(完整word版)摆动式固定凸轮与连杆机构的设计

摆动式固定凸轮与连杆机构的设计

姓名：xxx

学校：湖南工业大学

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机设1002班

学号：xxxxxxxxxx

指导老师：贺兵

时间：2013年12月20日

目录

一、课程设计的目的 (3)

二、设计内容与步骤 (3)

1、设计内容 (3)

2、设计步骤 (3)

三、设计要求 (3)

四、设计指导 (4)

1、概述 (4)

2、基本参数 (5)

3、设计步聚 (6)

1）确定驱动方案 (6)

2）确定e (7)

3）确定h (7)

4）确定α (7)

5）确定δ (7)

6）求算b1、b2 (7)

7）设计凸轮廊线 (9)

8）检验压力角 (12)

五、结论 (14)

六、参考文献 (14)

七、附图 (14)

摘要

包装设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。

本次设计的题目是直动式固定凸轮与连杆机构的设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序；②利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；③画出装配图及其主要零件图；④完成设计计算说明书。

一、课程设计的目的

《包装机械设计》课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本目的是：

（1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。

（2）通过制订设计方案，合理选择裹包机中块状物品推送机构和零件类型，正确计算零件工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的机构的设计过程和方法。

（3）进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。

二、设计内容与步骤

（一）设计内容

以裹包机中块状物品推送机构的典型机构——固定凸轮与连杆组合机构为题。课程设计通常包括如下内容：读懂块状物品推送机构典型机构——固定凸轮与连杆组合机构，了解设计题目要求；分析该块状物品推送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构的基本参数；进行机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。

（二）设计步骤：

（1）设计准备

认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图以及推送机构进行拆装实验等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。

（2）推送机构装置的总体设计

决定推送机构装置的方案；选择机构的类型，计算机构装置的运动参数。

（3）装配图设计

计算和选择机构的参数；确定机体结构和有关尺寸；绘制装配图草图；选择计算轴承和进行支承结构设计；进行机体结构及其附件的设计；完成装配图的其他要求；审核图纸。

（4）零件工作图设计

（5）整理和编写计算说明书

（6）设计总结和答辩

(三)、设计要求

在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下：

１、设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表（草图）。说明书用A4纸打印，约20页左右，并装订成册。

２、设计图样按“机械制图”、“公差与配合”等国家标准完成。

３、零件图按生产图样要求完成，零件的有关精度和技术要求要有合理的标注或说明。

设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计，反对不求甚解、照抄照搬或依赖老师。要求设计态度严肃认真、有错必改，反对敷衍塞责，容忍错误的存在。只有这样，才能保证课程设计达到教学基本要求，在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。

(四)、设计指导

裹包机所包装的产品，绝大多数是单件或多件集合而成的块状物品。包装作业线中前后机之间物品的输送、换向、排列组合，及单机内部的物品移动等，需要用各种各样的机构或装置完成。以下是几种典型的推送块状物品的组合机构一一固定凸轮与连杆组合机构。

1、概述

图1所示，是该机构的结构简图，用于香皂、糖果等裹包机中，将物品向上推送较大距离。原动杆件AB按顺时针方向转动，驱动铰销C上的滚动轴承6在固定槽凸轮4的槽内运动，再通过连杆CD使推送杆（即滑块）2按预定规律作上下往复移动。这种直动从杆类型的固定凸轮与连杆组合机构相当于连杆长度可变的曲柄滑块机构，曲柄为AB，滑块为推送杆，连杆为BD，在运动过程中连杆

BD的长度是变化的。

图1 摆动从动杆类型的固定凸轮和连杆组合的推送机构结构简图

1－转动轴2－固定槽凸轮3－曲柄4－销钉5－连杆

6－连杆2 7－连杆3 8－铰链

图2 摆动从动杆类型的固定凸轮与连杆组合机构示意图

图2所示是摆动从动杆型固定凸轮与连杆组合机构简图。它相当于连杆长度可变的曲柄摇杆机构，原动件为曲柄AB，从动件为摇杆DE，连杆BD长是变化的，其值由杆件BC、CD的长度和它们的夹角（由凸轮确定）决定。

以上两图所示推送机构，除了从动杆的运动形式不同之外，还有一个重要差别：前者是曲柄AB推着杆件BC运动，杆件BC承受压力；后者是曲柄AB拉着BC杆运动，杆件BC承受拉力。这是两种不同的驱动方案。当然，无论是前者还是后者，都可以在两种驱动方案中任意选择，本题我们选择摆从动杆类型的固定凸轮和连杆组合机构。

2、基本参数

为研究方便，特规定：以曲柄回转中心A为坐标的原点，并作x、y轴。对于直动从动类型（见图1所示），y轴与从动杆的运动方向平行；对于摆动从动

杆类型（见图3所示）y轴与铰销D的两个运动极限位置之连线D

0D

1

平行。考虑

到曲柄有两种转向，又规定y轴的正轴逆着曲柄转向旋转900后所得轴为x轴的正轴，于是，前者x轴的正轴向右，而手者则向左。

基本参数有：

e—y轴与D

0D

1

线的间距，简称偏心距；

h—铰销D至x轴的最小距离；a—曲柄AB长；

b 1、b

2

—杆件BC、CD长；

δ—从动杆升程运动起始时刻的曲柄位置AB0和y轴负轴的夹角，δ=1800 －∠B

AY。

铰销B和D的距离用b表示，b=BD，它的最大值和最小值分别用b

max 、b

min

表示。

固定凸轮与连杆组合机构的特点是，从动杆的运动可以像凸轮机构的从动杆那样实现停留和按照定规律（如五次多项式）运动。从动杆的行程、动停时间、运动速度由工艺要求预先给定。这样，当参数e 、h 、α 、δ，确定后，每一运动时刻的b 值及m ax b 、m in b 值也随之确定。显然，b 1、b 2应满足下式

?

??

=-=+min 12max 21b b b b b b (1)

因此，应根据从动杆的运动规律和确定的c 、h 、α、δ、l 值，先计算出b max 、b min ，然后用下式求算b 1、b 2值：

?

??

??+=-=)(2

1

b2)(2

1b1min max min max b b b b (2) 3、设计步聚 1）确定驱动方案

它对凸轮的压力角机构的传动效率影响较大。应根据运动要求确定之。用下

列符号表示运动要求：

m ψ—为摆动总行程；

?1—升程运动对应的曲柄转角；

2?—最高位置停留对应的曲柄转角； 3?—降程运动对应的曲柄转角；

4?—最低位置停留对应的曲柄转角；

4321????+++=3600，当31??>时，先用曲柄AB 拉着杆件BC 运动的方

案；当31??<时，应选用曲柄AB 推着BC 杆运动的方案。31??=时，可任选其中一种方案。因为31??>用曲柄AB 拉着杆件BC 运动的方案

2)、确定l

摆动从动杆长l 由执行构件所完成的推送物品要求而定。摆动从动杆支点E 位置对传动效率也有较大影响，应选用e x E >的方案，E x 为支点E 的x 轴坐标。取l=120mm

32）确定e

摆动从动杆，取e=0～0.4lsin

2

m

ψ=0.3=18mm

4）确定h

从结构紧凑和减小凸轮压力角考虑，应将h 值取小些。但h 值愈小，对从动杆驱动力的压力角也愈大。h ≥2lsin 2m

ψ=l=120mm

5）确定α

若a 值过小，会使凸轮压力角明显增大，甚至不能实现预期运动。 a=1.2～1.8lsin 2

m

ψ=1.5mm

6）确定δ

其值对凸轮的压力角影响极大，δ过小，尤其是过大，会使压力角急剧增加。在前述参数确定后，最好将δ优化，目标函数为

min )(lm lm a a →δ

式中a 1m 为凸轮的最大压力角。先试取δ=20o 。 7） 求算b 1、b 2

须先求算b max 、b min （1）摆动从动杆类型

摇杆运动分为升程（?=0～?1）、最高位置停留（?=?1～?1+?2）、降程（?=?1+?2～?1+?2+?3）、最低位置停留（?=?1+?2+?3～360°）四个阶段求算

B 的坐标为

?

??

+-=+=)cos() sin(?δ?δa y a x B B （3）

铰销D 的坐标为

2

sin 2sin 22cos

2

sin

2ψψψ

ψ

ψψ

-±=-+=m

D m D l e x l h y （4） 式中 ψ——从动杆的角位移

x D 式的正负运算符号取决于支点E 的位置。 当x E ＜e 时取“+”；x E ＞e 时取“—”。 求算b 、b max 、b min 。 b 值为

b=22)()(D B D B y y x x -+- (5)

将式（3）、（4）代入式（5），求算b nax 、b min ，然后用式（2）算得 b 1、 b 2。

因此,应根据从动杆的运动规律和确定的e , h , a 值,先计算出bmax , bmin ,利用MATLAB 应用软件进行编程绘图 ,见图。

fa1=140*pi/180;fa2=0;fa3=120*pi/180;fa4=100*pi/180; a=90;sita=20*pi/180;e=18;

l=120;h=120; fim=60*pi/180; fa01=0:0.001:fa1;

fi=fim*sin((fa01/fa1)*(pi/2)); xb=a.*sin(sita+fa01); yb=-a.*cos(sita+fa01);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2);

yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2);

b01=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2); fa02=fa2+fa1:0.001:fa3+fa2+fa1; fi=

fim*(1+cos(pi*(fa02-fa1-fa2)/fa3))/2;

xb=a.*sin(sita+fa02); yb=-a.*cos(sita+fa02);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2); yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2); b02=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2);

plot(fa01,b01,fa02,b02);

BD 跟?的角度关系曲线图

可以很方便地得到: bmax = 237.2219 mm , bmin =118.2678mm b1 =59.4770 mm , b2 =177.7449 mm 8）设计凸轮廊线

固定凸轮的理论廊线就是滚子中心C 的运动轨迹线，根据铰销B 、D 的位置及b 1、b 2值可确定C 的位置。令铰销B , D 的连线B D 与D0 D1 线(或y 轴) 的夹角为θ, B D 与CD 的夹角为β,则:

B

D D

B

D B y y x x b x x --=-=arctan arcsin

θ (6) 2

2

12222cos bb b b b ar -+=β （7）

显然, xB > x D 时θ为正值,反之则为负值,而β始终为正值。铰销C 的坐标为:

?

??

±+=±+=)cos()sin(22βθβθb y y b x x D C D C （8）

该式运算符号“ + ”和“ —”的确定原则是:令b = bmax 时的φ为m φ , b

= bmin 时的φ为,

m φ,在m φφ=～,

m φ区间,取“ - ”号;在0=φ～m φ和,

m φφ=～

360区间,取“ + ”。

运用MATLAB 应用软件编程画出C 点的轨迹坐标即得到凸轮的轮廓曲线，程序如下：

famax=0.811; famin=3.482;b1=52.0708;b2=178.1895;

fa1=140*pi/180;fa2=0*pi/180;fa3=120*pi/180;fa4=100*pi/180;fim=60*pi/180;

a=90;sita=20*pi/180;e=18; l=120;h=120;

fa01=0:0.002:famax;

fi=fim*sin((fa01/fa1)*(pi/2)); xb=a.*sin(sita+fa01); yb=-a.*cos(sita+fa01);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2); yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2); b=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2); theta1=asin((xb-xd)./b);

beta1=acos((b.^2+b2.^2-b1.^2)./(2.*b.*b2)); xc=xd+b2*sin(theta1+beta1); yc=yd-b2*cos(theta1+beta1); plot(xc,yc);hold on;

fa02=famax+0.002:0.002:fa1; fi=fim*sin((fa02/fa1)*(pi/2)); xb=a.*sin(sita+fa02); yb=-a.*cos(sita+fa02);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2); yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2); b=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2); theta2=asin((xb-xd)./b);

beta2=acos((b.^2+b2.^2-b1.^2)./(2.*b.*b2)); xc=xd+b2*sin(theta2-beta2); yc=yd-b2*cos(theta2-beta2); plot(xc,yc);hold on;

fa03=fa2+fa1:0.002:famin;

fi= fim*(1+cos(pi*(fa03-fa1-fa2)/fa3))/2;

xb=a.*sin(sita+fa03);

yb=-a.*cos(sita+fa03);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2);

yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2);

b=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2);

theta=asin((xb-xd)./b);

beta3=acos((b.^2+b2.^2-b1.^2)./(2.*b.*b2)); xc=xd+b2*sin(theta-beta3);

yc=yd-b2*cos(theta-beta3);

plot(xc,yc);hold on;

fa04=famin:0.002:fa1+fa2+fa3;

fi= fim*(1+cos(pi*(fa04-fa1-fa2)/fa3))/2; xb=a.*sin(sita+fa04);

yb=-a.*cos(sita+fa04);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2);

yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2);

b=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2);

theta=asin((xb-xd)./b);

beta4=acos((b.^2+b2.^2-b1.^2)./(2.*b.*b2)); xc=xd+b2*sin(theta+beta4);

yc=yd-b2*cos(theta+beta4);

plot(xc,yc);hold on;

fa05=fa1+fa2+fa3:0.002:2*pi;

fi= 0;

xb=a.*sin(sita+fa05);

yb=-a.*cos(sita+fa05);

xd=e-2*l.*sin(fi/2).*sin((fim-fi)/2);

yd=h+2*l.*sin(fi/2).*cos((fim-fi)/2);

b=sqrt((xb-xd).^2+(yb-yd).^2);

theta=asin((xb-xd)./b);

beta5=acos((b.^2+b2.^2-b1.^2)./(2.*b.*b2)); xc=xd+b2*sin(theta+beta5);

yc=yd-b2*cos(theta+beta5);

plot(xc,yc);hold on;

图 凸轮轮廓线图

9）检验压力角

凸轮机构设计中,初始参数选择不当会导致凸轮轮廓设计不合理,从而导致从动件运动不能按预定规律进行,或者运行中动力学性能欠佳。

（1）凸轮的压力角1a

参阅图2，1a 为P C 和V c 的夹角。P C 为驱动铰销运动的力(不考虑摩擦力)，BC 重合，v c 为铰链C 的运动方向,，与C 点的凸轮廊线切线重合。用K 1、K 2分别表示P C 、v c 的斜率，则

K 1 = B c B

c x x y y -- （9）

?

?

d dx d dy dx dy K c c c c ÷÷=

=

2 （10） 2

11

211K K K K arctg

a +-= （11）

计算式K 2 时需求函数)(C C x y 或)(φC y ,)(φC x 的一阶导数,这些函数很难用显性方程表示,求解一阶导数更加繁琐,因此本文利用MA TL AB 方便的向量运算功能来求解K 2 。将凸轮细分为若干个点,第i 点的斜率可采用式(12) 来求解。

)

1()1()

1()1()(2+--+--=

i x i x i y i y i K C C C C (12) 在MATLAB 应用程序中对式(12) 进行求解 ,如下: For i=2:length(fa)-1 %fa 凸轮某一段的转角

)(2i K =(C y (i-1))-C y (i+1)/(C x (i-1))-C x (i+1)

end

应保证1a 的最大值不超过许用值，即)(11a a m ≤。可取o a 45)(1=通过计算得到该机构的lm a = 43. 6648°< 45°,设计合理。 （2）从动杆的压力角2a

2a 为CD 杆对铰销D 的驱动力（不考虑摩擦力）与D 的运动方向的夹角。对

于直动从动杆，显然

βθθ±= （13）

对于AB 拉动BC 的驱动方案，在m

m ???'=~区间取“—”号，其它区间取“+”号。应使2a 的最大值[]2max 2a a ≤。摆动从动杆（2a ）=45 o 。通过计算得到该机构的450170.20max 2≤=a

通过对压力角的检验可知,以上参数的设计合理。

六、结论

1) 运用MATLAB 应用软件的编程功能，运用MATLAB程序实现了凸轮连杆机构的计算机辅助设计计算,得到了连杆的长度和凸轮曲线的轨迹,方便地检验了凸轮压力角和从动杆压力角,并分析了关键参数δ值与压力角的关系,最后找到最优方案,从而提高了机构的动力性能。

2) 借用MATLAB 简单的数组计算功能,提出了凸轮压力角有效的计算方法。

七、参考文献

[1]许林成彭国勋.包装机械[M].长沙:湖南大学出版社,1989 .

[2]许林成.包装机械设计与原理[M].上海:上海科学技术出版社, 1988 .

[3]孙智慧晏祖根.包装机械概论[M].北京：印刷工业出版社,2012,(7).

[4]肖乾周新建.凸轮机构的计算机辅助设计与运动仿真分析[J]华东交通大学学报,2006 ,23 (4) :103 - 105 .

[5]周开利邓春晖.MATLAB应用教程[M].北京：北京大学出版社，2007,3

[6]张义智郭连考.给纸机递纸吸嘴机构共轭凸轮设计[J].包装工程,2007 ,28 (1) :104 - 105 .

[7]王家文王皓刘海.MATLAB7.0 编程基础[ M ].北京:机械工业出版社,2005 .

[8]孙智慧高德.包装机械[M].北京：中国轻工业出版社,2010,(1).

[9]刘筱霞.包装机械[M].北京：化学工业出版社,2007,(1).

[10]高德.包装机械设计[M].北京:化学工业出版社,2005,(8).

[11]刘月花郭谆钦.机械设计基础[M].长春：东北师范大学出版社，2010，（3）.

八、附图

《机械设计基础》试题库_凸轮机构

第3章凸轮机构 习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。 A．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损 C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动 2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。 A．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大 3 盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 》 A．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆 C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆 4 对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。 A．偏置比对心大B．对心比偏置大 C．一样大D．不一定 5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。 A．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律） C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。 A．增大基圆半径B．改用滚子推杆 } C．改变凸轮转向D．改为偏置直动尖顶推杆 7．（）从动杆的行程不能太大。 A. 盘形凸轮机构 B. 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。 A 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 9．（）可使从动杆得到较大的行程。 A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。 A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆

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摆动式固定凸轮与连杆机构的设计 姓名：xxx 学校：湖南工业大学 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机设1002班 学号：xxxxxxxxxx 指导老师：贺兵 时间：2013年12月20日

目录 一、课程设计的目的 (3) 二、设计内容与步骤 (3) 1、设计内容 (3) 2、设计步骤 (3) 三、设计要求 (3) 四、设计指导 (4) 1、概述 (4) 2、基本参数 (5) 3、设计步聚 (6) 1）确定驱动方案 (6) 2）确定e (7) 3）确定h (7) 4）确定α (7) 5）确定δ (7) 6）求算b1、b2 (7) 7）设计凸轮廊线 (9) 8）检验压力角 (12) 五、结论 (14) 六、参考文献 (14) 七、附图 (14)

摘要 包装设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。 本次设计的题目是直动式固定凸轮与连杆机构的设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序；②利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；③画出装配图及其主要零件图；④完成设计计算说明书。

一、课程设计的目的 《包装机械设计》课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本目的是： （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。 （2）通过制订设计方案，合理选择裹包机中块状物品推送机构和零件类型，正确计算零件工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的机构的设计过程和方法。 （3）进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。 二、设计内容与步骤 （一）设计内容 以裹包机中块状物品推送机构的典型机构——固定凸轮与连杆组合机构为题。课程设计通常包括如下内容：读懂块状物品推送机构典型机构——固定凸轮与连杆组合机构，了解设计题目要求；分析该块状物品推送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构的基本参数；进行机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。 （二）设计步骤： （1）设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图以及推送机构进行拆装实验等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。 （2）推送机构装置的总体设计 决定推送机构装置的方案；选择机构的类型，计算机构装置的运动参数。 （3）装配图设计 计算和选择机构的参数；确定机体结构和有关尺寸；绘制装配图草图；选择计算轴承和进行支承结构设计；进行机体结构及其附件的设计；完成装配图的其他要求；审核图纸。 （4）零件工作图设计 （5）整理和编写计算说明书 （6）设计总结和答辩 (三)、设计要求 在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下：

凸轮试卷(带答案)

凸轮 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。 A．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损 C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动 2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。 A．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大 3 盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 A．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆 C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆 4 对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。 A．偏置比对心大B．对心比偏置大 C．一样大D．不一定 5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。 A．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律） C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。 A．增大基圆半径B．改用滚子推杆 C．改变凸轮转向D．改为偏置直动尖顶推杆 7．（）从动杆的行程不能太大。 A. 盘形凸轮机构 B. 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。 A 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 9．（）可使从动杆得到较大的行程。 A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。 A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆 11.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。 A. 尖顶式从动杆 B.滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 12．计算凸轮机构从动杆行程的基础是（）。 A 基圆 B. 转角 C 轮廓曲线 13．凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）。

凸轮连杆机构课程设计

第一章 固定凸轮连杆机构参数选取 1.确定驱动方案 图1 如上图所示，设：与从动杆升程运动相对应的曲柄转角为1?，即101AB B ∠=?;而与降程运动相对应的曲柄转角为，即3?323AB B =?,则： （1）当21??＞时，选用曲柄AB 拉着BC 杆运动的方案。 （2）当21??＜时，选用曲柄AB 推着BC 杆运动的方案。 （3）当21??=时，任选其中一种驱动方案。 已知数据?=1101?，?=1503?，很明显21??＜，所以选用方案2。 2.确定e 直动从动杆，取m S e 2.0~0=，取0=e 3.确定h 从结构紧凑和减小凸轮压力角考虑，应将h 值取小些。但h 值愈小，对从动杆驱动力的压力角也愈大。通常取m S h ≥，去mm h 120= 4.确定a

若a 值过小，会使凸轮压力角明显增大，甚至不能实现预期动动。可取a=0.6~0.9S m 或a=1.2~1.8lsin 2m ψ。取a=70mm 6、确定δ 其值对凸轮的压力角影响极大，δ过小，尤其是过大，会使压力角急剧增加。在前述参数确定后，最好将δ优化，目标函数为 a 1m (δ) （a 1m ）min 式中a 1m 为凸轮的最大压力角。 暂时取?=8δ 7. 求算b 1、b 2 须先求算b max 、b min 。 依据铰销B 、D 的坐标，可建立它们之间距离的公式。B 的坐标为 ? ??+-=+=)cos() sin(?δ?δa y a X B B D 的坐标为 ???+==S h y e X D D 式中 ?——曲柄转角，取升程起始时的? =0°； S ——与?相对应的从动杆位移，即铰销D 至其最低位置的距离。S 值分为升程（?=0～?1）、最高位置停留（?=?1～?1+?2）、降程（?=?1+?2～?1+?2+?3）、最低位置停留（?=?1+?2+?3～360°）四个阶段求算。b 值为 b=2 2)()(D B D B y y x x -+- （1）用matlab 编程画出b 与?曲线图，并算出min max b b 、： clear sm=100; h=120; e=0; a=70; d=8*pi/180; fa1=110*pi/180; fa2=0*pi/180; fa3=150*pi/180; fa4=100*pi/180; fa01=0:0.001:fa1; s=sm/2*(1-cos(pi*fa01/fa1));

第9章凸轮机构及其设计(有答案)

1．图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。 (1) 由等速运动规律和等加速等减速运动规律组合而成。 (2) 有冲击。 (3) ABCD 处有柔性冲击。 2. 有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理 由。 (1) 运动规律发生了变化。 (见下图 ) (2)采用尖顶从动件时，图示位置从动件的速度v O P 2111=ω，采用滚子从动件时，图示位置的速度 '='v O P 2111ω，由于O P O P v v 1111 22≠'≠',；故其运动规律发生改变。

3. 在图示的凸轮机构中，画出凸轮从图示位置转过60?时从动件的位置及从动件的位移s。 总分5分。(1)3 分；(2)2 分 (1) 找出转过60?的位置。 (2) 标出位移s。

4. 画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h ，说明推程运动角和回程运动角的大小。 总分5分。(1)2 分；(2)1 分；(3)1 分；(4)1 分 (1) 从动件升到最高点位置如图示。 (2) 行程h 如图示。 (3)Φ＝δ0－θ (4)Φ'＝δ' 0＋θ

5.图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮等角速转动，凸轮轮廓在推程运动角Φ=? 从动件行程h=30 mm，要求： （1）画出推程时从动件的位移线图s-?； （2）分析推程时有无冲击，发生在何处？是哪种冲击？ - 总分10分。(1)6 分；(2)4 分 (1)因推程时凸轮轮廓是渐开线，其从动件速度为常数v=r0?ω，其位移为直线， 如图示。

机械原理与机械设计课后作业参考答案 - 第3章 凸轮机构教案资料

第三章凸轮机构及其设计 3 - 1 判断题(正确的在其题号后括号内打√，否则打×) （1）为了避免从动件运动失真，平底从动件凸轮轮廓不能内凹。( ) （2）若凸轮机构的压力角过大，可用增大基圆半径来解决。( ) （3）从动件作等速运动的凸轮机构有柔性冲击。( ) （4）凸轮的基圆一般是指以理论轮廓上最小向径所作的圆。( ) （5）滚子从动件盘形凸轮的理论轮廓是滚子中心的轨迹。( ) 解答： （1）√（2）√（3）×（4）√（5）√ 3 - 2 填空题 （1）对于外凸凸轮，为了保证有正常的实际轮廓，其滚子半径应理论轮廓的最小曲率半径。 （2）滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径是从到的最短距离。 （3）在凸轮机构中，从动件按等加速等减速运动规律运动时，有冲击。 （4）绘制凸轮轮廓曲线时，常采用法，其原理是假设给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角速度ω的公共角速度，使凸轮相对固定。 （5）直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角为，其基圆半径应按条件确定。解答： （1）小于 （2）凸轮回转中心到凸轮理论轮廓 （3）柔性冲击 （4）反转法相反的 （5）0 按全部廓线外凸的条件设计基圆半径 3 - 3 简答题 （1）凸轮机构中，常用的从动件运动规律有哪几种？各用于什么场合？ 解答： 1）等速运动规律刚性冲击（硬冲）低速轻载 2）等加速、等减速运动规律柔性冲击中低速轻载 3）简谐（余弦）运动规律柔性冲击中低速中载 4）正弦加速度运动规律无冲击中高速轻载 5）3-4-5多项式运动规律无冲击中高速中载 （2）何谓凸轮机构的压力角？压力角的大小与凸轮基圆半径r0有何关系？压力角的大小对凸轮的传动有何影响？ 解答： 在不计摩擦时，凸轮作用在从动件上推力作用线与从动件受力点的绝对速度方向所夹锐角称为压力角，称为凸轮机构的压力角。 基圆半径愈大，机构压力角愈小，但机构愈不紧凑；基圆半径愈小，机构压力角愈大，机

第九章凸轮机构及其设计

第九章凸轮机构及其设计 第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。 例1内燃机的配气机构 当凸轮回转时，其轮廓将迫使推杆作往复摆动，从而使气阀开启或关闭(关闭是借弹簧的作用)，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启和关闭时间的长短及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。 例2自动机床的进刀机构 当具有凹槽的圆柱凸轮回转时，其凹槽的侧面通过嵌于凹槽中的滚子迫使推杆绕其轴作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。至于进刀和退刀的运动规律如何，则决定于凹槽曲线的形状。 2.凸轮机构及其特点 (1)凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 (2)凸轮机构的特点

1）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。 2）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。 3.凸轮机构的分类 凸轮机构的类型很多，常就凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。 （1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮 盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。移动 凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作 出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。盘形凸轮机构和移动凸轮机构为平面凸轮机构，而圆柱凸轮机构是一种 空间凸轮机构。盘形凸轮机构的结构比较简单，应用也最广泛，但其推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的尺寸过大。 （2）按推杆的形状分 1）尖顶推杆。这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以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）。 2）滚子推杆。滚子推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。

机械原理 第9章组合机构思考题及习题解答

思考题及习题解答 9-1 常用的组合机构有哪几种？它们各有何特点？ 组合机构按其组成的结构形式可分为串联式、并联式、封闭式和装载式四种基本类型。串联式组合机构是由基本机构串联而成。它的前一个基本机构的输出构件是后一个基本机构的原动件。并联式组合机构是由n 个自由度为1的基本机构的输出件与一个自由度为n 的基本机构的运动输入构件分别固联而成。封闭式组合机构是利用自由度为1的基本机构去封闭一个多自由度的基本机构而成。装载式组合机构则是将基本机构装载于另一基本机构的运动构件上而成。 9-2 在图示的联动凸轮组合机构中（尺寸和位置如图所示），它是由两组径向凸轮机构组合而成。在此机构中，利用凸轮A 及B 的协调配合，控制E 点X 及Y 方向的运动，使其准确地实现预定的轨迹()y y x = （“R ”字形）。试说明该机构中的凸轮A 和凸轮B 的轮廓线设计的方法和步骤。 答：设计这种机构时，应首先根据所要求的轨迹()y y x =，算出两个凸轮的推杆位移与凸轮转角的关系()A x x ?=及()B y y ?=，如图（b ）所示，然后就可按一般凸轮机构的设计方法分别设计出两凸轮的轮廓曲线。 9-3 在图示的凸轮—连杆组合机构中（尺寸和位置如图所示），拟使C 点的运动轨迹 为图示为abca 曲线。试说明该机构中的凸轮1和凸轮2的轮廓线设计的方法和步骤。 答：首先应根据所要求的轨迹算出两个凸轮的推杆位移与凸轮转角的关系，然后就可按一般凸轮的设计方法分别设计出两凸轮的轮廓曲线。 9-4 在图示的齿轮—连杆组合机构中，齿轮a 与曲柄1固联，齿轮b 和c 分别活套在 轴C 和D 上，试证明齿轮c 的角速度c ω与曲柄1、连杆2、摇杆3的角速度1ω、2ω、3ω之间的关系为 321()/()//c b c c a b c a c r r r r r r r r ωωωω=+-++ 题9-2解答图 联动凸轮机构

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r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0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

凸轮机构设计-作业题

第九章凸轮机构设计 本章学习任务：凸轮机构的基本知识、其从动件的运动规律、凸轮曲线轮廓的设计、凸轮机构基本尺寸的设计。 驱动项目的任务安排：完成项目中的凸轮机构的具体设计。 思考题 9-1简单说明凸轮机构的优缺点及分类情况？ 9-2在直动滚子从动件盘形凸轮机构中，如何度量凸轮的转角和从动件的位移？ 9-3试说明等速运动规律，简谐运动规律和五次多项式运动规律的特点。 9-4简单说明从动件运动规律选择与设计的原则。 9-5简单说明凸轮廓线设计的反转法原理。 9-6什么是凸轮的理论廓线和实际廓线，二者有何联系？ 9-7何谓凸轮机构的压力角？压力角对机构的受力和尺寸有何影响？ 9-8如何选择（或设计）凸轮的基圆半径？ 9-9什么是“运动失真”现象？如何选择（或设计）凸轮的滚子半径，才能避免机构的“运动失真”？ 习题 9-1何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？试补全题图9-1 所示各段的，s -，v -，a - 曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？ s O v O a 题图9-1 2| D| ? 2| D| ? 2| D| ? 9-2何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 9-3力封闭与几何形状封闭凸轮机构的许用应力角的确定是否一样？为什么？ 9-4有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲用较大的滚子，问是否可行？ 为什么？ 9-5有一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力稍偏大，拟采用推杆偏置的方法来改善，问是否可行？为什么？

45?? | ? | ? 3 2 | ? O 1 9-6 用作图法求出题图 9-6 所示两凸轮机构从图示位置转过 45 时的压力角。 （a ） （b ） 题图 9-6 题图 9-7 9 -7 如题图 9-7 所示盘形凸轮机构是有利偏置，还是不利偏置。如将该凸轮廓线作为直动滚子推杆的理论 廓线，其滚子半径 r r = 8 mm 。试问该凸轮廓线会产生什么问题？为什么？为了保证推杆实现同样的运动规律，应采取什么措施（图中l = 0.001 m ／mm ）？ 9 -8 在题图 9-8 所示的运动规律线图中各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移 线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。 s 1 2 v 3 4 2 s v 1 2 3 4 2 a a 题图 9-8 题图 9-9 9 - 如题图 9-9 中给出了某直动推杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图。要求：（1）定性地画出其加速 度和位移线图；（2）说明此种运动规律的名称及特点（v 、a 的大小及冲击的性质）；（3）说明此种运动规律的适用场合。 9 -10 在题图 9-10 所示凸轮机构中，已知偏心圆盘为凸轮实际轮廓，如图所示。试求： 1） 基圆半径 R ； 2） 凸轮机构的压力角 ； 3） 凸轮由图示位置转 90°后，推杆移动距离 s 。 2 1 3 4 2 /3 2/3 4/3 5/3 2

按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构

第7章 按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构 按给定运动轨迹反求零件模型，是机构设计的一种常用方法，采用SolidWorks 完成设计，相对于传统计算方法，简单实用，并且可以模拟再现轨迹的实现。本章以应用广泛的凸轮连杆组合机构为例，根据连杆一端点预定轨迹，利用反求法得到凸轮的理论廓线及实际轮廓，并通过运动仿真验证了凸轮连杆组合机构的实际运动轨迹与预定轨迹相符。 7.1工作原理 凸轮连杆组合机构简图如图7.1所示，凸轮1固定，原动件曲柄2匀速转动，带动连杆3运动，此时固定凸轮约束着与连杆端点B 通过铰链结合的滚子4，使连杆的端点C 沿着给定的运动轨迹5运动，从而达到该机构的工作要求。 设计参数： 预定轨迹：长为400mm ，宽为300mm 的长方形，经半径R=100mm 的边角倒圆；各杆长度：OA l =150mm, AB l =80mm, AC l =150mm ；∠BAC=120°，滚子半径Rg =10mm ，曲柄OA 转速n=60r/min 。 图 7.1 凸轮连杆组合机构简图 7.2 零件造型 启动SolidWorks2012，选择【文件】/【新建】/【零件】命令，创建新的零件文件。选择【插入】/【草图绘制】命令，选择一基准面为草绘平面。 根据图7.2～7.5所示，分别绘制机架、曲柄、连杆和滚子的轮廓草图。然后选择【插入】

/【凸台/基体】/【拉伸】命令，分别以距离10mm拉伸机架、曲柄和连杆轮廓草图分别得到其实体零件。选择【插入】/【凸台/基体】/【旋转】命令，以滚子轴线为旋转轴，以360°为旋转角度，旋转后得到滚子实体零件。零件的材质均设置为“普通碳钢”，分别以文件名“机架”、“曲柄”、“连杆”和“滚子”保存。 图7.2 机架草图图7.3 曲柄草图 图7.4 连杆草图图7.5 滚子草图 为了满足装配时的“路径配合”要求，在连杆零件图中，选择【插入】/【参考几何体】/【点】命令，在图7.1所示连杆中的端点C处创建一个参考点。如图7.6所示，在弹出的属 性管理器【选择】栏中，点击【圆弧中心】按钮，然后点击【参考实体】按钮，在视图区选择连杆C端的圆孔边线，点击确定按钮，完成连杆参考点的创建。

直动式固定凸轮及连杆机构设计

直动式固定凸轮与连杆机构的设计 设计者 所在院(系)：湖南工业大学 专业：机械设计制造及其自动化 班级 学号： 指导老师： 时间：2015年12月27日

目录 一、课程设计的目的 (3) 二、设计内容与步骤 (4) 1、设计内容 (4) 2.设计步骤 (4) 三、设计要求 (6) 四、设计指导 (7) 1、概述 (7) 2、基本参数 (9) 3、设计步聚 (11) 1）确定驱动方案 (11) 2）确定e (11) 3）确定h (12) 4）确定α ...................................................................................... 错误！未定义书签。 5）确定δ ...................................................................................... 错误！未定义书签。 6）求算b1、b2 (12) 7）设计凸轮廊线 (14) 8）检验压力角 (16) 五、参数优化 (18) 六、结论 (19) 七、参考文献 (20) 八、附图 (21)

摘要 包装设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次较全面的设计能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关选修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。 本次设计的题目是直动式固定凸轮与连杆机构的设计。根据题目要求和机械设计的特点作者做了以下几个方面的工作：①根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序； ②利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；③画出装配图及其主要零件图；④完成设计计算说明书。

按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构

第7章 按给定运动轨迹反求凸轮轮廓机构 按给定运动轨迹反求零件模型，是机构设计的一种常用方法，采用SolidWorks 完成设计，相对于传统计算方法，简单实用，并且可以模拟再现轨迹的实现。本章以应用广泛的凸轮连杆组合机构为例，根据连杆一端点预定轨迹，利用反求法得到凸轮的理论廓线及实际轮廓，并通过运动仿真验证了凸轮连杆组合机构的实际运动轨迹与预定轨迹相符。 7.1工作原理 凸轮连杆组合机构简图如图7.1所示，凸轮1固定，原动件曲柄2匀速转动，带动连杆3运动，此时固定凸轮约束着与连杆端点B 通过铰链结合的滚子4，使连杆的端点C 沿着给定的运动轨迹5运动，从而达到该机构的工作要求。 设计参数： 预定轨迹：长为400mm ，宽为300mm 的长方形，经半径R=100mm 的边角倒圆；各杆长度：OA l =150mm, AB l =80mm, AC l =150mm ；∠BAC=120°，滚子半径Rg =10mm ，曲柄OA 转速n=60r/min 。 图 7.1 凸轮连杆组合机构简图 7.2 零件造型 启动SolidWorks2012，选择【文件】/【新建】/【零件】命令，创建新的零件文件。选择【插入】/【草图绘制】命令，选择一基准面为草绘平面。 根据图7.2～7.5所示，分别绘制机架、曲柄、连杆和滚子的轮廓草图。然后选择【插入】

/【凸台/基体】/【拉伸】命令，分别以距离10mm拉伸机架、曲柄和连杆轮廓草图分别得到其实体零件。选择【插入】/【凸台/基体】/【旋转】命令，以滚子轴线为旋转轴，以360°为旋转角度，旋转后得到滚子实体零件。零件的材质均设置为“普通碳钢”，分别以文件名“机架”、“曲柄”、“连杆”和“滚子”保存。 图7.2 机架草图图7.3 曲柄草图 图7.4 连杆草图图7.5 滚子草图 为了满足装配时的“路径配合”要求，在连杆零件图中，选择【插入】/【参考几何体】/【点】命令，在图7.1所示连杆中的端点C处创建一个参考点。如图7.6所示，在弹出的属 性管理器【选择】栏中，点击【圆弧中心】按钮，然后点击【参考实体】按钮，在视图区选择连杆C端的圆孔边线，点击确定按钮，完成连杆参考点的创建。

《机械设计基础》试题库_凸轮机构

第 3章凸轮机构 习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的 A 、 B 、C、 D 中选一个答案） 1与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。 A ．惯性力难以平衡B．点、线接触，易磨损 C．设计较为复杂D．不能实现间歇运动 2与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。 A ．可实现各种预期的运动规律B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度D．从动件的行程可较大 3盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 A ．摆动尖顶推杆B．直动滚子推杆 C．摆动平底推杆D．摆动滚子推杆 4对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动推杆 相比，两者在推程段最大压力角的关系为关系。 A ．偏置比对心大B．对心比偏置大 C．一样大D．不一定 5 下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击，可用于高速场合。 A ．等速运动规律B．摆线运动规律（正弦加速度运动规律） C．等加速等减速运动规律D．简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 6 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。 A ．增大基圆半径B．改用滚子推杆 C．改变凸轮转向 D ．改为偏置直动尖顶推杆 7．（）从动杆的行程不能太大。 A. 盘形凸轮机构 B. 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 8．（）对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。 A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C. 平底式从动杆 9．（）可使从动杆得到较大的行程。 A. 盘形凸轮机构 B 移动凸轮机构 C. 圆柱凸轮机构 10．（）的摩擦阻力较小，传力能力大。 A 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C 平底式从动杆 11.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。 A. 尖顶式从动杆 B. 滚子式从动杆 C. 平底式从动杆

包装机械设计课程设计指导书-固定凸轮与连杆组合机构

包装机械设计课程设计指导书（1） 机械工程学院 2011年八月

一、课程设计的目的 《包装机械设计》课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本目的是： （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。 （2）通过制订设计方案，合理选择裹包机中块状物品推送机构和零件类型，正确计算零件工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的机构的设计过程和方法。 （3）进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。 二、设计内容与步骤 （一）设计内容 以裹包机中块状物品推送机构的典型机构——固定凸轮与连杆组合机构为题。课程设计通常包括如下内容：读懂块状物品推送机构典型机构——固定凸轮与连杆组合机构，了解设计题目要求；分析该块状物品推送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构的基本参数；进行机体结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。 （二）设计步骤： （1）设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图以及推送机构进行拆装实验等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。 （2）推送机构装置的总体设计 决定推送机构装置的方案；选择机构的类型，计算机构装置的运动参数。 （3）装配图设计 计算和选择机构的参数；确定机体结构和有关尺寸；绘制装配图草图；选择计算轴承和进行支承结构设计；进行机体结构及其附件的设计；完成装配图的其他要求；审核图纸。 （4）零件工作图设计 （5）整理和编写计算说明书 （6）设计总结和答辩 三、设计要求 在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下： １、设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表（草图）。说明书用A4纸打印，约20页左右，并装订成册。

第3章凸轮机构答案

课程名：机械设计基础（第三章）题型作图题 考核点：凸轮机构的运动规律、反转原理确定凸轮的压力角、轮廓、推程角等 1.图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求定性的画 2.. 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求定性的画出其加速度和位移线图。（5分） 解：作图如下：

? ? ? *3 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程位移线图。要求：（1）定性的画出其加速度和速度线图。 （2）说明此种运动规律的名称及特点、适用场合。（10分）

解：1）作图如下： ? ? ? 2）该从动件速度为常量，故为等速运动规律。由于该运动规律有刚性冲击，所以只适用于低速、轻载的场合。 *4. 图中给出了某直动从动件盘形凸轮机构的推杆的推程速度线图。要求 (1)定性的画出其加速度和位移线图。 (2)说明此种运动规律的名称及特点、适用场合。（10分） .解：1）作图如下：

? ? ? 2）此为等加速等减速运动规律，该运动规律有柔性冲击，适用于中速轻载场合。 **5图示对心直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮为一偏心圆，O为凸轮的几何中心，O1为凸轮的回转中心。直线AC与BD垂直，且O1O＝O1A＝30mm, 试计算： （1）该凸轮机构中B、D两点的压力角； （2）该凸轮机构推杆的行程h。 （3）凸轮机构的基圆半径r。(15分)

解：1）?====565.26)60 30 ()1( arctg OB O O arctg D B αα 2）行程：h=2O1O=2×30=60 mm 3) 基圆半径r=AO1=30 mm **6.图示凸轮机构的回转中心为O 点，C 点为离O 点最远点，AD 为圆心在O 点的圆弧，凸轮顺时针转动。试在：（1）图上画出凸轮的基圆，（2）图上标出推程角 δt 、回程角δh 。（3）在图上标出机构在B 点的压力角。（15分） 解：作图如下： .

椭圆轨迹直摆凸轮组合机构的设计

1 绪论 本课题要求设计一直摆凸轮组合机构，使给定在摆杆上的某个点实现预期椭圆轨迹，并在此基础上进一步设计出整个机构所需的所有零件的实体模型，然后将其装配组合，并进行运动仿真。机构示意图如图1－1： 图1－1 直摆组合凸轮机构示意图 众所周知，人类创造发明机构和机器的历史十分悠久，并且随着人们对不同机器和机构的需求的日益增多，对它们的研究也在不断的深入，特别是在近代，科学技术的飞速发展使得机构和机器的种类和它们所能完成的功能得到了极大的丰富。也正因为如此，机构和机器理论已经发展成为一门重要的技术基础学科。在这一学科中，进一步完善传统典型机构的分析与综合方法，例如实现预期轨迹的机构的类型和设计方法的创新，仍是值得研究的课题。在这一方面，对本课题的研究就有着重要的意义。 现代化的生产，许多都要求设备能实现某种预期轨迹来更好的生产，比如在食品加工机械中的馒头自动化生产线上，其馒头堆放机构就是一个利用组合机构来完成预期的馒头堆放轨迹的。在实现预期轨迹的组合机构中，直摆凸轮组合机构是一种非常实用的机构，通过不同轮廓的直动凸轮和摆动通论驱动连杆配合运动，既能实现连续性预期轨迹，如星形线、内摆线、旋轮线、渐开线、正态曲线等；又能实现离散化预期轨迹，如人头像、金鱼、黑桃、三菱商标等。所涉及到的工业生产：如专用线切割机床、专用电火花加工机床、专用焊接焊切机械手、专用几何测量仪器、行程控制机构及各类轻工机械等。可以实现图案加工、电火花刻线等等。因此，研究本课题不仅有其理论意义，也有着其现实意义。

该机构是由直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成的联动凸轮机构（图－1），该机构具有3个活动构件（n=3），3个低副(P l =3)，2个高副(P h =2)，由平面机构自由度计算公式h l P P n --=23η[1] 故其机构自由度η为：123233=-?-?=η该机构原动件数目为1,与其机构自由度相等,故该机构成立。 通过建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，从而得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线。在此基础上，再合理设计出机构所需的每个零部件的结构，之后将它们装配组合，并进行运动彷真，验证设计的正确性。 此机构的设计可以分为如下几个部分：直动从动件凸轮和摆动从动件凸轮的设计，直动杆和摆动杆的设计，直动导轨的设计，轴系零部件的设计和机架的设计。其中最为关键也最为困难的是直动从动件凸轮和摆动从动件凸轮的设计，而采用何种方法进行设计又是首先需要考虑的问题。因此在设计过程中应该先确定所要采用的凸轮设计方法。 在以上部分设计完成后，机构的运动仿真，包括机构各个部件的装配和装配后的动态仿真。在这一阶段需仔细计划各个部件的安装位置和安装顺序，将每一个部件都正确安装到位。其中值得注意的是直动凸轮与摆动凸轮的安装滞后角，这一角度需严格控制，稍微的误差可能就直接影响预期的曲线。 本课题所用到的硬件主要是计算机。用到的软件有：AutoCAD 2004，Proe Wildfire3.0，Word2000，Powerpoint2000。

典型机构设计作业

典型机构设计与分析 ---凸轮连杆机构的设计方法研究

摘要：(1)对基本机构和组合机构给出了本文的定义，按组合机构组成的结构型式进行分类。 (2)在分析机构结构特点的基础上，以机构综合理论为基础，以执行构件的运动规律为出发点，采用解析的方法建立了凸轮一连杆组合机构的数学模型，推导了凸轮连杆组合机构的尺寸综合公式，完成了凸轮轮廓曲线和杆件尺寸的综合。 (3)在机构尺寸综合的基础上，根据已知的执行件的运动规律，对机构进行运动学分析，推导出固定凸轮一连杆组合机构各构件的运动方程式。 (4)以机构最小纵向尺寸为优化目标，以许用压力角为约束条件，采用鲍威尔法、内点惩罚函数法等优化方法对变连杆长度固定凸轮连杆机构进行优化设计，得出合理的结果，使机构在满足运动要求和传力性能要求的前提下，结构更加紧凑。 凸轮-连杆组合机构是由凸轮机构和连杆机构按一定工作要求组合而成的,它综合这两种机构各自的优点,具有广泛的应用潜力。介绍当连杆末端的轨迹曲线给定,如何采用解析法精确设计滚子摆动从动件双凸轮-连杆组合机构的凸轮廓线。 在系统程序设计中采用了机构分析和综合于一体的方法，在综合的同时进行分析。整个系统按功能模块设计，具有尺寸综合和运动学分析、动态仿真及数据显示等功能。各模块的程序代码之间相互独立，分别编制实现. 正文：（1）凸轮机构是由凸轮,从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一

般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑[2]。 （2）连杆机构 连杆机构的设计方法主要有几何法、解析法和参数化设计方法等。几何法利用机构运动过程中各运动副位置之间的几何关系, 通过作图获得有关尺寸。此方法设计方便快捷, 但由于作图误差的存在, 设计精度较低。解析法是将设计问题用数学方程加以描述, 通过方程的求解获得有关尺寸, 故其设计精度高, 但设计效率较低。参数化设计方法是根据连杆机构的性能参数确定连杆机构的其它有关尺寸, 当性能参数变化时, 其它参数可以得到相应的改变, 故参数化设计方法可以大幅度提高设计效率, 并保证其设计精度。而且随着计算机的普及应用, 参数化设计方法已成为各类连杆机构设计的一种快捷而有效的方法。 用参数化设计方法来设计连杆机构, 可以利用VB 实现设计的自动化、结果的可视化, 并将设计结果保存到数据库中, 便于利用数据仓库技术进行总结、参考、重用、优化等[3]。 （3）凸轮连杆组合机构 基本机构应具有简单和能组成各种组合机构的属性。在闭环机构中，只构成一个封闭形的单环机构最简单。由最少构件通过最少运动副连接而成的单环机构是自由度为1的基本机构。如凸轮、齿轮和连杆机构构成一个封闭环形且自由度为1的单环机构。显然它们的倒置机构也是如此。至于自由度为2的单环饥构，构成它的构件和运动副的数量都必然大于自由度为1的相应单环机构，不是最小值。那么按第二种基本机构的定义，自由度大于1的单环机构已不能算是基本机构。事实上许多组合机构是要由多自由度的单环机构来组成。所以多自由度的单环机构也应该是组合机构的基本机构。 平面连杆机构与凸轮连杆机构都是应用十分广泛的机构，对它们的分析及设计一直是机构学研究的一个重要课题。传统的机构分析方法主要是图解法，其特

典型机构设计与分析

摘要:由固定凸轮与连杆系所组成的凸轮一连杆组合机构是自动机械中一种常用机构. 本文在前人工作的基础上提出了筒便有效的优化设计方法. 对任意给定的从动件运动规律和要求的约束条件求得最佳的连杆尺寸及凸轮轮廓曲线.

总结：凸轮连杆机构具有结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。人们在进行机构的尺度综合时，习惯于采用常规的设计方法，即根据给定的设计条件。但这种方法对设计者的专业设计水平和经验要求较高。且所需的设计计算要多次反复进行，因而使设计效率降低，另外也很难得到最优的设计结果。通过一些优秀的设计和优化方法，使设计周期大大缩短，设计质量显著提高，得到的设计结果是设计者所追求目标的最优解。本文作者在书本打包机的设计中，对推书机构进行了优化设计，与常规设计方法相比，可很快地得到最优解，大大提高了设计效率和质量。 参考文献： 1王文博;实现等速直动与急回的凸轮连杆机构的运动综合[J];北京服装学院学报(自然科学版);2001年01期 2刘芳,于晓红,邱丽芳,王小群;凸轮-连杆组合机构设计系统[J];北京科技大学学报;2005年01期 3 孟俊焕,姚俊红,冯瑞宁;评价机构传动质量的新方法—当量压力角法[J];德州学院学报;2004年02期 4 张秀花,夏玲,刘春明;凸轮组合机构在压力机上的应用[J];机械设计与制造;2004年04期 5 张景霞,王润孝,于江;一种实用凸轮连杆机构运动分析的方法[J];机械科学与技术;2003年04期 6 徐大伟;关于摆动从动件盘形凸轮机构的优化设计方法[J];机械设计;1992年03期 7 钮志红,王旭;确定滚子摆动从动件盘状凸轮机构基本尺寸新方法[J];机械设