圆盘凸轮开题报告

毕业设计开题报告

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指 导

号：_________________________ 错误！未找到引用源。 名：_________________________ 名 称：_________________________ 错误！未找到引用源。 教 师： 2012年4月12日

目 录

摘要................................................................ 3

1、关于凸轮......................................................... 3

1.1凸轮机构概述................................................. 3

1．2凸轮机构课题研究背景及意义.................................. 4

1.3凸轮机构的特点：............................................. 4

2、凸轮机构的分类................................................... 5

2.1按两活动构件之间的相对运动特性分类........................... 5

2.2.按从动件运动副元素形状分类 .................................. 5

2.3按凸轮高副的锁合方式分类..................................... 6

2.4基本运动规律................................................. 6

3、设计过程......................................................... 7

4、仿真过程......................................................... 7

5、参考文献......................................................... 8

摘要

凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件（有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间隙的往复运动、移动或平面复杂运动。

本文主要介绍凸轮的大体概念与凸轮廓线的设计计算，以及后期使用Pro/E软件仿真其廓线。

凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的关键，常用的设计方法有解析法和图解法。本文将对这两这种方法进行大致分析与应用设计，利用Pro/E软件绘制凸轮机构实体模型，并用Pro/E软件自带的Pro/MECHANICA Motion插件设计凸轮机构运动模型，进行机构运动学仿真分析，可以较准确掌握机械产品零部件的位移、速度和加速度等动力学参数，进而可分析机构动作的可靠性。

主要技术要求为：熟悉凸轮设计基本原理及相关理论计算；凸轮机构运动仿真及受力分析；指定内容的翻译和Pro/E软件的熟练应用。

本文将重点研究凸轮机构建摸，受力分析和运动仿真与分析。通过理论上的计算和研究，结合图解以及解析的方法，算出凸轮廓线的大致数据，用Pro/E软件将其绘制出，进行运动仿真，记录和研究其位移、速度和加速度等动力参数，最后分析出机构动作的可靠性。使以后工作中，可以更准确掌握机械产品零部件的动力方面个参数，减少事故的发生，降低设计的难度。

关键词：凸轮；廓线设计；Pro/E；三维造型；仿真。

1、关于凸轮

1.1 凸轮机构概述

低副机构一般只能近似地实现给定运动规律，而且设计较为复杂。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时，则以采用凸轮机构最为简便。凸轮机构由凸轮、从动件或从动件系统和机架组成，凸轮通过直接接触将预定的运动传给从动件。

凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点。只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律。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。凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛的应用，是因为它兼有传动、导引及控制机构的各种功能。当凸轮机构用于传动机构时，可以产生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，以及暂时停留或各种步进运动；凸轮机构也适宜于用作导引机构，使工作部件产生复杂的轨迹或平面运动；当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环。因此凸轮机构的设计和制造方法对现代制造业具有重要的意义。

1．2 凸轮机构课题研究背景及意义

早期的工程技术人员大多采用作图法绘制凸轮轮廓，这种方法的效率低、精度差、很难精确地得到压力角和曲率半径等设计参数。在CAD二维设计阶段，CAD的作用仅仅是使工程人员得以摆脱烦琐、精度低的手工绘图，可重复利用已有的设计方案。而如今的CAD三维设计与CAM集成化，使工程人员可以从三维建模开始，进行产品构思设计和制图，实现了设计数据直接传输到生产的过程，大大简化了手工工作环节。由于计算机技术和各种数值计算的发展，使得很多方面的研究得以深入。利用参数化技术三维CAD可以绘制精确的凸轮。参数化设计具有造型精确，造型速度快，避免了手工取点造型的复杂过程，完成三维实体模型可以不断的修改的特点。由于电子技术的发展，现在某些设备的控制元件可以采用电子元器件，但他们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率。因此，凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点。可以说，对凸轮机构的进一步研究，特别是对高速凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期、持续并有重大意义的工作。现代三维CAD已经辐射到对整个制造企业生产、管理进行全方位的辅助，对制造业的发展具有深远的影响.

1.3凸轮机构的特点：

优点：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。

缺点：

1）点、线接触易磨损；

2）凸轮轮廓加工困难；

3）行程不大。

2、凸轮机构的分类

从不同的角度出发，凸轮机构可作如下分类。

2.1 按两活动构件之间的相对运动特性分类

平面凸轮机构 两活动构件之间的相对运动为平面运动的凸轮机构。其按凸轮形状又可分为盘形凸轮、移动凸轮。其中，盘形凸轮为凸轮的基本形式。是一个相对机架作定轴转动或为机架且具有变化向径的盘形构件；而移动凸轮则可视为盘形凸轮的演化形式。是一个相对机架作直线移动或为机架且具有变化轮廓的构件。

空间凸轮机构 两活动构件之间的相对运动为空间运动的凸轮机构。按其形状又可分为圆柱凸轮，圆锥凸轮，弧面凸轮和球面凸轮等。

2.2. 按从动件运动副元素形状分类

尖顶从动件 尖顶能与任意复杂凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸轮呈点接触，易磨损，故只宜用于受力不大的场合。

滚子从动件 为克服尖顶从动件的缺点，在尖顶处安装一个滚子。它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件，耐磨损，可承受较大载荷，故在工程实际中应用最为广泛。

平底从动件 平底从动件与凸轮轮廓接触为一平面，显然它只能与全部外凸的凸轮轮廓作用。其优点是：压力角小，效率高，润滑好，故常用于高速运动场合。

2. 3 按凸轮高副的锁合方式分类

（1）、力锁合：利用重力、弹簧力或其他外力使组成凸轮高副

的两构件始终保持接触。如图2-2所示。

（2）、形锁合：利用特殊集合形状（虚约束）使组成凸轮高副

的两构件始终保持接触。

凸轮机构的优点是：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可

使从动件实现任意预期的运动规律，并且结构简单、紧凑、工

作可靠。其缺点是：凸轮为高副接触（点接触），压强比较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。

2.4 基本运动规律

从动件位移s随凸轮转角 的变化情况如图2-3所示，图中横坐标代表凸轮转角 ，纵坐标代表从动件位移s、速度v和加速度a随凸轮转角 的变化规律称为从动件运动规律。从动件运动规律又可分为基本运动规律，基本运动规律有以下几种：

等速运动规律：从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大的冲击，称为刚性冲击，次类运动规律只使用于低速运动的场合。

等加速等减速运动规律：从动件在运动过程中加速度为常数，而在运动的始、末点处加速度有突变，产生较大的加速度和惯性力，由此而引起的冲击称为柔性冲击，这种运动规律只适用与中速运动的场合。

余弦加速度运动规律：又名简谐运动规律。从动件在整个运动过程中速度皆连续，但在运动的始、末点处加速度有突变，产生柔性冲击，因而也只适用中速运动场合。

正弦加速度运动规律：又名摆线运动规律。从动件在整个运动过程中速度和加速度皆连续无突变，避免了刚性冲击和柔性冲击，可以用于高速运动的场合。 在工程实际中，为使凸轮机构获得更好的工作性能，经常采用以某种基本运动规律为基础，辅之以其他运动规律与其组合，从而获得组合运动规律。当采用不用

的运动规律组合成改进型运动规律时，它们在连接点处的位移、速度和加速度应分别相等；这就是两运动规律组合时必须满足的边界条件。

常用的组合运动规律有：改进性等速运动规律，改进性正弦加速度运动规律和改进性梯形加速度运动规律。

3、设计过程

（1）、根据给定的设计任务指导书,选取适量的设计参数：中心距、定位分割等份、动静比。

（2）、利用C语言程序编写圆盘凸轮轨道的计算程序。

（3）、利用matlab绘出凸轮轮廓曲线。

（4）、利用已知参数确定圆盘凸轮分度机构的基本结构尺寸。

（5）、利用pro/E完成各零部件装配

（6）、利用pro/E完成运动仿真

4、仿真过程

首先通过确定从动件的运动规律，利用凸轮轮廓的函数表达式创建图形基准，通过Pro/E中的命令绘制出凸轮轮廓，通过拉伸生成凸轮实体；其次，根据设计好的凸轮基圆半径，确定滚子的曲率半径，在Pro/E中绘出并生成实体；再次连接滚子从动件盘形凸轮机构；最后进行仿真。

建立凸轮机构运动模型，可以将凸轮与从动件的转动与往复移动分别按各自的运动规律设置成动画，并且使两个构件在初始状态处于正确的相对位置。这样，当动画打开后，屏幕上所显示的就俨然是凸轮的转动带动从动件往复移动了。

(1) 首先新建组建文件,进入绘图区；

(2) 创建基准特征,选取基准轴或者基准面；

(3) 在选取的基准面内对设计好的圆盘凸轮零件文件进行连接；

(4) 定义凸轮从动连接机构；

(5) 对选取的各个连接轴添加驱动器

(6) 创建运动分析

(7) 结果回放

(8) 运动分析测量

(9) 得出结论

5、参考文献

［1］宋文学、刘锡锋. CAD/CAM应用. 西北大学出版社， 2005

［2］杨可桢、李仲生. 机械设计基础. 高等教育出版社， 2007

［3］成大先. 机械设计手册. 北京：化学工业出版社，2004

［4］孙恒、陈作模. 机械原理. 第6版. 高等教育出版社，2001

［5］机械工程手册编辑委员会. 机械工程手册. 北京：机械工业出版社，1980 ［6］中国机械设计大典编委会. 机械设计大典. 南昌：江西科技出版社，2002 ［7］郑文纬、吴克坚. 机械原理. 第7版. 北京：高等教育出版社，1997 ［8］松.Pro/E机械设计实战训练.北京:人民邮电出版社,2004年

［9］清安.Pro/E零件设计基础篇.北京:清华大学出版,2004年

［10］杰.Pro/E高级开发实例.北京:电子工业出版社,2002年6月.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ywt4.html