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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
2、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
3、和工作廓线。已知凸轮轴置于推杆轴线右侧，偏距e=20m m,基圆半径r=50mm，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 S 2=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 S 2=30时，推杆保持不动；其后，凸轮在回转角度S 3=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。、设计数据23推杆在推程段的位移方程議抢杆左冋程段的位移方穆:I 2打丿s = 25（1 4g3d）0#37T、亍丿根据数据可绘得等减速运动规律上升时
4、理论轮廓线:推凸轮转角0n/92呦/3如95jtW2制3程推杆位移0E449.782540.2248.5650回凸轮转角Un/18加n/62nJ95n/18rt/3程推杆位移5046.6537,52512.53J50三、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S在0W S W 2n /3过程中，推杆按正弦加速度运动规律上升乳 1.2讽s = n fan (h=50m m。则:可得:1s = n -fliJ-J-久C(JS9 770 SW 2n /3=h.石)2tt0W S2n /34当凸轮转角S在2n /3 WSW 5n /6过程中，推杆远休s=50, 2 n /3 W S
5、W 5 n /6 ,当凸轮转角S在5n /6 W S W 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。贝U：可得： 5 n /6 W S W 7 n /65 n /6 W S W 7 n /6当凸轮转角S在7n /6 W S W 2n过程中，推杆近休。ds,7 n /6 W S W 2 ns=0, 7 n /6 W S W 2 n(2)计算凸轮的理论廓线和实际廓线。凸轮理论廓线上B点(即滚子中心)的直角坐标为.sh = ：；岸沽=(,护?02 ) -nmi = 口公盘hnmx=(sa+s)cosS -esin Sy=(sa+0)sin S -ecos S式中，凸轮实际廓线的方程
6、即B点的坐标方程式为x=x-rrcos 0y=y-rrsin 0因为(+ (i.( + d)co曲#5=( e)cos占 4 (曲+ jj)sint5(tA (fh#所以d:r Jd sSin6 _ #dif/dsy/ dxfdS + (dyfdS-故 x=x=10cosBy=y-10sinBMatlab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(r0A2-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-
7、si n( 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*s in (al); %y 函数 a2=li nspace(0,pi/6); %远休止阶段的自变量 s2=50; %推杆位移x2=-(s0+s2).*si n( a2+2*pi/3)+e*cos(a2+2*pi/3); %x函数y2=(s0+s2).*cos(a2+2*pii/3)-e*si n( a2+2*pi/3); %y函数a3=linspace(0,pi/3); %回程阶段的自变量 s3=h*(1+cos(3
8、*a3)/2; % 推杆位移x3=-(s0+s3).*si n( a3+5*pi/6)+e*cos(a3+5*pi/6); %x函数y3=(s0+s3).*cos(a3+5*pi/6)-e*si n( 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).*si n( 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=li nspace(0,2*pi); % 基圆自变量x5=r0*co
9、s(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函数m2=-(s0+s2).*cos(a2+2*pi/
10、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); %s in&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*sin(3*a3)+e).*cos(a3+5*p
11、i/6)-(s0+s3).*sin(a3+5*pi/6);% 中间变量 dy/d$ p3=-m3./sqrt(m3.A2+n342); %s in&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=n4./sqrt(m4.A2+n4.A2); %co
12、s&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(90)+r*sin(a0);g7=x2(1)+r*cos(a
13、0); 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);7j13=y3(75)+r*sin( aO);g1
14、4=x4(1)+r*cos(aO);j14=y4(1)+r*sin (aO);g15=x4(50)+r*cos(a0);j15=y4(50)+r*sin( aO);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grid on %加网格hold on %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-,.g
15、8,j8,k-,g9,j9,k-,g10,j10,k-,g11,j11,k-,.g12,j12,k-,g13,j13,k-,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)poi nts=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 =30 0。所以该凸
16、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中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键 的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。在课程设计中，我也学会了团队合作的精神，在遇到不一致的问题时，通 过不断的讨论，最终达成统一的答案。在分析加速度的方向时，有的开始不确定， 当发现错误后，擦掉又改上正确的。不断的检查，发现新的错误，细心的改正， 最终完成课程设计。主编 孙桓 陈作模 葛文杰参考文献：1. 普通高等教育“十一五”国家级规划教材机械原理第七版2. Auto CAD 在凸轮轮廓线设计中的应用作者薛铜龙11
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)
