圆柱分度凸轮机构的分析与设计
第9章_凸轮机构及其设计
ω
V
V
ω
ω
2、按推杆末端(the follower end)形状分：（如图9-5） 1）尖顶(knife-edge)推杆（图a、b）： (a) (a) 结构简单，因是点接触，又是滑动 (d 摩擦，故易磨损。只宜用在受力不 (a)(a) ( (a) 大的低速凸轮机构中，如仪表机构。 图a） 图b）
▲ 注意：
1）所有运动过程的推杆位 移s是从行程的最近位臵 开始度量。回程时，推 杆的位移s是逐渐减小的。 2）凸轮的转角δ是从各个 运动过程的开始来度量。 如：在推程时，δ是从推程开始时进行度量；
在回程时，δ是从回程开始时进行度量。
3）有的凸轮δ01=0° （无远休）,有的δ02=0°（无近休）， 有的同时无远休和无近休。 e
2）运动线图——用于图解法
s = s(δ)—位移线图;如图9-8b所示。 v = v(δ)—速度线图； a = a(δ)—加速度线图。
图9-8
推杆的运动规律可分为基本运动规律和组合运动规律。 e
一）基本(Basic)运动规律
1、等速运动规律（一次多项式运动规律） v=常数。 s 1）方程： s=hδ/δ0 推程 v=hω/δ0 a=0 （9-3a） （δ：0~δ0）
对心直动尖顶 推杆盘形凸轮 机构
偏臵直动尖顶 推杆盘形凸轮 机构
对心直动滚子 直动平底推杆 推杆盘形凸轮 盘形凸轮机构 机构
摆动尖顶推杆 盘形凸轮机构
摆动滚子推杆 盘形凸轮机构
摆动平底推杆 盘形凸轮机构
上面介绍的是一些传统的凸轮机构，目前还研究出了 一些新型的凸轮机触，增加了接触面积， 提高了凸轮机构的承载能力。
最新机械设计基础教案——第5章 凸轮机构
第5章凸轮机构（一）教学要求1．了解凸轮机构的工作原理2．掌握常用从动件运动规律及特性3．掌握盘形凸轮轮廓的设计4．了解凸轮机构的尺寸的确定（二）教学的重点与难点1．凸轮的工作原理2．用反转法设计凸轮轮廓3．凸轮的尺寸对其机构的影响（三）教学内容5.1概述5.1.1 概念1．凸轮机构的组成：凸轮是由从动件、机架、凸轮三部分组成的高幅机构。
2．凸轮：是一种具有曲线轮廓或凹糟的构件，它通过与从动什的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
3．特点：结构相当简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。
但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
4．凸轮机构的应用例：内燃机配气机构（如下图所示）靠模车削机构（如下图所示）自动送料机构（如下图所示）分度转位机构（如下图所示）5.1.2 凸轮机构的分类1、按照凸轮的形状分为：(1)盘形凸轮凸轮中最基本的形式。
凸轮是绕固定铂转动且向径变化的盘形零件，凸轮与从动件互作平面运动，是平面凸轮机构。
(2)移动凸轮可看作是回转半径无限大的盘形凸轮，凸轮作往复移动，是平面凸轮机构。
(3)圆柱凸轮可看作是移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的，从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动，是一种空间凸轮机构。
(4)曲面凸轮当圆柱表面用圆弧面代替时，就演化成曲面凸轮，它也是一空间凸轮机构。
2、按锁合方式的不同凸轮可分为：(1)力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；(2)几何锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。
3、按从动件型式分为：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件根据从动件运动型式不同分为直动从动件和摆动从动件。
5.1.3 凸轮和滚子的材料凸轮机构的主要失效形式：磨损和疲劳点蚀要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度。
对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。
圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｃ ｉｄ ｉａ ｎ ｅ ｉ ａ ； Ｇ ／Ｇｒｐ； Ｃ ｏ ｒ ｍｍ ｉ ； ｅ ｄ ｖｅｏ ｄｓ ｙｌ ｒｃ ｌｉｄ ｘｎｇ ｃ ｍ Ｕ ｎ ｉ Ｎ ｐｒ ｇ ａ ｎｇ ｒ － ｅ ｌ ｐｍｅ ｔｏｆｕｎ ｇａ ｎ ｉｒｐｈｉｓ ｃ
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｏ ｎ ｔ ｅ ｂａ ｉ ｏ ｈ ｎ ｌ ｉ Ｏ ｕ ｆ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｙｌ ｄ ｉａ ｎｄ ｘｎｇ ｃ ｍ ．ｈ ｓ ｅ ｔｂ－ ｈ ｓｓ ｆｔ ｅ ａ ａｙｓｓ ｆ ｓ ｒａ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｆ ｒ ｃ ｉ ｒｃ ｌｉ ｅ ｉ ａ ｎ ａ ｓａ
ห้องสมุดไป่ตู้Ｏ 引 言
圆柱分 度 凸轮机 构 用 于 两 垂直 交 错 轴 间 的 间隙 分度 步进 运 动 ， 有 定 位 精 度 高 、 载 能 力 大 、 动 具 承 运 平稳 等特 点 。广 泛应 用 于 各 种 机 床 与机 械 设 备 的 间 隙步进 机 构 与步进 供 料 装 置 等 … 。 圆柱 分 度 凸轮 是
ｌ ｈ ｄ ｍｏ ｌ ｇ ｓ ｔ ｍ ｆｔ ｅ ｉ ｅ ｉ ｎ ｌ ｇｔｚ ｔｏ ｏ ｅ ｒｃ ｉ ｄ ｉａ ｎ ｅ ｉ ａ ｂｙ Ｕ Ｇ／Ｇｒｐ ｏ ｉ ｅ ｄｅｉ ｙｓ ｅ ｏ ｈｒ ｅｄｍ ｎｓｏ ａ ｉ ａ ｉｎ ｍ ｄ ｌ ｙｌ ｒｃ ｌ ｄ ｘｎｇｃ ｍ ｓ ｎ ｄｉ ｉ ｏ ｆ ｎ ｉ ｉ ｆ
２１ 年第 １ 期 ００ ０
文 章 编 号 ：０ １— ２ ５ ２ １ ） ０— ０ １ ３ １ ０ ２ ６ （ ０ ０ １ ０ ９ —０
・工 艺 与 装 备 ・
圆柱 分 度 凸轮 的 精 确 建模 与 数 控 编 程
圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程
圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程摘要：作为拥有良好运动性能的圆柱凸轮，会受到动件运动规律因素影响，生成复杂空间曲面，导致在设计、加工等方面面临较大困难。
本文对于圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程进行详细分析，通过Pro/E系统进行三维参数化设计，使用Master CAM软件进行数控加工编程。
旨在为我国众多制造企业提供技术帮助，推动国民经济有序发展。
关键词：圆柱凸轮；三维参数化设计；数控加工编程相较于平面凸轮机构，圆柱凸轮这种空间凸轮机构具有良好刚性，控制从动件运动稳定，可以满足机械高速运行的需求。
空间凸轮拥有这些特性，主要是因为其具有凸轮轮廓曲面。
考虑到圆柱凸轮设计、加工较为困难，过去常使用矩形平面取代圆柱面，并以平面凸轮计算轮廓坐标。
仍存在加工精度偏低的问题，无法满足制造业生产需求，需要寻找更加便利方法进行凸轮设计、加工。
1三维参数化设计对于圆柱凸轮三维参数化设计作业，需要将轮廓曲面设计作为重点内容严格对待。
以自变参数原始数据作为设计基础，建设三维模型，从而分析和三维模型相对应的参数化模型。
对于尖顶推杆圆柱凸轮，可以从正弦加速度、余弦减速度两个方面入手，利用这种运动规律，优化圆柱凸轮三维参数化设计工作。
1.1设计自变设计参数在设计圆柱凸轮的轮廓曲面时，其结构参数与从动件运动规律已经提前获得。
所以，在设计圆柱凸轮数据模型时，选择Pro/E系统的应用工具，设置圆柱凸轮自变参数后，赋予参数初值即可。
这里需要注意一点，对于推程角、远休角、回程角、近休角几个参数，需要保证初值之和为360°，即各段曲线是以封闭状态构成凸轮曲线[1]。
1.2利用方程曲线分段模式，描述轮廓曲面扫描轨迹控制线根据圆柱凸轮轮廓曲线数学模型和从动件运动规律，使用方程曲线对轮廓曲面扫描轨迹控制线进行描述。
主要选择推程角、远休角、回程角、近休角，利用这几个角度相对的轮廓曲面，描述圆柱凸轮的平面坐标。
1.3通过扫描变截面，获得凸轮实体选择Pro/E系统中的Fron模块，利用圆周描述凸轮轮廓扫描轨迹原始控制线。
机械基础 第八章 凸轮机构
滚子 从动
图8-5 内燃机的配气机构
凸轮机构概述
凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或 摆动。这种直动或摆动的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形状。
图8-5 内燃机的配气机构
如图8-5所示，为内燃机的配气 机构。当主动件凸轮回转时，使得 气门杆按照一定的要求作上下往复 运动，控制气门的开启与关闭，保 证发动机在工作中定时将可燃混合 气充入气缸，并及时将燃烧后的废 气排出气缸。
式分
滚子 从动
件
平底 从动
件
表8-1
图例
凸轮机构的类型
特点
（续表）
从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接 触，从而使从动件实现任意的运动规律。
构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和 速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。
为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮， 把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。因此 ，摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形 式的从动件应用很广。
1.凸轮
图8-1 自动送料凸轮机构
这种自动送料凸轮 机构，能够完成输送毛 坯到达预期位置的功能， 但对毛坯在移动过程中 的运动没有特殊的要求。
凸轮机构概述
4.线轴
3.线
2.从动件
图8-2 绕线机构
1.凸轮
这种凸轮机构，在运 动中能够推动摆动从动 件2实现均匀缠绕线绳的 运动学要求。
凸轮机构概述
凸轮机构概述
如图8-6所示，为自动车床走刀机构，当具有曲线凹槽的 凸轮回转时，其曲线凹槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱 使从动件绕O点摆动，从动件另一端的扇形齿轮与刀架下的齿条 相啮合，使刀架实现进刀运动和退刀运动。
机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。
机械设计-凸轮机构设计
a0 -a0
h
回程等加速段的运动方程为：
s2
s2 ＝h-2hδ12/δh2
v2 ＝-4hω1δ1/δh2 a2 ＝-4hω12/δh2 回程等减速段运动方程为：
δ1 δt v2
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δh2 v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δh2
a2 ＝4hω12/δh2
a2
A B
特点：存在柔性冲击
1）力锁合凸轮机构：依靠 重力、弹簧力或其他外力来 保证锁合，如内燃机配气凸
轮机构。
2）形锁合凸轮机构：依靠凸轮和从动件几何形状来 保证锁合。如凹槽、等宽、等径、共轭凸轮。
等宽凸轮机构 等径凸轮机构
共轭凸轮机构
1. 按凸轮的形状 分类
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
平面凸轮机构 空间凸轮机构
凸 2. 按从动件运动副
第3章 凸轮机构设计
§3－1 凸轮机构的应用和分类 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 盘状凸轮轮廓的设计 §3－4 设计凸轮机构应注意的问题
§3－1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的组成及其特点 凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构件组成的高副机构。
机架
从动件
滚子
凸轮
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作 连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按
轮
元素形状分类
机
构
分 类
3. 按从动件的运动
形式分类
尖顶从动件
滚子从动件 平底从动件 对心直动从动件 直动从动件 摆动从动件 偏置直动从动件 平面复杂运动从动件
4. 按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合 形锁合
§3－2 从动件的常用运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式； 2)推杆运动规律； 3)合理确定结构尺寸； 4)设计轮廓曲线。
圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真
圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真圆柱凸轮分度机构是一种常见的传动机构，用于将连续运动转换为间断运动。
它由凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件等部分组成。
设计计算和运动仿真是圆柱凸轮分度机构设计过程中的重要步骤，下面将对其进行详细介绍。
设计计算是圆柱凸轮分度机构设计的关键步骤之一、首先需要确定驱动件和从动件的构型。
通常，驱动件为凸轮轴，从动件为旋转体。
然后，需要根据要求的间断角度和转速计算凸轮的几何参数，如凸轮半径、凸轮高度和凸轮轴位置。
凸轮的几何参数决定了从动件的运动特性，如加速度和速度。
计算凸轮的几何参数时，可采用凸轮的设计曲线。
设计曲线可以通过将所需的运动规律与给定凹模曲线相叠加得到。
凹模曲线是一个以分度运动为基础的曲线，其参数对凸轮的运动特性有重要影响。
凹模曲线的形状和尺寸决定了从动件在分度运动过程中的加速度和速度的变化规律。
在完成设计计算后，需要进行运动仿真来验证设计的准确性和可行性。
运动仿真可以通过使用专业的仿真软件，如ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）来实现。
通过建立凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件的几何模型，并设置运动和约束条件，可以模拟圆柱凸轮分度机构的运动过程。
运动仿真可以得到从动件的运动规律和性能参数，例如位置、速度和加速度的变化规律。
通过对仿真结果的分析和评估，可以判断设计的合理性，并根据需要对凸轮的几何参数进行调整和优化，以满足运动要求。
综上所述，圆柱凸轮分度机构的设计计算和运动仿真是设计过程中不可或缺的步骤。
通过设计计算和运动仿真，可以确定凸轮的几何参数，并验证设计的准确性和可行性。
这为圆柱凸轮分度机构的制造和应用提供了重要的参考依据。
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圆柱分度凸轮机构的分析与设计
【摘要】如何分析圆柱分度机构。
【关键词】分度盘；圆柱凸轮
根据机构运动分配图所确定的原始数据，分别设计各组独立的执行机构。
进行凸轮机构尺寸设计时，通常需完成以下过程。
1.凸轮机构选型
在设计计算凸轮几何参数前，要先确定采用何种形式的凸轮机构，其中包括凸轮的几何形状、从动件的几何形状、从动件的运动方式、从动件和凸轮轮廓维持接触的方式等。
选型设计的灵活性很强，同一工作要求可以由多种不同的凸轮机构类型来实现：
（1）从动件的运动方式可以与执行机构的运动方式相同，也可以不同。
他们之间可通过适当的传动机构进行变换，即移动变为摆动，或者摆动变为移动。
（2）凸轮的几何形状（平面的或空间的）选择要考虑到它在机床中的安装位置，目的是尽量简化由从动件至执行机构之间的传动机构。
（3）平面凸轮机构可用各种形式的从动件，即尖底、滚子或平底的，而空间凸轮机构中通常只能采用滚子从动件。
2.计算从动件的主要运动参数
根据执行构件的运动要求计算出凸轮机构的从动件行程（最大位移量或最大旋转角度）。
对于执行构件与凸轮机构的从动件固定连接的情况，运动要求是一致的。
对于执行构件与凸轮机构的从动件两者之间还具有运动传递机构的情况，则需要采用机构位置分析方法进行计算。
如果执行机构件在运动过程中有一个或数个驻点位置需要保证与其它执行构件的运动协调关系，则也需计算出与这些驻点对应的从动件位置参数。
3.确定从动件的运动规律
从动件在整个运动范围内的运动特性，诸如位移、转角、速度等（有驻点要求时还包括通过驻点位置时的运动特性），是与执行构件工作特性密切相关的，也与所选定的凸轮机构的类型之间存在一定制约因素。
因此，在确定从动件的运动规律时需要分析各种有关的影响因素。
4.凸轮机构的基本尺寸设计
凸轮机构的基本尺寸主要受两种矛盾因素的制约。
如果基本尺寸较大，则相应的机构总体尺寸较大，造成原材料和加工工时的浪费、机器尺寸过大；而基本尺寸太小，会造成运动失真、机构自锁、强度不足等不良后果。
机构的基本尺寸设计是要寻求合理的机构尺寸，使之能够兼顾矛盾的两个方面。
5.凸轮机构的凸轮轮廓设计
基于凸轮机构的基本尺寸和从动件的运动规律，即可求的凸轮的轮廓曲线坐标。
当凸轮机构运动速度较高或凸轮机构中构件刚性较小时，构件的弹性变形将对从动件的实际运动特性产生明显的影响。
对于此类情况，必须对所设计的凸轮机构按高速凸轮机构的特性进行分析和设计。
圆柱分度凸轮机构的设计如图1所示。
图2中给出圆柱分度凸轮机构的设计的展开图。
分度盘的分度运动和静止都是由圆柱分度凸轮上的凸缘两个工作侧面控制：分度运动时凸缘控制主滚子2和后续滚子3，当分度运动结束时，主滚子2到达前导滚子1的位置，而后续滚子3则到达主滚子1的位置；静止时主滚子2和前导滚子1受y值不变的凸缘工作侧面控制，使分度盘固定不动。
为了确保分度盘从静止向分度运动平稳过渡，在凸缘的左端设置一段休止期轮廓的延伸量，使休止期结束前工作滚子平稳的从主滚子2和前导滚子1过渡为主滚子2和后续滚子3。
为了控制理论计算误差，凸轮机构的中心距可设置为：
a=L（1+cosψ）（1）
凸轮的展开轮廓曲线坐标可按主滚子2和后续滚子3进行计算。
主滚子2：
分度运动理论坐标为：
式中，φ∈[0，?]，ψ=ψ（φ）根据选定的分度运算规律计算确定。
分度运动实际轮廓坐标为：
式中，R是分度盘滚子半径，a2是机构的压力角，由图2可得
由于P点是凸轮与分度盘的速度瞬心，因此得：
式中，R为凸轮分度圆柱面半径，dψdφ=dψdφ（φ）为分度盘的类角速度。
后续滚子3：
分度运动理论轮廓坐标为：
分度运动实际轮廓坐标为：
式中，Rr是分度盘滚子半径，a是机构的压力角，由图2可得。
由于速度瞬心P点位置不变，因此得：
凸轮基圆半径按许用压力角条件选用。
由于机构不存在回程期，dψdφ恒为正值，由式（4）、（5）得条件式。
分度盘静止区段所对应的凸轮轮廓是环状的圆弧段，展开轮廓坐标可按前导滚子1和主滚子2的位置确定。
前导滚子1：
理论轮廓坐标为：
实际轮廓坐标为：
如上所述，为了使分度盘平稳地从静止过渡到分度运动，在凸缘的左边即分度运动的始端需要延伸一段休止期轮廓。
该段延伸的休止期轮廓所占的凸轮回转角约为（0.2-0.3）?s，所对应的轮廓坐标可按主滚子2和后续滚子3计算。
主滚子2：
理论轮廓坐标为：
实际轮廓坐标为：
理论轮廓坐标为：
实际轮廓坐标为：
为了使主滚子2和后续滚子3顺利滑入延伸段凸缘，宜将凸缘的端部适当修薄。
凸缘式圆柱凸轮机构动静比可根据工作要求确定，不受机构自身特点的限制，而且控制分度运动的凸轮轮廓曲线可根据运动特性要求设计，实现高速运转条件下地起步和停步。
【参考文献】
[1]凸轮机构设计与应用创新.机械工业出版社.
[2]机械设计通用手册——机械工业出版社.
[3]重型机床设计与计算——北京工业大学出版社.
[4]新编机械设计实用手册——学苑出版社.。