【JX373】凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制[KT+RW+FY]
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【JX373】凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制[KT+RW+FY],jx373,凸轮,机构,运动,分析,创新,立异,设计,试验,实验,平台,研制,kt,rw,fy
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F 11, 3, 419010 / 419. is a of of to of by of of of or or or In of of a of on to an To be a AM be to in of of of of or at by as et 1et et 6is on of a on at a on a at of an to of a of to a of a 1 #9, 641 +82+82NC in of is in of To of of be an a of or or of is of a is by be by of in An of is of a a C a 6, 2009 / 8, 2010 010 420 / 010 F 11, 3 of of is by at at is to to of or or of a 2. of in of a be by C (is in as 1. 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In of a is no In of is as is by of is a a 74 4. n of of It is of of a an of is a by a In of a It of a of It in a of 1 D., a 1987. 2 L., of on of 6951991. 3 N., D., i 2000. 44, 外 文 翻 译 机械 4 班 景坷 毕业设计 题目： 凸轮机构运动分析及创新设计实验平台研制 原文 1： 译文 1： 凸轮机构的优化方法 原文 2： A 译文 2： 凸轮形状设计 的混合方法和 一般的盘 形凸轮轮廓加工的机制 凸轮机构的优化 方法 摘要：在本文中 ,我们介绍了优化凸轮机构基础的标准，我们也进行了几种类型的机构的计算。我们研究在简单的机械结构参数对于旋转凸轮和从动件（平面或曲线）平移的曲率半径的影响和对传动角的影响。之后，我们提出了凸轮和平面旋转从动件机构的优化计算，以及有圆形槽帮助的从动件凸轮机构的优化计算。为了更容易解释结果，我们根据 所产生的计算程序的脚本文件得到了凸轮的可视化。 关键字：凸轮，曲率半径，结构参数，压力角，圆形小树林 长期优化这个词来自于拉丁语 擎天柱，这是最高级的，这意味 着最好的，非常好，正确的表示，合适等。据罗马尼亚语言词典解释，通过对优化的了解 技术 总体的科学研究（论文），这是最好的寻找一个解决问题办法的选择，或者根据另一个定义，在过程中不断改进，直到找到最好的解决方案。 在数学上，通过优化已知的理解，微积分允许找到一个或多个参数的值所相对应的最大的一个函数。 对于一个凸轮机构，优化准则之一是曲率半径的标准，根据这个标准，该从动件是平的或者有正曲率半径的凸轮的曲率半径一定是正的甚至高于规定值。 另一个必须被考虑到的标准是压力角（用表示），压力角必须满足的条件是当 是压力角在加大， 的时候，压力角在减小。 这样一个平底从动件（图 1），凸轮的参数坐标如下： 图 1：一个旋转凸轮和平底从动件的机构 从 1式得 也推演得到了曲率半径的表达式： 例如，如果位移定律是： 然后曲率半径是： 最小 ，由下式给出： 在这种情况下，对于 ，最小的曲率半径变成无效的，凸轮的形状如图 2a，当 ，曲率半径取消的地方为 （图 2b）对于 有负值，凸轮变成非功能性的。 如果我们用平底从动件在 这些条件下，可以得到技术功能的凸轮。 图 2：带有无效或者负的曲率半径的非功能性凸轮 让我们考虑在一般情况下，平的从动件在顶部处曲率半径是负的确定半径为 而是凸轮变得实用。 这个从动件的槽的方程（图 3）： 从等式中得到： 推导曲率族的方程为： 取决于参数 图 方程的包络检测方程： 转化为： 由式子（ 10）得到凸轮的方程， 检验方程（ 12），在顶部 满足条件 得到曲率半径为： 已知 得到： 接下来，因为已知 从方程（ 16）和给予的条件 得到： 对于初学者，认为一个具有长度 扁平的从动件的机构如图 3，位移的规律为： 从方程： 可以得到凸轮的方程： 这里： 图 4：旋转凸轮和平面旋转从动件机构 用 参数表示切点到点 之间的距离，压力角的关系作为结果由下式得出： 曲率半径为： 压力角 振幅 。 数值分析是由表格与步骤 通过计算 有限的差异衍生物组值 R + b和 j = 。 位移规律是： 根据方程 (19) (24)得到一个计算程序在帕斯卡。这适用于不同的值。 首先解释更容易得到的结果，在凸轮可视化方面非常有用，从而得到不同的参数。 这种可视化是在 算程序使用一个脚本文件所产生的。 在图 5中表示的 情况下所获得的凸轮。 在 d=40和 d=60 这个情况时，可以看到，所获得的凸轮不起作用，有些地方有负曲率半径。 在 d=20这个情况下，凸轮技术上是无用的，尽管它有连续的形态，在 j=60和j=240被注意到有凹陷，扁平的从动件不能连续的在凸轮槽的外部轮廓上运动 。 从压力角的角度来看，它是确定的，在升降过程中，对于 来讲图 5：在 b=5的情况下所得到的凸轮 在 0， b=5， d=20 时，虽然它得到的凸轮技术上讲是无功能的，但是，通过保持相同的尺寸，通过使用一个圆形槽从动件可以获得一种解决方案使得在技术上有功能（图 6）。 图 6：旋转凸轮和圆形旋转机构 所以得出： 从动件的方程： 一般方程： 推导得到方程： 抓的条件是： 凸轮的方程： 其中 是从方程中推导得到的 压力角等于： 在给出了前面的值的情况下在数值上凸轮在技术上不起作用，有着更多的考虑接着表示在不同情况下的凸轮取得的机构和不同曲率半径的曲线的从动件。 图 7 表示的是在 0， b=5， d=20 的情况下，光灰色的凸轮是平扁的从动件所得到的，黑色的凸轮是曲率半径为 r=100， 50， 30， 10的曲面从动件所得到的。 图 7： b=5， d=20情况下所得到的凸轮 对于有着平的从动件的机构（浅灰色凸轮），凸轮是没有功能性的。在所有的 4例曲线从动件所得到的凸轮是功能的，在压力角 满足条件 ，在速度的提升和速度的降低中。可以观察到，通过降低从动件的曲率半径是为了得到一个有着更大的最小曲率半径的凸轮。 在本文中介绍了两种优化准则：标准的最小施加的曲率半径和压力角的标准。 本文是研究结构参数对于曲率半径的影响和在计算程序帮助下的压力角。 为了更加容易的解释结果，所得的凸轮是考虑到不同的参数的可视化。这个可视化是在 算程序使用一个脚本文件所产生的。 对于优化的凸轮机构与一个圆形沟槽从动件，在保持相同的机构上的措施，得到了在技术上具有功能性的凸轮。 它研究了第三个参数 的影响：圆形从动件的半径。 它被认为是有用的在叠加所得到的凸轮带有平的从动件和带有不同曲率半径的圆形从动件。 作者： 籍： 美国 出处： 轮形状设计 的混合方法和 一般的盘形凸轮轮廓加工的机制 关键字： 盘形凸轮机构 ，凸轮，从动件，外形设计，数控加工，接触点， 时速度中心，双圆弧曲线拟合。 盘形凸轮机构可以很 容易的在凸轮和从动件接触的地方产生积极的和功能的运动。一般情况下凸轮机构在很多领域采用的是机械式控制，自动化和工业机械。为了得到从动件的准确运动，凸轮的轮廓的设计和加工必须是精确的。本篇文章提出了一个以即时速度为中心的设计方法和一个为加工四种往复和摆动运动，滚子或者平面从动件类型的盘形凸轮机构的双圆弧拟合方法。本文的关键是引进设计程序和制造程序相结合的混合动力系统。文章的主要思想是，从设计参数出发用最小的加工数据建立准确的双圆弧曲线的安装。可以直接由凸轮的接触角和设计程序中给出的从动件准确的定义的双圆弧曲线 径向方向上的角朝向双圆弧中心。一个的应用程序验证了在给定的加工公差的情况下使用最小的 提出的方法是正确的。 平板凸轮机构是一种广泛使用的由凸轮和从动件的连续接触的运动所构成的机械部件，可以由凸轮的旋转很容易的让从动件产生任何功能的运动。凸轮机构通过组合不同形状的凸轮和不同运动形态的从动件来拥有不同类型的机构，如板形或者圆筒形的凸轮，滚子或者平底的从动件，往返或者摆动的运动。 尽管凸轮机构有连接数少，结构简单，正向运动以及紧凑的尺寸这些优点，但是凸轮机构还是要有精确的外形 设计和精密的加工程序来满足机械性能要求。在较低水平的设计和制造的情况下，凸轮机构的整体系统会有沉重的振动，噪音，分隔和超载。为了避免这些影响，凸轮机构必须精心，准确的设计和精确的加工。事实上，一种混合的 种解决方案是从设计过程中得到的形状数据直接结合得到加工数据的一种加工工艺。从描述文件的凸轮的加工数据去加工最常用的是直线插补和圆弧插补。 人提出在两个圆弧的连接点因为不连续的曲率半径和不连续的斜率所以直线插补的精度低，圆弧插补不能保持精度。近日，和 样条和 圆弧插补被广泛的应用和依赖在方向角朝向中心的双圆弧曲线上。博尔顿描述了一个在两个点的切线角为基础的双圆弧曲线，帕金森以及摩顿在三个点的一元二次方程的基础上得到了双圆弧曲线，米克和沃尔顿用样条曲线的类型来构建双圆弧曲线。 绍了一种减小双圆弧曲线的半径的方法。 通常，这些插值方法使得加工点增加，然后机构弯曲的形状上过多的加工数据使得加工误差也随之增多。因此，精确的机械加工过程中，在加工误差允许的范围内应该尽量的减少加工点来保持加工精 度。本文介绍了 个步骤在四个不同类型的板凸轮机构中。首先，凸轮的形状是由在瞬时速度时的约束中心和凸轮跟从动件在接触点的接触角来决定的。第二个步骤是把接触角变换成中心的方向角，然后，计算双圆弧曲线的半径。最后，加工数据最小化是通过膨胀和收缩双圆弧部分，膨胀还是收缩是看凸轮轮廓点是位于加工公差范围之内还是之外。 在常见的盘形凸轮的设计过程中只有凸轮形状的轮廓数据被定义，然后在数控（数据控制）过程中加工数据必须根据任何的曲线拟合来开发。圆形的嵌合，这是最广泛的用于机 械加工，具有不可靠性如图 1 所示。由三个点（ 确定的一个圆具有半径 一个由其他 3 个点（ 3,确定的圆具有半径 合这两个圆，通过点（ 2,4） ,但是这些点组成的是不连续的斜坡，而且是不连续的半径在跨距中间。这些缺点使得拟合的曲线精度很低，然后会使得凸轮机构在高速转动的过程中会有更高的振动。 图 1，圆形拟合上的缺陷 图 2：连续的双圆弧拟合 图 2 显示了一个通过 得的连续的曲线，通过轮廓点（ 2,4）。在这种情况下双 圆弧曲线拥有四个半径。半径 通过 通过 2到 3到 一点上的双圆弧曲线的斜率是连续的和独特的。同样，中间跨距点（ 连续的没有跳跃的半径，这样就双圆弧曲线可以保持较高的精度水平。 如图二所示，双圆弧拟合是高度依赖于径向方向的角度（ ）。常见的凸轮机构设计过程中只定义了配置文件数据，然后圆形的嵌合加工过程中必须使用的角度。这个过程因为不正确的角度使精 度较低。但是，本文所提出的方法可以定义正确的角度，这个方法是通过凸轮轮廓的设计过程中直接给出，然后加工数据保持较高的的准确性。 如图三所示，对于往复运动的滚子从动件的盘形凸轮机构，从动件运动的运动学特性，可以被定义为线性位移 Y，一阶导数 Y ，二阶导数 Y 凸轮的旋转角度 c 。属性是作为角位移以防摆动从动件。本文给出的即时速度的中心方法是使用位移和确定凸轮形状衍生工具。 图 3：往复滚子从动件的凸轮机构 如图 4所示，点 和滚子中心与一条水平线的交点，它是即时速度的中心。点 Q 的速度与凸轮的旋转速度成比例在式子（ 1）中，滚子在2）中定义成从动件的线性速度。 通过凸轮机构的运动特性，即时速度中心的速度V 相同。因此，速度条件给出了式（ 3）中的即时速度中心的位置。 图 4：凸轮与从动件的接触位置 如图四所示，接触角是有一个滑动速度线和从动件滚子的法线之间的夹角由式子（ 4）定义，接触点坐标由式子（ 5）给出，滚子中心坐标（R,）可以由位移（ Y）和凸轮机构给定的几何条件（素圆和偏心）计算出来， 其中 滚子的半径。最后，联系点（由式子（ 5）给出的。 图 5：往复式平面从动件盘形凸轮 图 5显示了一个往复平面从动件的凸轮机构。即时速度中心 6）在速度中心在瞬间的速度条件基础下得到。然后，接触点由式子（ 7）定义。 图 6是一种摆动滚子从动件的机构，凸轮中心和即时速度中心的距离由方程（ 8）得到。方程（ 9）表示凸轮和滚子之间的接触角，方程（ 10）表示接触点。在这里， 图 6：摆动滚子从动件盘形凸轮 图 7表示摆动平面从动件的凸轮机构，由方程（ 11）得到即时速度中心点的位置，由方程（ 12）得到接触点位置。 图 7：摆动平面从动件盘形凸轮 最后，可以由方程（ 13）通过变换接触点和凸轮旋转的反向角来确定凸 轮形状的外形。这边 图 4四种不同情况下的凸轮机构在每一个接触点的法线。一个内部的正常角（ ）在本文中被定义为接触点连接到凸轮中心和即时速度中心的线之间的角度，如图 8所示。因为用于加工刀具和双圆弧中心的用于曲线拟合的中心位于通过接触点的法线方向线，内部的正常角度必须被转移为加工数据 ，以保证凸轮的精确形状。 用方程（ 14）可以更容易的定义如图 8 所示的接触点的位置角（c）。此外，滚子从动件和凸轮机构接触点的法线角（f）在图 8（ a）和同样在图 8（ c）中，由方程（ 15）得。法线的角度分别由式子（ 16）定义为往复运动平面从动件（图 8b）和方程（ 17）定义为振荡平底从动件（图 8d） 最后，内部正常的角度在凸轮接触点上可以表示成方程 （ 18）为盘形凸轮机构如图 8. （ a） 往复式滚子从动件 （ b）往复式平面从动件 （ c）摆动滚子从动件 （ d）摆动平面从动件 图 双圆弧插补是内部由 2点，其中的双圆弧必须有一个在每个点处的切向分量的跨度连接来连接这两个圆弧。因此，所有的点上的双圆弧插补曲线具有独特的斜率和朝向：双圆弧中心（这就是在本文中所谓的径向方向的角度，也有独特的方向角）。如图 9所示的径向方向的角度（ 21 和 ）可以定义为一个中心和一个连接的直线上的一个跨度之间的径向线的角度。双圆弧插补是深深依赖于径向方向角视图的准确性。 作者： 籍： 韩国 出处： 浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书 景坷 同学（ 机制 设计制造及其自动化 专业 / 班级： 09（ 4） ） 现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。 课题名称 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 主要任务与 目标 凸轮机构是工程中用以实现机械化和自动化 的一种重要驱动和控制机构，在轻工、纺织、食品、医药、印刷、标准零件制造、交通运输等领域运行的工作机械中获得广泛应用。为了提高产品的质量和生产率，对机械设备的性能指标提出更高的要求，就凸轮机构而言，必须进一步提高其 设计水平，在解析法设计的基础上开展计算机辅助设计的研究和推广应用。 本课题重点完成实验台传动电机及调速方法选择、相应传感器的按装设计、机械结构设计，其 主要内容 ： 1、了解 凸轮机构运动及特性 测试 试验台 研制 ， 研究目的。理解各种典型 凸轮机构 结构及其特点。确定完整实验系统总体方案； 2、实验台机械装配图一份及主要零件加工图若干份； 3、相关测试用传感器、型号选定及 安 装机架设计； 4、凸轮机构 运动学分析及运动仿真设计 目标 ： 设计一台小型 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台 , 凸轮机构 运动 规律及传动机构传动特性参数 可 测试。 主要内容与基本要求 主要设计内容 ： 1、了解 凸轮机构运动及特性 测试 试验台 研制 ， 研究目的。理解各种典型 凸轮机构 结构及其特点。确定完整实验系统总体方案； 2、实验台机械装配图一份及主要零件加工图若干份； 3、相关测试用传感器、型号选定及 安 装机架设计； 4、凸轮机构 运动学分析及运动仿真设计 基本要求： 要求学生掌握： 图软件及 画图软件 。 要求学生掌握： 图软件 及 画图 软件 按照课题内 容，完成毕业设计要求的各种文档，包括文献综述、开题报告、外文翻译及毕业设计论文等。 严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室规定。 主要参 考资料 及文献 阅读任务 查阅与课题有关的文献（论文、书籍或手册等）不少于 10 篇（部），写出符合要求的文献综述报告。主要参考文献如下： 1 刘昌祺，（日）牧野洋，曹西京 ， 凸轮机构设计 M， 北京市：机械工业出版社 ， 2005， 1. 2 赵韩，丁爵曾，粱锦华凸轮机构设计 M北京：高等教育出版社， 1993 3 K,of , 1993 4 of J ， S 1996 5 of J ， 994 6 世薄平行分度凸轮机构 J机械设计， 1994， 12(10), 13 17 外文 翻译任务 阅读 2篇以上（ 10000字符左右）的外文材料，完成 2000汉字以上的英译汉翻译 。英文文献 ：（ 1） 2） A 划进度： 起止时间 内容 业设计前期资料准备、毕业设计任务书、外文翻译任务布置 献阅读、外文翻译、综述报告、开题报告 述报告、外文翻译、开题报告，开题答辩 体方案设计结构设计，三维零件图，开题答辩 配图、运动仿真、二维零件图、中期检查 维零件图、装配图、论文撰写 文修改、评阅、论文第一次答辩 文第二次、第三次答辩 实习地点 指导教师 签 名 年 月 日 系 意 见 系主任签名： 年 月 日 学院 盖章 主管院长签名： 年 月 日 浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 班 级 09 机械类 (4)班 姓 名 景坷 课题名称 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 开题报告 目 录 1 选题的背景与意义 内外研究现状和发展趋势 轮机构试验平台研究意义 轮设计方法和设计软件 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 本内容 解决的主要问题 3 研究思路方案、可行性分析及预期成果 究思路方案 行性分析 期研究成果 4 研究工作计划 参考文献 （开题报告全文附后） 成绩： 答 辩 意 见 答辩组长签名： 年 月 日 系 主 任 审 核 意 见 签名： 年 月 日 1 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 景坷 ( 09机械类（ 4） 班 凸轮机构是工程中用以实现机械化和自动化的一种重要驱动和控制机构，在轻工、纺织、食品、医药、印刷、标准零件制造、交通运输等领域运行的工作机械中获得广泛应用。 凸轮机构之所以能够得到如此广泛应用，是因为它具有传动、导 向和控制等功能。当它作为传动机构时，可以产生复杂的运动规律：当它作为导向机构时，可使工作机械的动作端产生复杂的运动轨迹：当它作为控制机构时，可控制执行机构的工作循环。 1 随着社会发展和科技进步 为了提高产品的质量和生产率，对机械设备的性能指标提出更高的要求， 作为机械设备核心部件的 凸轮机构而言，必须进一步提高其设计水平，在解析法设计的基础上开展计算机辅助设计的研究和推广应用。 因此，开展对凸轮机构运动分析的研究，对于揭示机构的运动性能 ，进行机构的优化设计和动力学分析有着重要的实际意义。 内外研究现状和发展趋势 轮机构 国内外研究现状 我国对凸轮机构的应用和研究已有多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。 1983年全国第三届机构学学术讨论会上关于凸轮机构的论文只有 8篇，涉及设计、运动规律、分析、廓线的综合等四个研究方向。到了 1988年第六届会议，已有凸轮机构方面的论文 20篇，增加了动力学、振动、优化设计等研究方向。而 1990年第七届会议，凸轮机构方面的论文 22篇，又增加了 差分析等研究方向。 2 近几年，对凸轮分度机构方面的研究也不断深入，并发表了一系列论文 3 ，对凸轮机构的共轭曲面原理 4 、专家系统等方面也有了相当的研究。现在凸轮机构已经在包装机械、食品机械、纺织机械、交通运输机械、动力机械、印刷机械等领域得到广泛的应用。但是，与先进国家相比，我国对凸轮机构的研 究和应用还存在较在的差距，尤其是在对振动的研究、凸轮机构的加工及产品开发等方面。 2 在欧美各国，很多学者为凸轮机构的研究作出了贡献。早在三十年代， F D 时的研究工作主要集中在低速凸轮机构，而且主要分析的是运动规律。到了四十年代，人们开始对配气凸轮机构的振动进行深入研究，并从经验设计过渡到有理论根据的运动学和动力学分析。四十年代末， J A 人已经注意到从动件的刚度对凸轮机构动力学响应有明显的影响。五十年代初， D B 验研究。后来不少学者采用多种仪器，如高速摄影机、加速度分析仪和动态应变仪等，对高速凸轮的动力学响应进行测量，并获得了许多重要成果。 随着计算机的发展，凸轮机构的 轮机构的研究经历了从经验设计到优化设计，从单纯的运动分析到动力学研究，从手工加工到 八、九十年代，就有 P J K 5 ， Y V Y Y W 有关凸轮机构优化设计方面的论文，而 I T L 人先后发表了有关凸轮振动、动态响应等动力学性能方面的论文。 欧美各国的学者还特别注重研究文献的收集整理， P W 凸轮设计与制造 中几乎列出了 1984年以前的、有记载的、可以找得到的所有的文献资料，共 1817篇。根据该书和 1984年以后出版的 ，对欧美各国自 1950年以来在各研究方向所发表的论文数量作 了 初 略的统计，总结得出四十年来欧美各国凸轮机构研究的特点大致如下； (1)论文数量多，研究范围广。 (2)研究的连续性和发展性强。在每个研究方向上每年都有相当数量的论文发表，而且关于新技术应用的论文数量也逐年增多。如五十年代至六十年代，有关设计加工及刀具的论文是大量的，而有关优化设计的论文几乎没有。到了七十至八十年代，这方面的论文显著增多，而到了九十年代，有关凸轮机构动力学方面的研究论文大量发表，同时有关高速凸轮机构的新的分析方法和改善其动力学性能方面的研究论文也不断涌现。因此可以认为，凸轮机构的研究是持续 且有发展的。 (3)研究工作随着新技术、新方法的产生和应用而深化。倒如凸轮机构的优化设计，早期的优化 目标极为简单，主要是确定最小基圆半径。随着优化方法和计算机的应用，优化目标的选择也越来越复杂，如可以是最小体积、最小接触应力、最长寿命、从动件最小振动、最高效率、最小功耗等。 (4)基础理论的研究持续稳定。虽然凸轮机构的研究不断有新的扩展，但是对其基础理论 3 如从动件运动规律、几何学、运动学等方面的研究论文仍有相当多的数量 876 ，这是 因为当其他方面的研究需要深化和扩展时，往往由于基础理论研究得不够而难以继续。倒如采用优化方法，如果数学模型误差很大，再好的优化方法也得不到好的结果。 日本也特别重视凸轮机构的研究，有很多从事凸轮机构研究的专家，早期有小才川介、中开英一等，现在有牧野洋、西冈雅夫 筱原茂之等 还有许多专门生产凸轮机构的公司，如大冢公司、三共制作所、 和凸轮公司等。日本经常举行讨论凸轮机构的学术会议。在有关的国际性刊物上也经常看到日本在凸轮机构研究方面的论文。日本近期在凸轮技术的发展上所做的工作主要有以下几个方面： (1)在机构 设计方面，致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化，以适应新的要 求。 (2)加强了凸轮机构动力学和振动方面的研究提高了机构的速度，发展了高速凸轮。他们已经生产出分度数每分钟 8000次的分度凸轮机构 9 。 (3)研制新的凸轮加工设备，以适应新开发的产品 实现了凸轮机构的小型化和大型化，已经设计生产出了世界上最小和最大的蜗杆凸轮机构 10 ，中心距前 者为 28者为800 (4)加强凸轮机构的标准化，发展成批生产的标准凸轮机构。 (5)发展凸轮机构的 日本学者特别注重将各方面的研究成果应用到实际的产品开发中去，如他们充分地认识到凸轮机构作为控制机构具有高速下的稳定性、优良的再现性、良好的运动特性和可靠性、易于实现同步控制、刚度高等优越性，因而十分重视将凸轮机构与电子技术相结合，在控制机构上作广泛的研究，从而拓宽了凸轮机构的用途。 轮机构 研究趋势 虽然已有很多学者对凸轮机构的研究做了相当多的工作，但在各 研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究工作有待开发。从设计的角度考虑，大致有以下几点： (1)在从动件运动规律的研究方面，除了继续寻找更好的运动规律外，要研究有效的分析方法。 (2)在几何学和运动学的研究方面，要综合考虑各种凸轮机构，尽可能导出普遍适用的计算公式。已有研究大多集中于平面和圆柱凸轮，而且是一种凸轮一种研究方法，因而设计公式过多，近似较多，并影响到其他方面 (如 应用等 )的研究。 (3)发展通用而有效的 统。由于种种原因，计算机在凸轮机构设计中的应用一直被 4 局限于 几种平面和圆柱凸轮机构，且每一程序一般只能处理一、二种机构，对比较完整的 近十几年才开始，且很不完善。 (4)引入专家系统或人工智能 统。由于凸轮机构不是标准机构，种类多，应用广，加之许多已有的知识不能公式化，所以应用普通的 统，有时效果并不很理想。如果引入专家系统，则可以获得较为理想的结果。 (5)动力学研究的深化及研究成果的进一步实用化 由于动力学问题本身的复杂性，导致研究主要集中于低、中速凸轮机构，对高速凸轮机构的动力学研究还不够深入、完善，所以，人们对这些研究成 果的可靠性存在怀疑，这些成果的应用尚不广泛。 (6)加 强对凸轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟，以提高设计质量和缩短产品研制周期。 轮设计方法和设计软件 凸轮机构分类如图 1 1轮机构的分类 设计凸轮机构时 ， 首先应根据工作要求确定从动件的运动规律 ， 然后再按照这一运动规律设计凸轮廓线。 凸轮廓线的设计方法有作图法和解析法 ， 其基本原理相同。 为了便于在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线 ， 可采用反转法。图 1示的是 对心直动尖底从动件盘形凸轮机构为例来说明其基本原理。 5 图 1转法画凸轮 真实运动 ： 凸轮以等角速度 绕轴 O 逆时针转动 ， 推动从动件在导路中上、下往复移动。 反转法 ： 整个机构加上一个 （ 的转动凸轮静止固定不动从动件随导路一起以角速度 （ 转动 ， 同时又按原来的运动规律相对导路作移动从动件尖端参与复合运动所划出的轨迹即为凸轮廓线。 凸轮机构的形式多种多样 ， 反转法原理适用于各种凸轮轮廓曲线的设计。 一 作图法设计凸轮廓线 已知 :基圆半径 动件的运动规律、凸轮逆时针方向转动 ;试设计凸 轮廓线。 如图 1 图 1心直动尖底从动件盘形凸轮廓线的设计 图 1示。 6 图 1置直动尖底从动件盘形凸轮廓线的设计 平底从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计思路与上述滚子从动件盘形凸轮机构相似 ,不同的是 :应画出一系列平底 ， 作平底直线族的包络线 ， 即得到凸轮的实际廓线。 如图 1示。 7 图 1底从动件凸轮轮廓线设计 图示为一尖端摆动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮轴心与从动件转轴之间的中 心距为 从动件长度为 l， 凸轮以等角速度 逆时针转动 ， 从动件的运动规律如1 示。设计该凸轮的轮廓曲线。 注意 ： 图中凸轮廓线与摆杆 某些位置已经相交。故在考虑机构的具体结构时 ， 应将从动件做成弯杆形式 ， 以避免机构运动过程中凸轮与从动件发生干涉。 图 1动从动件盘形凸轮廓线的设计 8 圆柱凸轮机构是一种空间凸轮机构。其轮廓曲线为一条空间曲线 ， 不能直接在平面上表示。但是圆柱面可以展开成平面 ， 圆柱凸轮展开后便成为平面移动凸轮。平面移动凸轮是盘形凸轮的一个特例 。因此可用前述盘形凸轮轮廓曲线设计的原理和方法 ， 来绘制圆柱凸轮轮廓曲线的展开图。 1） 直动推杆圆柱端面凸轮设计 实际上 ， 在作推杆位移线图时 ， 若取横轴长为圆柱体周长的话 ， 即画出该凸轮的理论廓线。 如图 1示。 图 1动推杆圆柱端面凸轮设计 2） 摆动推杆圆柱凸轮设计 图 1动推杆圆柱凸轮设计 9 二 用解析法设计凸轮廓线 用解析法设计凸轮廓线 ， 就是根据从动件的运动规律和已知的机构参数 ， 求出凸轮廓线的方程式 ， 并精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值。 设计凸轮的软件 为了 必须进一步提高 凸轮机构 设计水平，在解析法设计的基础上 产生了许多 计算机辅助设计软件，基于 e， 轮加工方法 凸轮加工的关键是型面加工。加工凸轮型面的方法可分为两类：一类是用手工、机床挂轮和数控机床等直接加工；另一类是用仿形法间接加工。仿形法生产率高，适于成批大量生产。由于按靠模仿形时，靠模的制造误差和仿形过程的误差，都会影响到工件加工精度，所以凸轮的直接加工法一般要比间接加工法容易控制加工精度，生产率一般较低，多用于单 件、小批生产。但数控机床加工也用于中批生产。 一 :直接加工法 (1)按划线加工 按划线加工是指加工好凸轮基准面后，由钳工划出凸轮工作型面线，然后按线粗铣或钻孔后锯开，最后由钳工修挫成形，用金属板划线后按线检验。此法生产率低，只适宜单件生产精度较低的凸轮。 (2)在铣床上用分度头及挂轮铣 凸轮工作型面为阿基米德螺旋线和渐开线时，可在铣床上利用分度头和挂轮铣削，如图 1示。加工时，工件装在分度头上，并与水平线倾斜。角，工作台由丝杠挂轮传动。随着分度头的旋转，分度头与工作台带动凸轮坯逐渐向铣刀靠近，从而铣出 各种型面曲线。分度头主轴倾斜角是为了确定挂轮齿数时便于计算和利用一套挂轮铣出多种曲线而设的。这种凸轮型面加工方法因受传动精度等影响，型面精度不很高，主要用于不淬硬凸轮的加工和型面磨削前的预加工 10 图 1分度头和挂轮铣削铣凸轮 (3)用数控机床加工 随着数控机床的日益发展和普及，中小批量凸轮越来越多地利用数控机床进行加工。在数控机床上加工凸轮型面时，先根据凸轮型面的参数编制程序，输入到数控装置中，控制机床的纵横进给运动，完成凸轮型面的自动加工。其精度和可靠性大为提高。 二：仿型加工法 仿型加工法也叫复制加工，它是按靠模或样板凸轮的原型加工。广泛应用于凸轮的中批及大批生产中。 属于仿形法加工的有：靠模车削、仿形铣削和仿形磨削。现代的凸轮仿形法加工，多用液压仿形铣床、光电跟踪仿形铣床和伤形磨床等加工。 （ 1） 靠模车凸轮 在普通车床上，利用仿形装置可以加工具有封闭轮廓的盘形和圆柱形的凸轮， 如图 1示 。 图 1模车凸轮 11 图中在普通车床上安装了带有滚子的靠模装置，通过靠模 2 把凸轮工作表面尺寸转换到刀具的运动上去，横拖板上的滚子 3 借助于弹簧的作用始终保持与靠模接触。切削时纵向进给自动 (或手动 )进行，而横向进给由靠模控制，从而加上出成型工作表面。 （ 2） 仿形铣凸轮 利用靠模夹具铣削凸轮的工作情况可参见图 1 1形铣凸轮 机械式仿形加工凸轮时，靠模磨损快，加工精度低。现代的仿形铣床，采用液压或电液仿形系统，光电跟踪仿形系统等。采用液压或电液仿形铣床时，由于靠模所受压力极小，使用寿命长，因而可以采用铸铁、铝合金、木材、石膏等容易加工的材料制造。采用光电跟踪仿形时，由于光电系统可跟踪白色背景上的黑线、工艺人员只需绘制凸轮的轮廓图，就可按图进行轮廓仿形加工。 （ 3）仿形 磨削凸轮 仿形磨削用于加工凸轮型面已淬硬且粗糙度要求小，轮廓功线的向径精度要求较高的凸轮。 仿形磨削可在通用机床上安装仿形装置和磨头进行加工，亦可在专门的仿形磨床上加工，它们的构造与工作原理基本上与仿形铣削相同。 使用数控机床加工凸轮目前渐渐增多，是一种较新的加工方法。 三：用专用靠模、专用夹具枉普通立铣床上铣削 在立铣床上松开刀架横向进给的螺丝，靠配通产生的力迫使滚于一直靠紧靠模。这种方法在工厂既没靠模铣床， 又没有数控机床的条件下而生产
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