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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。
凸轮机构及设计范文凸轮机构是一种将连续的直线运动转换为间歇的往复运动的机械连杆机构。
它由凸轮、凸轮轴和随动件组成，通过凸轮的旋转运动将连续的直线运动转换为随动件的间歇运动。
凸轮机构广泛应用于各种机械装置中，如发动机、泵、液压机械、纺织机械、包装机械等。
它具有结构简单、运动规律明确、重量轻、可靠性高等特点，因此在不同的领域都有着重要的应用。
凸轮的设计是凸轮机构设计的核心之一、凸轮的形状可以根据所需的运动规律来确定。
常见的凸轮形状有椭圆形、正弦形和随机形状等。
凸轮的形状不仅直接影响到随动件的运动规律，还会对凸轮机构的工作性能产生重要影响。
在凸轮的设计过程中，需要考虑到凸轮的尺寸、形状、旋转角度等因素，以及凸轮与随动件之间的运动副差和装配间隙等。
凸轮轴的设计也是凸轮机构设计的重要内容之一、凸轮轴的设计需要满足机械运动的要求，同时还要考虑到凸轮的负载、旋转速度等因素。
凸轮轴的设计时需要考虑轴材料的选择、轴的刚度和强度等问题。
随动件的设计也是凸轮机构设计的关键之一、随动件的运动规律直接受凸轮的形状和凸轮轴的旋转角度等影响。
在随动件的设计过程中，需要考虑到随动件与凸轮之间的运动配合、运动副间隙等问题。
凸轮机构的设计涉及到机械运动、力学和材料等多个学科知识。
为了设计出性能优良、可靠性高的凸轮机构，需要深入研究凸轮机构的运动规律和工作原理，掌握凸轮机构设计的基本原理和方法。
总结起来，凸轮机构是一种将连续的直线运动转换为间歇的往复运动的机械连杆机构。
凸轮机构的设计涉及到凸轮、凸轮轴和随动件的设计，需要考虑到凸轮的形状、尺寸和旋转角度等因素，凸轮轴的材料选择和轴的刚度，以及随动件与凸轮之间的运动配合和运动副间隙等问题。
凸轮机构设计需要深入研究凸轮机构的运动规律和工作原理，掌握凸轮机构设计的基本原理和方法。
凸轮机构及其的设计凸轮机构是一种广泛应用于机械工程中的重要机构，用于变换一种运动形式为另一种运动形式。
它通常由凸轮、摇杆和连接杆等组成。
凸轮机构的设计涉及到运动规律、工作轨迹、轴向力分析等多个方面，下面将详细介绍凸轮机构的设计。
第一步是确定机构的运动要求和工作方式。
在设计凸轮机构之前，需要明确所需的运动形式，比如旋转、直线、往复等。
同时，还需要确定工作的速度、加速度、角度等参数。
这些运动要求和工作方式将直接影响凸轮机构的设计。
第二步是选择凸轮的形状和尺寸。
凸轮是凸轮机构中最为重要的部件，其形状和尺寸将决定机构的运动规律和工作轨迹。
常见的凸轮形状有圆形、椭圆形、心形等，可以根据具体要求选择合适的形状。
凸轮的尺寸则需要根据凸轮机构的工作范围和受力情况进行计算和确定。
第三步是设计摇杆。
摇杆是凸轮机构中的另一个重要部件，用于连接凸轮和连接杆。
摇杆的长度和位置将直接决定机构的运动范围和力度。
设计摇杆时需要注意受力情况，确保摇杆在工作时不会产生过大的应力和变形。
第四步是选择合适的连接杆。
连接杆连接凸轮机构的其他部件，传递力度和运动形式。
不同的连接杆形式包括曲柄连杆机构、平行四边形机构等，可以根据具体要求选择合适的连接杆。
第五步是进行轴向力分析。
凸轮机构在工作时会产生轴向力，因此需要进行轴向力分析，确保机构的稳定性和可靠性。
轴向力分析包括摩擦力、静力平衡、稳定性等方面。
第六步是进行运动仿真和优化设计。
通过运动仿真可以验证凸轮机构的运动规律和工作轨迹是否满足设计要求，并进行必要的优化设计。
运动仿真常常使用专业的动力学仿真软件，可以模拟机构的运动和受力情况。
总结起来，凸轮机构的设计需要考虑运动要求、工作方式、凸轮形状和尺寸、摇杆设计、连接杆选择、轴向力分析等多个因素。
通过合理的设计和优化，可以实现凸轮机构的稳定运动和有效工作。
设计凸轮机构的步骤1.引言1.1 概述概述部分的内容如下：引言部分是文章的开端，旨在向读者介绍关于设计凸轮机构步骤的基本概念和重要性。
设计凸轮机构是指在机械传动中用于转化运动的一种重要装置，广泛应用于各种机械设备中，如发动机、制造机械、自动化机械等。
凸轮机构的设计直接关系到机械传动的性能和效率，因此在机械设计中具有重要的地位。
本文将介绍设计凸轮机构的具体步骤，帮助读者了解如何更好地应用凸轮机构设计各类机械装置。
首先，我们将介绍凸轮机构的基本原理和功能，为后续内容的理解奠定基础。
然后，我们将详细讲解设计凸轮机构的步骤，包括凸轮曲线的选择、凸轮的参数计算、凸轮机构的布局设计等内容。
在每个步骤中，我们都将提供详细的方法和注意事项，帮助读者更好地理解和掌握凸轮机构的设计过程。
通过本文的学习，读者将能够系统地掌握设计凸轮机构的方法和技巧，提高机械设备的传动效率和性能。
同时，文章还将展望未来凸轮机构设计领域的发展趋势，激发读者的思考和创新意识。
在下文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计步骤，希望读者能够通过本文的学习，对凸轮机构的设计有更深入和全面的了解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在设计凸轮机构之前，了解凸轮机构的基本概念及其作用是非常重要的。
凸轮机构可以将圆周运动转化为直线或间歇运动，广泛应用于各个领域的机械设计中。
本文将介绍设计凸轮机构的步骤，以帮助读者了解如何有效地进行设计过程。
文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分将首先概述凸轮机构的作用和重要性。
凸轮机构作为一种重要的机械传动装置，在现代机械设计中起着不可替代的作用。
随后，将介绍本文的结构和内容安排，以帮助读者快速了解文章的组织结构和各个部分的内容。
正文部分将详细介绍设计凸轮机构的步骤。
首先，步骤一将介绍凸轮机构的设计前准备工作，包括确定凸轮的基本参数、选择凸轮的类型和形状等。
然后，步骤二将详细讲解凸轮机构的设计过程，包括凸轮的轮廓设计、凸轮与从动件的配合设计等。
全面探究凸轮机构设计原理及方法凸轮机构是一种常用的机械传动装置，通过凸轮和摆杆的配合组成，具有可逆性、可编程性和高精度的特点。
本文将从设计原理、设计方法和优化策略三个方面探究凸轮机构设计的要点。
一、设计原理
凸轮机构的设计原理是在摆杆与凸轮配合时，摆杆可以沿凸轮轮廓实现规定的运动规律，如直线运动、往返运动和旋转运动等。
凸轮可以根据运动轨迹、运动频率和运动速度等要求，通过凸轮轮廓的设计来完成。
凸轮轮廓的设计包括了初步设计、动力学分析、运动规划等步骤。
二、设计方法
凸轮机构的设计方法包括手工绘图及设计软件辅助。
手工绘图是传统的凸轮轮廓设计方法，适用于简单的凸轮机构，如往复式转动机构、转动转动机构等；而对于复杂的凸轮机构，可以利用计算机辅助设计软件，如ProEngineer、CATIA、AutoCAD等，进行三维建模、运动模拟和优化设计。
此外，对于凸轮机构的设计还需要考虑到强度计算、可靠性分析等相关问题。
三、优化策略
凸轮机构的设计优化策略主要包括凸轮轮廓的形状优化、摆杆的长度优化和机构传动效率的优化等。
凸轮轮廓的形状优化通常是通过
Cycloid、Involute、Bezier等曲线的拟合来实现；摆杆的长度优化可以通过数学模型来建立，利用遗传算法、粒子群算法等优化算法进行
求解；传动效率的优化可以通过轮廓优化、材料优化、润滑优化等途
径来进行。
凸轮机构的设计是机械工业中非常重要的一环，它涉及到运动学、动力学、力学等多个学科的知识，需要学习者在多方面进行深入研究
和实践。
通过对凸轮机构的深入探究，我们可以更好地理解机械原理
的精髓，提高机械设计的水平和能力。
1 绪论
本课题要求设计一直摆凸轮组合机构，使给定在摆杆上的某个点实现预期椭圆轨迹，并在此基础上进一步设计出整个机构所需的所有零件的实体模型，然后将其装配组合，并进行运动仿真。
机构示意图如图1－1：
图1－1 直摆组合凸轮机构示意图
众所周知，人类创造发明机构和机器的历史十分悠久，并且随着人们对不同机器和机构的需求的日益增多，对它们的研究也在不断的深入，特别是在近代，科学技术的飞速发展使得机构和机器的种类和它们所能完成的功能得到了极大的丰富。
也正因为如此，机构和机器理论已经发展成为一门重要的技术基础学科。
在这一学科中，进一步完善传统典型机构的分析与综合方法，例如实现预期轨迹的机构的类型和设计方法的创新，仍是值得研究的课题。
在这一方面，对本课题的研究就有着重要的意义。
现代化的生产，许多都要求设备能实现某种预期轨迹来更好的生产，比如在食品加工机械中的馒头自动化生产线上，其馒头堆放机构就是一个利用组合机构来完成预期的馒头堆放轨迹的。
在实现预期轨迹的组合机构中，直摆凸轮组合机构是一种非常实用的机构，通过不同轮廓的直动凸轮和摆动通论驱动连杆配合运动，既能实现连续性预期轨迹，如星形线、内摆线、旋轮线、渐开线、正态曲线等；又能实现离散化预期轨迹，如人头像、金鱼、黑桃、三菱商标等。
所涉及到的工业生产：如专用线切割机床、专用电火花加工机床、专用焊接焊切机械手、专用几何测量仪器、行程控制机构及各类轻工机械等。
可以实现图案加工、电火花刻线等等。
因此，研究本课题不仅有其理论意义，也有着其现实意义。
该机构是由直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构组成的联动凸轮机构（图－1），该机构具有3个活动构件（n=3），3个低副(P l =3)，2个高副(P h =2)，由平面机构自由度计算公式h l P P n --=23η[1] 故其机构自由度η为：123233=-⨯-⨯=η该机构原动件数目为1,与其机构自由度相等,故该机构成立。
通过建立直、摆组合凸轮机构的设计公式，从而得出该机构各构件位置、大小及形状尺寸、凸轮实际廓线、理论廓线。
在此基础上，再合理设计出机构所需的每个零部件的结构，之后将它们装配组合，并进行运动彷真，验证设计的正确性。
此机构的设计可以分为如下几个部分：直动从动件凸轮和摆动从动件凸轮的设计，直动杆和摆动杆的设计，直动导轨的设计，轴系零部件的设计和机架的设计。
其中最为关键也最为困难的是直动从动件凸轮和摆动从动件凸轮的设计，而采用何种方法进行设计又是首先需要考虑的问题。
因此在设计过程中应该先确定所要采用的凸轮设计方法。
在以上部分设计完成后，机构的运动仿真，包括机构各个部件的装配和装配后的动态仿真。
在这一阶段需仔细计划各个部件的安装位置和安装顺序，将每一个部件都正确安装到位。
其中值得注意的是直动凸轮与摆动凸轮的安装滞后角，这一角度需严格控制，稍微的误差可能就直接影响预期的曲线。
本课题所用到的硬件主要是计算机。
用到的软件有：AutoCAD 2004，Proe Wildfire3.0，Word2000，Powerpoint2000。
2 椭圆轨迹直摆组合凸轮机构理论设计
由于该组合机构综合了单一的直动凸轮和摆动凸轮两种机构，其运动的复杂性，靠单纯的传统的方法求凸轮廓线，非常复杂，本课题采用一种准确、快捷，简便的离散化方法 [2]。
2.1 直、摆组合凸轮机构设计基本思想
图2-1 直、摆组合凸轮机构参数的几何关系
设n
i i y x 0},{ 为预期曲线上n + 1 个坐标点，它们与下列数值一一对应[3]，如图2—1
n
i h 0}{ ——顶杆位移； n i q 0}{——摆杆转角；
n
Zi Zi r 0},{α ——直动从动件凸轮向径与极角； n Bi Bi r 0},{α——摆动从动件凸轮向径与极角；
e ——直动凸轮偏心距； a,b ——预期曲线起始点坐标；
R , R 1 , R 2 ——摆杆长度，摆杆上端长度，顶杆长度。
依据预期曲线上的点n i i y x 0},{ 与顶杆位移n i h 0}{ 、摆杆转角n
i q 0}{之间的几何关系，求出它们的变化规律 n i h 0}{ ，n
i q 0}{，再分别设计直动从动件凸轮廓形与摆动从动件凸
轮廓形。
2.2直、摆组合凸轮机构设计步骤 2.2.1在预期曲线L 上求取坐标点
预期曲线可以是由一条或若干条平面曲线组成的封闭曲线,首先写出它的参数方程表达式,并且要求参数方程表示的曲线位于第Ⅰ、第Ⅳ象限,初定其起始点为坐标原点。
曲线方程为：
()()⎩
⎨⎧==.;
t y t x ψϕ (2-1)
积分求弧长，得
dt
t L =⎰
(2-2)
其中,t 0,t n 分别表示曲线的起始参数与终了参数。
再按照设计要求将曲线分成若干段 ,其中任意一段定一位置i k ，则有{}n
i k 0，且
L k
n
i i
=∑=0
, 令k 0 = 0。
下面采用匀速运动规律将预期曲线分段，k i 求解公式为：n
L k i =
式中，i=0,1,2……n 。
如果将预期曲线L 对应的凸轮转角都分成n 等份，使之与{}n
i k 0 :相对应，那么当凸
轮轴匀速转动时，通过组合凸轮机构，将使从动点以预期的匀速运动规律沿预期曲线运动。
2.2.2机构初始位置参数确定
参看图2-2，直、摆组合凸轮机构的结构参数为：直动凸轮基圆半径0Z r ，摆动凸轮基圆半径0B r ，偏心距e 以及摆杆长度R 及R 1 ，顶杆长度R 2等。
由这些机构参数可得到如下机构初始位置参数（初始位置00=h ）：
① 摆杆与顶杆在初始位置的夹角[4]
2220100001arccos 2B l R r q l R θ⎡⎤
+-=-⎢⎥⋅⋅⎣⎦
（2-3）
式中，01
arctan
e R θ=，22
10e R l +=
② 从动点起始位置坐标
0sin q R a ⋅= （2-4）
)cos 1(0q R b -⋅= （2-5）
图2-2 直、摆组合凸轮机构初始位置参数
考虑机构的初始位置,应该将上节求到的坐标点n
i i y x 0},{平移到从(a,b)为初始点的
位置上来，于是有： {}{}n
i i n
i i b y a x y x 00,,++−−→−平移.
平移后的坐标点仍记作n
i i y x 0},{。
2.2.3 确定顶杆位移与摆杆转角的变化规律
分析图2-1,可以得到以下关系式：
联接轴承座与座板用的螺栓：GB5780 M12×45 数量为4；
其配合的螺母：GB41-86 M12 数量为4；
凸轮的轴向定位用的轴端C型外挡圈：GB894.1-86 15 数量为1；
摆杆的轴向定位用的轴端挡圈：GB895.1-86 7 数量为1；
凸轮与轴的周向定位用的A型普通平键：截面尺寸5×5 数量为1；
安装在轴上的轴承：GB276-89 6205；
与其配合的轴承座：GB7813-87 SN103。
4 机构实体的运动仿真
为了验证本课题所设计的直白组合凸轮机构能否使摆杆的末端点实现预期的椭圆轨迹，现对该机构的实体进行运动仿真。
所有零件的实体模型构建完成后，在Proe下将它们装配[7]组合，效果如图4-1：
其分解视图如图4-2：
图4-2 分解视图
参考文献
[1]郑文纬，吴克坚.机械原理（第七版）.高等教育出版社
[2]周全申，郭建生.直、摆组合凸轮机构设计. 1992年，第9卷，第1期
[3]邹慧君，董师予.凸轮机构的现代设计. 1991年，上海交通大学出版社
[4]赵韩.凸轮机构运动几何学的通用解析公式. 1995年第31卷第3期
[5] 杨明忠，朱家诚.机械设计.武汉理工大学出版社
[6] 蔡春源.新篇机械设计手册.辽宁科学技术出版社
[7] 邵立新，夏素民，孙江宏.Pro/ENGINEER Wildfire3.0标准教程.清华大学出版社
致谢
经过一个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起做设计的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的导师姚明印。
她平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从给我们下放课题，设计前期的引导，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计一直都做得不太顺利，但是姚老师仍然细心地纠正我设计中的错误，不厌其烦的给我悉心教导。
她的治学严谨和科学研究的精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次要感谢和我一起作毕业设计的董仁财同学，他在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计。
如果没有他的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。
然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。
此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢江西农业大学四年来对我的大力栽培。
