机械原理课程设计偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构讲解

α 如果升程过程中，限制最大压力角 max≤38º，此时对应的基
r 圆半径即为最小基圆半径 min 。
假设机构在αmax 位置是对应的从动件位移为 sp，类速度为
，那么 r0min 的表达式为
在应用上式计算 r0min 时，要精确求解到φp 值有时较为困难， 为此可用经验值近似替代φp，如从动件作等加等减速运动、简谐运 动时均可取φp 为0.4Φ处的φ值（Φ为凸轮 推升程运动角）。再按上
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述计算出的 r0min 作为初值，然后校核各位置的压力角α是否满足[α]
r 的要求，否则应加大 0 再重新校核。
r 在此，取 0 =60mm。 r 二、滚子半径 r 的选择
我们用ρ1 表示凸轮工作廓线的曲率半径,用ρ表示理论廓线的 曲率半径.所以有ρ1=ρ±r1;为了避免发生失真现象，我们应该使 p 的最小值大于 0，即使ρ＞r1；另一方面，滚子的尺寸还受其强度， 结构的限制，不能太小，通常我们取滚子半径；r1=（0.1~ 0.5）* r0 依题意，原始数据如下： 1、已知量：（未标明的单位为 mm）
备注：
凸轮轮廓曲率半径与曲率中心
x x()
x dx / d x d 2x / d 2
理论轮廓方程
y
y( )
，其中
y
dy
/
d
x d 2 y / d2
其曲率半径为：
3
(x2 y2)2
xy xy
x
；曲率中心位于：
y
x x
y(x2 y2) xy xy
x(x2 y2 ) xy xy
r 4、根据机构的结构空间，选基圆半径 r =60mm。
5、进行计算机辅助设计。为保证机构有良好的受力状况，推程
4
许用压力角［α］=38º，回程许用压力角［αˊ］=70º，设计过程中 要保证α推程≤［α］=38º，α回程≤［αˊ］=70º，为保证机构不 产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中，取凸轮实际廓线的许用曲率
e=20mm 偏距 20mm h=70mm 推杆的行程 70mm w=10 rad / s 此处设凸轮角速度为 10 rad / s r0 =60mm 此处设凸轮基园半径 60mm
二、机械原理课程设计的任务：
1、偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构
2、采用图解法设计：凸轮中心到摆杆中心 A 的距离为 160mm，凸轮
以顺时针方向等速回转，摆杆的运动规律如表：
符号 h δ δ δ03 δ04 从动杆运动规律
方案
01 02
推程
回程
Ⅰ
70 150º 10º 120º 80º 简谐
正弦加速
目录
（一）机械原理课程设计的目的和任务………… 2 （二）设计题目及设计思路……………………… 3 （三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定………… 5 （四）从动杆的运动规律及凸轮轮廓线方程…… 7 （五）计算程序框图……………………………… 8 （六）计算机源程序………………………………11 （七）计算机程序结果及分析……………………14 （八）凸轮机构示意简图…………………………20 （九）体会心得……………………………………20 （十）参考资料……………………………………21
三、课程设计采用方法：
对于此次任务，要用图解法和解析法两种方法。图解法形象，直
观，应用图解法可进一步提高学生绘图能力，在某些方面，如凸轮设
计中，图解法是解析法的出发点和基础；但图解法精度低，而解析法
则可应用计算机进行运算，精度高，速度快。在本次课程设计中，可
将两种方法所得的结果加以对照。
四、编写说明书：
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（一）机械原理课程设计的目的和任务
一、机械原理课程设计的目的：
1、机械原理课程设计是一个重要实践性教学环节。其目的在于：
进一步巩固和加深所学知识；
2、培养学生运用理论知识独立分析问题、解决问题的能力；
3、使学生在机械的运动学和动力分析方面初步建立一个完整的概念；
4、进一步提高学生计算和制图能力，及运用电子计算机的运算能力。
二、设计思路
1、要求从动件作往复移动，因此可选择偏置直动滚子从动件盘 型凸轮机构。
2、根据工作要求选择从动件的运动规律。为了保证机构为柔性 冲击，从动件推程和回程可分别选用等加速等减速运动规律和简谐运 动规律。推程运动角φ=140º，回程运动角φˊ= 100º，停歇角φs=20 º。
r 3、根据滚子的结构和强度等条件，滚子半径 r =10mm。
1、设计题目（包括设计条件和要求）； 2、机构运动简图及设计方案的确定，原始数据； 3、机构运动学综合；
3
4、列出必要的计算公式，写出图解法的向量方程，写出解析法的数 学模型，计算流程和计算程序，打印结果；
5、分析讨论。
（二）设计题目及设计思路
一、设计题目
偏置直动滚子从动杆盘型凸轮机构 工作要求当凸轮逆时针转过 140º时，从动件上升 50mm；当凸轮 继续转过 20º时，从动件停歇不动；当凸轮再转 100º时，从动件返回 原处。已知凸轮以等角速度ω=10rad/s 转动，工作要求机构为柔性冲 击。凸轮机构以等角速度逆时针方向旋转，推杆轴线在凸轮回转中心 右侧，偏距 e=20mm。
ρ 半径［ a ］=3mm，设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲 率半径ρ≥［ρ a ］+r r =3+8=11mm。
（三）凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定
一、确定凸轮基园半径 由尖端移动从动件凸轮机构压力角的表达式可知 r0同α的关系
为
r0
((ds / d ) e s)2 e2 tan[ ]
度
3、设计要求：
①升程过程中，限制最大压力角αmax≤30º,确定凸轮基园半径 r0
②合理选择滚子半径 rr
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③选择适当比例尺，用几何作图法绘制从动件位移曲线，并画于图纸
上；
④用反转法绘制凸轮理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（用 A2
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图纸） ⑤将机构简图、原始数据、尺寸综合方法写入说明书
4、用解析法设计该凸轮轮廓，原始数据条件不变，要写出数学模型， 编制程序并打印出结果
d1=150° 推程运动结束的凸轮总转角，其中(d1- d0)为推程角δ 01
d2=160° 远休止运动结束时总转角，其中(d2-d1)为远程休止角 δ02
d3=280° 回程运动结束的凸轮总转角，其中(d3- d2)为回程角δ 03
d4=360° 远休止运动结束总转角，其 中(d4-d3)为远程休止角δ04