机械原理-凸轮设计

1、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MATLA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

2、，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

3、距e=20mm,基圆半径ro=5Omm，滚子半径rr=10mm。凸轮以等角速度沿顺时针方向回转，在凸轮转过32=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S2=30°时，推杆保持不动；其后，凸轮在回转角度33=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，确定铳刀中心轴位置。二、设计数据根据数据可绘得等减速运动规律上升时理论轮廓线：三、解析法计算(1)计算推杆的位移并对凸轮转角求导。当凸轮转角3在0W3W2n/3过程中，推杆按正弦加速度运动规律上升1-siII

4、1-siII贝12価1=h_r)=54)rLI1277£A50饷5=h可得:h=50mm。0<3<2n/302n/3当凸轮转角3在2n/3<3<5n/6过程中，推杆远休77=0s=50,2n/3<3<5n/6,2n/3<3<5n/6当凸轮转角3在5n/6<3<7n/6过程中，推杆又按余弦加速度运动规律下降至起始位置。则:至起始位置。则:可得：5n/6W3W7n/65n/6W3W7n/6当凸轮转角3在7n/6<3<2n过程中，推杆近休。dsRe=0s=0,7n/6W3W2n，7n/6W3W2n(2)计算凸轮的理论廓

5、线和实际廓线。凸轮理论廓线上B点(即滚子中心)的直角坐标为x=(s0+s)cos3-esin3y=(s0+0)sin3-ecos35(i=(j020)mm=4*8虫总mm式中，凸轮实际廓线的方程即B点的坐标方程式为x'=x-rrcos0y=y-rrsin0H耳三三(<+(规+叶心&因为因为IT4737(37+(flo+5)szjh5/fiirfdsiiiB所以故x'=x=10cosBy'=y-1OsinBMatlab程序%凸轮理论廓线与工作廓线的画法clear%清除变量r0=50;%定义基圆半径e=20;%定义偏距h=50;%推杆上升高度s0=sqrt(r

6、0A2-eA2);r=10;%滚子半径%理论廓线a1=linspace(0,2*pi/3);%推程阶段的自变量s仁h*(3*a1/2/pi-sin(3*a1)/2/pi);%推杆产生的相应位移x1=-(s0+s1).*sin(a1)+e*cos(a1);%x函数y1=(s0+s1).*cos(a1)-e*sin(al);%y函数a2=linspace(0,pi/6);%远休止阶段的自变量s2=50;%推杆位移x2=-(s0+s2).*sin(a2+2*pi/3)+e*cos(a2+2*pi/3);%x函数y2=(s0+s2).*cos(a2+2*pii/3)-e*sin(a2+2*pi/3);

7、%y函数a3=linspace(0,pi/3);%回程阶段的自变量s3=h*(1+cos(3*a3)/2;%推杆位移x3=-(s0+s3).*sin(a3+5*pi/6)+e*cos(a3+5*pi/6);%x函数y3=(s0+s3).*cos(a3+5*pi/6)-e*sin(a3+5*pi/6);%y函数a4=linspace(0,5*pi/6);%近休止阶段的自变量s4=0;%推杆位移x4=-(s0+s4).*sin(a4+7*pi/6)+e*cos(a4+7*pi/6);%x函数y4=(s0+s4).*cos(a4+7*pi/6)-e*sin(a4+7*pi/6);%y函数a0=lin

8、space(0,2*pi);%基圆自变量x5=r0*cos(a0);%x函数y5=r0*sin(a0);%y函数%工作廓线m1=-(h*3/2/pi*(1-cos(3*a1)-e).*sin(a1)-(s0+s1).*cos(a1);%中间变量dx/d$n1=(h*3/2/pi*(1-cos(3*a1)-e).*cos(a1)-(s0+s1).*sin(a1);%中间变量dy/d$p1=-m1./sqrt(m1.A2+门1.人2);%sin&q1=n1./sqrt(m1.A2+门1.人2);%cos&x6=x1-r*q1;%x'函数y6=y1-r*p1;%y'函

9、数m2=-(s0+s2).*cos(a2+2*pi/3)+e*sin(a2+2*pi/3);%中间变量dx/d$n2=-(s0+s2).*sin(a2+2*pi/3)-e*cos(a2+2*pi/3);%中间变量dy/d$p2=-m2./sqrt(m292+n242);%sin&q2=n2./sqrt(m292+n242);%cos&x7=x2-r*q2;%x'函数y7=y2-r*p2;%y'函数m3=(h*3/2*sin(3*a3)+e).*sin(a3+5*pi/6)-(s0+s3).*cos(a3+5*pi/6);%中间变量dx/d$n3=-(h*3/2*

10、sin(3*a3)+e).*cos(a3+5*pi/6)-(s0+s3).*sin(a3+5*pi/6);%中间变量dy/d$p3=-m3./sqrt(m3.A2+n342);%sin&q3=n3./sqrt(m3.A2+门3.人2);%cos&x8=x3-r*q3;%x'函数y8=y3-r*p3;%y'函数m4=-(s0+s4).*cos(a4+7*pi/6)+e*sin(a4+7*pi/6);%n4=-(s0+s4).*sin(a4+7*pi/6)-e*cos(a4+7*pi/6);%p4=-m4./sqrt(m4.A2+n4.A2);%sin&q4

11、=n4./sqrt(m4.A2+n4.A2);%cos&x9=x4-r*q4;%x'函数y9=y4-r*p4;%y'函数%画滚子g1=x1(1)+r*cos(a0);j1=y1(1)+r*sin(a0);g2=x1(25)+r*cos(a0);j2=y1(25)+r*sin(a0);g3=x1(50)+r*cos(a0);j3=y1(50)+r*sin(a0);g4=x1(60)+r*cos(a0);j4=y1(60)+r*sin(a0);g5=x1(75)+r*cos(a0);j5=y1(75)+r*sin(a0);g6=x1(90)+r*cos(a0);j6=y1(

12、90)+r*sin(a0);g7=x2(1)+r*cos(a0);j7=y2(1)+r*sin(a0);g8=x2(50)+r*cos(a0);j8=y2(50)+r*sin(a0);g9=x3(1)+r*cos(a0);j9=y3(1)+r*sin(a0);g10=x3(25)+r*cos(a0);j10=y3(25)+r*sin(a0);g11=x3(40)+r*cos(a0);j11=y3(40)+r*sin(a0);g12=x3(50)+r*cos(a0);中间变量dx/d$中间变量dy/d$j12=y3(50)+r*sin(a0);g13=x3(75)+r*cos(a0);j13=y

13、3(75)+r*sin(a0);g14=x4(1)+r*cos(a0);j14=y4(1)+r*sin(a0);g15=x4(50)+r*cos(a0);j15=y4(50)+r*sin(a0);figure%创建图形窗口plot(x1,y1,'b-',x2,y2,'g-',x3,y3,'m-',x4,y4,'c-',.x6,y6,'b-',x7,y7,'g-',x8,y8,'m-',x9,y9,'c-',.'LineWidth',2)%画函数曲线gr

14、idon%加网格holdon%保持图像plot(x5,y5,'r-',g1,j1,'k-',g2,j2,'k-',g3,j3,'k-',.g4,j4,'k-',g5,j5,'k-',g6,j6,'k-',g7,j7,'k-',.g8,j8,'k-',g9,j9,'k-',g10,j10,'k-',g11,j11,'k-',.g12,j12,'k-',g13,j13,'k-'

15、,g14,j14,'k-',g15,j15,'k-','LineWidth',2)%画基圆title('凸轮理论廓线与工作廓线','FontSize',16)%标题axis(-100,80,-120,60)axis('equal')points=x6',y6',zeros(100,1);x7',y7',zeros(100,1);.x8',y8',zeros(100,1);x9',y9',zeros(100,1)运行结果：四、数据分析推程时，许用压力角a的值一般为：对直动推杆取a=300。所以该凸轮的压力角满足许用压力角的要求公式a=arctan【(ds/dt)/(rO+s)】并且无失真情况，铳刀的位置即理论轮廓线的总结通过本次课程设计，对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。同时在设计的整个过程