凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制论文

凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制论文内容摘要：

具有重要意义 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 第 2 章 凸轮机构的设计理论 凸轮机构的基本参数 (1)基圆：以凸轮机构的回转中心为圆心，凸轮轮廓的最小向径为半径所作的圆，用 0r 表示。 (2)推程：从动件从距凸轮回转中心的最近点向最远点运动的过程。 (3)回程：从动件从距凸轮回转中心的最远点向最近点运动的过程。 (4)行程：从动件从距凸轮回转中心最近点到最远点运动所通过的距离，或从最远点回到最近 点所通过的距离。 行程通常指从动件的最大运动距离，用 h表示。 (5)推程运动角：从动件从距凸轮回转中心的最近点运动到最远点时，对应凸轮所转过的角度，用  表示。 (6)回程运动角：从动件从距凸轮回转中心的最远点运动到最近点时，对应凸轮所转过的角度，用  表示。 (7)远休止角：从动件在距凸轮回转中心的最远点静止不动时，对应凸轮所转过的角度，用 s 表示。 (8)近休止角：从动件在距凸轮回转中心的最近点静止不动时，对应凸轮所转过的角度，用 s 表示。 (9)凸轮转角：凸轮绕自身转过的角度。 一般情况下，凸轮转角从行程的起始点在基圆上开始度量，它的值等于行程起点和从动件的运动方向线与基圆的交点所组成的圆弧对应的基圆圆心角，用  表示。 (10)从动件的位移：凸轮转过转角  时，从动件所运动的距离，用 s表示。 位移 s从距凸轮回转中心的最近点开始度量，对于摆动从动件，其位移为角位移，需要把直动从动件的运动参数转化为相应的摆动运动参数。 ]10[ 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 从动件运动规律 从动件的运动一般作为凸轮机构的输出运动，而且凸轮的轮廓曲线往往也由从动件的运动规律来确定，所以正确的选择跟设计从动件的 运动规律是凸轮设计的一项重要工作。 从动件的运动规律就是指的是从动件的位移 s，速度 v，加速度 a和凸轮转角  或者时间 t 之间的 函数关系，从动件的运动规律的一般方程式为： )(ss 、)(vv 、 )(aa。 凸轮 机构的原动件是凸轮，并且一般作匀速回转运动。 假设凸轮的角速度为 ，那么从动件的位移、 速度和加速度与凸轮的转角间的关系是 22222,),( d sddtdddvdtdvdt sdaddsdtdddsdtdsvss  而对于摆动从动件，就需要把式子中的位移、速度和加速度替换为角位移、角速度和角加速度。 多项式类型运功规律和三角函数类型运动规律是常见的两种从动件的运动规律。 多项式类型运动规律 多项式类型运动规律的从动件的一般 形式为  23221212210)1(62)2(nnnnnnnccancccvccccs (21) 式中， ncccc , 210  均为待定常（系）数。 等速运动、等加速运动、等跃度运动、五次项运动和七次项运动等运动规律均属于此种类型。 当 n=1 时，上述运动规律为 1 次项运动规律，就是等速运动规律，它的位移线图为一条斜直线。 该运动规律用于“停 升 停”类型的凸轮机构时，理论上从动件在行程的起点和终点处有无穷大的加速度。 因此会导致剧烈的冲 击（刚性冲击），所以单纯采用等速运动规律来实现“停 升 停”规律是不合适的，需要在行程的起始部分和终点部分用其他类型的运动规律来进行修正。 等速运动规律仅仅适用在低速运动，从动件质量不大的凸轮机构。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 当 n=2 时，运动规律为 2 次项运动规律，也就是等加速等减速运动规律，其位移曲线为抛物线。 等加速等减速运动在运动的起始位置、衔接点和终止位置上的加速度产生一定幅度的突变，使得从动系统的惯性力引起有限幅度的突变，从而导致所谓的柔性冲击。 此类运动规律不适合用在高速运转的凸轮机构上。 当 n=5 时，上面的运动规律为 5次项运动 规律。 当从动件按照 5 次项运动规律运动时，加速度曲线无突变现象，且其幅值较小。 适用于高速凸轮机构。 三角函数类型运动规律 三角函数类型的运动规律主要有简谐运动、双谐运动和摆线运动等 ]11[。 （ 1） 简谐运动规律 简谐运动规律又称余弦加速度运动规律。 推程阶段运动方程式： )c os (2)sin(2)]c os (1[2222hahvhs (22) 回程阶段的运动方程式为： )c o s (2)s in (2)]c o s (1[2222hahvhs (23) 简谐运动规律的特征是从动件的加速度按照余弦运动规律变化，从动件在运动的始末位置有柔性冲击。 若推程和回程都采用简谐运动规律，且运动角相等且无停留期，则满足无冲击条件，可用于高速凸轮。 （ 2）双谐运动规律 推程阶段的双谐运动方程式： 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 )]s in ()2s in (2[2)]2c o s ()[ c os (2)]2s in (21)[ s in (2)]2c o s (41)c o s (43[233332222hdsdhdsdhddshs (24) 在推程终止位置加速度幅度最大，用于“停 升停”类型时发生柔性冲击，用于“停 升 回”类型时可以减小甚至消除柔性冲击。 适合高速下运转的凸轮 （ 3） 摆线运动规律 摆线运动规律又称正弦加速度运动规律。 推程阶段运动方程为： )2s in (2)2c o s ()]2s in (21[22hahhvhs (25) 回程阶段运动方程为： )2s in (2)]2c os ([)]2s in (211[22hahhvhs (26) 速度和加速度均无突变，可适用于凸轮机构的高速运动场合。 ]12[ 上述多项式和三角函数运动规律是凸轮机构从动件运动规律的基本形式，各有各的优缺点。 为了扬长避短，常常将数种不同的运动规律拼接起来，构成新的组合型运动规律。 又可称为修正型运动规律。 本实验台所用的 8 种不同 运动规律的盘形凸轮分别为： 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 （ 1） 等速运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角φ＝ 150176。 ；远休止角φ＝ 60176。 ；回程运动角φ＝ 150176。 . （ 2） 等加速等减速运动规律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径r=40mm；推程运动角φ＝ 180176。 ；回程运动角φ＝ 180176。 （ 3） 正弦加速度运动规律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径r=40mm；推程运动角φ＝ 180176。 ；回程运动角φ＝ 180176。 （ 4） 余弦加速度运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径r=40mm；推程运动角φ＝ 180176。 ；回程运动角φ＝ 180。 （ 5） 3－ 4－ 5 多项式加速度运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角φ＝ 150176。 ；近休止角φ＝ 30176。 ；回程运动角φ＝150176。 ；远休止角φ＝ 30176。 （ 6） 改进等速运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角φ＝ 150176。 ；近休止角φ＝ 30176。 ；回程运动角φ＝ 150176。 ；远休止角φ＝ 30176。 （ 7） 改进正弦运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角φ＝ 150176。 ；近休止角φ＝ 60176。 ；回程运动角φ＝ 150176。 （ 8） 改进梯形运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角φ＝ 180176。 ；回程运动角φ＝ 180176。 ； 凸轮轮廓曲线设计 凸轮轮廓曲线的设计是根据所选定的从动件运动规律和基本的尺寸，来求出凸轮的轮廓曲线。 凸轮轮廓曲线设计的基本原理是反转法原理，即设想给凸轮机构加上 1个绕凸轮回转中心的反转运动，并且使反转的角速度等于凸轮转动的角速度。 凸轮是静止不动的，从动件一方面随导路绕 0 点反方向转动，同时又沿它的导路方向按预定的运动规律做相对 运动。 由于从动件始终与凸轮的轮廓曲线保持接触。 所以，从动件的底部在由反转跟相对移动所组成的复合运动中的轨迹就是凸轮的轮廓曲线。 传统的凸轮设计方法有作图法绘制凸轮轮廓曲线和解析法计算凸轮轮廓坐标两种。 图解法容易，直观，但设计的精度不高，只适用一些设计精度要求低的毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 凸轮；解析法的设计精度较高，但因为计算量比较大，往往需要编写复杂的计算机程序 ]13[。 因为计算机技术的广泛运用从而促进了机械设计和制造技术不断地革新，各种 CAD／ CAE 软件的 功能也日益完善，凸轮机构的设计技术也进入了新的阶段。 我们可以选用多种 CAD／ CAE 软件对凸轮机构进行三维实体建模和仿真分析，从而更好的提高设计质量，减少设计时间，获得优良的设计方案和精确的设计数据。 本平台用 CAXA 线切割来进行凸轮轮廓的绘制和线切割代码编写。 下面以 2号盘形凸轮为例来说明凸轮轮廓曲线的设计过程： 设计一凸轮机构，要求从动件行程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 0 ＝ 180176。 ；回程运动角 1 ＝ 180176。 从动件以等加速和等减速规律前进和返回。 （ 1） 根据从动件运动规律确定凸轮轮廓的公式曲线 根据等加速和等减速规律的运动方程确定本案例中凸轮的轮廓曲线的极坐标方程，其中等加速及等减速运动规律的运动方程如表 21 所示。 表 21 等加速及等减速运动规律的运动方程 运动规律 运动方程 推程（ 00  ） 回程（ 10  ） 等加速运动规律 2202 hs（ 20 0 ） 2212   hhs （ 20 1 ） 等减速运动规律 2020 )(2   hhs（002  ） 2121)(2   hs （ 112   ） 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 以角速度的变化量为参变量 t，将基园半径 r=40mm、从动件行程 h=15mm、推程角 0 ＝ 180176。 、回程 角 1 ＝ 180176。 等参数代入到从动件运动规律的运动方程中，得到凸轮轮廓曲线的极坐标方程如表 22 所示。 表 22 凸轮轮廓曲线的极坐标方程 （ 2） 用 CAXA 公式曲线功能绘制凸轮轮廓推程曲线 打开 CAXA 线切割软件，选择绘制→高级曲线→公式曲线命令，系统弹出“公式曲线”对话框 ]14[ ，在该对话框中选择坐标系为极坐标系，选择参变量 t的单位为角度。 按照表 22 所示的推程段凸轮轮廓确。