平面共轭分度凸轮机构设计计算和运动分析

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基于AutoCAD的平面共轭凸轮机构运动仿真与误差分析

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基于ＡｔＡｕＣＤ的平面共轭凸轮机构运动仿真与误差分析ｏ
口李敏
武汉４０５３０６江汉大学化学与环境工程学院
摘
要：设计和实现了一种基于ＡｔＡ的共轭凸轮机构运动仿真的方法，ＡｔｉｕｏＤＣ用ｕｌｐ函数绘制和仿真共轭凸轮机ｏｓ
上述采用数值计算的检测方法不够直观，算得计
１）主摆
动从动件位置的搜索方
法
到的辅助凸轮理论轮廓线和实际轮廓线之间的相位关
收稿日期：０８月２０年３
机械制造４卷第５９６２期
文献标识码：Ｂ
文章编号：００—４９（０８０１０９８２０）９—０３０３—０３
共轭凸轮机构是指由两组完整的凸轮机构，同类
构件相互刚性连接，别控制同一从动件升程与回程分
系也很难确定，啮合问隙位置和共轭凸轮机构运动且之间的关系不明确，响了检测效果。影
为广泛。图１示如所
为该机构的结构示意图，中主凸轮图
和主摆动从动件控制整个机构的升
程，助凸轮控制辅和辅助摆动从动件
控制整个机构的回
程。
工具，用图解法的原理对图形进行精确定位和绘制，采保证各实体的相对几何关系，后通过改变输入量的然值，断修正图形中实体的特征值（共轭凸轮旋转角不如

平面共轭分度凸轮机构设计计算和运动分析

% 共轭分度凸轮机构设计与分析% 相关的函数文件：% 计算凸轮机构运动参数（zhbx_cs.m）% 绘制凸轮机构运动曲线（zhbx_tx.m）% 计算凸轮廓线坐标（zhbx_xyRP.m）% 将凸轮廓线辅坐标转化为动坐标（zhbx_xyRPd.m）disp ' 用键盘输入已知条件:'n=input('凸轮转速(r/min) n = ');C=input('机构中心距(mm) C = ');disp '选择凸轮头数H、转盘分度数I与凸轮分度期转角theta_f的对应关系：'disp ' H=1时，I=6、8、10、12、16，theta_f=60、75、90、120、150度'disp ' H=2时，I=3、4、5、6、8，theta_f=90、120、150、180、210、240、270度' disp ' H=3时，I=2、4，theta_f=150、180、210、240、270度'disp ' H=4时，I=1、2、3，theta_f=180、210、240、270度'H=input('凸轮头数H = ');I=input('转盘分度数I = ');theta_f=input('凸轮分度期转角(度) theta_f = ');% 1-共轭分度凸轮机构运动分析% 凸轮角速度omega_1=pi*n/30;% 转盘滚子数z=H*I;% 凸轮停歇期转角if H<2theta_d=180-theta_f;elsetheta_d=360-theta_f;end% 转盘分度期转位角phi_f=360/I;% 机构分度期时间t_f和停歇期时间t_dhd=pi/180.0; % 角度转换为弧度的系数t_f=theta_f*hd/omega_1;t_d=theta_d*hd/omega_1;% 机构动停比k和运动系数tauk=t_f/t_d;tau=t_f/(t_f+t_d);disp '======== 共轭分度凸轮机构基本数据========'fprintf(' 凸轮转速n = %3.4f r/min \n',n)fprintf(' 机构中心距 C = %3.4f mm \n',C)fprintf(' 凸轮头数H = %3.0f \n',H)fprintf(' 转盘分度数I = %3.0f \n',I)fprintf(' 转盘滚子数z = %3.0f \n',z)fprintf(' 凸轮角速度omega_1 = %3.4f 1/s \n',omega_1)fprintf(' 凸轮分度期转角theta_f = %3.4f 度\n',theta_f)fprintf(' 凸轮停歇期转角theta_d = %3.4f 度\n',theta_d)fprintf(' 转盘分度期转角phi_f = %3.4f 度\n',phi_f)fprintf(' 机构分度期时间t_f = %3.4f s \n',t_f)fprintf(' 机构停歇期时间t_d = %3.4f s \n',t_d)fprintf(' 机构动停比k = %3.4f \n',k)fprintf(' 机构运动系数tau = %3.4f \n',tau)计算结果：======== 共轭分度凸轮机构基本数据========凸轮转速n = 100.0000 r/min机构中心距 C = 100.0000 mm凸轮头数H = 2转盘分度数I = 4转盘滚子数z = 8凸轮角速度omega_1 = 10.4720 1/s凸轮分度期转角theta_f = 180.0000 度凸轮停歇期转角theta_d = 180.0000 度转盘分度期转角phi_f = 90.0000 度机构分度期时间t_f = 0.3000 s机构停歇期时间t_d = 0.3000 s机构动停比k = 1.0000机构运动系数tau = 0.5000% 计算凸轮机构运动参数（调用组合摆线运动M文件：zhbx_cs.m）bc=0.5; % bc是转角分度单位[zhbx,i_zhbx]=zhbx_cs(theta_f,phi_f,hd,omega_1,bc);fprintf(' 组合摆线运动参数数组行数i_zhbx = %3.0f \n',i_zhbx)% 输出共轭分度凸轮机构运动参数[' 凸轮转角',' 转盘角位移',' 角速度',' 角加速度',' 跃度',' 角速度比',' 角加速度比'][zhbx(:,1),zhbx(:,2)/hd,zhbx(:,3),zhbx(:,4),zhbx(:,5),zhbx(:,6),zhbx(:,7)]计算结果：凸轮转角转盘角位移角速度角加速度跃度角速度比角加速度比0 0 0 0 3.5192 0 030.0000 3.8787 0.3345 0.8664 -0.6111 0.0319 0.007960.0000 20.1752 0.7254 0.5655 -2.6959 0.0693 0.005290.0000 45.0000 0.8798 0.0000 -3.5192 0.0840 0.0000120.0000 69.8248 0.7254 -0.5655 -2.6959 0.0693 -0.0052150.0000 86.1213 0.3345 -0.8664 -0.6111 0.0319 -0.0079180.0000 90.0000 0 -0.0000 3.5192 0 -0.0000% 绘制凸轮机构运动曲线（调用组合摆线绘图M文件：zhbx_tx.m）zhbx_tx(zhbx,hd,theta_f)% 备注：绘制的凸轮机构运动曲线形态正常（见图12-9）。

凸轮机构的设计和计算详解

凸轮机构的设计和计算详解1. 引言凸轮机构是一种常见的机械传动装置，通过凸轮的运动来实现对其他部件的控制和驱动。

凸轮机构广泛应用于发动机、机械加工、自动化设备等领域。

在本文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计和计算方法。

2. 凸轮机构的基本原理凸轮机构由凸轮、从动件和控制件组成。

凸轮通过旋转或移动的方式，驱动从动件进行线性或旋转运动。

不同凸轮形状和运动方式将实现不同的功能。

3. 凸轮的设计要点凸轮的设计涉及凸轮形状、凸轮面积、凸轮运动规律等方面。

在进行凸轮设计时，需要考虑以下要点：•运动要求：根据从动件需要的运动类型（线性或旋转）、速度和加速度要求，确定凸轮的形状和运动规律。

•动态负载：凸轮在运动过程中所承受的动态负载应被考虑在内，以确保凸轮的强度和耐久性。

•材料选择：根据凸轮的工作条件和负载要求，选择适当的材料来制造凸轮，以保证其可靠性和寿命。

4. 凸轮机构的计算方法4.1 凸轮剖面的计算凸轮剖面的计算是凸轮机构设计中的重要一环。

根据凸轮的运动规律和从动件的运动要求，可以进行凸轮剖面的计算。

常用的凸轮剖面计算方法有：•凸轮剖面生成法：根据从动件的运动要求，通过几何构造和插值计算，生成凸轮剖面。

•凸轮运动分析法：通过分析凸轮的运动规律和从动件的运动要求，推导出凸轮剖面的数学表达式。

4.2 凸轮机构的运动学分析凸轮机构的运动学分析是确定凸轮机构各部件的运动规律和参数的过程。

通过运动学分析，可以计算凸轮机构的几何关系、速度和加速度等。

常用的凸轮机构运动学分析方法有：•图形法：通过绘制凸轮机构的运动示意图和运动曲线，分析凸轮机构的运动规律。

•解析法：通过建立凸轮机构的运动学方程，推导出各部件的运动参数，并进行计算。

4.3 凸轮机构的强度计算凸轮机构的强度计算是为了确定凸轮所承受的载荷是否安全，并选择适当的材料和结构来满足设计要求。

在强度计算中，需要考虑凸轮的静载荷、动载荷和疲劳载荷等。

常用的凸轮机构强度计算方法有：•静态强度计算：通过分析凸轮在静态载荷下的应力和变形情况，确定凸轮的强度和刚度。

平行分度凸轮机构设计方案专家系统的开发及三维运动仿真

平行分度凸轮机构设计专家系统的开发及三维运动仿真文章来源：大中小]本文所述的该系统给出了界面友好的参数输入对话框，能够完成机构参数的自动综合和凸轮轮廓的自动生成，实现了直接在Pro/E环境下进行仿真。

平行分度凸轮机构是一种较为复杂的平面共轭凸轮机构，其运动过程如图1所示。

该机构可将凸轮轴的连续转动转换为输出轴的间歇转动或移动。

由于该机构与棘轮、槽轮等传统间歇机构相比，具有高转速与高分度精度等优点，目前被广泛应用于各类自动化机械产品中。

图1 平行分度凸轮机构运动简图分度凸轮机构是靠其工作轮廓曲线来实现预定的分度盘分度转动，其轮廓是根据最佳的运动规律包络而成，通常是由大量的离散点经过处理而形成的直纹曲面。

如果能够在加工前，基于三维虚拟设计环境将平行分度凸轮机构的三维实体直观地绘制出来，实现平行分度凸轮机构的三维参数化设计与运动仿真，将能帮助设计者及时地发现由于压力角过大而产生的转动困难、曲率半径过小而产生的运动失真和加工时产生冗切等问题，以便及时进行修改，提高设计质量，缩短产品的开发周期。

对于平行分度凸轮的三维设计与仿真，目前只有基于VC 6.0调用OpenGL函数开发的设计与仿真系统，但是用这种系统要实现仿真需要编制大量的程序来实现。

而对于通用的3D设计软件，如Solidworks、Pro/ENGINEER和CATIA等，由于分度凸轮廓面的特殊性均不能直接满足设计要求。

为了能够利用Pro/ENGINEER自带的仿真功能以及后续的数控加工功能，本文提出一种在AutoCAD环境下开发的生成凸轮二维廓面的系统，然后调入Pro/ENGINEER环境生成凸轮的三维实体，与在Pro/ENGINEER环境下生成的转盘进行装配与仿真，还可以在此基础上利用Pro/ENGINEER自带的数控加工功能，生成凸轮的数控加工代码。

一、平行分度凸轮设计专家系统的结构本专家系统主要由知识库、推理机、综合数据库、方法库和知识库管理系统组成。

基于Autodesk Inventor的共轭凸轮设计与运动仿真

基于Autodesk Inventor的共轭凸轮设计与运动仿真笔者结合工作中的实际案例——一位使用Inventor产品多年的印刷机械设备用户，困惑于如何借助3D软件提升设计能力——分析其设计难题，例如比较普遍的凸轮设计问题，其中一个共轭凸轮的机构设计尤为难以实现。

本文就是基于解决用户共轭凸轮设计难题的真实案例，介绍了借助Autodesk Inventor设计共轭凸轮的方法及思路。

一、设计要求用户设计某胶订机，其中一台设备使用到一对共轭凸轮，其中一个凸轮是顶升凸轮，带动机构在垂直方向运动，另一个凸轮带动一个连杆机构，连杆机构的末端带动一个滑块做水平运动，机构简图如图1。

T形结构FF’E中，端点E与凸轮1的从动件连结，连杆AB的端点A 连接在滑块上，沿FF’平面做水平往复运动，连杆BCD绕C点转动，D点与凸轮2从动件连结，凸轮1和凸轮2绕同一根轴旋转。

1.凸轮1(垂直运动)盘式顶升凸轮(沟槽)做垂直方向往复运动。

凸轮基圆半径为50mm，凸轮升程为30mm，带动T形结构做垂直方向运动，其在一个周期内的运动规律如表所示。

2.凸轮2(水平运动)凸轮驱动连杆机构运动，连杆机构的末端连结到一个滑块，滑块的设计要求为一个往复行程为400mm，为配合机构的运动要求，其速度按照如图2所示规律运动。

本文重点在于说明设计的思路，对于机构的具体尺寸以及系统转速等不做说明，上述的设计参数也仅作示意，不代表实际设计数值。

二、设计分析常见的凸轮形式，包括线性凸轮、盘式凸轮及圆柱凸轮三大类，很多CAD软件没有直接提供凸轮设计工具，需要用户去创建凸轮的轮廓线(通过创建公式曲线，以数据点拟合样条曲线)，而轮廓的几何外形仅仅表达了凸轮的位移变化，还无法满足对凸轮性能分析的需求(速度曲线、加速度曲线和压力角变化等)的分析，造成用户设计效率低下，凸轮优化困难。

Inventor凸轮设计模块集凸轮设计、计算校验于一身，支持上述三种凸轮，其自带了多达13种拟合函数，最高支持七阶多项式，无需用户推导解析函数，即能生成高质量的凸轮轮廓。

毕业论文-凸轮机构建摸,受力分析和运动仿真与分析研究

摘要凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件（有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间隙的往复运动、移动或平面复杂运动。

本文主要介绍凸轮的大体概念与凸轮廓线的设计计算，以及后期使用Pro/E软件仿真其廓线。

凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的关键，常用的设计方法有解析法和图解法。

本文将对这两这种方法进行大致分析与应用设计，利用Pro/E软件绘制凸轮机构实体模型，并用Pro/E软件自带的Pro/MECHANICA Motion插件设计凸轮机构运动模型，进行机构运动学仿真分析，可以较准确掌握机械产品零部件的位移、速度和加速度等动力学参数，进而可分析机构动作的可靠性。

主要技术要求为：熟悉凸轮设计基本原理及相关理论计算；凸轮机构运动仿真及受力分析；指定内容的翻译和Pro/E软件的熟练应用。

本文将重点研究凸轮机构建摸，受力分析和运动仿真与分析。

通过理论上的计算和研究，结合图解以及解析的方法，算出凸轮廓线的大致数据，用Pro/E软件将其绘制出，进行运动仿真，记录和研究其位移、速度和加速度等动力参数，最后分析出机构动作的可靠性。

使以后工作中，可以更准确掌握机械产品零部件的动力方面个参数，减少事故的发生，降低设计的难度。

关键词：凸轮；廓线设计；Pro/E；三维造型；仿真。

AbstractCam is a component with a surface profile is generally more dynamic pieces of the original (sometimes for the rack), when the cam piece to its original form, it is usually in a row for the constant rotation or move, and the follower output characteristics according to the requirements expected for continuous or reciprocating motion of the space, move, or the complexity of sports plane. This paper mainly introduces the general concept of the cam and cam profile design and calculation, and the latter the use of Pro / E software simulation of its profile.Cam cam curve design is the key to the design of methods commonly used analytical method and graphical method. In this paper, two such methods will be more or less analysis and application design, use of Pro/E software cam solid model rendering, and Pro / E software comes with the Pro/MECHANICA Motion cam plug design movement model, the kinematics Simulation can b a more accurate knowledge of machinery parts and components of displacement, velocity and acceleration, such as kinetic parameters, which can analyze the reliability of body movement.The main technical requirements are:familiar with the basic principles of cam design and related theoretical calculation; cam mechanism motion simulation and stress analysis; specify the contents of the translation and Pro/e application software proficiency.This article will focus on cam modeling, stress analysis and motion simulation and analysis. Through theoretical calculations and research, combined with graphical and analytical methods, calculate the approximate convex contour data, using Pro/E software to draw, simulation exercise, record and study the displacement, velocity and acceleration and other dynamic parameters, Finally, the reliability of the agency action. So after work, can be more accurate machinery parts and components of the dynamic parameters, to reduce accidents, reduce the difficulty of design.Keywords:Cam, Profile Design ,Pro/E, Three-dimensional shape,Simulation.目录1绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.2 仿真技术的发展 (3)1.3 Pro/Engineer在机械制造中的应用 (5)1.3.1 Pro/Engineer软件介绍 (5)1.3.2Pro/E在我国机械行业中的应用 (8)2凸轮轮廓线的设计 (10)2.1绪论 (10)2.2 凸轮机构的分类 (11)2.2.1 按两活动构件之间的相对运动特性分类 (11)2.2.2 按从动件运动副元素形状分类 (11)2.2.3 按凸轮高副的锁合方式分类 (11)2.3从动件运动规律 (12)2.3.1 基本运动规律 (12)2.4 凸轮轮廓线的设计 (14)2.4.1凸轮轮廓曲线的计算 (14)2.5凸轮机构基本尺寸的确定 (17)2.5.1凸轮机构的压力角及许用值 (17)2.6.2凸轮理论轮廓的外凸部分。

凸轮机构的设计计算和运动分析

% ******** 偏置移动从动件盘形凸轮设计绘图和运动分析******** disp ' ######## 已知条件########'disp ' 凸轮作逆时针方向转动,从动件偏置在凸轮轴心的右边'disp ' 从动件在推程作等加速/等减速运动,在回程作余弦加速度运动' % 基圆半径；滚子半径；从动件偏距；从动件升程rb=40;rt=10;e=15;h=50;% 推程运动角；远休止角；回程运动角；推程许用压力角；凸轮转速ft=100;fs=60;fh=90;alpha_p=35;n=200;% 角度和弧度转换系数；机构尺度hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rb^2-e^2);w=n*pi/30; omega=w*du; % 凸轮角速度（°/s）fprintf(' 基圆半径rb = %3.4f mm \n',rb)fprintf(' 滚子半径rt = %3.4f mm \n',rt)fprintf(' 推杆偏距 e = %3.4f mm \n',e)fprintf(' 推程升程h = %3.4f mm \n',h)fprintf(' 推程运动角ft = %3.4f 度\n',ft)fprintf(' 远休止角fs = %3.4f 度\n',fs)fprintf(' 回程运动角fh = %3.4f 度\n',fh)fprintf(' 推程许用压力角alpha_p = %3.4f 度\n',alpha_p) fprintf(' 凸轮转速n = %3.4f r/min \n',n) fprintf(' 凸轮角速度(弧度) w = %3.4f rad/s \n',w)fprintf(' 凸轮角速度(度) omega = %3.4f 度/s \n',omega) disp ' 'disp ' @@@@@@ 计算过程和输出结果@@@@@@' disp ' '% (1)---校核凸轮机构的压力角和轮廓曲率半径'disp ' *** 计算凸轮理论轮廓的压力角和曲率半径***'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'for f=1:ftif f<=ft/2s(f)=2*h*f^2/ft^2;s=s(f); % 等加速-位移方程ds(f)=4*h*f*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f);d2s(f)=4*h/(ft*hd)^2;d2s=d2s(f);vt(f)=4*h*omega*f/ft^2; % 等加速-速度方程elses(f)=h-2*h*(ft-f)^2/ft^2;s=s(f); % 等减速-位移方程ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f);d2s(f)=-4*h/(ft*hd)^2;d2s=d2s(f);vt(f)=4*h*omega*(ft-f)/ft^2; % 等减速-速度方程endalpha_t(f)=atan(abs(ds-e)/(se+s)); % 推程压力角(弧度)alpha_td(f)=alpha_t(f)*du; % 推程压力角(度)pt1=((se+s)^2+(ds-e)^2)^1.5;pt2=abs((se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e));rho_t(f)=pt1/pt2; % 推程曲率半径st(f)=s;endalpha_tm=max(alpha_td);fprintf(' 推程最大压力角alpha_tm = %3.4f 度\n',alpha_tm)for f=1:ftif alpha_td(f)==alpha_tm;ftm=f;break;endendfprintf (' 对应的位置角ftm = %3.4f 度\n',ftm)if alpha_tm>alpha_pfprintf(' * 凸轮推程压力角超过许用值,需要增大基圆!\n')endrho_tn = min(rho_t);fprintf (' 最小曲率半径rho_tn = %3.4f mm\n',rho_tn)for f=1:ftif rho_t(f)==rho_tn;ftn=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角ftn = %3.4f 度\n',ftn)if rho_tn<rt+5fprintf(' * 凸轮推程轮廓曲率半径小于许用值,需要增大基圆或减小滚子!\n') enddisp ' 2 回程(余弦加速度运动-简谐运动)'d1=ft+fs;d2=ft+fs+fh; % 回程运动角范围for f=d1:d2k=f-d1;s(f)=0.5*h*(1+cos(pi*k/fh));s=s(f); % 简谐运动-位移方程ds(f)=-0.5*pi*h*sin(pi*k/fh)/(fh*hd);ds=ds(f);d2s(f)=-0.5*pi^2*h*cos(pi*k/fh)/(fh*hd)^2;d2s=d2s(f);alpha_h(f)=atan(abs(ds+e)/(se+s)); % 回程压力角(弧度)alpha_hd(f)=alpha_h(f)*du; % 回程压力角(度)ph1=((se+s)^2+(ds-e)^2)^1.5;ph2=abs((se+s)*(d2s-se-s)-(ds-e)*(2*ds-e));rho_h(f)=ph1/ph2; % 回程曲率半径sh(f)=s;vh(f)=-0.5*pi*h*omega*sin(pi*f/fh)/fh; % 简谐运动-速度方程ah(f)=-0.5*pi^2*h*omega^2*cos(pi*f/fh)/fh^2; % 简谐运动-加速度方程endalpha_hm = max(alpha_hd(d1:d2));fprintf(' 回程最大压力角alpha_hm = %3.4f 度\n',alpha_hm)for f=d1:d2if alpha_hd(f)==alpha_hm;fhm=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角fhm = %3.4f 度\n',fhm)rho_hn=min(rho_h(d1:d2));fprintf(' 最小曲率半径rho_hn = %3.4f mm\n',rho_hn)for f=d1:d2if rho_h(f)==rho_hn;fhn=f;break;endendfprintf(' 对应的位置角fhn = %3.4f 度\n',fhn)if rho_hn<rt+5fprintf(' * 凸轮回程轮廓曲率半径小于许用值,需要增大基圆或减小滚子!\n') enddisp ' '% (2)---计算凸轮机构的从动件运动参数'disp ' *** 计算凸轮机构从动件的运动参数***'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角位移s(mm) 速度v(mm/s)'for f=10:10:ftydcs_t=[f st(f) vt(f)];disp(ydcs_t)endat_1=4*h*omega^2/ft^2;at_2=-4*h*omega^2/ft^2;fprintf(' 等加速上升的加速度at_1 = %3.4f (mm/s^2) \n',at_1)fprintf(' 等减速上升的加速度at_2 = %3.4f (mm/s^2) \n',at_2)disp ' 2 回程(余弦加速度运动-简谐运动)'disp ' 凸轮转角位移s(mm) 速度v(mm/s) 加速度a(mm/s^2)'for f=d1:10:d2ydcs_h=[f sh(f) vh(f) ah(f)];disp(ydcs_h)end% (3)---绘制凸轮机构的从动件运动线图figure(1);subplot(3,2,1) % 推程位移线图f=1:ft;plot(f,st);xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it s / \rm(mm)')title('从动件推程位移线图');subplot(3,2,2) % 回程位移线图f=d1:d2;plot(f,sh(d1:d2));xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it s / \rm(mm)')title('从动件回程位移线图');subplot(3,2,3) % 推程速度线图f=1:ft;plot(f,vt);xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it v / \rm(mm/s)')title('从动件推程速度线图');subplot(3,2,4) % 回程速度线图f=d1:d2;plot(f,-vh(d1:d2));xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it v / \rm(mm/s)')title('从动件回程速度线图');subplot(3,2,5) % 推程加速度线图line([0,ft/2],[at_1,at_1]);line([ft/2,ft/2],[at_1,at_2]); % 等加速等减速之间的突变垂线line([ft/2,ft],[at_2,at_2]);xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it a / \rm(mm/s^2)')title('从动件推程加速度线图');subplot(3,2,6) % 回程加速度线图f=d1:d2;plot(f,-ah(d1:d2));xlabel ('凸轮转角\it \phi / \rm( °)')ylabel ('\it a / \rm(mm/s^2)')title('从动件回程加速度线图');disp ' '% (4)---计算凸轮理论廓线与实际廓线的直角坐标和向径'disp ' ****** 凸轮理论轮廓与实际轮廓的直角坐标******'nd=360;for f=1:ndif f<=ft/2 % 等加速运动s(f)=2*h*f^2/ft^2;s=s(f);ds(f)=4*h*f*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f);elseif f>ft/2 & f<=ft % 等减速运动s(f)=h-2*h*(ft-f)^2/ft^2;s=s(f);ds(f)=4*h*(ft-f)*hd/(ft*hd)^2;ds=ds(f);elseif f>ft & f<=d1 % 远休止角s=h;ds=0;elseif f>d1 & f<=d2 % 简谐运动k=f-d1;s(f)=0.5*h*(1+cos(pi*k/fh));s=s(f);ds(f)=-0.5*pi*h*sin(pi*k/fh)/(fh*hd);ds=ds(f);elseif f>d2 & f<=nds=0;ds=0;endxx(f)=(se+s)*sin(f*hd)+e*cos(f*hd);x=xx(f); % 理论轮廓横坐标yy(f)=(se+s)*cos(f*hd)-e*sin(f*hd);y=yy(f); % 理论轮廓纵坐标dx(f)=(ds-e)*sin(f*hd)+(se+s)*cos(f*hd);dx=dx(f);dy(f)=(ds-e)*cos(f*hd)-(se+s)*sin(f*hd);dy=dy(f);xp(f)=x+rt*dy/sqrt(dx^2+dy^2);xxp=xp(f); % 实际轮廓横坐标yp(f)=y-rt*dx/sqrt(dx^2+dy^2);yyp=yp(f); % 实际轮廓纵坐标r(f)=sqrt(x^2+y^2); % 理论轮廓向径rp(f)=sqrt(xxp^2+yyp^2); % 实际轮廓向径enddisp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角理论x 理论y 实际x 实际y'for f=10:10:ftnu=[f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f)];disp(nu)enddisp ' 2 回程(余弦加速度运动)'disp ' 凸轮转角理论x 理论y 实际x 实际y'for f=d1:10:d2nu=[f xx(f) yy(f) xp(f) yp(f)];disp(nu)enddisp '*** 凸轮理论轮廓与实际轮廓的向径***'disp ' 1 推程(等加速/等减速运动)'disp ' 凸轮转角理论r 实际r'for f=10:10:ftnu=[f r(f) rp(f)];disp(nu)enddisp ' 'disp ' 2 回程(余弦加速度运动)'for f=d1:10:d2nu=[f r(f) rp(f)];disp(nu)end% (5)---绘制凸轮的理论轮廓和实际轮廓figure(2);plot(xx,yy,'r-.') % 理论轮廓(红色,点划线)axis ([-(rb+h-10) (rb+h+10) -(rb+h+10) (rb+rt+10)]) % 横轴和纵轴的下限和上限axis equal % 横轴和纵轴的尺度比例相同text(rb+h+3,0,'X') % 标注横轴text(0,rb+rt+3,'Y') % 标注纵轴text(-5,5,'O') % 标注直角坐标系原点title('偏置移动从动件盘形凸轮轮廓') % 标注图形标题hold on; % 保持图形plot([-(rb+h) (rb+h)],[0 0],'k') % 横轴(黑色)plot([0 0],[-(rb+h) (rb+rt)],'k') % 纵轴(黑色)plot([e e],[0 (rb+rt)],'k--') % 初始偏置位置(黑色,虚线)ct=linspace(0,2*pi); % 画圆的极角变化范围plot(rb*cos(ct),rb*sin(ct),'g') % 基圆(绿色)plot(e*cos(ct),e*sin(ct),'c--') % 偏距圆(青色,虚线)plot(e + rt*cos(ct),se + rt*sin(ct),'m') % 滚子圆(品红色)plot(xp,yp,'b') % 实际轮廓(蓝色)******** 偏置移动从动件盘形凸轮设计绘图和运动分析********######## 已知条件########凸轮作逆时针方向转动,从动件偏置在凸轮轴心的右边从动件在推程作等加速/等减速运动,在回程作余弦加速度运动基圆半径rb = 40.0000 mm滚子半径rt = 10.0000 mm推杆偏距 e = 15.0000 mm推程升程h = 50.0000 mm推程运动角ft = 100.0000 度远休止角fs = 60.0000 度回程运动角fh = 90.0000 度推程许用压力角alpha_p = 35.0000 度凸轮转速n = 200.0000 r/min凸轮角速度(弧度) w = 20.9440 rad/s凸轮角速度(度) omega = 1200.0000 度/s@@@@@@ 计算过程和输出结果@@@@@@*** 计算凸轮理论轮廓的压力角和曲率半径***1 推程(等加速/等减速运动)推程最大压力角alpha_tm = 34.2666 度对应的位置角ftm = 50.0000 度最小曲率半径rho_tn = 35.2303 mm对应的位置角ftn = 51.0000 度2 回程(余弦加速度运动-简谐运动)回程最大压力角alpha_hm = 30.9248 度对应的位置角fhm = 213.0000 度最小曲率半径rho_hn = 30.3591 mm对应的位置角fhn = 250.0000 度*** 计算凸轮机构从动件的运动参数***1 推程(等加速/等减速运动)凸轮转角位移s(mm) 速度v(mm/s)10 1 24020 4 48030 9 72040 16 96050 25 120060 34 96070 41 72080 46 48090 49 240100 50 0等加速上升的加速度at_1 = 28800.0000 (mm/s^2)等减速上升的加速度at_2 = -28800.0000 (mm/s^2)2 回程(余弦加速度运动-简谐运动)凸轮转角位移s(mm) 速度v(mm/s) 加速度a(mm/s^2) 160 50 673 -33602170 48 358 -41220180 44 0 -43865190 37 -358 -41220200 29 -673 -33602210 21 -907 -21932220 12.5 -1031.3 -7617.1230 5.8 -1031.3 7617.1240 2 -907 21932250 0 -673 33602****** 凸轮理论轮廓与实际轮廓的直角坐标******1 推程(等加速/等减速运动)凸轮转角理论x 理论y 实际x 实际y 10.0000 21.3848 34.8977 18.7440 25.2527 20.0000 28.1459 33.4732 26.5660 23.5988 30.0000 36.0309 32.4073 34.7788 22.4860 40.0000 45.6105 31.0206 43.9004 21.1679 50.0000 57.1986 28.4142 54.4870 18.7889 60.0000 69.0579 22.5501 63.1030 14.5165 70.0000 78.5024 12.6099 70.2060 7.0270 80.0000 84.4235 -0.3453 74.7846 -3.008390.0000 86.0810 -15.0000 76.0894 -14.5890 100.0000 83.1533 -29.8936 73.7429 -26.51052 回程(余弦加速度运动)凸轮转角理论x 理论y 实际x 实际y 160.0000 15.6881 -86.9597 13.9127 -77.1185 170.0000 0.0875 -86.8780 1.9206 -77.0474 180.0000 -15.0000 -81.2321 -9.9808 -72.5829 190.0000 -27.7230 -70.8432 -20.2897 -64.1539 200.0000 -36.8131 -57.2861 -27.8219 -52.9092 210.0000 -41.8603 -42.5041 -32.0770 -40.4336 220.0000 -43.3607 -28.3394 -33.3609 -28.2733 230.0000 -42.5280 -16.1041 -32.6176 -17.4398 240.0000 -40.9188 -6.3040 -31.0634 -7.9985 250.0000 -39.9750 1.4129 -29.9813 1.0597*** 凸轮理论轮廓与实际轮廓的向径***1 推程(等加速/等减速运动)凸轮转角理论r 实际r10.0000 40.9287 31.449020.0000 43.7338 35.533930.0000 48.4609 41.414840.0000 55.1597 48.737350.0000 63.8674 57.635560.0000 72.6465 64.751270.0000 79.5088 70.556880.0000 84.4242 74.845190.0000 87.3781 77.4754100.0000 88.3634 78.36342 回程(余弦加速度运动)160.0000 88.3634 78.3634170.0000 86.8780 77.0714180.0000 82.6054 73.2660190.0000 76.0745 67.2859200.0000 68.0948 59.7783210.0000 59.6564 51.6121220.0000 51.8003 43.7302230.0000 45.4750 36.9872240.0000 41.4015 32.0766250.0000 40.0000 30.0000。

平行分度凸轮机构设计专家系统的开发及三维运动仿真

维普资讯
数字化设计
平行分度凸轮机构设计专家系统的
开发及三维运动仿真
口天津工业大学机械电子学院郝彩红尹明富
平行分度凸轮机构是一种较凸轮的三维设计与仿真，目前只有为复杂的平面共轭凸轮机构，其运基于Ｖ＋＋６０用ＯｅＧ函数开Ｃ．调ｐｎＬ
维实体，与在ＰＯＥＧＮＥ环境下ｒ／ＮＩＥＲ
二、计算和绘制凸轮轮廓曲线
在平行分度凸轮设计系统中，理论轮廓线、压力角和实际廓线按
以下公式设计。１凸轮理论工作廓面方程为：．
的系统给出了界面友好的参数输入对话框。能够完成机构参数的自动综合
有高转速与高分度精度等优点，目ＣＴＡ，其分度凸轮廓面的特殊性ＡＩ等
前被广泛应用于各类自动化机械均不能直接满足设计要求。为了能
产行分度凸轮机构专家系统结构框图
够利用ＰｏＥＧＮＥ自带的仿真功ｒ／ＮＩＥＲ能以及后续的数控加工功能，本文提出一种在ＡｔＣＤｕｏＡ环境下开发的生成凸轮二维廓面的系统，能够调入ＰｏＥＧＮＥ环境生成凸轮的三ｒ／ＮＩＥＲ
、
本专家系统主要由知识库、
２凸轮的压力角为：．
经过处理而形成的直纹曲面。如果推理机、综合数据库、方法库和知能够在加工前，基于三维虚拟设计识库管理系统组成。系统结构如

机械设计-凸轮机构设计

a0 -a0
h
回程等加速段的运动方程为：
s2
s2 ＝h-2hδ12/δh2
v2 ＝-4hω1δ1/δh2 a2 ＝-4hω12/δh2 回程等减速段运动方程为：
δ1 δt v2
s2 ＝2h(δh-δ1)2/δh2 v2 ＝-4hω1(δh-δ1)/δh2
a2 ＝4hω12/δh2
a2
A B
特点：存在柔性冲击
1）力锁合凸轮机构：依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁合，如内燃机配气凸
轮机构。
2）形锁合凸轮机构：依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。如凹槽、等宽、等径、共轭凸轮。
等宽凸轮机构等径凸轮机构
共轭凸轮机构
1. 按凸轮的形状分类
盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮
平面凸轮机构空间凸轮机构
凸 2. 按从动件运动副
第3章凸轮机构设计
§3－1 凸轮机构的应用和分类 §3－2 从动件的常用运动规律 §3－3 盘状凸轮轮廓的设计 §3－4 设计凸轮机构应注意的问题
§3－1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的组成及其特点凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构件组成的高副机构。
机架
从动件
滚子
凸轮
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按
轮
元素形状分类
机
构
分类
3. 按从动件的运动
形式分类
尖顶从动件
滚子从动件平底从动件对心直动从动件直动从动件摆动从动件偏置直动从动件平面复杂运动从动件
4. 按凸轮高副的锁合方式分类
力锁合形锁合
§3－2 从动件的常用运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式； 2)推杆运动规律； 3)合理确定结构尺寸； 4)设计轮廓曲线。

第四章-凸轮机构解读

首先,作出理论廓线
B
o
理论廓线与实际廓线是两条平行线
o
B T
滚子与实际廓线的接触点T不一定在滚子中心与导路的方向线上。
所以不能用理论廓线的各点向径OB减
o 去滚子半径rT，求实
际廓线.
n
B
d
T
3、平底从动件
（1）取平底与导路的交点B0为参考点（2）把B0看作尖底，运用上述方法找到B1、B2… （3）过B1、B2…点作出一系列平底，得到一直线族。作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。

s) cos s)sin

式2
（2）摆动从动件盘形凸轮机构
摆动滚子从动件盘形凸轮机构。仍用反转法使凸轮固定不动，而
从动件沿-ω方向转过角度，滚子中心将位于B点。B点的坐标，
亦即理论廓线的方程为：
x y

a cos a sin

l l
cos( sin(
0 0
3、还有5次多项式等其他的多项式运动规律，但多项式的次数一般不超过7次。
4、为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用。组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。
§4-3 凸轮轮廓的设计
设计方法：作图法，解析法
已知 0 , e, S , 转向。作图法设计凸轮轮廓
一、直动从动件盘形凸轮机构反转法
缺点
(1) 高副接触，传力小，易磨损。 (2) 不易保持高副接触。 (3) 加工较困难。 (4) 从动件的行程不能过大。
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凸轮机构的设计任务
为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：

剑杆织机共轭凸轮打纬机构的运动分析及优化

第15卷第2期2018年6月剑杆织机共轭凸轮打纬机构的运动分析及优化滕敦波张红徐玉荣（烟台南山学院，山东烟台，265713）摘要：随着我国对外开放的不断推进，我国织机制造单位也快速跟进，从当初依靠进口和借鉴海外的先进设备，发展到具有改进和研发升级的水平，但是与进口高档设备的特性对比有一定差距。

因此，探讨整机的运动分析及引纬和打纬等关键机构的优化设计分析是剑杆织机企业技术升级及生存发展的需要，也是提升我国织造设备研发能力和市场占有率的需要。

关键词：剑杆织机；打纬机构；运动分析；优化中图分类号：TH122 文献标志码：A作者简介：滕敦波（1983- ），男，汉族，山东烟台人，烟台南山学院工学院，教师。

剑杆织机的优势是适织性强，可使用各种原料的纱线织制各类型织物。

剑杆织机选色性能好，更换产品品种方便，有着比较广泛的织造范围，尤其适合于新产品开发等特点，使其成为世界上用量最多的一种织机。

根据目前发展方向来看，剑杆织机的品种适应性最广。

此外，剑杆设备织造织物品位高，风格好，这些都保证了剑杆织机的广泛使用。

一、剑杆织机打纬机构分析纬线推入装置的用途是把带入经纱通道的纱线利用钢筘推入织口，经纱上下运动后生产组织。

另外引纬时打纬的筘座位于后点静止，对钳纬器、剑杆还起着引导作用，因此设计筘座的运动轨需考虑到与引纬系统有关的零件如走剑板、绒布垫等的材质、结构及尺寸，还要根据钳纬器、剑带的要求而设计。

打纬机构的运动一般用往复式。

往复纬纱推入装置根据空间传动关系分曲柄连杆运动和凸轮运动，多数大剑杆采用凸轮式纬纱推入装置，小剑杆采用四或六连杆纬纱推入装置。

连杆式纬纱推入装置优势是容易制造、加工方便，不足是筘座运动过程中没有静止的区间，并且相对推动力量小，不方便织机高速运行及特殊组织的生产。

为了满足剑杆织机钳纬器运动轨迹的需要，主要是配导钩的引纬系统，要求筘座在后止点的时候必须有一定的静止时间，凸轮打纬机构能够实现。

平面共轭凸轮机构测绘分析

廓的误差比较敏感，果用检测得到的轮廓数据直如接用于生产。由于被测凸轮的加工及检测误差等因素，由此得到的凸轮往往达不到原始设计指标，使测绘后生产设备的噪声、振动、损加剧。共轭凸轮机磨构在设备中一般都用来完成最主要的工艺动作，其测绘指标的好坏直接影响设备的性能指标，因此采用比较好的共轭凸轮机构的测绘方法是非常必要
测绘分析过程为例进行说明。
３１测量确定共轭凸轮机构各基本尺寸及凸轮型．
面数据
为了避免上述测绘方法中的缺陷，使测绘后的
图１为共轭凸轮机构示意标接近甚至优于原始凸轮的工作
性能指标，笔者通过数值分析的方法对测量得到的共轭凸轮廓线数据进行了处理，索了一条测绘共摸
轭凸轮机构的途径，其能够达到比较理想的测绘使
效果。
。０７２为主凸轮最小半径；＝６．８ｐ。＝９．８５３８为主凸轮最大半径；ｐ２＝９．９５３４为回凸轮最大半径；Ｒ＝４．１１００为滚轮半径；
４・计・６设制造・
纺织机械
２００８年第６期
平面共轭凸轮机构测绘分析
吉学齐
（山东日发纺织机械有限公司２２０）５００
摘要共轭凸轮机构在纺织机械中的应用非常广泛。根据共轭凸轮廓线的测绘数据确定其理论

机械原理凸轮机构

O
Ov
1
1
2 3 4 5 6 234 56
速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大——柔性冲击
v
O
2
适应场合：中速轻载
O
2
a a0
O 2
j
3.简谐运动(余弦加速度运动)
当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律—简谐运动
s
h 2
1
cos
π Φ
φ
特点：有柔性冲击
作平底的内包络线，即为所要设计的凸轮廓线
4.4 解析法设计平面凸轮轮廓曲线
一、直动滚子从动件盘形凸轮
已知：凸轮以等角速度逆
y
时针方向转动，凸轮基园半
径ro、滚子半径rr，导路和凸
e
轮轴心间的相对位置及偏距e，
B0 ''
n
从动件的运动规律 s s(。)
1. 理论廓线方程: B(x, y)
s0 O
4.1.2 凸轮机构的分类
1. 按凸轮的形状分类
盘形凸轮移动凸轮
圆柱凸轮
盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛
移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动
圆柱凸轮：空间凸轮机构
2. 按从动件的形状分类
尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。
d
min
s
e
L
rρ
rb r' Cu
O
4.6 圆柱凸轮机构
一、直动从动件圆柱凸轮机构
O
rm 1
O a)
v1
η η
1
η 2
v2

平面凸轮机构运动分析与仿真

ｍｃｎｍａ１ｓｉ．ｉｌ口ｕｐｓｔｆ．ｅａ，ｄ拈７。ｉｌ。Ｆａ，ｃｅｆｙｅｎｄｈｈｉｎ１ｍａｎｌｓ０ｆｔｙｓｄｉｒｅｅｉｓｓ
ＫｙｏｓＰｎｒａｅａｉＣＤＭｔｎｎｌｅｉｕｔｎｅｗｒ：ｌａｃｍｃｎｍ；Ａ；ｏｏａｚ；ｍｌｉｄａｍｈｓｉａｙＳａｏ
特性进行显示和机构运动仿真。最后给出了运行实例。
关键词：平面凸轮机构；Ａ；ＣＤ运动分析；仿真
｝
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机械原理课件第九章凸轮机构及其设计

ω
rb

1′ 2′ 3′ 4′ 5′ 6′ 7′ 8′ 9′ 10′
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
δ0
δS
-ω
1′ 2′
12
3′
3
ω
d0
rb
δ′0
A1
A2 A3
δ
δ′S
§9-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构中的作用力和凸轮机构的压力角
依据力平衡条件，分别由∑F x= 0、 ∑F y= 0、∑M B= 0，有
在设计凸轮时，如何选取凸轮基本尺寸(rb ，e )保证
凸轮机构的最大压力角max小于或等于许用压力角[]是
工作中一个应注意的问题。
三、滚子半径的选择
ra = r + rr
1. 凸轮轮廓的内凹部分
设：实际轮廓曲率半径r a
显然：ra > r
结论：实际廓线始终存在。
理论轮廓曲率半径 r
滚子半径rr
-∞
加加速度
δ 位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点。
δ
δ
C
∞
δ
3. 余弦加速度(简谐)运动规律
s 56
4
a = 2hw2cos(d/d0 )/(2d20 )
特点：存在柔冲击。
h
3
2
s
1 q
01
2345
δ0
δ
v
位置：发生在运动的起始
δ
点和终止点。 a
δ
da dt ∞
δ
-∞
4. 正弦加速度（摆线）运动规律
s 摆线
a = 2hw2sin(2d/d0 )/d20)
h
特点：既无柔性更无刚性冲击。

共轭凸轮机构

共轭凸轮机构共轭凸轮机构是一种常用于机械传动中的机构，它由两个或多个凸轮组成，通过它们的相对运动来实现机械传动。

这种机构可以实现较大的传动比和精确的位置控制，因此在各种机械设备中都得到了广泛应用。

共轭凸轮机构的基本结构共轭凸轮机构由两个或多个凸轮组成，其中一个凸轮称为主凸轮，另一个或其他几个凸轮称为从凸轮。

主凸轮和从凸轮之间通过齿形配合或滑动配合实现相对运动。

主凸轮和从凸轮的运动状态可以分为三种：同向旋转、反向旋转和直线运动。

同向旋转状态下，主凸轮和从凸轮以相同的方向、相同的角速度旋转。

在这种状态下，从凸轮上的跟随器（如滚子）沿着主凸轮上的齿形运动，从而带动从凸轮做相应运动。

反向旋转状态下，主凸轮和从凸轮以相反方向、相同角速度旋转。

在这种状态下，从凸轮上的跟随器沿着主凸轮的齿形运动，但是它的运动方向与主凸轮相反，从而带动从凸轮做相应运动。

直线运动状态下，主凸轮和从凸轮之间没有旋转，而是通过曲柄机构或其他机构实现直线运动。

在这种状态下，从凸轮上的跟随器沿着主凸轮的齿形或其他形状的表面运动，从而带动从凸轮做相应的直线运动。

共轭凸轮机构的工作原理在同向旋转状态下，主凸轮和从凸轮以相同方向、相同角速度旋转。

此时，跟随器沿着主凸轮上的齿形或其他形状表面移动，并且带动从凸轮做相应运动。

当跟随器到达齿形顶点时，它会突然掉落到下一个齿谷中，并且在新齿谷中开始新一次循环。

在反向旋转状态下，主凸轮和从凸轮以相反方向、相同角速度旋转。

此时，跟随器沿着主凸轮上的齿形或其他形状表面移动，并且带动从凸轮做相应运动。

当跟随器到达齿形顶点时，它会突然掉落到下一个齿谷中，并且在新齿谷中开始新一次循环。

在直线运动状态下，主凸轮和从凸轮之间没有旋转，而是通过曲柄机构或其他机构实现直线运动。

此时，跟随器沿着主凸轮的齿形或其他形状表面移动，并且带动从凸轮做相应的直线运动。

共轭凸轮机构的优点1. 可以实现较大的传动比：共轭凸轮机构可以通过增加从凸轮数量、改变齿形等方式来实现较大的传动比，具有较高的传动效率。