弧面分度凸轮的设计
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。
可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真
可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构的设计与仿真一、引言弧面分度凸轮机构是一种广泛应用于机械传动系统中的重要机构，它通常用于输入一定转速的连续旋转运动，并输出特定分度数的间歇性运动。
凸轮机构的设计与仿真对于机械传动系统的性能优化和运动控制具有重要意义。
本文旨在设计一种可输出多种分度数的弧面分度凸轮机构，并通过仿真验证其性能。
二、凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮和推杆组成，其中凸轮为一种具有任意曲线形状的套筒，推杆则位于凸轮与被驱动部件之间。
凸轮旋转时，推杆受到凸轮轮廓形状的约束，从而实现推杆的间歇性运动。
凸轮机构最常见的是将旋转运动转换为直线运动，但也可以通过适当设计凸轮轮廓实现其他形式的运动转换。
三、设计目标与要求本文的设计目标是实现一个多种分度数的弧面分度凸轮机构，在转速不变的情况下能够输出不同的间歇性运动，并且具有高精度和稳定性。
四、设计思路与方法1. 弧面曲线设计：根据所需的分度数和间隔角度，采用数学方法设计一个能够满足要求的弧面曲线。
采用的曲线形状应该具有光滑的特点，以确保推杆在运动过程中的稳定性。
2. 推杆设计：根据凸轮轮廓形状设计推杆的几何形状和长度。
推杆应具有足够的硬度和刚度，以承受凸轮施加的载荷，并保持稳定的运动。
同时，推杆的表面应经过充分的优化，以减少摩擦损失和磨损。
3. 机构结构设计：根据弧面分度凸轮机构的要求，设计适当的机构结构，包括凸轮和推杆的安装方式、轴的设计等。
在设计过程中考虑到机构的紧凑性、可靠性和可维护性等因素。
4. 仿真与优化：采用计算机辅助设计软件（CAD）对设计的弧面分度凸轮机构进行分析和仿真。
通过对机构的运动学、动力学和磨损等方面的仿真，调整机构参数和结构设计，以获得更好的性能。
五、仿真结果与分析通过对弧面分度凸轮机构进行仿真分析，可以得到具体的运动曲线和性能指标，如输出角速度、加速度和推杆的运动轨迹等。
基于仿真结果，可以进一步优化凸轮机构的设计，以达到更高的精度和稳定性。
基于体积最小为目标函数的弧面分度凸轮机构优化
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为 了 使 弧 面 分 度 凸 轮 机 构 的 结 构 更 紧凑
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弧面分度凸轮的三维建模
" , # 面对 !’ 箭头看， 滚子在 " 处垂直于 !’ 轴的截面 " - # 面对 #! 箭头看， 通过凸轮中心 $! 并垂直于 #! 半径为 "%! 的凸轮截面 ! 来稿日期： ’..> 8 !. 8 ’.
角速度比 & "% ’ "# ( )! （ ,$" # # ./0,!! ） #" 1 + （ !! 023,!! ） *（ ! + ,） ! , , ) ! ! + , !! ） ,$" 4 ! + , !! ） ［ （ # - )（ ./0 ］* （ #" 1 + ［ % - !! 023（ ! + ,） ) ! , , ) #!$"; ! ;#%!" )! （ ,$" # # ./0,!! ） #" 1 + （ , + !! 023,!! ） *（ ! + ,） ! , ,
凸轮转角 ! !"; !;#$" #$ "; !;#!$"
转盘相应的角位移 # "
图 ) 模型构造流程图
各个滚子的起始位置角如表 % ： #! 为滚子的起始位置角， 表 % 滚子的起始位置角
滚子代号 #! 5/6 # !’* 5/6 % ! ’ -* 5/6 ) - )! ’ *
构造过程如下： 由 A;BC;D 程 序 得 到 如图 % 所 #N、 %O、 %N、 )O（ 示） 四组曲面的点云坐标， 将 这 些 数 据 导 入 9:;<=P >;?=，得到如图 , 所示的 结果。
Proe弧面分度凸轮建模实例(附详细程序)
弧面分度凸轮三维建模已知设计条件：凸轮转速n=300r/min连续旋转，从动转盘有8工位，中心距C=180mm,载荷中等。
选择改进正弦运动规律为所设计弧面分度凸轮机构的运动规律。
参数如下：项目实例计算凸轮角速度31n/凸轮分度期转角B12n凸轮停歇期转角e32n凸轮角位移e凸轮和转盘的分度期时间〃///凸轮和转盘停歇时间幻//一//凸轮分度廓线旋向及旋向系数选取左旋，凸轮分度廓线头数日选取转盘分度数，按设计要求的工位数，选定，转盘滚子数X转盘分度期运动规律抛物线一直线一抛物线转盘分度期转位角盼/(妒，6/4中心距C=180mm凸轮转速n=300r/min旋向系数P=+1分度数I=8凸轮头数H=1转盘滚子数Z=1*8=8凸轮宽度B=90分度期转角e f=120°停歇期转角0d=240°凸轮节圆半径rp1=96mm滚子宽度b=30mm滚子半径Rr=22mm凸轮顶弧半径rc=75.29mm我们将分别作出与滚子左面接触的一系列凸轮轮廓曲线，分度期1L、2R、2L、3R,停歇期与滚子左右接触的轮廓曲线，然后将这些线生成曲面，最后生成实体。
1凸轮定位环面内圆直径Di为直径的基础圆柱体打开Pro/ENGINEER,进入Pro/ENGINEER三维造型窗口，在“基础特征”工具栏上单击“拉伸”命令，选择"FRONT”面为草绘平面，绘制①154.69的圆，并双向拉伸90mm.2建立1L轮廓曲线1)建立推程段轮廓面曲线①.新建.prt文件打开Pro/EWildfire三维绘图软件，新建-＞零件-＞实体，建立文件。
②.绘制廓面曲线曲线-＞从方程-＞完成，此时弹出【菜单管理器】，并提示选取坐标，点取桌面上的坐标后，再在【菜单管理器】中选取【笛卡尔】，然后在弹出的记事本中输入如下绘图程序：程序1：c=180/*(1)P=1/*(2)B1=120/*(3)Rr=22/*(4)n=4/*(5)h=45/*(6)0=B1/n*t/*(7)Q i=n A2*h/(2*(n-1))*(0/B1)A2/*(8)Q=22.5+P*Q i/*(9)r=72/*(10)a=10*pi/*(11)b=nA2*h*0/((n-1)*B»2)/*(12)3=b/a/*(13)ip=atan(p*r/(c-r*cos(Q))*3)+180/*(14)x2=r/*(15)y2=Rr*cos(p)/*(16)z2=Rr*sin(p)/*(17)x=x2*cos(Q)*cos(0)-p*y2*sin(Q)*cos(0)-z2*sin(0)-c*cos(0)/*(18)y=-x2*cos(Q)*sin(0)+p*y2*sin(Q)*sin(0)-z2*cos(0)+c*sin(0)/*(19)z=p*x2*sin(Q)+y2*cos(Q)/*(20)③.创建曲线组重复以上步骤，并依次将程序段中第(5)句中的r值变为76、80、84、88、92、96、100、创建另外8条推程段轮廓面曲线(本文取△r=4mm，一共建立9条曲线，也可根据不同情况建立更多或较少的曲线)，并将其编为一组，如图1所示。
弧面分度凸轮三维模型建立
弧面分度凸轮三维模型建立作者：韩先征来源：《数字技术与应用》2012年第01期摘要：从分度凸轮工作侧面的成型机理，探讨了应用三维软件精确成型的方法，详细给出了创建步骤。
系统分析了工作侧面的成型原理，给出了建立关键的空间三维曲线方程计算公式。
关键词：凸轮弧面分度凸轮机构轨迹曲面实体中图分类号：TH132.47 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0117-02凸轮在机械机构中的应用非常广泛，如包装设备、医疗设备、内燃机、机械手、数控机床、生产线上比较常见，按照其廓面曲线的形状可以分为平面凸轮和空间凸轮。
弧面分度凸轮（也称为是FERGUSON凸轮）属于空间分度凸轮的一种，空间分度凸轮具有结构紧凑、传动载荷大、定位准确、够够自锁、噪音小、运转可靠等诸多优点。
过去对空间凸轮的研究主要放在工作面形状的设计计算与测量误差分析上，由于空间凸轮工作面形状的复杂性，其设计公式繁杂，计算结果数据量大，限制了在实际加工中的应用。
随着通用三维机械设计软件的普及，利用三维软件设计凸轮并计算加工刀路路径就显得容易和准确。
本文具体介绍了建立弧面分度凸轮模型的方法。
1、目前对空间槽轮凸轮的研究现状弧面分度凸轮机构是一种精密传动机构，因其具有分度数大、分度精度高、定位可靠等优点，被广泛应用于各类自动机械中。
相对于美国、日本等发达国家，我国研究弧面分度凸轮的时间相对较短，而凸轮机构工作廓面的复杂性，使得其设计理论和制造技术相对比较复杂，从而制约了弧面分度凸轮机构的普及。
弧面分度凸轮的结构参数计算的主要是放在对其工作面的形状描述上。
由于该工作面和从动滚子（一般为圆柱面或者圆锥面）是啮合线接触，从严格的理论上讲弧面分度凸轮的工作面是包络面。
该面的形状在工作的分度期间其形状复杂、成型机理抽象、加工困难。
目前对该类凸轮的研究很多，大致分为以下几种类型，(1)对该类凸轮工作廓面的几何描述。
使用到的工具主要是曲面的共扼理论和坐标变换。
弧面分度凸轮机构瞬态动力学分析
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后再 利 用 Ａ Ｓ ＳＷｏｋ ｅｃ Ｎ Ｙ — ｒｂｎｈ进行 动力 学分析 ， 出分度 盘滚子 与 凸轮在 不 同时刻 的表 面接 触应 力、 得 分
度盘 角位移 、 角速度 、 角加速 度 曲线 ， 而为弧 面凸轮机构 的设计 、 从 校核提 供一种 新思路 。
关键 词 ： 弧面分 度凸轮 ； 瞬态 动力学分析 ； 接触应 力
任 爱华 龚青 山 常治斌 郑 方 炎
（ 北汽车 工业学院 机械 工程 系 ， 湖 十堰 ４ ２ ０ ） ４ ０ ２ Ｔｒ ｎ ｉｎ ｙ ａ ｉ ｎ ｙ ｉ ｆｇｏ ｏｄ ｌｎ ｅ ｉｇ ｃ ｍ ｃ ａ ｉｍ ａ ｓｅ ｔｄ ｎ ｍ ｃ ａ ａｌｓｓ ｏ ｌｂ ｉａ ｄ ｘｎ ａ ｍｅ ｈ ｎｓ ｉ Ｒ Ｎ Ａ－ ｕ ， Ｏ Ｇ Ｑｎ － ｈ ｎ Ｃ Ａ Ｇ Ｚ ｉｂｎＺ Ｎ ａ ｇｙ ｎ Ｅ ｉｈ ａ Ｇ Ｎ ｉｇ ｓａ ， Ｈ Ｎ ｈ－ ｉ，ＨＥ Ｇ Ｆ ｎ － ａ
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弧面分度凸轮加工工艺分析及加工参数的确定
刀具和合金钢 。但是软氮化的渗层渗度较浅 ， 否则渗层表面会
出现疏 松 ， 降低使 用寿命 ； （ 对液体软氮化来说 ， ３） 无论从 提高制件的耐磨性还是提 高疲劳强度都有优异 的特点 ，但是液体软氮化所用盐有剧毒 ，
而心部要求一定的强度和韧性 的零件 。 如在动载荷和摩擦条件 下工作的传动凸轮、 传动齿轮等。 钢件在经渗碳 、 淬火和低温 回 火后 ， 钢件表面得到 回火马 氏体和细小 、 均匀 的粒状碳化物 ， 硬
的是提高凸轮廓线表面 的硬度 ， 而提高 凸轮 的耐磨性和抗 冲 从 击性 ， 国内外 的热处理方法 主要 是两种 ， 氮热处理法（ 即渗 主要
是其加工过程 中影 响加 工质量的重要 因素 ， 因此 ， 有必要 对这 两点进行着重 的研究。
次加热 时下 降也 比较缓慢 ， 这就决定 了渗 氮件在摩擦 环境下工 作时， 不会因摩擦生热 而影 响使用性 能。而且合金 钢渗氮层 的 耐磨性也 比渗碳淬火钢的高。 钢制零件经渗氮后可显著提高疲 劳强度 ， 疲劳极 限一般可提高 １ ％一 ５ 渗氮钢还有很好的抗 ５ ３ ％。
出现温度 的很 大差 异 ， 而影响渗氮质量 ， 从 因此离子渗 氮适用 于形状均匀对称 的大型零件或大批量生产的单一零件 。 对形状 复杂工件 ， 如采用离子渗氮 工艺 ， 必须设计 特殊工 夹具 ， 来改善
工件表面的温度均匀性 。
３ 弧面 分度 凸轮热 处理工 艺分 析
简要介绍钢 的表面化学热处理技术 ， 一般是将钢件综合 的
１ 引言
弧面分度 凸轮机构 （ｌｂ ｉａ ｄ ｘｎ ａ ｃ ａ ｉｍ Ｇ ｏ ｏｄ ｌｎ ｅ ｉｇＣ ｍ Ｍｅ ｈ ｎｓ ） Ｉ 是一种高速 间歇运转 的空间分度机构 ， 与棘 轮机构 、 槽轮 机构 等传统 的间歇分度机构相比 ， 具有分度精 度高 、 动力学性 能好 、 承载 能力大等优点 ， 已广泛应用于各种轻工 自动化机械系统 中
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毕业设计题目弧面分度凸轮的设计学院机械工程学院专业工业工程姓名冯堃学号 ***********指导教师王红岩二OO九年六月十日弧面分度凸轮的设计The Design of Roller Gear Indexing Cam专业：工业工程学生：冯堃指导教师：***济南大学机械工程学院二零零九年六月目 录摘 要 ............................................................i ABSTRACT .. (ii)第一章 绪论 ...................................................- 1 -1.1课题研究的背景和意义 .................................................................. - 1 - 1.2分度运动 .......................................................................................... - 1 - 1.3从动系统的工作原理 ...................................................................... - 2 - 1.4 凸轮驱动系统分度机构 .................................................................. - 3 -1.4.1精密分度凸轮机构的基本类型 ............................................... - 3 -第二章 弧面凸轮设计中基本参数的确认 .............................- 5 -2.1 弧面分度凸轮机构的基本形式与工作特点 ..................................... - 5 -2.2 运动的必要条件——凸轮曲线的选择 ............................................. - 6 -2.3 选择曲线时考虑的运动学参数 ......................................................... - 8 -2.4 弧面分度凸轮机构的主要运动参数 ................................................. - 9 -2.4.1 凸轮分度廓线头数Ｈ、转盘滚子数Ｚ与转盘分度书Ｉ之间的关系 .................................................................................................................... - 9 -2.4.2 凸轮与转盘在分度期与停歇期的运动参数 .......................... - 9 -2.4.3动停比k 与运动系数τ ......................................................... - 10 -2.4.4 啮合重叠系数ε .................................................................... - 10 -2.5弧面分度凸轮机构的主要几何尺寸计算 ........................................ - 11 -2.5.1凸轮节圆半径1p r ，转盘节圆半径2p r 与中心距C ............... - 11 -2.5.2许用压力角p a ...................................................................... - 11 -2.5.3转盘节圆半径2p r .................................................................... - 11 -2.5.4滚子数z 、相邻两滚子轴线间夹角z φ、滚子半径ρ与宽度b . -11 -2.5.5凸轮的主要尺寸 ..................................................................... - 12 -2.5.6装上滚子后转盘的尺寸 ......................................................... - 13 -第三章 弧面分度凸轮工作曲面的设计原理和方法 ....................- 14 -3.1空间共轭曲面设计时必须满足的基本条件 .................................... - 14 -3.2坐标系的选取 .................................................................................... - 14 -3.2.1坐标系中各个方程式的确定 ................................................. - 15 -3.2.1求解凸轮工作轮廓的三维坐标值 ......................................... - 16 -3.3弧面分度凸轮的压力角 .............................................................. - 17 -3.3.1最大压力角max α及降低max α的措施 ..................................... - 18 -第四章 弧面分度凸轮机构的结构设计 ............................- 19 -4.1箱体的结构设计 ................................................................................ - 20 -4.1.1箱体结构设计原则 ................................................................. - 20 -4.1.2箱体的主要结构尺寸 ............................................................. - 20 -4.1.3设计的箱体的结构特点 ......................................................... - 21 -4.2 输出轴的设计 ................................................................................... - 21 -4.2.1轴的设计原理 ......................................................................... - 21 -4.2.2轴的结构设计 ......................................................................... - 22 -4.3分度盘的结构设计 ............................................................................ - 23 -4.4输出轴偏心套的设计图 .................................................................... - 24 -4.5轴承端盖的设计、输出支撑套 ........................................................ - 24 -第五章 弧面分度凸轮机构设计应该考虑的问题 ....................- 26 -5.1凸轮的尺寸 ........................................................................................ - 26 -5.1.1凸轮体宽度b .......................................................................... - 26 -5.1.2凸轮体最大、最小外径 ......................................................... - 26 -5.1.3凸轮轴直径 ............................................................................. - 26 -5.1.4凸脊厚度 ........................................................................................ - 27 -5.2精密的凸轮从动件 ............................................................................ - 27 -5.3润滑与磨损 ........................................................................................ - 27 -5.3.1 胶合现象 ................................................................................ - 28 -5.3.2 粘性磨损 ................................................................................ - 28 -5.3.3 成品腐蚀 ................................................................................ - 28 -5.3.4 表面疲劳 ................................................................................ - 28 -5.3.5 材料和热处理 ........................................................................ - 29 -致 谢 .......................................................- 30 -参考文献.......................................................- 31 -附录.......................................................- 32 -摘要本文简要介绍了弧面分度凸轮机构的工作原理与发展历程，并从几何学与运动学、动力学、制造、检测及误差分析等方面对弧面分度凸轮的设计过程进行了阐述，我们看到弧面分度凸轮机构具有传动平稳、分度准确、结构简单紧凑等优点, 它已被广泛用于高速高精度的自动机械中, 同时凭借自己的独特优势吸引了国内外许多学者对它进行详细地研究。