí)際輪廓曲線。有了凸輪廓形曲線之后，再進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸標(biāo)注等工作就完成了凸輪設(shè)計。2盤形凸輪盤形凸輪的廓形曲線為二維曲線，可采用兩軸聯(lián)動的數(shù)控銑(或加工中心)、線切割機(jī)床加工，其加工程序可采用通用的軟件自動編制。本文選用X系列軟件中的數(shù)控銑(LL及線切割()進(jìn)行加工程序編制。24數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換X的圖形文件格式為。由于開發(fā)時間的先后及版本不同,不同版本的圖形文件不一定能被系列的軟件直接讀取。因此圖形數(shù)據(jù)應(yīng)使用接口進(jìn)行交換。先在中將圖形用數(shù)據(jù)接口中的命令以格式輸出，然后在軟件中用數(shù)據(jù)接口中的命令讀入。盡管的圖形可能是用某一個非的比例繪制的,

11、但其轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)仍是的原始數(shù)據(jù)，這就可以保證由軟件生成的代碼所加工的凸輪尺寸的正確性。24加工代碼的生成當(dāng)用軟件從的圖形文件中讀入了凸輪廓形曲線數(shù)據(jù)之后，就可以進(jìn)行加工程序編制。其過程如下：先交互指定欲加工的廓形曲線及走刀方向、加工側(cè)，并給出加工參數(shù)，計算機(jī)自動計算出刀位軌跡；必要時可以對生成的刀位軌跡進(jìn)行編輯修改，在計算機(jī)屏幕上進(jìn)行加工過程仿真；最后根據(jù)選用的數(shù)控機(jī)床交互輸入后置處理數(shù)據(jù)，計算機(jī)自動生成加工代碼。線切割加工有快走絲、慢走絲兩種不同類型的控制系統(tǒng)（機(jī)床）。國產(chǎn)快走絲機(jī)床采用格式代碼程序，而慢走絲機(jī)床采用代碼程序。因此，應(yīng)用一軟件編制凸輪廓形線切割程序時，若用快走絲加工，不需填寫

12、后置處理參數(shù)表；若用慢走絲機(jī)床，則要按的通用后置輸入?yún)?shù)值。采用數(shù)控銑加工凸輪廓形時，應(yīng)用編寫加工程序，當(dāng)指定了欲加工的廓形曲線后，應(yīng)輸入加工參數(shù)，如刀具參數(shù)、加工精度、插補(bǔ)方式等。的后置處理是一個通用后置，使用時應(yīng)按所選機(jī)床輸入相關(guān)的參數(shù)。使用系列軟件編寫加工程序非常簡單，本文不作詳述。2、舉例及應(yīng)用設(shè)計一偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪角速度31=1d逆時針轉(zhuǎn)向，推桿最大行程=2，凸輪推程運(yùn)動角50=120，運(yùn)動規(guī)律為正弦加速度運(yùn)動，遠(yuǎn)休止角501=60，凸輪回程運(yùn)動規(guī)律為余弦加速度運(yùn)動，回程運(yùn)動角度5=120，近休止角502=60，許用壓力角a1=30、a2=60。(1)確定理論輪廓曲

13、線的基圓半徑由前述方法，作出確定基圓半徑的曲線。推程：=25(3n5(3n2=2515(3t23(0W5W2n3回程：X=251+c5o/s2)(3/2=n5(32n(0W5W2n3用做圖可得0=1=15且581點(diǎn)=11.41。6凸取凸整后可在可行區(qū)內(nèi)取一點(diǎn)0=20、=10。凸則S0=132(2)做凸輪的輪廓曲線凸輪的理論輪廓曲線方程為分段方程推程：X=1732+255n(35(3n25105Y=17.32+25n(35(3n25105式中0W5W2n/3?；爻蘕=1732+2515n(2(2510c5oY=17.32+2515+n(2(25O5式中nlMfj二軽二-S耐曲ZH斟HFrt*M理

14、翩Aaltt藍(lán)益爵畫麥器器黑墨鑒霊益鸞票雲(yún)盥器鱉監(jiān)舉夢査釁釁曲囂第泄?jié)G購脯窗品鴛隔ntlrfflMi粘間曄眸陣業(yè)松曲油閩翔塔呻-HH弼胡刪聞囲俚霸翩卿迪噩雷據(jù)姿魁黑芻幽鮒盤益噩茲餐誘釁尊建瓷盟層鑒蠢幣鞋魁n;一猛鸞爲(wèi)誥鱉蠶鑒蠡雷蠹瓷嚮鷲瑩蹲舉礬蕊需怨爆.號紹緩露監(jiān)鬻蘭=霆淙篆蠡!霜第笳譲第酥-麗Hi鋼呻曲仰偽曲甜誦愚隠曲備甜鴇rmWK44工何審陽円即対T?翔曲詡蝎即娜M斜然用*!+二K盤*T矇輸榦叢專農(nóng)界輕“二協(xié)豔bb器融纂豐一一翳二忑儘麒核柵陰第翱器希顯鑑擦發(fā)盂期需豐一花一*喙第邃彖*華+:二怎慕:瓷翦蠢鑒參墨器囂釁來M糞薜出一鬻?？傚骷濏嵑趯７x一雷盂豊蒙鑿媲鵡算曹二欣珂梯曲詢彌曲兇塢呻蠅碰

15、M跑丹*竺一-+*黑需蠢攥叢霧專珂蘭霜蠶疊樹黑霜熏矗藍(lán)工Xndte血希盈捕牡嵌沁祐慫百軸胡錘卿ST海櫛彌M如讀堆懈艸絆血糜極盞碑豐理器常環(huán)籃鑑據(jù)盥鸞芻暑亀螫鑒邁朋圈錢吆孩MH監(jiān)噩姦鑒專瑟益薙鑒螯趕齡囂餐刼監(jiān)H稽鑒卿摳袖S1捕齡絲中輛林我嚴(yán)邈瑋班血址鑒需豔就蠶翠毅鑿e倉盥曲器沁貌l_r:=-rIxlLru二十凸lur-l】尸：11ftf.riit14*Eftr111&JNNInsF 4、繪制凸輪工作輪廓打開捕捉。用“NURBSCurve/PointCurve”命令依次捕捉輔助桿件的端部位置，并畫平滑曲線即凸輪輪廓曲線。如圖6所示。用“Extrude”命令拉伸曲線，得盤形凸輪。如圖7。I!：=+!

16、：tfeMH：+i=i:：S?5Eza3Kzsgi：-I：JS冬哎壬芟愛號Hd仝鼻比卒冬出僅合仝我土豈抽:秣課禰m谿和博a雅5FF*i；小艸和曲，做和+t生竊悴二二乂丫二二崔第1-44賞1*也!E展*掃EI-5ffTffl壬P龍耳BK731札0；*石y.a3“丄口：列圖73、2凸輪機(jī)構(gòu)動態(tài)模擬建立凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型，可以將凸輪與從動件的轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動分別按各自的運(yùn)動規(guī)律設(shè)置成動畫，并且使兩個構(gòu)件在初始狀態(tài)處于正確的相對位置。這樣，當(dāng)動畫打開后，屏幕上所顯示的就儼然是凸輪的轉(zhuǎn)動帶動從動件往復(fù)移動了。由上面可知，從動件已經(jīng)是按要求的運(yùn)動規(guī)律在360o范圍內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動?，F(xiàn)在要做的是讓凸輪轉(zhuǎn)動起來。將

17、所有構(gòu)件置于初始的正確相對位置，并將凸輪用“SelectandLink”命令鏈接在基圓上，然后在“TrackView”中，編輯基圓繞Z軸的轉(zhuǎn)動曲線，使其在360o范圍內(nèi)做勻速轉(zhuǎn)動。這樣，凸輪就隨基圓作勻速轉(zhuǎn)動了。讓凸輪轉(zhuǎn)動的另一種方法是將凸輪的幾何中心移到基圓的中心位置，并在“TrackView”中，編輯凸輪繞Z軸的轉(zhuǎn)動曲線，使其在360o范圍內(nèi)做勻速轉(zhuǎn)動。這樣，凸輪就作勻速轉(zhuǎn)動了。四、總結(jié)基于CAD圖解法設(shè)計盤形凸輪機(jī)構(gòu)，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：、1避免了利用解析計算方法繁瑣的編程過程；、2避免了圖解法用比例畫圖、量取線段作圖，既提高了效率，又提高了精確度；、3在凸輪輪廓設(shè)計基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型的建立，方法簡便，效果甚佳；