实验二盘形凸轮轮廓曲线设计

湖南安全技术职业学院

课程设计说明书设计题目：盘形凸轮轮廓曲线的设计

专业班级：安全技术管理0704

设计人：_______________

指导人：_______________ 二○○八年十一月二十六日

一、设计题目：盘形凸轮轮廓曲线设计

二、设计内容：

设计盘形凸轮轮廓曲线。凸轮基圆半径r b=20mm，滚子半径r T=8mm，凸轮等角速度逆时针回转，从动件的运动规律为：

1．绘制当从动件为尖顶直动从动件时，盘形凸轮轮廓曲线；

2．绘制当从动件为滚子直动从动件时，盘形凸轮轮廓曲线。

三、设计原理

用图解法设计盘形凸轮轮廓采用的方法是反转法。即给整个凸轮机构加上一个公共角速度（-ω），这时凸轮与从动件之间的相对运动并未改变，但凸轮变为相对静止，而从动件与机架连同导路一方面以角速度（-ω）绕轴心O回转，另一方面从动件又相对于机架导路作往复移动。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以，反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。

四、设计步骤：

1．选取适当比例尺作位移曲线，选比例尺μl=0.5mm/mm，角度比例尺μδ=3°/mm。

2．作基圆取分点

任取一点O为圆心；以点A0为从动件尖顶的最低点，由比例尺取r b=40mm 作基圆。从B点始，按（－ ）方向取推程角、回程角和近停程角，并分成与位移线图对应的相同等分，得分点B1、B2、…、B11与B点重合。

3．画凸轮轮廓曲线

（1）对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线

（2）滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线。把滚子中心看做对心尖顶移动从动件的尖顶，按给定的运动规律绘制出曲线为凸轮的理论轮廓。

（3）从动件为滚子时，把尖顶看作是滚子中心，以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚子半径8mm为半径，作一系列滚子圆，滚子的内包络线，为滚子凸轮的实际轮廓线`。凸轮的基圆指的是理论轮廓线上的。

第4.3节(盘形凸轮廓线的设计)

第三节 盘形凸轮廓线的设计 当根据工作要求和结构条件选定了凸轮机构的类型、从动件的运动规律和凸轮的基圆半径（其确定将在下节中介绍）等结构参数后，就可以设计凸轮的轮廓曲线。凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法，其设计原理基本相同。本节先简要介绍图解法，后重点介绍解析法设计凸轮廓线。 一、凸轮廓线设计的基本原理 图4-13 反转法设计凸轮廓线基本原理 图4-13所示为一尖顶对心盘形凸轮机构，设凸轮以等角速度ω逆时针转动，推动从动件2在导路中上、下往复移动。当从动件处于最低位置时，凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触，当凸轮转过1ϕ角时，凸轮的向径A A 0将转到A A '0位置，而凸轮轮廓将转到图中虚线所示的位置。从动件尖端从最低位置A 上升至B '，上升的位移为B A S '=1，这是从动件的运动位移。 若设凸轮不动，从动件及其运动的导路一起绕A 0点以等角速度-ω转过1ϕ角，从动件将随导路一起以角速度-ω转动，同时又在导路中作相对导路的移动，如图中的虚线位置，此时从动件向上移动的位移为B A 1。而且，11S B A B A ='=，即在上述两种情况下，从动件移动的距离不变。由于从动件尖端在运动过程中始终与凸轮轮廓曲线保持接触，所以从动件尖端的运动轨迹即为凸轮轮廓。设计凸轮廓线时，可由从动件运动位移先定出一系列的B 点，将其连接成光滑曲线，即为凸轮廓线。 由于这种方法是假设凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称为反转法。对其它类型的凸轮机构，也可利用反转法进行分析和凸轮廓线设计。 二、图解法设计凸轮廓线 1. 移动从动件盘形凸轮廓线的设计 （1）尖端从动件 图4-14a 所示为一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构。设已知凸轮的基圆半径为b r ，从动件导路偏于凸轮轴心A 0的左侧，偏距为e ，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动。从动件的位移曲线如图4-14b 所示，试设计凸轮的轮廓曲线。

机械设计与实践教案 项目2 凸轮机构设计 (教案)

项目2 凸轮机构设计 1．教学目标 （1）了解凸轮机构的分类及应用； （2）了解推杆常用运动规律的选择原则； （3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题； （4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。 2．教学重点和难点 （1）推杆常用运动规律特点及选择原则； （2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计； （3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。 难点：“反转法原理”与压力角的概念。 3．讲授方法 多媒体课件 4．讲授时数 8学时 任务一凸轮机构的应用 【任务导入】 凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。受奥拓汽车零部件制造有限公司委托带领学员分析汽车内燃机凸轮机构的工作过程。 【任务分析】 在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构，汽车机构也不例外，如图2.1是汽车内燃机凸轮机构的工作简图。

【力学知识】 平面汇交力系的简化与平衡方程 按照力系中各力的作用线是否在同一平面内，可将力系分为平面力系和空间力系。若 各力作用线都在同一平面内并汇交于一点，则此力系称为平面汇交力系。按照由特殊到一般的认识规律，我们先研究平面汇交力系的简化与平衡规律。 设刚体上作用有一个平面汇交力系F 1、F 2、…、F n ，各力汇交于A 点（图2.2a ）。根据力的可传性，可将这些力沿其作用线移到A 点，从而得到一个平面共点力系（图2.2b ）。故平面汇交力系可简化为平面共点力系。 连续应用力的平行四边形法则，可将平面共点力系合成为一个力。在图2.3b 中，先合成力F 1与F 2（图中未画出力平行四边形），可得力F R1，即 F R1＝F 1+ F 2；再将F R1与F 3合成为力F R2，即F R2＝F R1+ F 3；依此类推，最后可得 F R ＝F 1+ F 2+…+ F n ＝∑F i （2－1） 式中 F R 即是该力系的合力。故平面汇交力系的合成结果是一个合力，合力的作用线 通过汇交点，其大小和方向由力系中各力的矢量和确定。 若已知F 的大小及其与x 轴所夹的锐角α ，则有 ? ??-==ααsin cos F F F F y x （2－2） 如将F 沿坐标轴方向分解，所得分力F x 、F y 的值与在同轴上的投影F x 、F y 相等。但须 注意，力在轴上的投影是代数量，而分力是矢量，不可混为一谈。 若已知F x 、F y 值，可求出F 的大小和方向，即 ?? ???=+=x y y x F F F F F αtan 22 （2－3） 【设计知识】 一、凸轮机构的分类及应用 根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种： （1）按凸轮的形状分类

凸轮轮廓曲线设计的基本原理

凸轮轮廓曲线设计的基本原理 一、引言 凸轮作为机械传动中的一种重要元件，其设计对于机械传动的性能具有重要影响。凸轮轮廓曲线设计是凸轮设计中的一个关键环节，其目的是使得凸轮在运动过程中能够满足特定的运动要求。本文将介绍凸轮轮廓曲线设计的基本原理。 二、凸轮运动学基础 在介绍凸轮轮廓曲线设计之前，我们需要先了解一些凸轮运动学基础知识。 1. 凸轮类型 根据不同的应用场景和工作要求，凸轮可以分为以下三种类型：（1）往复式凸轮：用于转换旋转运动为往复直线运动。 （2）回转式凸轮：用于转换旋转运动为旋转或者往复曲线运动。（3）摆线式凸轮：用于将旋转运动转换为直线往复运动。 2. 凸轮参数 在进行凸轮设计时，需要确定一些关键参数，包括： （1）基圆半径：即未加工前的圆形母体半径。 （2）偏心距：即摇杆中心线与凸轮中心线的距离。

（3）凸轮高度：即凸轮曲线顶点到基圆半径的距离。 （4）凸轮半径：即凸轮曲线顶点到凸轮中心线的距离。 3. 凸轮运动 在运动学分析中，我们通常将凸轮视为一个旋转体，其运动可以分为 两个方向：径向和周向。根据不同的工作要求，我们可以通过调整凸 轮参数来实现不同的运动方式。 三、凸轮轮廓曲线设计基本原理 在进行凸轮设计时，我们需要根据具体的工作要求来确定其运动方式，并且通过合理的曲线设计来实现这种运动方式。下面将介绍一些常用 的凸轮曲线设计方法。 1. 圆弧法 圆弧法是一种简单直观的凸轮曲线设计方法。该方法将整个曲线分为 多段圆弧，并且通过调整圆弧半径和连接处角度来控制曲线形状。该 方法适用于一些简单的往复或者回转式凸轮设计。 2. 三角函数法 三角函数法是一种常用的摆线式凸轮设计方法。该方法将凸轮曲线表 示为三角函数的形式，通过调整函数参数来控制曲线形状。该方法适 用于一些要求高精度和高速度的摆线式凸轮设计。

机械设计教案：凸轮机构的认识与盘形凸轮轮廓的设计

授课教案

No

任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟 复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习： （1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。15分钟 本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。 教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理 （2）分小组学习: 40分钟 3.1.1常用设备中的凸轮机构 1. 凸轮机构的组成 如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。 2.凸轮机构应用实例 自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。 3.1.2凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种： 1.按凸轮形状分类 (1）盘形凸轮（2）移动凸轮。（3）圆柱凸轮 2.按从动件形式分类 （1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件 从动件的结构形式 3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记 学生发言汇报并记录学习笔记 阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记 No

（1）直动从动件 直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。 （2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。 4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合 利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触， （2）形锁合 利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。 3.1.3凸轮机构的常用术语如下： 1.凸轮基圆与基圆半径b r 2.凸轮的转角δ 凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。具体包括推程运动角0δ、远停程运 动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S δ'。 3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。 3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图 在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。 从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运 动规律）等常用运动规律。 1.等速运动规律 No

凸轮轮廓曲线的设计

凸轮轮廓曲线的设计 1. 引言 凸轮是一种机械传动装置，常用于将圆周运动转换为直线或曲线运动。凸轮的轮廓曲线设计是指根据特定要求和功能，确定凸轮的形状和尺寸的过程。本文将详细介绍凸轮轮廓曲线的设计原理、方法和注意事项。 2. 凸轮轮廓曲线的基本原理 凸轮的基本原理是通过其特定形状的外边缘，使其在旋转时能够驱动其他机械部件做直线或曲线运动。凸轮的外形通常由一条或多条连续光滑的曲线构成，这些曲线被称为凸轮的轮廓曲线。 3. 凸轮轮廓曲线设计方法 3.1 几何法 几何法是最常用的凸轮轮廓曲线设计方法之一。其基本步骤如下： 1.确定所需运动类型：直线运动、往复运动、旋转运动等。 2.根据所需运动类型选择合适的基本函数：例如直线函数、正弦函数等。 3.根据基本函数的特点和要求，确定凸轮的参数：例如振幅、周期等。 4.利用基本函数和凸轮参数，绘制凸轮的轮廓曲线。 5.对绘制得到的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.2 数值法 数值法是利用计算机辅助设计软件进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.确定凸轮的运动类型和要求。 2.利用计算机辅助设计软件创建凸轮模型。 3.在软件中选择合适的曲线函数和参数，并进行凸轮参数设置。 4.根据所选曲线函数和参数，生成凸轮的轮廓曲线。 5.对生成的曲线进行优化和调整，以满足设计要求。 3.3 实验法 实验法是通过制作实物模型来进行凸轮轮廓曲线设计的方法。其基本步骤如下： 1.根据设计要求和实际情况，选择合适的材料和加工工艺制作凸轮模型。 2.在模型上标记出所需运动类型对应的参考点。 3.利用传感器等设备记录参考点在运动过程中的位置。

机械原理 凸轮机构及其设计

第六讲凸轮机构及其设计 （一）凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构 1．组成：凸轮，推杆，机架。 2．优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。 二、凸轮机构的分类 1．按凸轮的形状分：盘形凸轮圆柱凸轮 2．按推杆的形状分 尖顶推杆：结构简单，能与复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意预期运动。易遭磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合 滚子推杆：滚动摩擦力小，承载力大，可用于传递较大的动力。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 平底推杆：不考虑摩擦时，凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直，受力平稳；易形成油膜，润滑好；效率高。不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。 3．按从动件的运动形式分（1）往复直线运动：直动推杆，又有对心和偏心式两种。（2）往复摆动运动：摆动推杆，也有对心和偏心式两种。 4．根据凸轮与推杆接触方法不同分： （1）力封闭的凸轮机构：通过其它外力（如重力，弹性力）使推杆始终与凸轮保持接触，（2）几何形状封闭的凸轮机构：利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮 （二）推杆的运动规律 一、基本名词：以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r称为基圆半径。推程：当凸轮以角速度转动时，推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。推杆上升的最大距离称为推杆的行程，相应的凸轮转角称为推程运动角。回程：推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程，对应的凸轮转角称为回程运动角。休止：推杆处于静止不动的阶段。推杆在最远处静止不动，对应的凸轮转角称为远休止角；推杆在最近处静止不动，对应的凸轮转角称为近休止角 二、推杆常用的运动规律 1．刚性冲击：推杆在运动开始和终止时，速度突变，加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆产生非常大的惯性力，因而使凸轮受到极大冲击，这种冲击叫刚性冲击。 2.柔性冲击：加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起有限冲击，

机械原理教案12凸轮机构轮廓曲线的设计

二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机 构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。 例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。从动件运动规律如下表所示： 推程 远休止 回程 近休止 运动角 1120δ= 260δ= 903=δ 490δ= 从动件运动规律 等速运动 正弦加速度运动 设计步骤： 1、建立推程段的位移方程：18120s δ =，回程段的位移方程： 12π181sin 902π90s δδ⎡⎤ ⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣ ⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份， 并求得对应点的位移。 2、画基圆和从动件的导路位置 3、画反转过程中从动件的各导路位置 4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点 5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。 需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。 2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。 如图6-19。 r0 a A0 A1 O B0B1

内 容 3．直动滚子从动件盘形凸轮机构 例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。设计该机构。 设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径 4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构 思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17 图6-16 图6-17 图6-18 图6-19

绘制凸轮 (2)

凸轮作为一种通用的传动机构,有其特殊的设计和加工方法.文章探讨了基于UG的凸轮参数化建模技术,建立了绘制凸轮理论轮廓曲线的表达式,成功地实现了盘形凸轮的参数化建模,为在UG中实现凸轮的无图加工及运动、动力分析提供了必备的实体模型 1 序言 Unigraphics软件是一个集成化的CAD /CAECAM系统软件,它为工程设计人员提供了非常强大的应用工具,这些工具可以对产品进行设计(包括零件设计和装配设计)、工程分析(有限元分析和运动机构分析)、工程图绘制、数控加工程序编制等,极大地提高了企业的技术创新能力和对市场的快速反应能力。UG NX基本工作流程是:设计人员先按照有关理论 对零件造型,接着就可利用其数字化装配尽早发现问题,如检查干涉和间隙调整。利用其工程分析功能可以验证其运动学和动力学性能,据此可进一步完善设计。完善后的零件,一方面可自动转换为工程图以便加工,另一方面可根据需要,将一些复杂型面直接转换为数控 加工程序。显然造型是第一步,也是比较重要的一步。 凸轮机构在现代机械中越来越广泛的得到应用，由于只需设计适当的轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，同时在某些机构中通常要求从动件的位移、速度或加速度按照给定的规律变化;若采用连杆机构实现给定的运动规律比较困难，特别是较复杂的运动规律很难实现;但凸轮机构能较易实现复杂运动规律，同时凸轮机构还具有结构简单、体积小等优点。 当前，在凸轮的设计过程中，利用计算机进行辅助设计已经成为主流，在UG的建模环境中利用UG表达式和规律曲线来快速准确的生成凸轮轮廓曲线，从而完成凸轮的三维实体建模。在装配环境中将凸轮与从动件按其匹配关系进行装配，从而实现凸轮机构的三维造型。在运动环境中，通过定义连杆、添加运动副对凸轮机构进行仿真运动和运动分析，通过仿真过程判断凸轮机构的运动结果是否与设计要求相一致，从而对凸轮机构进行改进。 2 盘形凸轮零件分析 图1是我公司生产某型号产品中的凸轮零件，偏心距为10mm，机构在运动过程中的运动规律为：当凸轮转过60°时，推杆等加速等减速上升10mm;凸轮继续转过120°推杆停止不动，凸轮再继续转过60°时，推杆等加速等减速下降10mm;最后，凸轮转过所余下120°时，推杆又停止不动。基圆半径为50mm，推杆滚子的半径为5mm。 图1 凸轮零件图 3 基于UG的凸轮参数化建模技术

凸轮设计步骤

所属标签：产品外观设计 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。下面时间财富网的小编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OC 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C 4、C 5 、C 9 诸点。将推程运动角和回程 运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C 1、C 2 、C 3 和C 6 、C 7 、C 8 诸点。 4) 过C1、C2、C3、...作偏距圆的一系列切线，它们便是反转后从动件导路的一系列位置。 5) 沿以上各切线自基圆开始量取从动件相应的位移量，即取线段C1B1=11' 、C2B2=22'、...，得反转后尖底的一系列位置B1、B2、...。 6) 将B0、B1、B2、...连成光滑曲线（B4和B5之间以及B9和B0之间均为以O 为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。

简述盘形凸轮轮廓设计的反转法原理

盘形凸轮轮廓设计的反转法原理 1. 引言 盘形凸轮是机械传动中常用的元件，用于将旋转运动转化为直线运动或改变运动方向。盘形凸轮的轮廓设计是保证其正常工作的关键。反转法是一种常用的盘形凸轮轮廓设计方法，本文将详细介绍该方法的基本原理及其应用。 2. 反转法基本原理 反转法是一种通过对已知曲线进行镜像、旋转和平移等操作得到新曲线的方法。在盘形凸轮设计中，反转法可以通过以下步骤实现： 步骤1：确定基础曲线 首先需要确定一个基础曲线，该曲线可以是任意平滑连续的曲线。通常选择一个简单的圆弧或直线作为基础曲线。 步骤2：镜像操作 将基础曲线关于x轴进行镜像操作，得到关于x轴对称的新曲线。 步骤3：旋转操作 将镜像后的新曲线绕x轴旋转一定角度，得到一个新的旋转后的曲面。 步骤4：平移操作 将旋转后的曲面沿x轴平移一定距离，得到最终的盘形凸轮轮廓。 3. 反转法原理解释 反转法的基本原理是通过对已知曲线进行一系列几何变换操作，得到新的曲线。下面将对每个步骤进行详细解释： 步骤1：确定基础曲线 基础曲线可以是任意平滑连续的曲线，通常选择圆弧或直线作为基础曲线。这是因为圆弧和直线在凸轮设计中应用广泛，且容易计算和制造。 步骤2：镜像操作 镜像操作是将基础曲线关于x轴进行镜像，即将曲线上所有点的y坐标取相反数。这样可以得到关于x轴对称的新曲线。镜像操作可以通过改变符号来实现，不需要进行复杂的几何计算。

步骤3：旋转操作 旋转操作是将镜像后的新曲线绕x轴旋转一定角度。这样可以得到一个新的旋转后的曲面。旋转角度通常根据具体设计要求来确定，可以根据所需运动轨迹和机构参数进行计算。 步骤4：平移操作 平移操作是将旋转后的曲面沿x轴平移一定距离，得到最终的盘形凸轮轮廓。平移距离也可以根据设计要求来确定，通常需要考虑凸轮与其他机构之间的间隙和相对位置。 通过以上步骤，就可以利用反转法得到一个满足设计要求的盘形凸轮轮廓。这种方法简单直观，且可以灵活调整各个参数以满足不同的设计需求。 4. 反转法应用 反转法广泛应用于盘形凸轮的轮廓设计中。通过调整基础曲线、镜像、旋转和平移等操作，可以得到各种不同形状和尺寸的盘形凸轮。在实际应用中，还可以结合数值计算和优化方法对反转法进行改进和优化。 盘形凸轮广泛应用于机械传动系统中，如汽车发动机、工业机械等。其优点包括简单可靠、传动效率高等。通过合理设计盘形凸轮的轮廓，可以实现复杂的运动曲线和运动规律，满足不同的机械传动需求。 5. 总结 本文详细介绍了盘形凸轮轮廓设计的反转法原理及其应用。反转法通过对已知曲线进行镜像、旋转和平移等操作，可以得到满足设计要求的盘形凸轮轮廓。该方法简单直观，灵活性高，广泛应用于机械传动系统中。通过合理设计盘形凸轮的轮廓，可以实现复杂的运动曲线和运动规律，满足不同的机械传动需求。

简述盘形凸轮轮廓设计的反转法原理

盘形凸轮轮廓设计的反转法原理 简介 盘形凸轮是一种常见的机械传动装置，用于将旋转轴的直线运动转换为旋转运动。它由凸轮和随动件构成，通过凸轮轮廓的设计和随动件的运动，实现所需的机械运动。反转法是一种用于盘形凸轮轮廓设计的常用方法，通过该方法可以快速、简便地设计出满足需求的凸轮轮廓。 反转法原理 反转法是一种基于凸轮轮廓与随动件的相对运动关系的设计方法。其基本原理是：1. 确定凸轮的旋转运动规律； 2. 确定随动件的运动规律； 3. 基于随动件的运动规律，反向确定凸轮的轮廓。 步骤一：确定凸轮的旋转运动规律 首先，需要明确凸轮的旋转运动规律，即凸轮与旋转轴之间的运动关系。常见的凸轮运动规律有恒速运动、简谐运动和等角加速度运动。根据实际需求和设计要求，选择合适的凸轮运动规律。 步骤二：确定随动件的运动规律 随动件是与凸轮配合的从动件，其运动规律由凸轮的轮廓决定。通常，随动件的运动规律有平移运动、摆动运动和复杂曲线运动等。根据实际需求和设计要求，选择合适的随动件运动规律。 步骤三：反向确定凸轮的轮廓 在确定了凸轮的旋转运动规律和随动件的运动规律后，需要根据随动件的运动规律反向确定凸轮的轮廓。具体步骤如下： 1.将随动件的运动规律转换为凸轮轮廓上的点的运动规律。对于平移运动的随 动件，其轮廓上的点沿着一条直线移动；对于摆动运动的随动件，其轮廓上的点在一条曲线上摆动；对于复杂曲线运动的随动件，其轮廓上的点在一条复杂曲线上移动。

2.将凸轮轮廓上的点的运动规律转换为凸轮的轮廓。根据随动件的轮廓上点的 运动规律，确定凸轮轮廓上对应点的位置。 3.根据凸轮轮廓上的点的位置，绘制出完整的凸轮轮廓。可以使用计算机辅助 设计软件进行绘制，也可以手工绘制。 4.对设计的凸轮轮廓进行优化和调整，以满足实际需求和设计要求。 5.验证设计的凸轮轮廓是否满足要求，可以通过模拟运动或实际制作凸轮来进 行验证。 适用范围 反转法适用于设计盘形凸轮的轮廓，可以应用于各种工程领域，如机械工程、汽车工程、航空航天工程等。在实际设计中，需要根据具体的要求和工况选择合适的凸轮运动规律和随动件运动规律，以满足系统的运动需求。 优缺点分析 盘形凸轮轮廓设计的反转法具有以下优点： - 设计简单：通过确定凸轮和随动件的运动规律，可以快速、简便地设计出满足需求的凸轮轮廓。 - 灵活性高：可以根据实际需求和设计要求选择合适的凸轮运动规律和随动件运动规律。 - 可验证性好：可以通过模拟运动或实际制作凸轮来验证设计的凸轮轮廓是否满足要求。 但也存在一些缺点： - 对设计者要求较高：需要对凸轮和随动件的运动规律有深入的理解和掌握，才能进行准确的设计。 - 受限制较大：凸轮轮廓的设计受到随动件运动规律的限制，难以实现一些复杂的运动要求。 应用案例 盘形凸轮轮廓设计的反转法在工程实践中有着广泛的应用。以下举例说明几个典型的应用案例。 柴油机的进气凸轮轮廓设计 柴油机的进气凸轮主要用于控制柴油机进气门的开闭时间和幅度，以实现柴油机的正常工作。通过反转法可以设计出合适的进气凸轮轮廓，准确控制进气门的运动，提高柴油机的燃烧效率和性能。

02 机械设计基础 拓展阅读：图解法设计凸轮机构轮廓曲线

图解法设计凸轮机构轮廓曲线 从动件的运动规律与凸轮的轮廓曲线是密切相关的。那如何通过预期的从动件运动规律来设计凸轮的轮廓曲线呢？ 凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便易行且直观，但精确度有限，一般适用于低速或对从动件运动规律要求不太严格的凸轮机构的设计。解析法精确度高，一般应用于高速凸轮或精度要求较高的凸轮。接下来从作图原理、作图方法、凸轮机构设计中的常见问题三个方面来认识图解法。 一、作图原理。绘制凸轮轮廓曲线采用的是“反转法”原理，如图1所示。根据相对运动原理，给整个凸轮机构加一个与凸轮角速度ω1大小相等、方向相反的角速度-ω1，于是凸轮处于相对静止状态，而从动件一方面随机架以角速度-ω1绕凸轮轴心转动，另一方面又按已知的运动规律相对机架做直线运动，此时机构中各构件之间的相对运动并未改变。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以反转过程中从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。 图1 反转法原理 二、作图方法。以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制为例，如图2所示，其绘制步骤有四步。（1）确定凸轮的起始位置。按照从动件位移曲线一 为半径画基圆，在基圆上任取一点A作为从动件的初始位样的长度比例尺，r min 置。（2）等分位移曲线，得各分点位移量。即将推程运动角δt分成若干等分，得1、2、3、4、5、6、7、8.由各等分点作垂线，与位移线相交，得与凸轮各转角相应的从动件的位移量11’到88’。用相同的方法将回程运动角δh等分成若干份，并得出相应的从动件的位移量。（3）作从动件尖顶运动轨迹。在基圆上，

自初始位置A开始，沿-ω 方向，依次取角度，按位移线图中相同等分，对推程 1 运动角δt、回程运动角δh分别作等分，在基圆上得分点1、2、3到14。连接基圆中心点到这些分点，则就是反转后从动件导路的位置。在这位置线上截取位移曲线11’等于凸轮位置线上11’，用同样的方法取后面的点。则1’、2’、3’一直到14’就是从动件的运动轨迹。（4）绘制凸轮轮廓。将凸轮上1’、2’、3’至14’用光滑曲线连接起来则得到了凸轮轮廓曲线。 图2 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的绘制 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制与刚才介绍的对心直动尖顶从动件的凸轮轮廓曲线绘制类似，如图3所示。首先将滚子的中心看作顶尖从动件的顶尖，按刚才介绍凸轮轮廓曲线的绘制的方法，作出尖顶从动件的理论轮廓曲线，再以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径为半径作一系列滚子圆，最后作这些圆的包络线，则得到对心直动滚子从动件凸轮的实际轮廓。 图3 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的绘制

凸轮轮廓课程设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计

广东工业大学华立学院 课程设计（论文） 课程名称机械原理课程设计 题目名称对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计 学生学部（系）机电工程学部 专业班级10机械2班 学号 (40) 学生姓名~开 指导教师 2012年06月30日

广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书 一、课程设计（论文）的内容 通过利用AutoCAD软件、AutoCAD二次开发技术绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓，用图解法进行对心直动平底从动件盘形凸轮机构的设计，计算出平底推杆平底尺寸长度，最后查验压力角是不是知足许用压力角的要求。 1）二、课程设计（论文）的要求与数据 1.用图解法设计盘形凸轮机构，并用CAD画出凸轮轮廓。 2.用图解法设计盘形凸轮机构，并求出平底推杆平底尺寸长度。 3.按照从动件的运动规律计算出位移并绘画该曲线在图纸上； 4.查验压力角是不是知足许用压力角的要求； 5.编写课程设计说明书 三、课程设计（论文）应完成的工作 1.绘制对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓机构的设计简图。 2.绘制出从动件的位移曲线图。 3.查验压力角是不是知足许用压力角的要求而且计算出平底推杆平底尺寸长 度。 4.完成课程设计说明书。

四、课程设计（论文）进程安排 五、应搜集的资料及主要参考文献 [1] ]孙恒.机械原理（第七版）[M] .北京：高等教育出版社，2006 [2]孙恒.机械原理（第六版）[M] .北京：高等教育出版社，2001 [3]曹金涛.凸轮机构设计[M].北京：机械工业出版社，1985. [4]管荣法.凸轮与凸轮机构基础.[M] 北京：国防工业出版社，1985 发出任务书日期：2012 年6 月16日指导教师签名： 计划完成日期：2012 年6 月30 日教学单位责任人签章：

机械原理-凸轮设计(偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计)

中国地质大学 课程论文 题目偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 指导老师__ _____________ 姓名 班级 学号 专业机械设计制造及其自动化 院系机电学院 日期 2015 年 5 月 30 日

解析法分析机构运动 ——MATLAB辅助分析摘要： 在各种机械，特别是自动化和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构，例如盘形凸轮机构在印刷机中的应用，等经凸轮机构在机械加工中的应用，利用分度凸轮机构实现转位，圆柱凸轮机构在机械加工中的应用。 凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。正因如此，凸轮机构不可能被数控，电控等装置完全代替。但是凸轮机构的缺点是凸轮轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损，凸轮制造较困难。在这些前提之下，设计者要理性的分析实际情况，设计出合理的凸轮机构，保证工作的质量与效率。 本次设计的是偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，推杆是滚子推杆，这种推杆由于滚子与凸轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，可用来传递较大动力，因而被大量使用，通过设计从根本上了解这种凸轮机构的设计原理，增加对凸轮机构的认识。通过用MATLAB软件进行偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，得出理论廓线和工作廓线，进一步加深对凸轮的理解。 一、课程设计（论文）的要求与数据 设计题目：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 试设计偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的理论轮廓曲线和工作廓线。已知凸轮轴置于推杆轴线右侧，偏距e=20mm，基圆半径r0=50mm，滚子半径r r=10mm。凸轮以等角速度沿顺时针方向回转，在凸轮转过δ2=120°的过程中，推杆按正弦加速度沿顺时针方向回转，在凸轮转过δ2=30°时，推杆保持不动；其后，凸轮在回转角度δ3=60°期间，推杆又按余弦加速度运动规律下降至起始位置；凸轮转过一周的其余角度时，推杆又静止不动。求实际和理论轮廓线，验算压力角，验算失真情况，确定铣刀中心轴位置。 二、设计数据

02 机械设计基础 拓展阅读：对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的设计案例

对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的设计案例 设计要求为：设计一对心直动尖底从动件盘形凸轮机构，凸轮逆时针转动，基圆半径为40mm，推程角为1200，从动件等加速等减速运动规律上升40mm，远停程角为600，回程角为900，从动件以等速运动规律回到原处，近停程角为900。 位移线图的简化画法如图1所示。设计步骤如下： （1）选取适当比例尺作位移线图：选取长度比例尺和角度比例尺为 μ =0.001m／mm，μδ=20／mm l （2）在纵坐标上按长度比例尺标出μl行程h。 （3）在横坐标上按角度比例尺标出推程角1200、远程角600、回程角900、近停程角900 。 （4）在横坐标上，将推程角1200的线段等分成8等份，得等分点1、2、3、4、5、6、7、8，过这些等分点分别做横坐标的垂线。 （5）将h也分成与推程运动角相同的8等分，等分点为1’、2’、3’、4’、5’、6’、 7’、 8’。 （6）分别由推程的始点O和终点O’连成O1’、O2’、O3’、O4’、 O ’5’、O ’ 6’、 O’7’、 O’8’斜线，将这些斜线依次与横坐标上等分点的垂线相交，得到一系列交点。用光滑曲线连接这些交点便得从动件在推程段的位移曲线。 （7）在代表远停程运动角600的线段范围内，过推程终点O’画一段与横坐标平行的直线，便得从动件在远停段的位移曲线。在代表近停程角900的线段范围内，画一条与横坐标重合的直线，便得从动件在近停程的位移曲线。在代表回程角900的线段范围内，将远停程的终点和近停程的始点连起来，便得从动件在回程段的位移曲线。

图1 从动件的位移线图 （8）根据作位移线图时的长度比例尺和已知的基圆半径40mm画出基圆，取图中A 点作为从动件的起始点。并按“-ω”方向确定各运动角的位置。 （9）位移曲线进行等分，如图2所示。过推程角的8个等分点作垂线，分别与位移曲线相交。即得到了凸轮各转角相应的从动件的位移量为线段11’、22’、33’、 44’、 55’、 66’、77’、88’。 （10）方向等分。在基圆上将推程角分成与位移线图对应的相同等分。依次 连接O A 1’、O A 2 ’、O A 3 ’、O A 4 ’、O A 5 ’、O A 6 ’、O A 7 ’ O A 8 ’，得 到反转后从动件导路的位置。分别截取A 1A’ 1 =11’、 A 1 A’ 1 =22’ A 1 A’ 1 =33’… A 8A 8 ’ =88’。得到的A 1 至A 8 点为从动件尖顶的运动轨迹。用光滑的曲线连接这 些点，则画出了推程段的凸轮轮廓曲线。 （11）画远停程段的凸轮轮廓曲线。也就是从动件停留在远离凸轮轴心的位置A 8， 此时凸轮轮廓线就是一个圆弧，无须等分。 （12）在位移曲线上将回程角6等分，得凸轮各转角相应的从动件的位移量为线段99’、 1010’… 1414’，在基圆上将回程运动角同样6等分，依次连接O A9’、… O A14’，分别截取A9A9’ =99’、 A10A10’ =1010’… A14A14’=14 14’，得点A9 … A14，为从动件尖顶的运动轨迹，用光滑的曲线连接这些点，则画出了回程段的凸轮轮廓曲线。 （13）画近停程段的凸轮轮廓曲线。也就是从动件停留在离凸轮轴心最近的位置，则沿着基圆将圆弧画出来。整个凸轮轮廓曲线通过作图的方式完成了。

机械原理课程设计说明书-偏置直动滚子盘形凸轮设计

机械原理课程设计说明书-偏置直动滚子盘形凸轮设计 一、设计目的 本次课程设计旨在通过实际设计偏置直动滚子盘形凸轮的过程，巩固学生对机械原理知识的掌握和理解，同时培养学生的机械设计能力和实践能力。 二、设计原理 偏置直动滚子盘形凸轮是一种用于传递旋转运动的机构，其中凸轮为驱动部件，用于带动连杆的运动。本次设计采用的偏置直动滚子盘形凸轮结构如下图所示： 图1 偏置直动滚子盘形凸轮结构示意图 凸轮为圆盘形，上面的轮廓线曲线称为凸轮轮廓线。偏置直动滚子盘形凸轮上轴心方向的轴向偏置距离称为偏置距离，用e表示。偏置直动滚子盘形凸轮的压力角为20度，压力角是指接触点处的相对速度方向与接触面法线平面的夹角。 三、设计要求 本次设计的偏置直动滚子盘形凸轮需满足如下要求： 1.凸轮的转速不超过100r/min； 2.凸轮的凸、凹半径分别为25mm和13mm； 3.凸轮的周期为360度，接触点运动时间占周期的50%； 4.滚子的径向力不超过80N； 5.滚子的内侧应由导槽限制； 6.选择合适的材料，确保凸轮的寿命不低于8000小时； 7.设计合理的润滑方式，保证摩擦性能良好。 四、设计步骤

1.确定凸轮的凸、凹半径，周期和压力角。按照要求绘制凸轮轮廓线，同时确定凸轮的偏置距离和滚子直径； 2.确定凸轮和连杆的相对位置，确定滚子位置，设计导槽保证滚子不脱离凸轮； 3.选择合适的材料，计算凸轮的耐疲劳寿命； 4.设计合理的润滑方式，计算滚子的径向力，保证润滑效果良好； 5.进行CAD三维建模，绘制装配图。 五、设计计算 1.凸轮的轮廓线曲线为时钟曲线，其方程为： x=cosθ+eθsinθ y=sinθ-eθcosθ 其中，e为偏置距离，θ为角度； 2.滚子直径为8mm； 3.滚子径向力计算： F=2.5(Pmax+Plub)sinΔ/2 其中，Pmax为接触点最大压力，Plub为黏着力，Δ为凸轮周期的50%； 4.凸轮的材料为40Cr，按照材料参数计算凸轮的寿命。 六、设计结果 按照上述设计流程，在CAD中建立模型并绘制装配图。检查设计结果，满足上述要求。 七、结论 本次课程设计通过实际的机械设计过程，学生们巩固了机械原理知识，提高了机械设计能力和实践能力。设计结果符合要求，达到了预期目的。

机械原理-凸轮设计(偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计)

机械原理-凸轮设计(偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计)

日期 2015 年 5 月 30 日 解析法分析机构运动 ——MATLAB辅助分析摘要： 在各种机械，特别是自动化和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构，例如盘形凸轮机构在印刷机中的应用，等经凸轮机构在机械加工中的应用，利用分度凸轮机构实现转位，圆柱凸轮机构在机械加工中的应用。 凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。正因如此，凸轮机构不可能被数控，电控等装置完全代替。但是凸轮机构的缺点是凸轮轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损，凸轮制造较困难。在这些前提之下，设计者要理性的分析实际情况，设计出合理的凸轮机构，保证工作的质量与效率。 本次设计的是偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，推杆是滚子推杆，这种推杆由于滚子与凸轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，可用来传递较大动力，因而被大量使用，通过设计从根本上

了解这种凸轮机构的设计原理，增加对凸轮机构的认识。通过用MATLAB软件进行偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，得出理论廓线和工作廓线，进一步加深对凸轮的理解。 一、课程设计（论文）的要求与数据 设计题目：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 试设计偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的理论轮廓曲线和工作廓线。已知凸轮轴置于推杆轴线右 =50mm，滚子半径侧，偏距e=20mm，基圆半径r =10mm。凸轮以等角速度沿顺时针方向回转，在r r 凸轮转过δ =120°的过程中，推杆按正弦加速度 2 沿顺时针方向回转，在凸轮转过δ2=30°时，推 =60°期杆保持不动；其后，凸轮在回转角度δ 3 间，推杆又按余弦加速度运动规律下降至起始位置；凸轮转过一周的其余角度时，推杆又静止不动。求实际和理论轮廓线，验算压力角，验算失真情况，确定铣刀中心轴位置。 二、设计数据