凸轮机构的设计和计算

凸轮机构的设计和计算
凸轮机构是机械传动中常用的一种机构，它可以将旋转运动转化为直线或者非圆轨迹运动。

在机械设计中，凸轮机构的设计和计算是一个重要的环节，下面将从凸轮的选择、轮廓线的设计、凸轮刚度的计算以及凸轮与连接杆的配合等方面进行详细探讨。

一、凸轮的选择
凸轮的选择主要考虑两个因素，一是工作台速度要求，二是工作台运动规律要求。

根据工作台速度要求，可以确定凸轮直径或转速，并结合工作台的惯性力矩计算，选取合适的凸轮惯量。

根据工作台运动规律要求，可以确定凸轮的轮廓线类型，如简单凸轮、非圆滚子凸轮等。

二、凸轮轮廓线的设计
凸轮的轮廓线设计可以按照几何法或图形法进行。

几何法常用于简单凸轮的设计，通过几何学原理计算得到凸轮的轮廓线。

图形法常用于复杂凸轮的设计，通过图形法绘制凸轮的轮廓线。

对于简单凸轮的设计，可以先确定凸轮的中心轴线，然后根据工作台的运动规律要求，计算得到凸轮相对于中心轴的偏置量。

根据几何关系，可以发现工作台特定点的运动与该点到凸轮中心轴的距离成正比关系，因此可以画出凸轮轮廓线。

对于复杂凸轮的设计，可以根据工作台的运动规律要求，通过图形法绘制凸轮的轮廓线。

首先，在平面上绘制凸轮的中心轴线和工作台的运动轨迹，然后根据几何关系，绘制工作台各点与凸轮中心轴的距离曲线，最后得到凸轮的轮廓线。

三、凸轮刚度的计算
凸轮机构在工作过程中会受到惯性力矩的作用，因此需要进行凸轮刚
度的计算。

凸轮刚度可以通过应力分析的方法进行计算，可以分为弹性刚
度和塑性刚度。

弹性刚度计算可以根据凸轮的材料及几何尺寸进行，通过几何学和材
料力学的知识，可以得到凸轮的弹性变形及应力分布。

而塑性刚度计算则
需要根据凸轮的材料本构关系及极限变形条件，通过材料损伤理论及极限
分析法进行计算。

四、凸轮与连接杆的配合
凸轮与连接杆的配合是凸轮机构中的关键问题。

凸轮与连接杆之间要
保持一定的配合间隙，以确保运动的精度。

配合间隙的大小应根据凸轮的
制造及组装精度、工作台的运动精度要求等因素进行综合考虑。

在凸轮与连接杆的配合中有一种常见的情况是凸轮与连接杆之间采用
滚子配合。

滚子配合可以有效地减小连接杆与凸轮之间的摩擦阻力，并提
高机构的效率。

滚子的选择应根据工作台的速度要求、载荷要求及制造和
安装的便利性进行综合考虑。

综上所述，凸轮机构的设计和计算是一个综合性强、工作精度要求高
的任务。

设计者需要充分考虑工作台的速度和运动规律要求，进行凸轮的
选择和轮廓线的设计。

此外，还需要进行凸轮刚度的计算和凸轮与连接杆
的配合设计。

通过科学合理的设计和计算，可以确保凸轮机构的稳定工作，提高机械传动的效率和精度。