机械原理凸轮设计D
机械原理第九章凸轮机构及其设计
凸轮的设计和参数选择
设计原则
凸轮的设计应考虑载荷、速度 和精度等因素，并满足运动学 和强度学的要求。
参数选择
凸轮的参数包括凸轮半径、凸 轮轴角度和凸轮顶点位置等， 应根据具体需求进行选择。
优化方法
通过数学模型和仿真分析，可 以优化凸轮的形状和参数，以 提高凸轮机构的性能。
凸轮机构的运动分析
1
转动运动
通过凸轮的旋转，实现机构的直线或曲线运动。
2
滑动运动
随着凸轮轮廓的变化，机构的接触点会产生水平或竖直方向的滑动运动。
3
摇摆运动
凸轮的摇杆或滚柱可以实现机构的摇摆运动。
凸轮机构的布置和设计原则
1 布置方式
根据机构的运动要求和空间限制，选择合适 的凸轮布置方式，如列状、行状或环状。
2 设计原则
在凸轮机构的设计过程中，要考虑机构的刚 度、强度和稳定性等因素，以提高机构的性 能。
凸轮机构的应用案例
发动机气门机构
凸轮机构用于控制发动机气门的 开闭，保证发动机的正常运行。
印刷机印版定位
凸轮机构用于实现印刷机印版的 准确定位，提高印刷质量。
纸张折叠机构
凸轮机构用于纸张折叠机构，实 现精确的折叠操作。
小结和要点
1 2 3 4
5
6
凸轮机构是一种常见的机械传动机构。 凸轮机构具有多种分类和特点。 凸轮的设计和参数选择需要考虑多个因素。 凸轮机构的运动分析可以通过几何和动力学方法 实现。 凸轮机构的布置和设计应根据具体要求进行选择。
凸轮机构在多个领域都有广泛应用。
凸轮机构是机械工程中常见的一种机构，用于将轮系运动转化为直线或曲线 的机械动作。它具有简单可靠的特点，广泛应用于各个领域。
机械原理9凸轮机构设计
δ0
ω
作者：潘存云教授
φ
工件
2.选择运动规律 选择原则： 2) 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工 作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。
ω δ0
作者：潘存云教授
h
3) 对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避 免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和 amax。
高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：
a＝2πhω2 sin(2πδ/δ0)/δ20
12 θ=2πδ/δ0
34
δ0
5
回程：
v
vmax=2hω/δ0
s＝h[1-δ/δ’0+sin(2πδ/δ’0)/2π]
v＝hω[cos(2πδ/δ’0)-1]/δ’0 a＝-2πhω2 sin(2πδ/δ’0)/δ’20 a amax=6.28hω2/δ02
第九章 凸轮机构及其设计
§9－1 凸轮机构的应用和分类 §9－2 推杆的运动规律
§9－3 凸轮轮廓曲线的设计
§9－4 凸轮机构基本尺寸的确定
§9－1 凸轮机构的应用和分类
结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。
作用：将连续回转 => 从动件直线移动或摆动。
优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。 实例 缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。 比较
s ＝h-2hδ2/δ’20 v ＝-4hωδ/δ’20 a ＝-4hω2/δ’20
回程等减速段运动方程为：
s ＝2h(δ’0-δ)2/δ’20 v ＝-4hω(δ’0-δ)/δ’20 a ＝4hω2/δ’20
(3)五次多项式运动规律
一般表达式：
s =C0+ C1δ+ C2δ2+ C3δ3+ C4δ4+C5δ5 v =ds/dt = C1ω+ 2C2ωδ+ 3C3ωδ2+ 4C4ωδ3+ 5C5ωδ4 a =dv/dt = 2C2ω2+ 6C3ω2δ+12C4ω2δ2+20C5ω2δ3
机械原理第10章 凸轮设计
①等分位移曲线；
②选定r0，画基圆；
③应用反转法逐点作图确 定 各 接 触 点 位 置 B0 ， B1 ， B2，……；
④光滑连接B0，B1，B2 ， …… 点 ， 就 得 所 要 设 计 的 凸轮廓线。
10.2 凸轮机构的廓线设计
2）滚子从动件
第10章 凸轮机构设计
Design of Cam Mechanisms
第10章 凸轮机构及其设计
1
凸轮机构的运动与传力特性
2
凸轮机构的廓线设计
10.1 凸轮机构的运动与传力特性
10.1.1 凸轮机构的工作循环
基圆——以凸轮轮廓的最小向径rb (或r0)为半径的圆。
图10-1 尖端移动从动件盘形凸轮机构的工作循环
从动件一方面随机架和导路以角速度－ω 绕O点转动，另一方面又在导 路中往复移动。由于尖端始终与凸轮轮廓相接触，所以反转后尖端的运动 轨迹就是凸轮轮廓。
10.2 凸轮机构的廓线设计
10.2.2 图解法设计过程
添加！
凸轮轮廓曲线的绘制 （图解法凸轮廓线的设计）
（26分钟）
10.2 凸轮机构的廓线设计
10.2 凸轮机构的廓线设计
10.2.3 凸轮廓线设计的解析方法
移动滚子从动件盘形凸轮机构
如图所示为一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。建立直角坐标系oxy。若已
知凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基圆半径rb、滚子半径rr，偏距e，从动 件的运动规律s=s()。
1、理论廓线方程 B点坐标（凸轮的理论廓线方程）
s
v
a
j
h (1 cos)
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。
机械原理第6章 凸轮机构及其设计
优点： 1)从动件可以实现复杂运动规律。 2)结构简单、紧凑，能准确实现预期运动，运动特性好。 3)性能稳定，故障少，维护保养方便。 4)设计简单。 缺点： 凸轮与从动件为高副接触，易于磨损。由于凸轮的轮廓 曲线通常都比较复杂，因而加工比较困难。
2.凸轮机构的分类
盘形凸轮（图6-1）
(1)按凸轮的e and follo wer displacement(凸轮转角 与从动件的位移)
Fig.6-10 Motion of the follower(凸轮机构运动循环图)
6.2 从动件的运动规律及其设计
1.从动件的基本运动规律
(1)多项式类运动规律
1)一次多项式运动规律。
移动凸轮（图6-2）
圆柱凸轮（图6-3） 尖底从动件
(2)按从动件的形状分类
（图6-4）
滚子从动件
平底从动件
曲底从动件
(3)按从动件的运动形式分类
（图6-4、图6-5）
直动从动件 摆动从动件 力封闭方式（图6-6） 形封闭方式（图6-7）
(4)按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类
Fig.6-2 Translating cam mechanisms(移动凸轮机构)
1.凸轮机构的相对运动原理
如图6-19a所示，在直动尖底从动件盘形凸轮机构中，当凸轮 以等角速度ω作逆时针方向转动时，从动件作往复直线移动。设 想给整个凸轮机构加上一个绕凸轮回转中心O的反向转动，使反 转角速度等于凸轮的角速度，即反转角速度为－ω。此时，凸轮 将静止不动，而从动件一方面随导路绕O点以角速度－ω转动，分 别占据B′1、B′2，同时又沿其导路方向作相对移动，分别占据B1、 B2等位置。因此，从动件尖底导路的反转和从动件相对导路移动 的复合运动轨迹，便形成了凸轮的轮廓曲线，这就是凸轮机构的 相对运动原理，也称反转法原理
机械原理课程设计凸轮机构设计说明书
全面探究凸轮机构设计原理及方法凸轮机构是一种常用的机械传动装置，通过凸轮和摆杆的配合组成，具有可逆性、可编程性和高精度的特点。
本文将从设计原理、设计方法和优化策略三个方面探究凸轮机构设计的要点。
一、设计原理
凸轮机构的设计原理是在摆杆与凸轮配合时，摆杆可以沿凸轮轮廓实现规定的运动规律，如直线运动、往返运动和旋转运动等。
凸轮可以根据运动轨迹、运动频率和运动速度等要求，通过凸轮轮廓的设计来完成。
凸轮轮廓的设计包括了初步设计、动力学分析、运动规划等步骤。
二、设计方法
凸轮机构的设计方法包括手工绘图及设计软件辅助。
手工绘图是传统的凸轮轮廓设计方法，适用于简单的凸轮机构，如往复式转动机构、转动转动机构等；而对于复杂的凸轮机构，可以利用计算机辅助设计软件，如ProEngineer、CATIA、AutoCAD等，进行三维建模、运动模拟和优化设计。
此外，对于凸轮机构的设计还需要考虑到强度计算、可靠性分析等相关问题。
三、优化策略
凸轮机构的设计优化策略主要包括凸轮轮廓的形状优化、摆杆的长度优化和机构传动效率的优化等。
凸轮轮廓的形状优化通常是通过
Cycloid、Involute、Bezier等曲线的拟合来实现；摆杆的长度优化可以通过数学模型来建立，利用遗传算法、粒子群算法等优化算法进行
求解；传动效率的优化可以通过轮廓优化、材料优化、润滑优化等途
径来进行。
凸轮机构的设计是机械工业中非常重要的一环，它涉及到运动学、动力学、力学等多个学科的知识，需要学习者在多方面进行深入研究
和实践。
通过对凸轮机构的深入探究，我们可以更好地理解机械原理
的精髓，提高机械设计的水平和能力。
机械原理凸轮课程设计
机械原理凸轮课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解凸轮的基本概念、分类及在机械原理中的应用；2. 掌握凸轮的运动规律、轮廓曲线的设计方法；3. 了解凸轮机构的设计与优化原则。
技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并解决实际凸轮机构中的运动问题；2. 学会使用相关软件（如CAD）进行凸轮轮廓曲线的设计；3. 能够通过小组合作，完成一个简单的凸轮机构设计与制作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理学科的兴趣，激发其创新意识和探索精神；2. 培养学生的团队协作能力，使其认识到团队协作的重要性；3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中注重节能、减排。
课程性质：本课程为机械原理课程的实践环节，旨在让学生将理论知识应用于实际设计中，提高学生的实践能力。
学生特点：学生为高年级本科生，已具备一定的机械原理知识基础，具有较强的自学能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的综合应用能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，培养学生的创新精神和实践能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使其成为具有全面素质的工程技术人才。
二、教学内容1. 凸轮基本概念及分类- 凸轮的定义、作用及分类方法；- 各类凸轮的特点和应用实例。
2. 凸轮运动规律及轮廓曲线设计- 凸轮运动规律的基本理论；- 常见凸轮轮廓曲线的设计方法；- 运用CAD软件进行凸轮轮廓曲线设计的操作步骤。
3. 凸轮机构设计与优化- 凸轮机构设计的基本原则；- 凸轮机构优化方法及案例分析；- 凸轮机构设计与制造过程中的注意事项。
4. 实践操作- 小组合作，设计并制作一个简单的凸轮机构；- 分析并解决实际凸轮机构运动问题；- 总结实践操作过程中的经验教训。
教材章节关联：本教学内容与教材第十章“凸轮机构”相关，涵盖凸轮的基本概念、运动规律、轮廓曲线设计、机构设计与优化等方面的内容。
机械原理大作业凸轮机构有关公式
机械原理大作业凸轮机构有关公式凸轮机构是机械传动中常见的一种机构，具有转动曲线的特点，可以将驱动轴的转动运动通过凸轮的滚动轮廓来实现对从动件的相应动作控制。
在凸轮机构的设计和分析中，有一些与凸轮曲线有关的公式是十分重要的。
一、凸轮曲线方程凸轮曲线是指凸轮的滚动轮廓，可以通过数学方法来表示。
常见的凸轮曲线方程有圆弧、椭圆、正弦曲线等。
其中，最常用的是圆弧和直线的组合，这种凸轮曲线被称为简谐凸轮曲线。
简谐凸轮曲线方程可以表示为：y = r (1 - cos(θ - θ0))其中，r为凸轮半径，θ为凸轮角度，θ0为凸轮曲线的初相位差。
凸轮在其中一角度θ的位置的坐标可以通过此公式计算得出。
二、凸轮曲线的导数和导数变化率在凸轮机构的设计和分析中，对凸轮曲线的导数和导数变化率也有相当重要的影响。
凸轮的导数表示了凸轮曲线的斜率，而导数的变化率表示了凸轮曲线的曲率。
凸轮曲线的导数可以表示为：dy/dθ = r sin(θ - θ0)凸轮曲线的导数变化率可以表示为：d²y/dθ² = r cos(θ - θ0)通过对凸轮的导数和导数变化率的计算和分析，可以确定从动件的运动状态和速度变化情况，进而进行凸轮机构的设计和优化。
三、凸轮压力和压力角在凸轮机构中，凸轮和从动件之间存在着压力作用。
对于凸轮的任何一个位置，凸轮所施加的压力可以通过力的分解计算得出，并且可以利用凸轮的转角来表示。
凸轮的压力可以表示为：F = P * r * cos(θ - θ0)其中，P为压力系数，r为凸轮半径，θ为凸轮角度，θ0为凸轮曲线的初相位差。
凸轮的压力角可以表示为：φ = atan(dy/dθ)其中，dy/dθ为凸轮曲线的导数。
凸轮的压力角可以用来描述凸轮的主动件施加力的方向和作用范围，对凸轮机构的设计和分析具有指导意义。
以上是凸轮机构常见的几个重要的公式，通过这些公式可以计算和分析凸轮机构的运动学和动力学性能，为凸轮机构的设计和优化提供指导。
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机械原理课程设计
说明书
设计题目：盘形凸轮写字机构D 工程机械xxxxxxxxxxxxxxxxx 设计者：xxxxxxxx
学号：xxxxxxxxxxx
指导教师：xxxxxxxxxxx
2015 年 1 月23 日一．设计任务 (1)
二．原始数据设计及设计要求 (1)
三．设计方案分析 (1)
四．设计容 (2)
五．设计小结 (6)
六．参考文献 (7)
一．设计任务
设计能写出英文字母D的凸轮写字机构。
且该机构由两凸轮连续回转的协调配合及相应的连杆，控制绘图部件画出英文字母D。
二．原始数据设计及设计要求
1.D字高60mm(y方向)。
2.D字宽30mm(x方向)。
3.机构体积小，质量轻，工作可靠，启动或停顿时冲击小。
三．设计方案分析
1.方案一：两对心直动尖顶推杆盘形凸轮写字机构。
尖顶推杆虽然构造简单，但易磨损，且启动或
停顿时冲击大。
2.方案二：两对心直动滚子推杆盘形凸轮写字机构。
滚子与凸轮间为滚动摩擦，磨损小，传动精度
高，冲击小。
3.方案选择：通过对上述两种方案分析比较，选用方案二。
取凸轮A的基圆半径R=50mm
凸轮A的理论廓线如图所示
取滚子半径r=3mm得凸轮A的实际廓线
取凸轮B的基圆半径r=50mm
Φ
/°
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Y/m
m 50.0 53.3 56.7 60.0 63.3 66.7 70.0 73.3 76.7 80.0 83.3 86.7 90.0 Φ
/°
130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250
Y/m
m 93.3 96.7 100.
103.
3
106.
7
110.
109.
5
108.
5
105.
9
102.
9 99.3 95.0 90.3
/°
260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 Y/m
m 85.2 80.0 74.8 69.7 65.0 60.7 57.0 54.0 51.8 50.4 50.0 凸轮B的理论廓线如图所示
取滚子半径r=3mm得凸轮B的实际廓线
得到机构示意图如下图所示
五．设计小结
在本次机械原理课程设计中，我的任务是设计一个可以写出
英文字母D的写字机构。
在开始设计前，我把课本上的相关知识又看了一遍，熟悉了绘制凸轮轮廓线的方法，同时也了解了机械产品设计的过程。
我认为，这次设计的难点在于曲线轨迹的设计。
而选取正确、恰当的方程是关键。
这就又用到了数学方面的知识。
我深刻体会到课程设计不仅是各学科的综合应用，更是我们专业课程知识的实践训练。
而作为一名设计者，一定要有过硬的专业知识和耐心。
所以在今后的学习过程中，要尽可能多地将课本上的知识运用于实践当中。
六．参考文献
[1] 恒作模文杰.《机械原理》（第八版）：高等
教育2013.5
[2] 戴娟. 《机械原理课程设计指导书》
：高等教育2011.1。