下载文档原格式
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。
机械原理凸轮课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解凸轮的基本概念、分类及在机械原理中的应用；2. 掌握凸轮的运动规律、轮廓曲线的设计方法；3. 了解凸轮机构的设计与优化原则。
技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并解决实际凸轮机构中的运动问题；2. 学会使用相关软件（如CAD）进行凸轮轮廓曲线的设计；3. 能够通过小组合作，完成一个简单的凸轮机构设计与制作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理学科的兴趣，激发其创新意识和探索精神；2. 培养学生的团队协作能力，使其认识到团队协作的重要性；3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中注重节能、减排。
课程性质：本课程为机械原理课程的实践环节，旨在让学生将理论知识应用于实际设计中，提高学生的实践能力。
学生特点：学生为高年级本科生，已具备一定的机械原理知识基础，具有较强的自学能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的综合应用能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，培养学生的创新精神和实践能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使其成为具有全面素质的工程技术人才。
二、教学内容1. 凸轮基本概念及分类- 凸轮的定义、作用及分类方法；- 各类凸轮的特点和应用实例。
2. 凸轮运动规律及轮廓曲线设计- 凸轮运动规律的基本理论；- 常见凸轮轮廓曲线的设计方法；- 运用CAD软件进行凸轮轮廓曲线设计的操作步骤。
3. 凸轮机构设计与优化- 凸轮机构设计的基本原则；- 凸轮机构优化方法及案例分析；- 凸轮机构设计与制造过程中的注意事项。
4. 实践操作- 小组合作，设计并制作一个简单的凸轮机构；- 分析并解决实际凸轮机构运动问题；- 总结实践操作过程中的经验教训。
教材章节关联：本教学内容与教材第十章“凸轮机构”相关，涵盖凸轮的基本概念、运动规律、轮廓曲线设计、机构设计与优化等方面的内容。
机械原理大作业凸轮机构有关公式凸轮机构是机械传动中常见的一种机构，具有转动曲线的特点，可以将驱动轴的转动运动通过凸轮的滚动轮廓来实现对从动件的相应动作控制。
在凸轮机构的设计和分析中，有一些与凸轮曲线有关的公式是十分重要的。
一、凸轮曲线方程凸轮曲线是指凸轮的滚动轮廓，可以通过数学方法来表示。
常见的凸轮曲线方程有圆弧、椭圆、正弦曲线等。
其中，最常用的是圆弧和直线的组合，这种凸轮曲线被称为简谐凸轮曲线。
简谐凸轮曲线方程可以表示为：y = r (1 - cos(θ - θ0))其中，r为凸轮半径，θ为凸轮角度，θ0为凸轮曲线的初相位差。
凸轮在其中一角度θ的位置的坐标可以通过此公式计算得出。
二、凸轮曲线的导数和导数变化率在凸轮机构的设计和分析中，对凸轮曲线的导数和导数变化率也有相当重要的影响。
凸轮的导数表示了凸轮曲线的斜率，而导数的变化率表示了凸轮曲线的曲率。
凸轮曲线的导数可以表示为：dy/dθ = r sin(θ - θ0)凸轮曲线的导数变化率可以表示为：d²y/dθ² = r cos(θ - θ0)通过对凸轮的导数和导数变化率的计算和分析，可以确定从动件的运动状态和速度变化情况，进而进行凸轮机构的设计和优化。
三、凸轮压力和压力角在凸轮机构中，凸轮和从动件之间存在着压力作用。
对于凸轮的任何一个位置，凸轮所施加的压力可以通过力的分解计算得出，并且可以利用凸轮的转角来表示。
凸轮的压力可以表示为：F = P * r * cos(θ - θ0)其中，P为压力系数，r为凸轮半径，θ为凸轮角度，θ0为凸轮曲线的初相位差。
凸轮的压力角可以表示为：φ = atan(dy/dθ)其中，dy/dθ为凸轮曲线的导数。
凸轮的压力角可以用来描述凸轮的主动件施加力的方向和作用范围，对凸轮机构的设计和分析具有指导意义。
以上是凸轮机构常见的几个重要的公式，通过这些公式可以计算和分析凸轮机构的运动学和动力学性能，为凸轮机构的设计和优化提供指导。
机械原理20_凸轮轮廓设计凸轮基本尺寸的确定凸轮是机械中常用的传动元件，广泛应用于各种工业设备和机械装置中。
凸轮的设计需要确定凸轮轮廓和基本尺寸。
本文将介绍凸轮轮廓设计和凸轮基本尺寸的确定方法。
凸轮轮廓设计是指确定凸轮的外形形状。
凸轮的轮廓形状决定了它的运动轨迹，因此在设计凸轮轮廓时需要考虑以下几个因素：1.运动要求：根据凸轮所要驱动的运动机构的要求，确定凸轮的轮廓形状。
例如，如果凸轮需要驱动一个摆动臂做往复运动，那么凸轮的形状应该是一个椭圆或近似椭圆的轮廓。
2.动力学要求：根据凸轮轮廓和运动机构的特点，考虑凸轮的加速度、凸轮轮廓的曲率、运动速度的变化等因素，以满足设计要求。
一般情况下，凸轮轮廓的曲率应该尽可能平滑，避免出现尖锐的拐角和突变。
3.制造工艺要求：考虑凸轮的制造工艺，选择合适的加工方法和工艺参数。
凸轮的轮廓形状应该尽量简单，避免过于复杂的几何形状，以降低制造成本和加工难度。
确定凸轮基本尺寸是指确定凸轮的大小和形状。
凸轮的基本尺寸包括凸轮的直径、高度、凸轮轴的位置等。
1.直径：凸轮的直径是指凸轮的外径，一般由运动机构的安装空间和工作要求来确定。
直径越大，凸轮的刚性越高，但制造成本也会增加。
2.高度：凸轮的高度是指凸轮的轮廓跟凸轮轴之间的距离。
高度的选择应考虑运动机构的工作要求、凸轮的强度和刚度要求等因素。
3.凸轮轴的位置：凸轮轴的位置决定了凸轮的相对位置和工作空间。
凸轮轴的位置应根据运动机构的要求和布置来确定。
确定凸轮的基本尺寸需要进行综合考虑运动要求、动力学要求、制造工艺要求等因素。
可以通过计算和仿真分析，也可以根据经验进行初步估算，然后根据实际情况进行调整和优化。
总之，凸轮轮廓设计和凸轮基本尺寸的确定是机械原理中重要的一部分。
准确的凸轮轮廓设计和合理的凸轮基本尺寸可以保证机械系统的正常运转和性能要求的满足。
机械原理大作业凸轮设计1. 引言凸轮是一种通过凸起部分的形状变化驱动其他机械部件的旋转元件。
在机械系统中，凸轮被广泛应用于各种传动装置和运动控制系统。
本文档将讨论凸轮的设计原理和方法，并以一个具体的案例进行说明。
2. 凸轮设计原理2.1 凸轮的基本概念凸轮由凸起部分和基座两部分组成。
其中，凸起部分通常称为凸轮型面，它的形状决定了凸轮所能产生的运动规律。
基座是凸轮的固定部分，通常与主轴连接，使凸轮能够旋转。
2.2 凸轮设计的基本要求凸轮设计的目标是实现所需的运动规律。
在设计一个凸轮时，需要考虑以下几个方面：•运动规律：根据具体需求确定凸轮的运动规律，如线性运动、往复运动、旋转运动等。
•周期性：确定凸轮的运动周期，即凸轮的一次完整运动所需的时间。
•加减速：确定凸轮的运动加速和减速过程，以实现平滑的运动过渡。
•载荷和寿命：考虑凸轮所承受的载荷和使用寿命要求，选择适当的材料和结构。
2.3 凸轮设计的方法凸轮设计可以采用基于经验的方法或基于计算机辅助设计（CAD）的方法。
基于经验的方法通常适用于简单的凸轮系统，而复杂的凸轮系统通常需要借助CAD 软件进行设计和分析。
凸轮设计的关键步骤包括：•确定凸轮的运动规律和周期。
•根据凸轮的运动规律计算凸轮型面的形状。
•通过CAD软件创建凸轮的三维模型。
•进行凸轮的运动仿真和动态分析。
•对凸轮进行优化设计，以满足运动要求和结构要求。
3. 案例分析：凸轮驱动往复运动机构3.1 问题描述设计一个凸轮驱动的往复运动机构，要求满足以下条件：•机构的往复运动幅度为20mm。
•机构的往复运动频率为10Hz。
•机构的驱动电机转速为1000rpm。
•机构的凸轮型面应满足正弦形状。
3.2 设计步骤1.确定凸轮的运动规律和周期。
根据往复运动要求，选择正弦运动作为凸轮的运动规律，运动周期为0.1s。
2.计算凸轮型面的形状。
根据凸轮的运动规律和运动周期，计算凸轮型面的形状参数。
3.创建凸轮的三维模型。
机械原理课程设计
说明书
设计题目：盘形凸轮写字机构D 工程机械xxxxxxxxxxxxxxxxx 设计者：xxxxxxxx
学号：xxxxxxxxxxx
指导教师：xxxxxxxxxxx
2015 年 1 月23 日一．设计任务 (1)
二．原始数据设计及设计要求 (1)
三．设计方案分析 (1)
四．设计容 (2)
五．设计小结 (6)
六．参考文献 (7)
一．设计任务
设计能写出英文字母D的凸轮写字机构。
且该机构由两凸轮连续回转的协调配合及相应的连杆，控制绘图部件画出英文字母D。
二．原始数据设计及设计要求
1.D字高60mm(y方向)。
2.D字宽30mm(x方向)。
3.机构体积小，质量轻，工作可靠，启动或停顿时冲击小。
三．设计方案分析
1.方案一：两对心直动尖顶推杆盘形凸轮写字机构。
尖顶推杆虽然构造简单，但易磨损，且启动或
停顿时冲击大。
2.方案二：两对心直动滚子推杆盘形凸轮写字机构。
滚子与凸轮间为滚动摩擦，磨损小，传动精度
高，冲击小。
3.方案选择：通过对上述两种方案分析比较，选用方案二。
取凸轮A的基圆半径R=50mm
凸轮A的理论廓线如图所示
取滚子半径r=3mm得凸轮A的实际廓线
取凸轮B的基圆半径r=50mm
Φ
/°
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Y/m
m 50.0 53.3 56.7 60.0 63.3 66.7 70.0 73.3 76.7 80.0 83.3 86.7 90.0 Φ
/°
130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250
Y/m
m 93.3 96.7 100.
103.
3
106.
7
110.
109.
5
108.
5
105.
9
102.
9 99.3 95.0 90.3
/°
260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 Y/m
m 85.2 80.0 74.8 69.7 65.0 60.7 57.0 54.0 51.8 50.4 50.0 凸轮B的理论廓线如图所示
取滚子半径r=3mm得凸轮B的实际廓线
得到机构示意图如下图所示
五．设计小结
在本次机械原理课程设计中，我的任务是设计一个可以写出
英文字母D的写字机构。
在开始设计前，我把课本上的相关知识又看了一遍，熟悉了绘制凸轮轮廓线的方法，同时也了解了机械产品设计的过程。
我认为，这次设计的难点在于曲线轨迹的设计。
而选取正确、恰当的方程是关键。
这就又用到了数学方面的知识。
我深刻体会到课程设计不仅是各学科的综合应用，更是我们专业课程知识的实践训练。
而作为一名设计者，一定要有过硬的专业知识和耐心。
所以在今后的学习过程中，要尽可能多地将课本上的知识运用于实践当中。
六．参考文献
[1] 恒作模文杰.《机械原理》（第八版）：高等
教育2013.5
[2] 戴娟. 《机械原理课程设计指导书》
：高等教育2011.1。
