空间凸轮过渡圆弧的设计及尖角过渡过切现象分析
弧面分度凸轮机构基础理论研究
引言弧面分度凸轮机构是由一个基体为圆弧回转体并且凸轮轮廓为凸脊或凹槽的空间凸轮和一个沿径向在圆周均匀分布滚子的分度转盘组成。
我国不论在弧面凸轮分度机构的理论研究还是制造与检测、机构设计等方面都做了非常多的学习和积累，同时也取得了一定的成果和进步。
并且，在新型结构的弧面凸轮分度研究方面，做了大量的探索。
因此，开展弧面分度凸轮机构的研究对我国制造业的发展具有重要的现实意义。
1弧面分度凸轮机构简介弧面分度凸轮机构依照主动凸轮和从动转盘间的转动联系可分为左旋和右旋型。
通过凸轮分度期结构形式的不同可分为凸脊型和凹槽型的弧面分度凸轮机构。
2弧面分度凸轮机构运动规律弧面分度凸轮机构运动规律通常情况下有：正弦加速度、余弦加速度、五次多项式、修正梯形加速度等。
为了选择合理的凸轮机构运动规律，一般参考有关运动学、动力学特征值，并对这些值进行比较，能够定量计算出这种运动规律时的运动或动力特性，进而能够体现出结构及运动的趋势。
常用的凸轮运动规律的特性值有：跃度J m、速度V m、加速度A m。
特征值的不同对弧面分度凸轮机构的工作性能将会彰显不同的作用。
机构动量的大小主要与V有关，至于承受大质量、大重载的机构而言其运动突变时产生的冲击力是不小的，故采用的运动曲线V较小一些。
J是影响机构振动的一项重要指标，所以为了提高整个系统稳定性，降低机构的振动和噪声，应选择最大跃度值较小的运动规律。
表1是弧面分度凸轮机构几种常用运动规律的主要特性值及其适用场合。
通过以上分析我们可以看出，在选择合理的凸轮机构运动规律时，V max、A max、J max等特征值越小越有有利于运动规律。
3弧面分度凸轮机构运动参数和几何尺寸以弧面凸轮工作轮廓面方程和共轭接触方程为基础,计算出弧面凸轮分度机构的运动参数和几何参数。
3.1主要运动参数（1）凸轮分度廓线头数H：有单头H=1；双头H=2；多头H≥3一般很少使用。
（2）凸轮分度期转角φ1f和凸轮停歇期转角φd。
凸轮轮廓曲线设计的基本原理
凸轮轮廓曲线设计的基本原理一、引言凸轮作为机械传动中的一种重要元件，其设计对于机械传动的性能具有重要影响。
凸轮轮廓曲线设计是凸轮设计中的一个关键环节，其目的是使得凸轮在运动过程中能够满足特定的运动要求。
本文将介绍凸轮轮廓曲线设计的基本原理。
二、凸轮运动学基础在介绍凸轮轮廓曲线设计之前，我们需要先了解一些凸轮运动学基础知识。
1. 凸轮类型根据不同的应用场景和工作要求，凸轮可以分为以下三种类型：（1）往复式凸轮：用于转换旋转运动为往复直线运动。
（2）回转式凸轮：用于转换旋转运动为旋转或者往复曲线运动。
（3）摆线式凸轮：用于将旋转运动转换为直线往复运动。
2. 凸轮参数在进行凸轮设计时，需要确定一些关键参数，包括：（1）基圆半径：即未加工前的圆形母体半径。
（2）偏心距：即摇杆中心线与凸轮中心线的距离。
（3）凸轮高度：即凸轮曲线顶点到基圆半径的距离。
（4）凸轮半径：即凸轮曲线顶点到凸轮中心线的距离。
3. 凸轮运动在运动学分析中，我们通常将凸轮视为一个旋转体，其运动可以分为两个方向：径向和周向。
根据不同的工作要求，我们可以通过调整凸轮参数来实现不同的运动方式。
三、凸轮轮廓曲线设计基本原理在进行凸轮设计时，我们需要根据具体的工作要求来确定其运动方式，并且通过合理的曲线设计来实现这种运动方式。
下面将介绍一些常用的凸轮曲线设计方法。
1. 圆弧法圆弧法是一种简单直观的凸轮曲线设计方法。
该方法将整个曲线分为多段圆弧，并且通过调整圆弧半径和连接处角度来控制曲线形状。
该方法适用于一些简单的往复或者回转式凸轮设计。
2. 三角函数法三角函数法是一种常用的摆线式凸轮设计方法。
该方法将凸轮曲线表示为三角函数的形式，通过调整函数参数来控制曲线形状。
该方法适用于一些要求高精度和高速度的摆线式凸轮设计。
3. 贝塞尔曲线法贝塞尔曲线法是一种基于数学模型的凸轮曲线设计方法。
该方法通过定义一些控制点，并且通过调整这些控制点来实现凸轮曲线的设计。
凸轮结构设计
凸轮是一种常见的机械传动元件，通常用于控制其他运动部件的运动轨迹。
凸轮结构设计涉及到凸轮的几何形状、运动规律以及与其他机械零件的配合等方面。
以下是凸轮结构设计的一些基本要点：1. 几何形状：- 基本形状：凸轮通常具有圆形、椭圆形、或其他复杂形状。
凸轮的形状直接影响到它在运动中对其他零件的控制效果。
- 凸轮轮廓：凸轮轮廓的设计需考虑到所需的运动曲线。
通常，凸轮轮廓的设计要满足特定的速度、加速度和减速度要求，以确保控制的平滑性和精确性。
2. 运动规律：- 凸轮轮廓的运动规律：凸轮的运动规律通常通过凸轮的轮廓来实现。
运动规律可能是简单的正弦或余弦函数，也可能是更复杂的曲线。
- 凸轮的角速度和角加速度：凸轮的设计需要考虑到凸轮的角速度和角加速度，以满足所需的运动要求。
3. 运动传递：- 摩擦和磨损：在凸轮和其他零件接触的表面，需要考虑摩擦和磨损的问题。
适当的润滑和材料选择对于提高系统的寿命和可靠性至关重要。
- 凸轮和从动部件的连接：凸轮的设计还需考虑与从动部件（通常是摆杆、滑块等）的连接方式，如销轴连接、滑动连接等。
4. 精度和制造工艺：- 数值模拟和分析：使用计算机辅助设计（CAD）软件进行凸轮运动的数值模拟和分析，以优化凸轮的设计。
- 制造工艺：凸轮的制造工艺需要满足设计的精度要求。
常见的制造工艺包括数控加工、磨削、车削等。
5. 系统集成：- 与整体系统的集成：凸轮通常是一个机械系统中的一部分，设计时需考虑与整体系统的集成，确保与其他零件的协调和协同工作。
在进行凸轮结构设计时，需要综合考虑上述各个方面，以满足特定应用的性能和要求。
此外，通过仿真和测试，可以验证设计的准确性和稳定性。
凸轮机构图解法[整理版]
![凸轮机构图解法[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/caf4096700f69e3143323968011ca300a7c3f65b.png)
滚子从动件凸轮机构设计当根据使用场合和工作要求选定了凸轮机构的类型和从动件的运动规律后，即可根据选定的基圆半径着手进行凸轮轮廓曲线的设计。
凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法，其依据的基本原理相同。
凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动，为了在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线，可采用反转法。
下面以图示的对心尖端移动从动件盘形凸轮机构为例来说明其原理。
从图中可以看出：凸轮转动时，凸轮机构的真实运动情况：凸轮以等角速度ω绕轴O 逆时针转动，推动从动件在导路中上、下往复移动。
当从动件处于最低位置时，凸轮轮廓曲线与从动件在A点接触，当凸轮转过φ1角时，凸轮的向径OA将转到OA´的位置上，而凸轮轮廓将转到图中兰色虚线所示的位置。
这时从动件尖端从最低位置A上升到B´，上升的距离s1=AB´。
采用反转法，凸轮机构的运动情况：现在设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕O点以角速度（－ω）转过φ1角，此时从动件将一方面随导路一起以角速度（－ω）转动，同时又在导路中作相对移动，运动到图中粉红色虚线所示的位置。
此时从动件向上移动的距离与前相同。
此时从动件尖端所占据的位置 B 一定是凸轮轮廓曲线上的一点。
若继续反转从动件，可得凸轮轮廓曲线上的其它点。
由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法（或运动倒置法）。
凸轮机构的形式多种多样，反转法原理适用于各种凸轮轮廓曲线的设计。
一、直动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）尖端从动件以一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构为例。
设已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，从动件的位移曲线如图（b）所示，试设计凸轮的轮廓曲线。
依据反转法原理，具体设计步骤如下：1）选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。
将位移曲线的横坐标分成若干等份，得分点1，2, (12)2）选取同样的比例尺，以O 为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置。
凸轮轮廓设计—解析法
s
B’ h A o δ t t δs’ δ
一、从动件的常用运动规律 名词术语： 基圆半径、 推程、 基圆、 推程运动角、 远休止角、 回程、回程运动角、 近休止角、 行程。一个循环
D δs’
δh
r0
δt
δs δh
作者：潘存云教授
ω
B
δs
C
1.等速运动规律 在推程起始点：δ =0， s=0
3)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω 和从动件的运动规律和偏心距e， 设计该凸轮轮廓曲线。
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78
e -ω
ω
k12 k11 k10 k9
8’
9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
15’ 15 14’ 14 13’ 12’
y e rr s0 r0 ω e r0 y
O
-ω δ
x=x(δ ) y= y(δ )
B0
x
n θ x
偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
δδ
作者：潘存云教授
n
s
已知：r0、rr、e、ω、S=S(δ) 由图可知： s0＝(r02-e2)1/2
x= (s0+s)sinδ y= (s0+s)cosδ
s0
+ ecosδ - esinδ
φ4
A4
φ6
A5
φ5
2.2.2
解析法设计凸轮的轮廓
图解法的缺点？ 解析法的优点？
极坐标法求轮廓曲线的解析表达式--- 参数方程 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 （反转原理+极坐标） 已知条件：e、rmin、rT、S2=S2(δ1)、ω1及其方向。 理论轮廓的极坐标参数方程：
凸轮机构的分析和设计
3．滚子推杆滚子半径的选择 采用滚子推杆时，滚子半径的选择，要考虑滚子的结构、强 度及凸轮轮廓曲线的形状等多方面的因素。 （1）凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系 1）当凸轮廓线内凹时，则ρa＝ρ＋rr。 此时，无论滚子半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平 滑地作出来。 2）当凸轮廓线外凸时， 则ρa＝ρ－rr。 若ρ＝rr时， 则ρa＝0，工作廓线出现变尖现象。 若ρ <rr时， 则ρa<0， 工作廓线出现交叉， 推杆运动规 律出现失真现象。
凸轮机构的分析和设计
一、 凸轮机构的应用和分类
1．凸轮机构的应用 （1）实例 内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀机构 自动机床凸轮机构 （2）特点
适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑； 但易磨损，传力不大。
2．凸轮机构的分类 （1）按凸轮的形状分
1）盘形凸轮（移动凸轮）
2）圆柱凸轮 （2）按推杆形状及运动形式分 1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆 2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆 （3）按保持高副接触方法分 1）力封闭的凸轮机构 2）几何封闭的凸轮机构
最大速度vmax (hω /δ0)×
1.00
最大加速度amax 2 2 (hω /δ0 )×
∞ 4.00
最大跃度jmax 2 2 (hω /δ0 )×
适用场合
低速轻载
∞ ∞ 39.5 60.0
2.00
1.57 2.00 1.88
中速轻载 中低速重载
中高速轻载 高速中载
余弦加速度 正弦加速度
5次多项式
（2）凸轮廓线设计方法的基本原理 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，时其推杆相对凸 轮作反转运动，同时又在其导轨内作往复运动，作出推杆在这种 复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓 线。这就是凸轮廓线设计的反转法原理。 2．用作图法设计凸轮廓线 （1）直动推杆盘形推杆凸轮廓线的设计 1）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）偏置直动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3） 对心直动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 结论 尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底 推杆盘形凸轮设计的基本问题及方法。
汽车机械基础课件 模块五 任务5.3.1凸轮轮廓曲线设计
图8 形锁合凸轮机构
4、凸轮机构的命名
图9 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构
图10 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
进油？ OR 进气？
图1
图2
图3
实现配气要求的关键：凸轮轮廓曲线形状 结论：从动件（气门杆）的运动规律完全由凸轮轮廓曲线决定
从动件运动规律如何得到？
图4 圆珠笔芯装配线上自动送进-联动“凸轮”机构
s
8 9 10
A
7 5 3 1
11 12
13 14
O
1 3 5 7 8 9 11 13 15
120º 60º 90º 90º
【设计步骤】 基圆①③和取确从与定动位反件移转的曲后初线从始相动位同件置尖的。顶比在例各尺等，分绘点制占半据径的为位rb的置。11
④②将等各分尖位顶移点曲连线接及成反一向条等光分滑各曲运线动。角，确定反转后对应于 各等分点的从动件的位置。
静止不动，从动件绕着凸轮以角
速度-ω作转动，同时还沿其导
路作预期的往复运动
图5
结论：从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。
凸轮轮廓设计的“反转法”原理。
◇只要作出从动件 位置，就可设计出 凸轮的轮廓曲线。
图6
对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
已知凸轮的基圆半径rb和从动件的
运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
根据实际运动规律得到
凸轮轮廓曲线的设计方法
设计方法 图解法
图解法
Hale Waihona Puke 用函数关系用几何作图的方法设
式计，计对运算动过凸程的轮理
解直观、清晰，但精
廓度较形低 的坐标，
解析法
复杂抽象，
但精度高易
设计 凸轮廓线于实现数控 加工
《凸轮轮廓设计》课件
绘制理论廓线
确定基圆半径
根据凸轮机构的具体形式和从动件的运动规律，选择合适的基圆 半径。
绘制理论廓线
根据从动件的运动规律和基圆半径，绘制出凸轮的理论廓线。
检查理论廓线的正确性
检查理论廓线是否符合设计要求，是否满足从动件的运动规律。
凸轮实际廓线修正
1 2
考虑压力角的影响
根据凸轮机构的压力角限制，对理论廓线进行修 正，确保在实际运转过程中凸轮机构的有效性。
圆锥凸轮
总结词
具有锥形轮廓的凸轮
详细描述
圆锥凸轮的轮廓呈锥形，通常用于实现高速、高精度的运动控制，尤其适用于需要较小接触面积的场 合。
特殊形状凸轮
总结词
非传统常规形状的凸轮
详细描述
特殊形状凸轮如抛物线形、椭圆形的等，通常用于特殊运动需求的场合，如高速、精密或特殊轨迹的控制。
03
凸轮轮廓设计步骤
考虑接触应力的影响
根据凸轮机构的接触应力限制，对理论廓线进行 修正，确保凸轮机构的可靠性和寿命。
3
考虑加工工艺的影响
根据凸轮机构的加工工艺限制，对理论廓线进行 修正，确保凸轮机构的加工可行性和经济性。
凸轮结构设计
确定凸轮材料
01
根据凸轮机构的工作环境和载荷情况，选择合适的凸轮材料。
设计凸轮结构
02
详细描述
凸轮机构的动态特性对其工作性能和使用寿 命具有重要影响。为了优化凸轮机构的动态 特性，设计师应关注机构的动态响应分析， 并采取措施减小振动、冲击和噪声。例如， 优化凸轮和从动件的材料和结构，改善润滑 条件等。
优化凸轮廓线设计
总结词
优化凸轮廓线设计是指通过改进凸轮廓线的形状和尺寸，以提高凸轮机构的性能和使用 寿命。
机械原理大作业凸轮设计
机械原理大作业凸轮设计1. 引言凸轮是一种通过凸起部分的形状变化驱动其他机械部件的旋转元件。
在机械系统中，凸轮被广泛应用于各种传动装置和运动控制系统。
本文档将讨论凸轮的设计原理和方法，并以一个具体的案例进行说明。
2. 凸轮设计原理2.1 凸轮的基本概念凸轮由凸起部分和基座两部分组成。
其中，凸起部分通常称为凸轮型面，它的形状决定了凸轮所能产生的运动规律。
基座是凸轮的固定部分，通常与主轴连接，使凸轮能够旋转。
2.2 凸轮设计的基本要求凸轮设计的目标是实现所需的运动规律。
在设计一个凸轮时，需要考虑以下几个方面：•运动规律：根据具体需求确定凸轮的运动规律，如线性运动、往复运动、旋转运动等。
•周期性：确定凸轮的运动周期，即凸轮的一次完整运动所需的时间。
•加减速：确定凸轮的运动加速和减速过程，以实现平滑的运动过渡。
•载荷和寿命：考虑凸轮所承受的载荷和使用寿命要求，选择适当的材料和结构。
2.3 凸轮设计的方法凸轮设计可以采用基于经验的方法或基于计算机辅助设计（CAD）的方法。
基于经验的方法通常适用于简单的凸轮系统，而复杂的凸轮系统通常需要借助CAD 软件进行设计和分析。
凸轮设计的关键步骤包括：•确定凸轮的运动规律和周期。
•根据凸轮的运动规律计算凸轮型面的形状。
•通过CAD软件创建凸轮的三维模型。
•进行凸轮的运动仿真和动态分析。
•对凸轮进行优化设计，以满足运动要求和结构要求。
3. 案例分析：凸轮驱动往复运动机构3.1 问题描述设计一个凸轮驱动的往复运动机构，要求满足以下条件：•机构的往复运动幅度为20mm。
•机构的往复运动频率为10Hz。
•机构的驱动电机转速为1000rpm。
•机构的凸轮型面应满足正弦形状。
3.2 设计步骤1.确定凸轮的运动规律和周期。
根据往复运动要求，选择正弦运动作为凸轮的运动规律，运动周期为0.1s。
2.计算凸轮型面的形状。
根据凸轮的运动规律和运动周期，计算凸轮型面的形状参数。
3.创建凸轮的三维模型。
剃前滚刀凸角顶圆弧的设计
高于电动机顶面 （ 附图） 见 。把麻 花钻 的横 刃与后面磨 成与键槽铣 刀相 同的端面刃，并将钻头刃带开 ５ ～ 。 。 ８ 后
由图中可有 Ｏ ＝ ｌ＝Ｏ ＝ Ｚ ｌ Ｏ ｌ Ｏ ｌ ２ ３ ４
ｓ２＋ ／ ｏ￣ ＝ｒｏａ ＋ （ ２ ｔ ａ ／ ａ ｃｓ ｌ ｃｓ Ｉ ｈ 一ｈ ） ａ １ ｎ
线 。这 种 情 况 下 滚 刀 允 许 切 深， 齿 顶 圆 弧 设 计 又
有所不同。 圆 弧 半 径 及
麻 花 钻 的拓 宽使 用
威海职业学院 （ 山东 ２４ １ ） 王忠国 ６ ２ ０
圆心 位置 的计 算 ：
在 ｓ ≤ｂ的情况 ／２ 下，强 制 单 圆 弧
我院培训基地在加工电动机轴上键槽时 ，由于轴 上 图 ４
示 ，实 质 是 做 直 线 Ａ Ｂ、
Ａ Ｄ的内切 圆 ，为 了使 圆
弧尽 量 大而 且 滚刀 不 会
切深 。这个 内切 圆必 须 过点 日，由图 ３可知
图 ３
设计 中计算所得 的参数 ，其算法在本文中不做探讨 。
２ ．无切深情况下滚刀的齿顶圆弧的实现
（ ）在无切深的情况 下实现齿顶 圆弧 的条件 是滚刀 １
切圆 ，该圆过点 Ｅ。过两条 直线 Ａ Ｄ、Ｃ Ｄ，点 Ｅ总可 以 做出一个圆 ，切点 为 点 Ｅ、Ｆ。由图 ２可 见 ，只要点 Ｆ 在线段 Ｃ Ｄ内 ，也 就是 Ｄ Ｆ≤ＤＣ ，即可在 凸角 内作 出这
个 圆 ，而 Ｄ Ｆ＝Ｄ ＝ｓ ２ Ｅ ， ／
Ｄ Ｃ＝ｂ ，故只要 ｓ／ ≤ｂ即 ２
键槽的位置比较靠近 电动机的端面 ，用钻夹头装夹键槽 铣刀或其他装置装夹 铣刀无法 加工 （ 铣刀 长度短 ） ，通
常要到』 一家定制加长键槽铣刀 ，不 但周期长 ，而且成本