圆柱凸轮加工方法及应用
西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）圆柱凸轮加工方法及应用年 级：2005级学 号：20055355姓 名：商飞专 业：制造工程指导老师：彭新宇2009年6月院 系 机械工程学院 专 业 制造工程 年 级 2005级 姓 名 商飞题 目 圆柱凸轮加工方法及应用指导教师评 语指导教师 (签章)评 阅 人评 语评 阅 人 (签章) 成 绩答辩委员会主任 (签章)年 月 日毕业设计（论文）任务书班级 2005制造工程一班学生姓名商飞学号 20055355发题日期：2009 年 3 月 5 日完成日期：2009年 6 月 15 日 题目圆柱凸轮加工方法及应用1、本论文的目的、意义空间凸轮是空间凸轮机构中的关键零件，其传统方法加工难度大，周期长，加工精度低，对操作工人技术水平要求高。
本文研究了采用CAD/CAM技术采用数控机床进行空间凸轮加工的方法。
讨论整个加工工艺过程的决策。
并采用UG/CAM技术针对具体凸轮的重要加工工序完成了加工程序和刀路仿真，并针对该重要工序设计夹具。
通过对本课题的研究，能让学生深刻理解当前进行此类产品进行加工工艺决策的理论，有助于将其在几年大学所学习知识与实践结合并得到综合运用。
使其初步具备从事技术和科研工作的能力。
2、学生应完成的任务收集并吸收关于此类产品的加工工艺决策理论的资料，深刻理解基于CAD/CAM的数控编程技术，将二者有机的结合在一起并运用于空间凸轮重要工序的加工程序编制并设计夹具（提供NC程序及电子或纸质夹具图）。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 15 周）第一部分 收集资料，吸收消化 ( 3周)第二部分 确定技术路线，整理论文思路 (1 周)第三部分 完成论文初稿 ( 6周)第四部分 修改论文 ( 1周)第五部分 定稿及其他 ( 1周)评阅及答辩 ( 周)备 注指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘要圆柱凸轮机构是一种用于高速间歇分度的空间凸轮机构，圆柱凸轮轮廓面与分度盘上均布的圆柱滚子共轭啮合。
圆柱凸轮机构与平面凸轮机构相比,具有体积小、结构紧凑、刚性好、运转可靠、传动转矩大等优点,与传统的间歇机构如棘轮机构、槽轮机构等相比 ,具有分度精度高、动力学性能好等优点 ,目前已广泛用于包装机械、罐装机械等自动机械中。
圆柱凸轮轮廓面属于空间复杂曲面，它的加工品质的高低直接影响圆柱分度凸轮机构的性能。
圆柱凸轮槽曲线的加工较为复杂,过去通常采用手工描点、拟合轮廓、铣床粗铣和手工精锉等方法加工,不仅难度大、周期长,且加工后零件精度低、可靠性差,已难以满足对加工效率和精度的要求。
本文以等速圆柱凸轮为研究对象，通过一个圆柱凸轮实例，根据机械原理计算凸轮轮槽曲线表达式，经过数学分析建立UG表达式，运用UG软件的功能建立三维实体模型。
按照圆柱凸轮的用途及要求讨论整个加工工艺过程的决策。
设计重要加工工序的装夹方式，并使用AUTOCAD绘制装配图。
采用UG/CAM技术针对具体凸轮的重要加工工序完成加工程序和刀路仿真。
分别使用曲线驱动与曲面驱动两种方式加工凸轮槽，对于精度要求不高的圆柱凸轮精加工可以采用曲线驱动方式等径加工（即刀具直径与槽宽相等），精度要求高的圆柱凸轮精加工采用非等径加工。
后处理生成机床可以直接使用的NC代码。
关键词：圆柱凸轮 数控加工 UG/CAM 工艺AbstractCylindrical cam is a kind of space cam mechanism that used in high-speed interval toe index. The outline of cylindrical conjugate meshed. Compared with planar cam, cylindrical cam has such advantages: smaller volume, compact structure, stronger rigidity, trusted dependability and so on, then compared to the traditional intermittence mechanism take ratchet wheel mechanism and scored pulley for examples, the cylindrical cam is special at high degrees and precision, altogether with superior dynamics performace. Nowadays, cylindrical cams have been widely used in fields range from packing machinery to can packed machinery as well as automatic machineries. Flatness of cam contour are such complex space curved surface, the processing quality of them are strightly influence on the cylindrical cam’s function. As the technology of the round about is rather complex. In the past time, we usually adopt the method such as handwork point dot, fitting outline, rough shinning on milling machine and handwork exact shinning, but such would take rather hard time and long cycle, what’s more ,the products ‘ precision and reliability stays at a low level that can hardly meet our meets.In this paper, we took cylindrical cam as our object of study, choose the cam for example, according to the basic calculate expression of principle of machinery on cylindrical cam. Then through the mathematical analysis, found the UG expression, take use of the soft ware-UG., set up the three dimensional full-scale model. We discuss the case about slove working technology course on the cam, of course, it should according the useage of the cam. We design the key steps of the working on clamping, then use AUTOCAD software to draw the installation diameter. We adopt the UG/CAM system to do the emulation on the detail kep steps of the working coure on cam’s course. In the course, we take both curved shape driving and curved surface driving ways to work on cam manger. To those working on cams not very at a high precision, we could take way of curved shape drving equal diameter. To those working insist a high precision, we could take way of none-equal diameter. in the after-treatment generate machine tool, we strightly use the NC code.key words： Cylindrical cam NC machining UG/CAM Technology第VI页西南交通大学本科毕业设计(论文)目录摘要ⅣABSTRACT V 第1章 绪论1 1.1课题背景 1 1.2凸轮机构的分类及凸轮廓面加工方法研究概况 31.2.1 凸轮机构的分类 31.2.2 凸轮廓面加工方法研究概况 4 1.3本文研究的主要内容 6第2章 三维模型建立7 2.1圆柱凸轮参数 7 2.2数学模型的建立 7 2.3推导UG表达式 7 2.4生成凸轮轮廓曲线和凸轮实体 9第3章 数控加工工艺 12 3.1圆柱凸轮的加工工艺分析 12 3.2凸轮材料及热处理 13 3.3圆柱凸轮的加工工艺过程 143.3.1数控加工设备 143.3.2工装设计 143.3.3工序设计和加工参数选择 183.3.4走刀方式 18 3.3UG加工 203.3.1曲线驱动方式 203.3.2曲面驱动方式 25结论30致谢31参考文献 32附录1：曲线驱动方式加工代码 33附录2：曲面驱动方式加工代码 47第1章 绪论1.1课题背景凸轮机构与齿轮机构和连杆机构等都是机械传动的常用机构。
凸轮机构或包含凸轮机构的组合机构可以实现几乎所有简单的、复杂的重复性机械动作。
因此凸轮机构是机械化、自动化生产设备中的关键零部件。
凸轮机构由凸轮、从动件或从动件系统、机架等组成。
一般情况下，凸轮做匀速回转运动，从动件做预期的输出运动。
凸轮机构具有结构紧凑、性能可靠、传动扭矩大等诸多优点，在纺织机械、烟草机械、玻璃机械、包装机械、农业机械、印刷机械、数控机床、加工中心、自动办公设备、自动化仪表、电子元件自动加工机械、服装加工机械以及其他各种轻工自动机械领域应用十分普遍。
它们在实现间歇运动、分度运动、较大升程运动要求及其它复杂运动要求方面具有很强的适应性。
图 1－1、1－2、1－3 所示是比较典型的凸轮零件的应用。
凸轮机构
凹 槽 凸 轮
等 宽 凸 轮
W
等 径 凸 轮 r1+r2 =const
r1 r2
主 回 凸 轮
作者：潘存云教授
它的缺点是：凸轮轮廓与从动件的接触为点或者线的接触，易于磨损，所以通常用于 凸轮机构的特点是：只需恰当的设计出凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到任意的预期 传递不大的控制机构中。 运动规律，而且结构简单、紧凑，设计方便。
§六、 凸轮机构的应用和类型
平面连杆机构是一种低副机构，一般只能近似地实现给定的运动规律， 而且其设计也较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格的按照 结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。 预定规律变化时，尤其是当原动件作连续运动而从动件必须作周期性件间 歇运动时，则采用凸轮机构最为简便。
2)按推杆形状分(从动件类型）：尖顶、 滚子、 平底从动件。
特点： (1)尖顶从动件 尖顶能与复杂形状的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任 尖顶－－构造简单、易磨损、用于仪表机构；
意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，所以只宜用于受力不大 的低速凸轮机构。 滚子――磨损小，应用广； (2)滚子从动件 如图3—3和图3—4所示，为了克服尖顶从动件的缺点， 在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为 平底――受力好、润滑好，用于高速传动。 滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大载荷，所以是从动件中最常用的一种型式。 (1)盘形凸轮 盘形凸轮是一个绕固定轴转动并且轮廓向径变化的盘形零件，如 (3)平底从动件 如图3—1所示，这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面 (2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动 为一平面。显然，平底不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是： (3)圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮，如图3—4所示。 当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直。传 动效率较高，且接触面间易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。
在西门子802D四轴铣床上加工圆柱凸轮的过程优化
到生成四轴刀具路径 和软件的后处 理等环 节进行总结 ， 供大家借鉴和研究 。
所以不允许刀具 越过 ０界 限而连续 回转 。绘制凸轮轮廓 。 的平 面图形时 ，要考虑图形在坐标 系中的位置 ，否则在 程序 中会 出现大于 ３０或负的角度值。如果 凸轮轴线沿 ６。 机床 的 轴安装，轮廓曲线应绘制在 Ｔ Ｐ视图的 轴 Ｏ 以上或 以下 ，图形不能跨越 轴 ，至少使刀具路径不与 轴相交 。当平面 图形卷 绕在 圆柱 面上时 ，确保从 ０ 。 （ 以 上 ） 开 始，而 又 不 超 过 ３ ０，使 刀具 在 ０ 或 ６。 。一
只需绘制凸轮槽展开的平 面曲线 ，这也是 凸轮工 作图中
给出的曲线。为 ｌ优化刀具路径 ，需要 在不 影响最终加 『 工结果的情况下适 当修改曲线 。
有的凸轮给 出轮廓曲线参数度 ，所以误差较大。按
照图样数据在 Ｍ ｓ ｒＡ ａｔＣ Ｍ中作出的曲线不够光滑 ，需要认 ｅ
简便 、实用 ，尤其适于圆柱 凸轮的加工。二维铣 削加工
线沿 轴方向安装时 ，加工过程中 ｌ轴方向没有运动 ， ，
即刀具 始终在 Ｘ Ｚ平面 内运 动。 本文提到的 设备 是 Ｘ Ａ １Ｂ型 数控铣床 ，配 备 了 Ｋ ７４ 烟 台生产 的 ３ ５ ｍ直径 的赢 、卧 两用数控转 台。应用 １ｍ Ｍａｔ Ｃ Ｍ软件生 成加 工程 序。笔者 初次使 用 数控 转 ｓ ｒＡ ｅ 台，共加工 了两 种 凸轮 （ ６件 ） 。一 种 是直 径 ２０ ０ ｍｍ、 长 ２ ０ ｍ的黑色含 油尼龙材 质的 凸轮，在圆柱面 上铣 ０ｍ 削出 宽 ３ ｍ ０ ｍ、深 ２ ｒｍ 的 曲 线 槽 ；另 一 种 是 直 径 ４ ａ １７ ｍ、长 ８ ｍｍ带有螺旋槽 的圆柱形凸轮 ，后者的材 ７ｒ ａ ０ 料为４ ５钢。在加工 过程中遇到 的一些 问题最终 得到解 决 ，但不一定是最佳方案。笔者从机床四轴功能的应用
9凸轮机构
E
2π
δ
小结
• 对推杆的基本运动规律及其选择有明确的概念， 了解推杆几种常用运动规律运动线图的变化特点 和适用场合。
• 在学习推杆常用的运动规律这一部分内容时，应 侧重理解和掌握各种运动规律的位移、速度及加 速度线图的变化特点和适用场合,如各线图是按什 么规律变化的?哪些有刚性冲击?哪些有柔性冲击? 它们发生在什么位置?而对于它们的运动方程不用 去硬记,只要会正确应用即可。
D
s B’ B’ B’ B’ A
δ02
δ’0
h
形式：多项式、三角函数。
o
rmin
δ0 δ01
δ0 δ01 δ’0 δ02
ω
B
C
（一）多项式运动规律
一般表达式：s = C0+ C1δ + C2δ 2+…+Cnδ 求一阶导数得速度方程： v = ds/dt = C1ω + 2C2ω δ +…+nCnω δ
v 0
h/2
中间点：δ=δ0 /2，s=h/2
s
h
0/2
0
0/2
4hωδ/δ02 FI
0/2 4hω2/δ02
ma
0 a 0
加速段推程运动方程为：
s ＝2hδ2/δ02 v ＝4hωδ/δ02 a ＝4hω2/δ02
0
柔性冲击 (soft impact)
方法一
0
0 1 2 0/2
回程运动角δ’0：对应从动杆的 回程，凸轮多转过的角度
δ’0 δ01
B
近休止角 δ02 ：对应从动杆处于最低 位置而静止不动，凸轮转过的角度
C
凸轮曲线设计
凸轮曲线设计当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。
设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。
几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。
对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。
圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。
本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。
1 几何法反转法设计原理：以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例：凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。
为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。
根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。
由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。
1). 直动从动件盘形凸轮机构尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构：已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。
运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下：1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。
2) 将位移线图s-f的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。
3) 自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。
凸轮机构
B6
４. 偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
第四节凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮工作轮廓必须满足以下要求： (1)保证从动件能实现预定的运动规律
(2)传力性能良好，不能自锁
(3)结构紧凑
(4)满足强度和安装等要求 为此，设计时应注意处理好
1.滚子半径的选择 2.凸轮机构的压力角 3.凸轮基圆半径的确定 4.凸轮机构的材料
（a)推程 (b)回程
２．等加速等减速运动规律
是指凸轮以等角速度转动时，从动件在一个行程中，前半行程作 等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。 运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物 线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。推程位移线图作图 方法演示。
由图可见，在推（回） 程的始末点和前、后半程 的交接处，加速度有限的 突变，因而惯性力也产生 有限的突变，由此将对机 构造成有限大小的冲击， 这种冲击称为“柔性冲击” 或“软冲”。因此这种运 动规律只适用于中速、中 载的场合。
3.按锁合方式分：力锁合、形锁合
锁合是指从动件与凸轮之间始终保持的高副接触的装置。
（1）力锁合凸轮机构
依靠重力、弹 力或其他外力 来锁合
（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
4.按从动件运动方式分：
从动件导路是否通过凸轮回转中心
对心直动从动件凸轮机构 偏置移动从动件凸轮机构
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
rT＜0.8ρmin ρmin＞1～5mm rT =（0.1～0.5）rb
二、凸轮机构的压力角
１.压力角：不计摩擦时，凸轮对从 动件的作用力（法向力）与从动件 上受力点速度方向所夹的锐角。 该力可分解为两个分力 ：
基于CAXA软件的圆柱凸轮数控加工研究
化分析 ， 提炼 出必须的加工要素 ， 绘制圆柱 凸轮 的轮廓展 开曲线 ， 轮廓的 包络线 ， 创建 圆柱凸轮 的三维数模 ； 并经编程设 计、 加 工仿真、 机床偏 置调整等工艺设计， 实现用四轴联 动数控机床完成 圆柱 凸轮 类零件 的加工工艺过程 关键词 ： 四轴联动 ； 圆柱 凸轮； 线面映射 ； 条线曲线 ； 刀具参数 ； 刀路轨迹
Ｗ Ａ ＮＧ Ｌｅ ｉ ．ＤＵＡＮ Ｘｉ ａ ｏ — Ｘ Ｈ
（ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ，Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ ４ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｂ ｒ ｉ ｅ ｛ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ｃ Ｌ ￣ ｓ ｉ ｉ ｆ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ （ ｂ ｑ ￣ ｎ ｓ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｒ ａ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｍｉ ｎ ｇ ， ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ￣ ａ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｃ ａ ｔ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
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。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，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。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
机械原理_第4章__凸轮机构及其设计
图4.1 内燃机配气凸轮机构
图4.2
绕线机排线凸轮机构
图4.3所示为录音机卷带装置中的凸轮机构。工作时，凸 轮1处于图示最低位置，在弹簧5的作用下，安装于带轮轴上 的摩擦轮3紧靠卷带轮4，从而将磁带卷紧。停止放音时，凸 轮1随按键上移，其轮廓迫使从动件顺时针方向摆动，使摩 擦轮与卷带轮分离，从而停止卷带。
1. 多项式运动规律
多项式运动规律的一般形式为
s = C 0 + C 1δ + C 2 δ 2 + C 3δ 3 + L + C n δ n
式中， δ 为凸轮转角；s为从动件位 为凸轮转角；s C C C C C 移； 0 ， 1 ， 2 ， 3 ，…， n 为待定常数，可利用边 界条件来确定。 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律) 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律)；二次 (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) 多项式运动规律。
图4.10 改进等速 运动规律
图4.11 改进等加速等减速 运动规律
【例4.1】 直动从动件凸轮机构。已知：从动件行程 h=20mm，推程运动角 δ t = 150° ，远休止角 δ s = 60°，回程 运动角 δ h = 120° ，近休止角 δ 's = 30° ；从动件推程、回程分 别采用简谐运动规律和摆线运动规律。试写出从动件一 个运动循环的位移、速度和加速度方程。 解：(1) 从动件推程运动方程。 推程段采用简谐运动规律，故将推程运动角 δ t = 150° 5π /6、行程h=20mm代入简谐运动规律推程运 = 动方程式，可推出
● 4.4 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 曲线的设计—— ●4.4.1 滚子直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.2 滚子摆动从动件盘形凸轮机构理论轮廓 曲线方程 ●4.4.3 平底直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.4 滚子直动从动件圆柱凸轮机构 ● 4.5 凸轮机构基本尺寸的确定 ●4.5.1 凸轮机构的压力角和自锁 ●4.5.2 凸轮基圆半径的确定 ●4.5.3 滚子半径的选择 ●4.5.4 平底从动件的平底尺寸的确定 ● 小结
凸轮机构及其设计
h
1
作者：潘存云教授
δ
δ
δ
－∞
2）.二次多项式（等加等减速）运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。
推程加速上升段边界条件：
起始点：δ =0，
中间点：δ =δ
1
s=0， v＝ 0 /2，s=h/2
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ21 加速段推程运动方程为：
s ＝2h/δ21 δ2 v ＝4hω /δ21 δ a ＝4hω2 /δ21
在平面连杆机构中，导杆机构的α＝？
ω r0
O n
2）导杆机构 传动角恒等于90° 有效分力: F’ =Fsinγ
复习：平面连杆机构的压力角和传动角 压力角：从动件上受力点的速度方向与该点的受力方向 之间所夹锐角。用α表示 切向分力 : F’= Fcosα ( 有效分力） α → F ’↑ 法向分力: F”= Fsinα 传动角：压力角的余角。 用γ表示 B
2)理论轮廓为外凸曲线
ρ rT ρ
a
轮廓正常
ρ > rT ρa＝ρ－rT >0 轮廓变尖
rT
ρ
轮廓失真
rT
ρ
作者：潘存云教授
设计：潘存云
ρ ＝ rT ρ <r T ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ－rT<0 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： ρ min> rT=0.4 r0
-ω
ω
作者：潘存云教授
9’ 11’ 12’
13’ 14’ 9 11 13 15
理论轮廓
设计：潘存云
实际轮廓 设计步骤小结： ①选比例尺μ l作基圆r0。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。 ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 基圆半径 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。
3 凸轮机构
按偏置尖顶从动件轮廓设计方法绘制，出理论轮廓，再以理论轮廓上 各点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列圆，并作这一系列圆的内 包络线，就得到滚子从动件凸轮的实际廓线。
3. 平底直动从动件盘形凸轮
平底式可改善接触处的状况，其凸轮轮廓设计方法 如右图所示。
将导路中心线同平底的交点A假想为尖顶从动件的 尖顶，按尖顶从动件轮廓设计方法求出理论轮廓上 一系列点A0，A1，A2，……，过这 一系列点分别作 导路中心线的垂线（平底），然后作一系列平底位 置的包络线，就得所要设计的凸轮的廓线 。
因此，当ρ′ ≤0时，加工出的实际轮廓将出现变尖或被切去
的现象，凸轮将不能实现预定的运动规律。 结论：外凸的凸轮轮廓曲线, 应使rT<ρmin，通常取 rT≤0.8ρmin，同时ρ′≥1~5mm，另外滚子半径还受强度、结构等 的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT=0.4rmin。
⑵偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计
类型9
圆锥凸轮、弧面凸轮等也是空间凸轮机构。
应用例子
1. 所示为内燃机气门配气机构 。凸轮1以等角速度回转，驱
动从动件2按预期的运动规律启闭阀门。
2. 如图为弹子锁与钥匙组成的凸轮机构，钥匙是凸轮，插入弹子 锁的锁芯中，凸轮廓线将不同长度的弹子2推到同样的高度，即 每一对弹子（2与7）的分界面与锁芯和锁体的分界面相齐，则通 过锁体可以转动锁芯，拨开琐闩4。
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一、压力角与作用力的关系
力F可分解为沿从动件运动方向的 有用分力F′和使从件紧压导路的 有害分力F″，且F″=F′tgα 上式表明，驱动从动件的有用分 力F′一定时，压力角α 越大， 则有害分力F″越大，机构的效率 越低。
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