大连交通大学 机械设计基础大作业

大连交通大学机械设计基础大作业偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（题号：10）班级： R成型133姓名：***学号：**********指导老师：***完成日期：2016年11月20日目录题目：设计偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构设计题目及思路： (1)一、设计思路（图解法）： (1)1.1反转发原理 (1)1.2 凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定 (2)1.2.1确定凸轮基圆半径 (2)1.2.2 滚子半径的确定 (3)1.2.3 设计所求量： (3)1.2.4 从动杆的运动规律及凸轮轮廓方程 (3)1.2.5数据计算 (5)1.2.6 小结： (6)二、解析法在Pro/E中完成凸轮建模 (6)2.1凸轮的设计与造型方法: (6)2.2凸轮理论轮廓曲线方程式的建立 (7)2.3在PROE中凸轮参数化方程式的建立 (8)2.3.1 设计从动件的运动规律 (8)2.4 PRO/E参数化建模 (8)2.5 生成凸轮的理论轮廓曲线 (10)2.5.1生成凸轮的实际轮廓曲线 (10)2.6 创建凸轮的拉伸 (11)2.7创建滚子的拉伸 (12)2.8 系杆的建立 (12)三、机械大作业小结： (13)题目：设计偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构设计题目及思路：偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知凸轮做顺时针方向旋转，各数据如表中一、设计思路（图解法）：1、由题目要求为偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构。

2、根据工作要求选择从动件的运动规律。

推程运动规律和回程运动规律都为正弦运动。

推程运动角δ0=110°，远休止角δ01=30°，回程运动角δ0′ =155°，近休止角δ02=65°。

3、根据要求，滚子半径r r=18mm4、根据要求，选基圆半径r0 =80mm。

5、根据要求，偏心距e=9mm。

6、进行计算机辅助设计。

为保证机构有良好的受力状况，推程许用压力角［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半径［ρa］=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≥［ρa］+rr=3+18=21mm。

1.1反转发原理无论是采用作图法还是解析法设计凸轮轮廓曲线，所依据的基本原理都是反转法12原理：如图2—1所示为一偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构。

当凸轮以角速度ω转动时，从动件在凸轮的推动下实现预期的运动。

假想给整个机构加一公共角速度-ω，则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。

从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。

图2—11.2 凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定1.2.1确定凸轮基圆半径由基圆半径计算公式可有：r 0 ≥√(|ds d δ−e|tan [α]−s)2+e 2在实际设计工作中，凸轮基圆半径r 0 的确定。

在受到αmax ≥[α]限制的同时，还应考虑到凸轮结构及强度的要求等，而根据αmax ≥[α]的条件所确定的r 0 值，一般都比较小。

所以凸轮的基圆半径往往是根据具体结构条件来确定的，必要时再检查所设计的凸轮是否满足αmax ≥[α]的要求。

在此，取r 0 =80mm 。

1.2.2 滚子半径的确定我们用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在此。

取滚子半径为：r r=18mm1.2.3 设计所求量：s：偏置直动滚子从动杆的角位移ν：偏置直动滚子从动杆的角速度α：偏置直动滚子从动杆的角加速度1.2.4 从动杆的运动规律及凸轮轮廓方程从动件的运动规律：推导过程：当从动件的加速度按正弦加速度规律变化时，推程的运动方程为：设凸轮以等角速度ω转动，在推程时，凸轮的转角为δ0，从动件完成行程为h，从动件的运动（位移、速度和加速度）与时间或凸轮转角间的关系既可以用线图表示，也可以用数学方程式表示。

若从动件的位移方程为s = f( ) ，则速度方程 :ν=d sd t∙dδd t=ω∙d sdδ加速度方程:a=dυd t=dυdδ∙dδd t=ω2∙d2sdδ2运动方程式一般表达式{s=C0+C1δν=d sd t=C1ωa=dνd t=034推程过程：0°<δ0≤110°{s =h [δδ0−12πsin (2πδδ0)]υ=ωh δ0[1−cos (2πδδ0δ0)] δ∈[0，δ0]a =2πω2δ02sin (2πδδ0)远休止过程：110°<δ01≤140° 偏置杆角位移s= h 偏置杆角速度：v=0 偏置杆角加速度：a= 0回程过程：140°<δ0′≤295°{s =h [1−δδ0′+12πsin(2πδδ0′)]υ=ωh δ0′[cos (2πδδ0′)−1] δ∈[0，δ0′]a =−2πω2δ0′2sin (2πδδ0′)近休止过程：295°<δ02≤360° 偏置杆角位移：s=0 偏置杆角速度：v=0 偏置杆角加速度：a= 0根据公式可得推程的各参数图像，而回程的与之相反。

图1-11.2.5数据计算在推程过程和回程过程中分为10进行等分，则根据计算公式可得如下表：表 1-1按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处及已知量，可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下图1-2图1-251.2.6小结：1、从动件加速度没有突变，因而将不产生任何冲击2、适用于高速轻载场合按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处及已知量，可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下二、解析法在Pro/E中完成凸轮建模2.1凸轮的设计与造型方法:要实现凸轮的参数化设计 , 首先要在 PRO/ E 中对凸轮进行三维实体造型。

从动件在一个行程中 ,推程先作等加速运动再作等减速运动 , 然后在最远处停留 ,回程先作等加速运动再作等减速运动 , 返回初始位置 , 以这样的一个运动规律为例来说明凸轮的设计与造型方法。

已知 : 凸轮的基圆半径为r0 =80mm，升程角δ1=110°( 其中 65°～120 °为等加速运动 , 120°～ 175 °为等减速运动) ,远休止角为δ2=30° , 回程角为δ3=155° ( 其中 205°～ 282.5 °为等加速运动 , 282.5°～ 360 °为等减速运动) , 近休止角δ4=65°从动件升程为 h=58mm，偏心距e=9mm，滚子中心半径RT=10mm。

设凸轮壁厚b=15mm从动件在推程中作正弦加速度运动,其运动方程式为：s=h[1−δδ3+12πsin(2πδδ3)]从动件在回程中也作正弦加速度运动, 运动方程为:s=h[1−δδ3+12πsin(2πδδ3)]62.2凸轮理论轮廓曲线方程式的建立如图2-1所示，以点A0为凸轮轮廓线起始点,根据“反转法”原理可知,当凸轮转过δ角度是，推杆相应的上升s，此时滚子中心位于点A, 其直角坐标为:{x=(s0+s)sinδ+e cosδy=(s0+s)sinδ−e cosδ式中:e—偏距；s0=√r02−e2图2-1782.3在PROE 中凸轮参数化方程式的建立2.3.1设计从动件的运动规律推程阶段：{δ=δ1∗t x =(s 0+h ∗(t −1360∗sin (360∗t )))∗sin (δ)+e ∗cos(δ) y =(s 0+h ∗(t −1360∗cos(360∗t)))∗cos(δ)−e ∗sin (δ)远休止阶段：{δ=δ1+δ2∗t x =(s 0+h )∗sin (δ)+e ∗cos (δ)y =(s 0+h )∗cos(δ)−e ∗sin(δ))回程阶段：{δ=δ1+δ2+δ3∗t x =(s 0+h ∗(1−t −1360∗sin (360∗t )))∗sin (δ)+e ∗cos(δ) y =(s 0+h ∗(1−t −1360∗cos(360∗t)))∗cos(δ)−e ∗sin(δ)近休止阶段：{δ=δ1+δ2+δ3+δ4∗tx =s 0∗sin (δ)+e ∗cos∗(δ)y =s 0∗cos(δ)−e ∗sin(δ)其中t 为PROE 中系统变量，0≤t ≤1 2.4 PRO/E 参数化建模打开PROE 软件，点击新建按钮，在弹出的对话框中选择零件—实体，创建一个模型文件，接着单击【工具】 →【参数】命令，添加基圆半径r0，凸轮回转中心半径r ，滚子中心半径RT ，偏距e ，凸轮壁厚b ，从动件升程h,推程运动角δ1，远休止角δ2,回程运动角δ3，近休止角δ4，具体参数值图2-2示。

9图2-2点击确定保存后，接着单击【工具】→【关系】命令，在弹出的对话框中输入s0=sqrt(R0*R0-E*E),如图2-3所示图2-3102.5 生成凸轮的理论轮廓曲线点击Pro/E 三维模式下的菜单栏命令【插入】→【模型基准】→【曲线】→【从方程】→【完成】→【选取】，选取图中PRT_CSYS_DEF 坐标系，然后设置坐标类型【笛卡尔】，随后系统自动打开rel.ptd 记事本。

此记事本是用来编写曲线的参数方程的，接着分四步将2.3.1中四个阶段的参数化方程分别写入此记事本，单击保存即可。

至此凸轮各个阶段的理论轮廓曲线建立成功2.5.1生成凸轮的实际轮廓曲线点击Pro/E 三维模式下的菜单栏命令【插入】→【模型基准】→【草绘】命令，点击FRONT 面为草绘面，进入草绘模式，接着单击边偏移工具对四段理论轮廓曲线进行偏移，输入偏距-18，即滚子中心半径RT 。

单击√按钮退出草绘模式，此时系统会自动生成实际轮廓曲线，如图2- 4所示。

图2-4112.6 创建凸轮的拉伸单击实体拉伸工具，选择FRONT 平面为草绘面，进入草绘模式，再单击边工具选择四段实际轮廓曲线，单击画圆工具，以两基准中心线交点为圆心画圆，半径取值为10，即凸轮回转中心半径r=10mm 。

最后单击√，退出草绘模式，在拉伸深度的对话框中输入15，即凸轮厚度b=15mm ，单击√完成凸轮实体的绘制，如图2-5所示。

图2-5122.7创建滚子的拉伸单击实体拉伸工具，选择FRONT 平面为草绘面，进入草绘模式，选择理论轮廓曲线上的某点为圆心，单击画圆工具，半径取值为18，即滚子的半径r=18mm 。