3702 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3702 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),心臟,軌跡,組合,凸輪,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工學(xué)校代碼：10410序 號：050403本 科 畢 業(yè) 論 文題目： 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 董 仁 財(cái) 學(xué) 號： 20050411 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級： 2005 級 指導(dǎo)教師： 姚 明 印 二 OO九年 五 月心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工目 錄1 緒論 ..............................................................11.1直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究意義 ..................................11.2凸輪機(jī)構(gòu)以及組合機(jī)構(gòu)的研究和發(fā)展?fàn)顩r ..........................21.3直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究方法 ..................................21.3.1直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................21.3.2本課題的主要研究方法 .......................................22 直動(dòng)從動(dòng)機(jī)凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì) ..............................42.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本思想 ................................42.2直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 ....................................52.2.1求取坐標(biāo)點(diǎn) .................................................52.2.2確定機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù) .......................................62.2.3 確定頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律 ..........................72.2.4 凸輪廓形設(shè)計(jì) ..............................................72.2.5直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的頂桿長度及安裝滯后角 ......................112.3直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪的實(shí)體設(shè)計(jì) .................................123 機(jī)構(gòu)的實(shí)體設(shè)計(jì) ...................................................143.1 機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu) ...............................................143.2 支架的設(shè)計(jì) ...................................................153.3 直動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) ...............................................163.4直動(dòng)桿的設(shè)計(jì) .................................................163.5擺動(dòng)桿的設(shè)計(jì) .................................................173.6軸系零部件的設(shè)計(jì) .............................................173.6.1 擬定軸上零件的裝配方案 ...................................183.6.2 確定軸的各段直徑和長度 ...................................183.6.3軸上零件的周向定位 ........................................184 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 ...................................................20參考文獻(xiàn) ...........................................................21致謝 ...............................................................22心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工摘 要本課題研究一直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)組成聯(lián)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒅鲃?dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)件上某點(diǎn)沿預(yù)期的曲線軌跡并以預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的軌跡多種多樣，如正弦波曲線、內(nèi)擺線、帶停點(diǎn)曲線、人頭像及金魚圖像等等。本課題所研究的直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的是一心臟線軌跡。本課題首先通過理論分析，建立出了直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí)際廓線、理論廓線等。然后在此基礎(chǔ)上對該機(jī)構(gòu)的每一構(gòu)件進(jìn)行了實(shí)體設(shè)計(jì)，比如軸，導(dǎo)軌，支架等等的設(shè)計(jì)，并且對所設(shè)計(jì)的構(gòu)件實(shí)體進(jìn)行了裝配組合。最后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，本課題還在 Proe下對實(shí)體進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞：凸輪設(shè)計(jì) 組合機(jī)構(gòu) 心臟線軌跡 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工THE DESIGN OF Z.B COMBINATORY CAMMECHANISM TO GAIN ELIIPSE LOCUSAbstract：The research portfolio has been put cam body parts through the straight moving follower cam cam with oscillating follower cam linkage institutions, able to take the initiative of the rotating pieces into a point on the follower along the expected curve trajectory and the expected movement of movements. The agency can track the realization of a wide range, such as the sine curve, with the cycloid, with stopping points, curves, images of goldfish heads and so on. Studied the subject before the straight cam combination mechanism is to achieve a heart-line trajectory.First of all, this issue through theoretical analysis, a straight, before the design of cam combination formula, the components come to the location, size and shape of the size of the actual cam profile and theoretical profile and so on. And then on the basis of each component of the institution to carry out the physical design, such as shafts, rails, frame design, etc., and components designed for the assembly combination of entities. Finally, in order to verify the correctness of the design, the issue is still under Proe motion simulation entities.Key words: Cam Design Combination Mechanism Heart-line trajectory 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工1 緒論1.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究意義本課題所研究的直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)如圖 1－1 所示。眾所周知，人類創(chuàng)造發(fā)明機(jī)構(gòu)和機(jī)器的歷史十分悠久，隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論已經(jīng)發(fā)展成為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。隨著人們對各種新型機(jī)構(gòu)和機(jī)器的需求的日益增多，對這門學(xué)科的研究也在不斷的深入，創(chuàng)新出了許多適合自動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的新機(jī)構(gòu)，而且不僅創(chuàng)造出新的剛體機(jī)構(gòu)，還創(chuàng)造出許多與電、磁、液壓、氣動(dòng)、激光和紅外線等相結(jié)合的新機(jī)構(gòu)。 yxeω l0θ qrB0R2（ a， b）h01+0Z圖 1－1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)因此進(jìn)一步完善傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法，例如實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡的機(jī)構(gòu)的類型和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，仍是值得研究的課題。 其中，組合機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡化而又能實(shí)現(xiàn)單一機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要求，因而在農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、冶金機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，對于組合機(jī)構(gòu)的組成原理、基本類型、功能等方面均有比較系統(tǒng)的研究，對于各種組合機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究也日益加強(qiáng)。 對直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究，本身就是機(jī)構(gòu)研究方面一個(gè)很有趣的課題，即使在自動(dòng)控制技術(shù)高度發(fā)展的今天也是具有實(shí)際意義的。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工1.2 凸輪機(jī)構(gòu)以及組合機(jī)構(gòu)的研究和發(fā)展?fàn)顩r凸輪機(jī)構(gòu)幾乎可以實(shí)現(xiàn)無限多種的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)裝置中，如紡織機(jī)械、計(jì)算機(jī)、印刷機(jī)、食品加工機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)以及其它各種自動(dòng)機(jī)械和控制系統(tǒng)中。自 20世紀(jì) 50年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種數(shù)值方法的發(fā)展，人們對凸輪機(jī)構(gòu)的研究也逐步擴(kuò)展與深入。我國對凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。在應(yīng)用方面，我國正在大力發(fā)展包裝機(jī)械、食品機(jī)械等自動(dòng)化設(shè)備，這些設(shè)備中都要用到各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。在研究方面，近年來也有相當(dāng)進(jìn)展，一些專著 [3-5] 相繼出版。在 1983年全國第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文共有 8篇，涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、凸輪廓線的綜合等四個(gè)研究方向；到了 1988年第六屆會(huì)議，共有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文 20篇，凸輪-連桿機(jī)構(gòu)方面的論文 2篇，增加的研究方向有動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等；1990 年第七屆會(huì)議，共有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文 22篇，還有含凸輪的組合機(jī)構(gòu)方面的論文 6篇，增加了誤差分析、CAD/CAM 等研究方向，在汽車、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造等有關(guān)領(lǐng)域，也有很多關(guān)于研究凸輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)容。由此可見，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究是不斷發(fā)展的。此外，我國在凸輪機(jī)構(gòu)的共軛曲面原理、CAD 和專家系統(tǒng)等方面，也有相當(dāng)研究。但是，與先進(jìn)國家比較，我國對凸輪機(jī)構(gòu)的研究仍有較大差距，特別是在振動(dòng)、加工、產(chǎn)品開發(fā)等方面。綜上所述，雖然已有很多學(xué)者對凸輪機(jī)構(gòu)的研究作了相當(dāng)多的工作，但在各研究方向仍有許多可繼續(xù)進(jìn)行的工作，并有一些研究方向有待開發(fā)。1.3 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究方法1.3.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)建立直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí)際廓線、理論廓線等，并設(shè)計(jì)和繪制出機(jī)構(gòu)所需要的所有零件的實(shí)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配組合，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。1.3.2 本課題的主要研究方法本課題研究主要以計(jì)算機(jī)為主要工具，以理論設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。其次，心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工還要對設(shè)計(jì)結(jié)果分析、評價(jià)、并進(jìn)行修正和仿真工作。本課題研究所用到的主要硬件設(shè)備為計(jì)算機(jī)，所用到的主要軟件有：Proe wildfire3.0、 AutoCAD 2004 、Word 2002、Powerpoint。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工2 直動(dòng)從動(dòng)機(jī)凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)由于該組合機(jī)構(gòu)綜合了單一的直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪兩種機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，靠單純的傳統(tǒng)的方法求凸輪廓線，非常復(fù)雜，本課題采用一種離散化方法，通過建立直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí)際廓線、理論廓線等 [2]。2.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本思想圖 2-1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的幾何關(guān)系如圖 2-1，設(shè) 為預(yù)期曲線上 n + 1 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，它們與下列數(shù)值一一對應(yīng)，niyx0},{——頂桿位移；nih0}{——擺桿轉(zhuǎn)角；q——直動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；nZir0,?——擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；Bi}{e ——直動(dòng)凸輪偏心距；a,b——預(yù)期曲線起始點(diǎn)坐標(biāo)；心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工R , R 1 , R 2 ——擺桿長度，擺桿上端長度，頂桿長度。依據(jù)預(yù)期曲線上的點(diǎn) 與頂桿位移 、擺桿轉(zhuǎn)角 之間的幾何關(guān)系，niyx0},{nih0}{niq0}{求出它們的變化規(guī)律 ， ，再分別設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形與擺動(dòng)從動(dòng)件凸ihiq輪廓形。2.2 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟2.2.1 求取坐標(biāo)點(diǎn) 預(yù)期曲線可以是由一條或若干條平面曲線組成的封閉曲線,首先寫出它的參數(shù)方程表達(dá)式,并且要求參數(shù)方程表示的曲線位于第Ⅰ、第Ⅳ象限,初定其起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。曲線方程為：………………………（2-1） ??????.;tyx??積分求弧長，得…………………（2-2）'2'20[()][()]dt tnL???其中,t 0,tn分別表示曲線的起始參數(shù)與終了參數(shù)。 再按照設(shè)計(jì)要求將曲線分成若干段 ,其中任意一段定一位置 ，則有 ，且ik??ni0, 令 k 0 = 0。Lkni??0下面采用勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律將預(yù)期曲線分段，k i求解公式為：………………………………（2-3）nLki?式中，i=0,1,2……n。如果將預(yù)期曲線 L對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角都分成 n等份，使之與 :相對應(yīng)，那么當(dāng)??nik0凸輪軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過組合凸輪機(jī)構(gòu)，將使從動(dòng)點(diǎn)以預(yù)期的勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿預(yù)期曲線運(yùn)動(dòng)。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工2.2.2 確定機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)參看圖 2-2，直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 ，擺動(dòng)凸0Zr輪基圓半徑 ，偏心距 e以及擺桿長度 R及 R1 ，頂桿長度 R2等。由這些機(jī)構(gòu)參數(shù)可0Br得到如下機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)（初始位置 ）： 0?h① 擺桿與頂桿在初始位置的夾角 ………………………（2-4）220100arcosBlRrq???????????式中， ， 。01arctneR?210el② 從動(dòng)點(diǎn)起始位置坐標(biāo)………………………………（2-0sinqRa??5） ……………………………………（)co1(b?2-6）圖 2-2 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)考慮機(jī)構(gòu)的初始位置,應(yīng)該將上節(jié)求到的坐標(biāo)點(diǎn) 平移到從(a,b)為初始點(diǎn)的niyx0},{位置上來，于是有： ……………………（2-???niini bayx00,, ??? ?? 平 移7） 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工平移后的坐標(biāo)點(diǎn)仍記作 。niyx0},{2.2.3 確定頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律分析圖 2-2,可以得到以下關(guān)系式：①擺桿轉(zhuǎn)角………………………………（2-Rxqiiarcsn?8） 式中 i=0,1,2，…，n ②頂桿位移………………………（2-iii yqRh????)1cos(9） 式中 i=0,1,2，…，n 從而得到與 對應(yīng)的 和 。iyx0},{nih0}{niq02.2.4 凸輪廓形設(shè)計(jì)（1）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓設(shè)計(jì)首先，設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形，參見圖 2-3，分析△AOB，應(yīng)用余弦定理，則擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線上任意一點(diǎn)的向徑：心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工圖 2-3 確定擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑及向徑極角…………………（2-)(cos2121 iiiBi qlRlr ??????10） 式中， ； 21)(ehRlii。 iilarcsn??其向徑極角：…………（2-iiiBiiBi qrR??????????????2)(snac111） 式中， 為凸輪累加轉(zhuǎn)角： i???ii0?以上各式中，i=0，1，2，…，n，由此可以得到擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑與極角。取直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 =60，擺動(dòng)凸??Bir0,? 0Zr輪基圓半徑 =50 ，偏心距 e=20，擺桿長度 R=400及 R1 =200r其計(jì)算結(jié)果如表 2—1：表 2-1 直動(dòng)凸輪參數(shù)序號 直動(dòng)凸輪向徑 直動(dòng)凸輪極角心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工024681012141618202224262830323436384042444648505254565860626466687072106.13 -79.14 95.79 -67.95 85.84 -56.53 76.96 -44.94 69.67 -33.3264.32 -21.88 61.09 -10.89 60 -5360.91 9.17 63.57 18.3467.58 27.21 72.42 36.03 77.54 44.95 82.37 54.05 86.45 63.3889.49 72.9191.40 82.64 92.32 92.5192.53 102.4892.47 112.4992.61 122.4793.41 132.3695.75 142.1298.38 151.73102.86 161.21 108.56 170.62115.13 -180122 -170.56128.45 -161.04133.74 -151.4137.14 -141.61 138.10 -131.67 136.33 -121.56 131.83 -111.27124.90 -100.79116.09 -90.08106.13 -79.14采用描點(diǎn)法可得其理論輪廓如圖 2-4：圖 2-4 凸輪理論輪廓凸輪從動(dòng)件采用滾子從動(dòng)件，滾子半徑的選擇原理參見。選取滾子半徑為 5，則可得凸輪實(shí)際廓線如圖 2-5：心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工圖 2-5 凸輪實(shí)際輪廓（2）直動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形，參見圖 2-4，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線上任意一點(diǎn)圖 2-6 確定直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑及向徑極角B的向徑：…………………………（2-2)(emsrizi ??12） 式中： 。 ??niiihs0m??表示 中的最小值： nih0m}{i{20erZ??其向徑極角：…………………（2-13） 0arcosarcsZZiiZi ?????心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工以上各式中，i=0，1，2，…，n由此可以得到直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑與極角 。??nZir0,?取直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 =60，擺動(dòng)凸輪基圓0Zr半徑 =50 ，偏心距 e=20，擺桿長度 R=400及 R1 =200其計(jì)算結(jié)果如表 2—2：0Br表 2-2 擺動(dòng)凸輪參數(shù)序號 擺動(dòng)凸輪向徑 擺動(dòng)凸輪極角02468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707250 051.29 21.7755.62 41.54 61.77 58.1968.43 71.9174.61 83.3579.74 93.0983.53 101.5885.96 109.14 87.15 116.0487.34 122.5386.8 128.8685.81 135.3184.56 142.1283.25 149.5382.01 157.6380.99 166.5380.32 176.0480.09 185.9480.31 195.9280.92 205.6681.57 214.8582.64 213.3483.43 231.9384 237.7584.3 230.9384.28 249.5383.86 255.0282.88 260.6881.07 266.8878.25 273.9874.19 282.3768.43 292.4862.68 304.8556.92 320.1453.46 338.7350 360采用描點(diǎn)法得到直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的理論輪廓如圖：圖 2-7 擺動(dòng)凸輪理論輪廓心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工與直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的滾子半徑選擇原理一樣，選取滾子半徑為 5，則凸輪實(shí)際輪廓如圖 2-8：圖 2-8 擺動(dòng)凸輪實(shí)際輪廓2.2.5 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的頂桿長度及安裝滯后角圖 2-9表示的是直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的初始位置（初始位置 ） ，其直動(dòng)從動(dòng)0?h件凸輪機(jī)構(gòu)的頂桿長度：……………………（ 2-14）212erRZ??式中， 為機(jī)構(gòu)初始位置時(shí)，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪 B點(diǎn)的向徑，其極角記為 。Zr Z?代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：R 2=107.58圖 2-9 頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工如圖 2-5所示，定義機(jī)構(gòu)初始位置時(shí)，擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑 （即其基圓半徑）0Br與使頂桿處于最低位置時(shí)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑 （即其基圓半徑）之間的夾角為安裝0Zr滯后角 ,則安裝滯后角：?………（2-15）?????? ?????????????????01sinarcoarcos2BZZ rqRee???代入各數(shù)據(jù)計(jì)算得： =179.4712.3 直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪的實(shí)體設(shè)計(jì)凸輪的實(shí)體結(jié)構(gòu)一般都類似于齒輪結(jié)構(gòu)，并且參看他人實(shí)際生產(chǎn)出的凸輪，同時(shí)考慮其在軸上的周向定位（采用 A 型普通平鍵） ，現(xiàn)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)為如圖 2-10 所示：圖 2-10 直動(dòng)凸輪實(shí)體圖其尺寸如圖 2-11：圖 2-11 直動(dòng)凸輪尺寸擺動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)如圖 2-12：心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工圖 2-12 擺動(dòng)凸輪實(shí)體圖其尺寸如圖 2-13：圖 2-13 擺動(dòng)凸輪尺寸3 機(jī)構(gòu)的實(shí)體設(shè)計(jì)3.1 機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)為了便于說明，首先把我所設(shè)計(jì)的該機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型貼出來，如圖 3-1：心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工圖 3-1 機(jī)構(gòu)實(shí)體模型其爆炸視圖如圖 3-2圖 3-2 機(jī)構(gòu)模型的爆炸圖該機(jī)構(gòu)包括如下幾個(gè)部分：支架，后支架，導(dǎo)軌，軸及其部件，直動(dòng)桿，擺動(dòng)桿，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪，擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪，以及螺栓。由于該機(jī)構(gòu)所傳遞的率很小，因此，其設(shè)計(jì)的主要方面不再各個(gè)零件的力學(xué)性能是否滿足要求，而主要在于其設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，部件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，部件的加工工藝性能，實(shí)體的外觀等方面，也就是主要在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該機(jī)構(gòu)所選用的標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)整理如下：聯(lián)接后支撐板與座板用的螺栓：GB5780-86 M6×30 數(shù)量 4 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工與其配合的螺母：GB41-86 M6 數(shù)量 4組合導(dǎo)軌用的螺栓：GB5780 M6×30 數(shù)量 4與其配合的螺母：GB41-86 M6 數(shù)量 4聯(lián)接軸承座與座板用的螺栓：GB5780 M12×45 數(shù)量 4與其配合的螺母：GB41-86 M12 數(shù)量 4凸輪的軸向定位用的軸端 C 型外擋圈：GB894.1-86 15 數(shù)量 1擺桿的軸向定位用的軸端擋圈：GB895.1-86 7 數(shù)量為 1凸輪與軸的周向定位用的 A 型普通平鍵：截面尺寸 5×5 數(shù)量 1安裝在軸上的軸承：GB276-89 6205與其配合的軸承座：GB7813-87 SN1033.2 支架的設(shè)計(jì)如圖 3-1 所示，該機(jī)構(gòu)實(shí)體的支架包含兩個(gè)部分：支架和后支架。其實(shí)體的結(jié)構(gòu)形式采用比較簡單，容易制造的方形板狀，并用螺栓將其連接組合。其各尺寸的選定需綜合考慮所選擇的軸承座，直動(dòng)導(dǎo)軌的行程，導(dǎo)軌的尺寸等方面。結(jié)構(gòu)上必須保證不能與任何其它的實(shí)體發(fā)生干涉。后支架的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 3-4：圖 3-4 后支架實(shí)體圖支架的最終設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖 3-3：圖 3-3 支架的實(shí)體圖心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工其尺寸件附圖紙。3.3 直動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的形式多種多樣，本課題中為了使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)盡量簡單現(xiàn)采用傳統(tǒng)的截面為圓形的圓形導(dǎo)軌，再考慮到導(dǎo)軌傳動(dòng)的平穩(wěn)性，采用兩個(gè)導(dǎo)軌的組合結(jié)構(gòu)。定其尺寸：綜合考慮機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)形式，選用的滾動(dòng)軸承座，導(dǎo)軌的平穩(wěn)性，定其結(jié)構(gòu)如下圖 3-5：圖 3-5 直動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)體圖其尺寸見所附的圖紙。3.4 直動(dòng)桿的設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的直動(dòng)桿形式如圖 3-1 所示，包括滑動(dòng)部分，擺動(dòng)桿支撐部分以及直動(dòng)桿長部分。直動(dòng)桿長部分的長度由凸輪設(shè)計(jì)時(shí)所選用的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，其計(jì)算結(jié)果為95.77 mm，直徑取為 20 mm。支撐擺動(dòng)桿部分的直徑取為 30 mm。滑動(dòng)部分的直徑取為 20 mm，為了防止桿在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生周向轉(zhuǎn)動(dòng)，在中心位置加一凸臺寬度為 5 mm，高度為 5 mm。支撐擺動(dòng)桿部分的軸段設(shè)計(jì)（參看圖 3-1） ，兩凸輪中心的距離為 23 mm。其實(shí)體如圖 3-6：圖 3-6 直動(dòng)桿實(shí)體圖心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工3.5 擺動(dòng)桿的設(shè)計(jì)擺動(dòng)桿分上半段和下半段，由第 2 章凸輪設(shè)計(jì)時(shí)所選用的結(jié)構(gòu)參數(shù)：擺動(dòng)桿上半段的長度為 200 mm，下半段的長度為 200 mm。如圖 3-1 所示，為了避免擺動(dòng)桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪發(fā)生干涉，將擺動(dòng)桿設(shè)計(jì)成非直線形式。設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 3-7：圖 3-7 擺動(dòng)桿實(shí)體圖其尺寸參看附的圖紙。3.6 軸系零部件的設(shè)計(jì)由于該機(jī)構(gòu)所傳遞的功率很小，因此這里的軸的設(shè)計(jì)就是軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.6.1 擬定軸上零件的裝配方案需安裝到軸上的零件有：軸承，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪。裝配方案采用圖 3-6 形式：圖 3-6 軸上零件的裝配3 段和 5 段安裝軸承，7 段安裝兩凸輪。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工3.6.2 確定軸的各段直徑和長度對照圖 3-6，初步選擇滾動(dòng)軸承為內(nèi)徑 25 的深溝球軸承，其軸向定位為軸肩定位，并取軸肩高度為 2.5mm，則 4 段的直徑為 30mm。查表，取軸承厚度為 15mm，則取安裝軸承的軸頸部分長度為 18mm（分別為圖中的 3，5 段）再計(jì)算 6 段長度和直徑。對照機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體圖 3-1。直動(dòng)導(dǎo)軌中心離 5 段定位軸承的軸肩的距離為 59 mm，直動(dòng)凸輪離其定位軸肩的距離為 13 mm，5 段的長度為 18 mm，所以可以得出 6 段的長度為（59-18-13）mm =28 mm取軸肩的高度為 2.5mm，則 6 段直徑為 20mm。計(jì)算軸頭部分的長度和直徑：同樣取軸肩的高度為 2.5 mm，則直徑為 15mm，長度為兩凸輪厚 46mm。3.6.3 軸上零件的周向定位兩凸輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按照軸頭直徑 15mm 選平鍵的截面為b*h=5*5。按照軸段的寬度選其 L=30mm。則查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可分別得到鍵槽的深度3 mm。軸的實(shí)體圖如圖 3-7：圖 6—3軸的實(shí)體效果圖心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工4 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真為了驗(yàn)證本課題所設(shè)計(jì)的直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)能達(dá)到我們預(yù)期的功能，也就是該機(jī)構(gòu)可以使擺桿的末端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)心臟線軌跡，現(xiàn)在 Proe 下對該機(jī)構(gòu)的實(shí)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。仿真的果可參看附帶的運(yùn)動(dòng)仿真視頻片段。從仿真的結(jié)果，也就是仿真所得到的軌跡，我們可以看出該機(jī)構(gòu)能達(dá)到我們預(yù)期的功能。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工參考文獻(xiàn)[1] 鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理（第七版）.高等教育出版社[2] 周全申，郭建生.直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 1992 年， 第 9卷，第 1期[3] 鄒慧君，董師予.凸輪機(jī)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì). 1991 年，上海交通大學(xué)出版社[4] 趙韓.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)的通用解析公式. 1995 年第 31卷第 3期[5] 楊明忠，朱家誠.機(jī)械設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)出版社[6] 蔡春源.新篇機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社[7] 邵立新，夏素民，孫江宏.Pro/ENGINEER Wildfire3.0 標(biāo)準(zhǔn)教程.清華大學(xué)出版社心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工致謝本次設(shè)計(jì)是在尊敬的姚明印老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，她一直細(xì)心的指導(dǎo)我們，當(dāng)我們遇到問題的時(shí)候，雖然她公作繁忙，但她仍然會(huì)抽空來幫我們解決問題，讓我們非常的感動(dòng)，她還給我們的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的修改意見，在這里衷心的感謝指導(dǎo)老師，姚老師辛苦！感謝圖書館給我們提供大量的書籍資料供參考；感謝給予我們幫助的其他老師和同學(xué)們。最后，臨畢業(yè)之際，我借此機(jī)會(huì)，對四年來關(guān)心我們學(xué)習(xí)和生活的各位工學(xué)院的老師們表示深深的感謝。心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工歡迎各位老師指導(dǎo)心臟線軌跡直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級：機(jī)制 051班導(dǎo) 師：姚明印學(xué) 生：董仁財(cái)目 錄? 第一章 緒論? 第二章 機(jī)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)? 第三章 機(jī)構(gòu)的實(shí)體設(shè)計(jì)? 第四章 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真? 致 謝第一章 緒論? 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究意義 隨著人類生產(chǎn)能力的不斷提高，對機(jī)構(gòu)的要求也越來越高。進(jìn)一步完善傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法，例如實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡的機(jī)構(gòu)的類型和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，仍是值得研究的課題。本課題即研究一實(shí)現(xiàn)預(yù)期心臟線軌跡的直擺凸輪組合機(jī)構(gòu) ? 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法建立直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí)際廓線、理論廓線等，并設(shè)計(jì)和繪制出機(jī)構(gòu)所需要的所有零件的實(shí)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配組合，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。第二章 機(jī)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)已知參數(shù)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的基圓半徑為 60；直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的偏心距為 20；擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的基圓半徑為 50；擺桿長度為 400；擺桿上段長度為 200。? 頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律如圖所示，依據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)所滿足的幾何關(guān)系，可得出頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律： ? ① 擺桿轉(zhuǎn)角? ? 其中 i=0,1,2， … ， n ? ② 頂桿位移? 其中 i=0,1,2， … ， n? 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線的參數(shù)計(jì)算公式參看下圖計(jì)算得直動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線的向徑以 及向徑極角 的計(jì)算公式如下：? 在整條軌跡上取 36個(gè)等分點(diǎn)，也即 i=36。計(jì)算得直動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線上 36個(gè)離散點(diǎn)的參數(shù)如下表序號 序號01 1902 2003 2104 2205 2306 2407 2508 2609 2710 2811 2912 3013 3114 3215 3316 3417 3518 36? 同理可以得到擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的理論輪廓線參數(shù)表第二章 機(jī)構(gòu)的實(shí)體設(shè)計(jì)? 凸輪實(shí)體的設(shè)計(jì)由第二章的計(jì)算結(jié)果，直動(dòng)從動(dòng)件的理論廓線在 CAD下可用描點(diǎn)法可以畫出，如圖 ：選定滾子半徑為 18，則凸輪的理論輪廓可畫出，如圖：? 凸輪實(shí)際廓線設(shè)計(jì)出來后，將其導(dǎo)入到proe中生成凸輪的三維實(shí)體。設(shè)計(jì)結(jié)果如圖：? 同理可設(shè)計(jì)出擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的實(shí)體，結(jié)果如圖：? 直動(dòng)桿的實(shí)體設(shè)計(jì)選定了導(dǎo)軌的形式和滾子以及銷軸的尺寸后，設(shè)計(jì)的直動(dòng)桿如圖所示：擺動(dòng)桿的設(shè)計(jì)? 在機(jī)構(gòu)的 VB仿真中能過發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擺桿采用直桿的形式時(shí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)直桿與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的干涉現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)的擺桿為如圖結(jié)構(gòu)：導(dǎo)軌實(shí)體的設(shè)計(jì)? 導(dǎo)軌采用圓柱導(dǎo)軌，為了增加運(yùn)動(dòng)的剛性，采用雙導(dǎo)軌形式。其實(shí)體的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖：支架的實(shí)體設(shè)計(jì)? 支架上需安裝兩軸承和后支架。設(shè)計(jì)結(jié)果如圖：后支架的實(shí)體設(shè)計(jì)? 后支架上需安裝導(dǎo)軌并通過螺栓連接固定于支架上。設(shè)計(jì)結(jié)果如圖：第四章 機(jī)構(gòu)實(shí)體的運(yùn)動(dòng)仿真? 為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真結(jié)果如下：最后真誠的感謝大家能在百忙之中聽取我的答辯。