圆柱分度凸轮机构的分析与设计

是在圆柱面上开有曲线凹 槽或在圆柱端面上具有曲线轮 廓的构件。 它是一种空间凸轮机构。 行程可较大，但结构较复杂。e
ω
V
V
ω
ω
2、按推杆末端(the follower end)形状分：（如图9-5） 1）尖顶(knife-edge)推杆（图a、b）： (a) (a) 结构简单，因是点接触，又是滑动 (d 摩擦，故易磨损。只宜用在受力不 (a)(a) ( (a) 大的低速凸轮机构中，如仪表机构。 图a） 图b）
▲ 注意：
1）所有运动过程的推杆位 移s是从行程的最近位臵 开始度量。回程时，推 杆的位移s是逐渐减小的。 2）凸轮的转角δ是从各个 运动过程的开始来度量。 如：在推程时，δ是从推程开始时进行度量；
在回程时，δ是从回程开始时进行度量。
3）有的凸轮δ01=0° （无远休）,有的δ02=0°（无近休）， 有的同时无远休和无近休。 e
2）运动线图——用于图解法
s = s(δ)—位移线图;如图9-8b所示。 v = v(δ)—速度线图； a = a(δ)—加速度线图。
图9-8
推杆的运动规律可分为基本运动规律和组合运动规律。 e
一）基本(Basic)运动规律
1、等速运动规律（一次多项式运动规律） v=常数。 s 1）方程： s=hδ/δ0 推程 v=hω/δ0 a=0 （9-3a） （δ：0~δ0）
对心直动尖顶 推杆盘形凸轮 机构
偏臵直动尖顶 推杆盘形凸轮 机构
对心直动滚子 直动平底推杆 推杆盘形凸轮 盘形凸轮机构 机构
摆动尖顶推杆 盘形凸轮机构
摆动滚子推杆 盘形凸轮机构
摆动平底推杆 盘形凸轮机构
上面介绍的是一些传统的凸轮机构，目前还研究出了 一些新型的凸轮机触，增加了接触面积， 提高了凸轮机构的承载能力。

第5章凸轮机构（一）教学要求1．了解凸轮机构的工作原理2．掌握常用从动件运动规律及特性3．掌握盘形凸轮轮廓的设计4．了解凸轮机构的尺寸的确定（二）教学的重点与难点1．凸轮的工作原理2．用反转法设计凸轮轮廓3．凸轮的尺寸对其机构的影响（三）教学内容5.1概述5.1.1 概念1．凸轮机构的组成：凸轮是由从动件、机架、凸轮三部分组成的高幅机构。

2．凸轮：是一种具有曲线轮廓或凹糟的构件，它通过与从动什的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。

3．特点：结构相当简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。

但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。

4．凸轮机构的应用例：内燃机配气机构（如下图所示）靠模车削机构（如下图所示）自动送料机构（如下图所示）分度转位机构（如下图所示）5.1.2 凸轮机构的分类1、按照凸轮的形状分为：(1)盘形凸轮凸轮中最基本的形式。

凸轮是绕固定铂转动且向径变化的盘形零件，凸轮与从动件互作平面运动，是平面凸轮机构。

(2)移动凸轮可看作是回转半径无限大的盘形凸轮，凸轮作往复移动，是平面凸轮机构。

(3)圆柱凸轮可看作是移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的，从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动，是一种空间凸轮机构。

(4)曲面凸轮当圆柱表面用圆弧面代替时，就演化成曲面凸轮，它也是一空间凸轮机构。

2、按锁合方式的不同凸轮可分为：(1)力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；(2)几何锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。

3、按从动件型式分为：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件根据从动件运动型式不同分为直动从动件和摆动从动件。

5.1.3 凸轮和滚子的材料凸轮机构的主要失效形式：磨损和疲劳点蚀要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度。

对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。

ｎｉ ｇ ｓ ｈ ｍ ａ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｃ ｅ ｎ Ｕ ｉ ｒ ｐｈｉ ｓ ｃ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｃ ｉｄ ｉａ ｎ ｅ ｉ ａ ； Ｇ ／Ｇｒｐ； Ｃ ｏ ｒ ｍｍ ｉ ； ｅ ｄ ｖｅｏ ｄｓ ｙｌ ｒｃ ｌｉｄ ｘｎｇ ｃ ｍ Ｕ ｎ ｉ Ｎ ｐｒ ｇ ａ ｎｇ ｒ － ｅ ｌ ｐｍｅ ｔｏｆｕｎ ｇａ ｎ ｉｒｐｈｉｓ ｃ
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｏ ｎ ｔ ｅ ｂａ ｉ ｏ ｈ ｎ ｌ ｉ Ｏ ｕ ｆ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｙｌ ｄ ｉａ ｎｄ ｘｎｇ ｃ ｍ ．ｈ ｓ ｅ ｔｂ－ ｈ ｓｓ ｆｔ ｅ ａ ａｙｓｓ ｆ ｓ ｒａ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｆ ｒ ｃ ｉ ｒｃ ｌｉ ｅ ｉ ａ ｎ ａ ｓａ
ห้องสมุดไป่ตู้Ｏ 引 言
圆柱分 度 凸轮机 构 用 于 两 垂直 交 错 轴 间 的 间隙 分度 步进 运 动 ， 有 定 位 精 度 高 、 载 能 力 大 、 动 具 承 运 平稳 等特 点 。广 泛应 用 于 各 种 机 床 与机 械 设 备 的 间 隙步进 机 构 与步进 供 料 装 置 等 … 。 圆柱 分 度 凸轮 是
ｌ ｈ ｄ ｍｏ ｌ ｇ ｓ ｔ ｍ ｆｔ ｅ ｉ ｅ ｉ ｎ ｌ ｇｔｚ ｔｏ ｏ ｅ ｒｃ ｉ ｄ ｉａ ｎ ｅ ｉ ａ ｂｙ Ｕ Ｇ／Ｇｒｐ ｏ ｉ ｅ ｄｅｉ ｙｓ ｅ ｏ ｈｒ ｅｄｍ ｎｓｏ ａ ｉ ａ ｉｎ ｍ ｄ ｌ ｙｌ ｒｃ ｌ ｄ ｘｎｇｃ ｍ ｓ ｎ ｄｉ ｉ ｏ ｆ ｎ ｉ ｉ ｆ
２１ 年第 １ 期 ００ ０
文 章 编 号 ：０ １— ２ ５ ２ １ ） ０— ０ １ ３ １ ０ ２ ６ （ ０ ０ １ ０ ９ —０
・工 艺 与 装 备 ・
圆柱 分 度 凸轮 的 精 确 建模 与 数 控 编 程

圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程摘要：作为拥有良好运动性能的圆柱凸轮，会受到动件运动规律因素影响，生成复杂空间曲面，导致在设计、加工等方面面临较大困难。

本文对于圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程进行详细分析，通过Pro/E系统进行三维参数化设计，使用Master CAM软件进行数控加工编程。

旨在为我国众多制造企业提供技术帮助，推动国民经济有序发展。

关键词：圆柱凸轮；三维参数化设计；数控加工编程相较于平面凸轮机构，圆柱凸轮这种空间凸轮机构具有良好刚性，控制从动件运动稳定，可以满足机械高速运行的需求。

空间凸轮拥有这些特性，主要是因为其具有凸轮轮廓曲面。

考虑到圆柱凸轮设计、加工较为困难，过去常使用矩形平面取代圆柱面，并以平面凸轮计算轮廓坐标。

仍存在加工精度偏低的问题，无法满足制造业生产需求，需要寻找更加便利方法进行凸轮设计、加工。

1三维参数化设计对于圆柱凸轮三维参数化设计作业，需要将轮廓曲面设计作为重点内容严格对待。

以自变参数原始数据作为设计基础，建设三维模型，从而分析和三维模型相对应的参数化模型。

对于尖顶推杆圆柱凸轮，可以从正弦加速度、余弦减速度两个方面入手，利用这种运动规律，优化圆柱凸轮三维参数化设计工作。

1.1设计自变设计参数在设计圆柱凸轮的轮廓曲面时，其结构参数与从动件运动规律已经提前获得。

所以，在设计圆柱凸轮数据模型时，选择Pro/E系统的应用工具，设置圆柱凸轮自变参数后，赋予参数初值即可。

这里需要注意一点，对于推程角、远休角、回程角、近休角几个参数，需要保证初值之和为360°，即各段曲线是以封闭状态构成凸轮曲线[1]。

1.2利用方程曲线分段模式，描述轮廓曲面扫描轨迹控制线根据圆柱凸轮轮廓曲线数学模型和从动件运动规律，使用方程曲线对轮廓曲面扫描轨迹控制线进行描述。

主要选择推程角、远休角、回程角、近休角，利用这几个角度相对的轮廓曲面，描述圆柱凸轮的平面坐标。

1.3通过扫描变截面，获得凸轮实体选择Pro/E系统中的Fron模块，利用圆周描述凸轮轮廓扫描轨迹原始控制线。

式分
滚子 从动
图8-5 内燃机的配气机构
凸轮机构概述
凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或 摆动。这种直动或摆动的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形状。
图8-5 内燃机的配气机构
如图8-5所示，为内燃机的配气 机构。当主动件凸轮回转时，使得 气门杆按照一定的要求作上下往复 运动，控制气门的开启与关闭，保 证发动机在工作中定时将可燃混合 气充入气缸，并及时将燃烧后的废 气排出气缸。
式分
滚子 从动
件
平底 从动
件
表8-1
图例
凸轮机构的类型
特点
（续表）
从动件的尖端能够与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。
构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和 速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。
为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮， 把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。因此 ，摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形 式的从动件应用很广。
1.凸轮
图8-1 自动送料凸轮机构
这种自动送料凸轮 机构，能够完成输送毛 坯到达预期位置的功能， 但对毛坯在移动过程中 的运动没有特殊的要求。
凸轮机构概述
4.线轴
3.线
2.从动件
图8-2 绕线机构
1.凸轮
这种凸轮机构，在运 动中能够推动摆动从动 件2实现均匀缠绕线绳的 运动学要求。
凸轮机构概述
凸轮机构概述
如图8-6所示，为自动车床走刀机构，当具有曲线凹槽的 凸轮回转时，其曲线凹槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱 使从动件绕O点摆动，从动件另一端的扇形齿轮与刀架下的齿条 相啮合，使刀架实现进刀运动和退刀运动。

第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。

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。

圆柱凸轮分度机构的设计计算及运动仿真圆柱凸轮分度机构是一种常见的传动机构，用于将连续运动转换为间断运动。

它由凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件等部分组成。

设计计算和运动仿真是圆柱凸轮分度机构设计过程中的重要步骤，下面将对其进行详细介绍。

设计计算是圆柱凸轮分度机构设计的关键步骤之一、首先需要确定驱动件和从动件的构型。

通常，驱动件为凸轮轴，从动件为旋转体。

然后，需要根据要求的间断角度和转速计算凸轮的几何参数，如凸轮半径、凸轮高度和凸轮轴位置。

凸轮的几何参数决定了从动件的运动特性，如加速度和速度。

计算凸轮的几何参数时，可采用凸轮的设计曲线。

设计曲线可以通过将所需的运动规律与给定凹模曲线相叠加得到。

凹模曲线是一个以分度运动为基础的曲线，其参数对凸轮的运动特性有重要影响。

凹模曲线的形状和尺寸决定了从动件在分度运动过程中的加速度和速度的变化规律。

在完成设计计算后，需要进行运动仿真来验证设计的准确性和可行性。

运动仿真可以通过使用专业的仿真软件，如ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）来实现。

通过建立凸轮、凸轮轴、旋转体、均衡轮、从动件和驱动件的几何模型，并设置运动和约束条件，可以模拟圆柱凸轮分度机构的运动过程。

运动仿真可以得到从动件的运动规律和性能参数，例如位置、速度和加速度的变化规律。

通过对仿真结果的分析和评估，可以判断设计的合理性，并根据需要对凸轮的几何参数进行调整和优化，以满足运动要求。

综上所述，圆柱凸轮分度机构的设计计算和运动仿真是设计过程中不可或缺的步骤。

通过设计计算和运动仿真，可以确定凸轮的几何参数，并验证设计的准确性和可行性。

这为圆柱凸轮分度机构的制造和应用提供了重要的参考依据。

·69·基于Creo 的圆柱分度凸轮三维建模刘文光 张卧波 史建国（济南职业学院，山东 济南 250103）摘要：利用Creo 对圆柱分度凸轮进行三维建模，可以先绘制凸轮展开截面线，利用包络命令将截面线缠绕到圆柱，利用扫描命令创建圆柱分度凸轮主体，然后依次创建凸轮的细节特征。

关键词：圆柱分度凸轮；Creo；三维建模；包络；扫描中图分类号：TH16 文献标志码：B 文章编号：1673-4270(2017)05-0069-05一、圆柱分度凸轮三维建模思路圆柱分度凸轮是自动机、自动线中常见的中低速间歇传动装置。

对图1所示的圆柱分度凸轮进行三维建模，可以首先绘制凸轮展开截面线，将截面线缠绕到圆柱，通过扫描的方法创建圆柱分度凸轮主体，然后依次创建孔、加强筋、倒角等细节特征[1]。

图1 圆柱分度凸轮二、基于Creo 的圆柱分度凸轮三维建模以Creo 中的mmns_part_solid 模板新建prt 零件。

（一）创建参数在 标签下选择 定义参数[2]，创建类型为实数的参数D,其值为160；创建类型为实数的参数T，其值为pi*D，如图2所示。

（二）创建拉伸曲面特征选择FRONT 面为草绘平面，以RIGHT 面和TOP 面在草绘平面上的投影线的交点为圆心，草绘直径为D 的圆，完成草绘。

在 操控板选择 设定拉伸为曲面，从草绘平面以指定的深度值拉伸76，生成图3所示的拉伸1。

（三）创建基准面过拉伸1的轴线，与TOP 面成60°角生成基准面DTM1；与拉伸1相切，与DTM1垂直生成基准面DTM2，如图4所示。

图2 参数D 和参数T（四）创建圆柱分度凸轮展开截面线选择DTM2为草绘平面，草绘图5所示的展开截面线。

两条水平线的长度分别为T*236/360和作者简介：刘文光（1983—），男，山东济南人，济南职业学院机械制造学院讲师。

基金项目：本文系2015年度山东省高等学校科研计划项目“基于计算机辅助技术的传送机构特性分析及设计研究”（项 目编号：J15LB53）的阶段性研究成果。

凸轮机构（分度盘）选型范例介绍•本站搜索更多关于“分度机构论坛”的内容典型范例:以下内容更改机构选型：已知条件,设计资料(1)回转台工位数(分度数)S: S=8(2)每工位驱动时间:1/3秒 ;定位时间:2/3秒(3)输入轴凸轮轴转速:N=60转/分钟(4)凸轮曲线:变形正弦曲线(5)回转盘的尺寸:φ600mm×16mm(6)夹具的重量:2.5kg/组(7)工件的重量:0.3kg/组(8)转盘依靠其底部的滑动面支持本身重量负荷,有效半径:R1= 250mm(9)驱动角:θ=360×(驱动时间)/(驱动时间+定位时间)=120deg解答:回转台工位数:s=8输入轴凸轮轴转速:N=60rpm 凸轮曲线是变形正弦曲线,因此Vm=1.76 Am=5.53 Qm=0.9911、负载扭矩:Tt(1)惯性扭矩:Ti(a)转盘重量:w3w1=π×R×R×t×7.8×1/1000=π×300×300×16×7.8×1/(1000×1000) =35.29(kg)w2=2.5×8=20(kg)w3=0.3×8=2.4(kg)(b)回转盘惯性矩:I1; 夹具惯性矩:I2; 工件惯性矩:I3为I1=(w1×R×R)/2G=(35.29×300×300)/(2×9.8×1000×1000)=0.16(kg.m.s²) I2=(w2×R1×R1)/G=(20×250×250)/(9.8×1000×1000)=0.13(kg.m.s²)I3=(w3×R1×R1)/G=(2.4×250×250)/(9.8×1000×1000)=0.015(kg.m.s²)(c)总惯性矩:I=I1+I2+I3 =0.16+0.13+0.015=0.305(kg.m.s²)(d)输出轴最大角加速度:α=Am×2π/S×(360/θ×N/60)α=5.53×2π/8×(360/120×60/60)2=39.09(rad/s²)(1)惯性扭矩:TiTi=I×α=0.305×39、09=11.92(kg.m)(2)磨擦扭矩:TfTf=μ×w×R1=0.15×(35.29+20+2.4)×250/1000=2.16(Kg.m)(3)作功扭矩:Tw在间歇分度时没有作功,因此Tw=0(4)以上总负载扭矩:Tt=Ti+Tf+Tw=11.92+2.16+0=14.08(kg.m)2、实际负载扭矩:Te安全负载的因数fe=1.8Te=Tt×fe=14.08×1.8=25.34(kg.m)输入轴扭矩:Tca(注:输入轴起动负载扭矩视为0 ,因此Tca=0Tc=360/(θ×s)×Qm×(Te+Tca)=360/(120×8)×0.99×(25.34+0)=9.41(kg.m) 计算所需的马力:p=Tc×N/(716×f )(HP)或P=Tc×N/(975×f)(kw)假设效率f=60%那么P=9.41×60/(716×0.6)=1.31(HP)P=9.41×60/(975×0.6)=0.965(Kw)事实上,以上所计算的值为起动时最大马力,而连续传动所需的马力为1/2选择适用的间歇分度器根据以上所计算的资料以及输入轴的转数60rpm来选择,请参考说明书上所记载,凡是输出轴扭矩高于以上所计算的Te值者均可选用。

二凸轮机构的分类 : 1.按凸轮的形状分类
(1)盘形凸轮 通过径向尺寸的变化构成曲线廓线。结构简单，易于加工，在工程中应用广泛。
(2)移动凸轮 呈板状，相对机架作往复直线移动，并通过其曲线轮廓推动从动件2 实现预期的上下往复移 动。它可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成。
盘形凸轮和移动凸轮与从动件产生的相对运动为平面运动，故统称为平面凸轮机构。
组合型运动规律是分段函数。在各段的连接点处，需建立邻接条件，以保证各分段函数在连接点处具有相同的 位移、速度、加速度（甚至更高阶的导数）。构造组合型运动规律的难点在于：选取什么样的分段函数，才能 使设计出的运动规律具有良好的综合指标。
图a)所示修正正弦运动规律。在运动起始 的AB段和终止的CD段，采用周期相同的正弦 函数；在两段中间的BC段则采用一段周期较长 的简谐函数。该组合运动规律具有较好的综合 动力特性指标。 图b)所示修正梯形运动规律。它可视为对 等加速等减速运动规律的改进。为了避免加速 度的突变，用几段简谐函数使加速度成为连续 曲线。加速段和减速段的加速度曲线是对称的。 这两种组合运动规律均具有较好的综合特 性指标，因此广泛应用于各种中、高速分度凸 轮机构的凸轮曲线设计。
在前面介绍的各种形式的凸轮机构中，都是将凸轮作为主动件，推动从动件实现预期 的运动。在工程实际中也有将凸轮作为从动件的，这种凸轮机构称为反凸轮机构。
第二节 从动件的运动规律
一.凸轮机构的基本概念
图7-9 从动件运动示意图(a)凸轮机构 (b)从动件位移
1.从动件的运动规律 从动件的运动规律是指在凸轮廓线的推动下，从动件的位 移、速度、加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表 示，又称为从动件运动曲线。 2.凸轮的基圆 盘形凸轮廓线的径向尺寸是在以半径r0为圆的基础上变化而形成 曲线轮廓的。显然r0为盘形凸轮的最小半径，我们将凸轮上具有最小半径r0的圆称 为凸轮的基圆，r0称为基圆半径。 3.推程与推程角B0B1当凸轮廓线上的曲线段 与从动件接触时，推动从动件沿 导路由起始位置B0运动到离凸轮轴心最远的位置B＇。从动件的这一运动行程称为 推程。此过程对应凸轮所转过的角度称为推程角Φ，从动件沿导路移动的最大位移 称为升距h。 4.远休止与远休止角 当凸轮廓线上对应的圆弧段B1B2与从动件接触时，从动 件在距凸轮轴心的最远处B＇静止不动。这一过程称为远休止，此过程对应凸轮所 转过的角度称为远休止角Φs。 5.回程与回程角 当凸轮廓线上的曲线段B2B3与从动件接触时，引导从动件由 最远位置返回到位移的起始位置B3(B0)。从动件的这一运动行程称回程，此过程对 应凸轮所转过的角度称为回程角Φ＇。 6.近休止与近休止角 当凸轮廓线上对应的圆弧段B3B0与从动件接触时，从动 件处于位移的起始位置B0，静止不动，这一过程称为近休止。此过程对应凸轮所转 过的角度称为近休止角Φs。

凸轮机构种类认识及选用目录1.凸轮机构认识2.常见凸轮机构约束方法3.凸轮机构简要说明4.凸轮曲线5.凸轮机构的设计6.凸轮材料7.凸轮加工8.凸轮应用9.凸轮的设计要点FollowerPressure anglePitch curveCam profile Base circle 1、凸轮机构的相关术语一、凸轮机构认识凸轮机构的相关术语说明1.凸轮理论廓线:从动件(推杆)对凸轮作相对运动时,从动件上的参考点(尖端从动件的尖端和滚子从动件的滚子中心等)在凸轮平面上所面的曲线.2.凸轮工作廓线:与从动件直接接触的凸轮轮廓曲线,也称凸轮实际廓线.3.压力角:凸轮给从动件的正压力方向(即接触点的公法线nn 方向)与从动件受力点速度v方向间所夹的锐角.4.基圆及其半径:以凸轮转动中心o为圆心,凸轮理论廓线的最小半径为半径所画的圆称为基圆,其半径称为基圆半径,以Rb表示.a)圆端直动从动杆移动凸轮b)圆端直动从动杆移动凸轮(从动型)c)圆端摆动从动杆移动凸轮d)圆端直动从动杆平面凸轮e)圆端摆动从动杆平面凸轮f )平端直动从动杆平面凸轮一、凸轮机构认识2、凸轮机构的简介一、凸轮机构认识g)平端摆动从动杆平面凸轮h)圆端直动从动杆沟槽凸轮i)圆端摆动从动杆沟槽凸轮j)等幅凸轮k)共轭凸轮(摆动从动件)l)共轭凸轮(直动从动件)一、凸轮机构认识m)平行分度凸轮n)圆端直动从动杆端面凸轮o)圆端摆动从动杆端面凸轮p)圆端直动从动杆圆柱凸轮q)圆端直动从动杆凸缘凸轮r)筒形凸轮s)弧面凸轮三.凸轮机构简要说明基圆指从动件在停留角的状态下走过的凸轮轮廓的最小半径所在的圆.φ从动件运动方向凸轮法向方向压力角指运动接触点的凸轮法向方向与从动件运动方向的夹角压力角越小越好,设计时直动的压力角应<20 °,摆动从动件可以略大四.凸轮曲线凸轮曲线指凸轮驱动的从动件的运动曲线,横轴为时间,纵轴为位移.四.凸轮曲线目前常用的2种凸轮曲线:修正梯形修正正弦四.凸轮曲线由此根据时间和位移的比例关系来确定有量纲的s,v,a,j值.例n=200rpm,stroke=3mm,MS凸轮曲线,升程角60°,圆端直动从动杆平面凸轮机构,根据无量纲参数可以求出v m,a m,j m1.凸轮转速(200/60)*360=1200°/s2.升程时间t h=60/1200=0.05s3.v m=(stroke/t h)*V m=(3/0.05)*1.76=105.6mm/s4.a m=(stroke/t h2)*A m=(3/0.052)*5.528=6633.6mm/s25.j m=(stroke/t h3)*J m=(3/0.053)*69.47=1667280mm/s3(j m是反映加速度变化快慢的参数,可以理解为接触点受力变化的程度.)五.凸轮机构设计1.顶切2.浮起凸轮设计时应注意凸轮的曲率半径的问题.1.顶切,在设计中先确定cam follower 中心的运动曲线,然后再决定凸轮的轮廓曲线时若ρ凸min <r cam follower ,发生顶切现象.2.浮起,在设计中如果ρ凹min <r cam follower , cam follower 不能到达最低段,发生浮起现象.曲率半径影响凸轮表面的接触应力,曲率半径一般取ρ凹min >2r cam follower ,越大越好.平滑的样式Rc作为设计计算时的基圆半径Rcθ*Rc可以将此凸轮曲线转化为平面凸轮圆半径五.凸轮机构设计以端子插针机为例介绍凸轮机构设计步骤:1.分析插针动作确定使用凸轮数量目前厂内端子插针有下列三个动作a.端子裁切端子与料带分离,与Holder夹紧端子b.端子插入端子插入HSGc.Holder回位holder张开保证端子脱离上述三个动作是按时间配合的独立动作,因此需要三个凸轮来完成.五.凸轮机构设计2.时序确定Punchholderinsertcam曲线的类型45 °时从动件的位置凸轮旋转方向(正时针,逆时针)凸轮基圆半径strokevAJθR10deg五.凸轮机构设计5.草图设计根据速度,加速度,跳动,求出凸轮机构所需要的动力,以裁切凸轮为例计算.a.量纲转换n=600rpm=10*2*3.14rad/sV max=6.72*10-3*3.14*10*2=0.42m/s, 裁切时的速度约为最大速度a max=26.9*10-3*(3.14*10*2)2=106m/s2b.裁切工作负载F=t*L*σ=0.2*4*53=42kgfc.惯性负载F=m*a max=0.1*106=1kgfd.裁切功率P=F*v=43*9.8*0.42=180we.裁切扭矩T=P/ω=180/(3.14*2*10)=2.9N*mf.马达选取Panasonic MSMD042G1U 400w未考虑凸轮机构约束弹簧的力,阻尼等因子,因此有必要在马达前加减速机,确保能提供所需的扭矩..五.凸轮机构设计345k=4N/mmF0=2*3*4=24N五.凸轮机构设计6.凸轮机构约束弹簧的选定约束弹簧的选定可以根据计算,也可以根据图解法得出,以裁切凸轮为例.•计算法:假设滚子刚好脱离凸轮便力平衡的方程m从动件质量a从动件加速度k弹簧系数y从动件位移F0弹簧初始张力α=F0/(k*y h)ma+ky+F0=0 (未考虑粘性阻力系数,摩擦力)0.3*106-k*1.5-2*3*k=0K=4.2N/mm 与图解法相近.Punchholderinsertcam五.凸轮机构设计7.凸轮图面图面中应该注明的要素有a.凸轮的外形尺寸b.时序c.stroked.cam follower 尺寸e.凸轮从动件运动的方式f.凸轮曲线类型g.凸轮旋转方向h.凸轮加工的技术要求i.凸轮材料,表面处理的方式六.凸轮材料凸轮和滚子的材料应该由足够的接触强度和良好的耐磨性.1.提高表面硬度可以提高接触强度2.耐磨性与材料的表面硬度有关,硬度越高,耐磨性越好.3.耐磨性与凸轮和滚子材料的搭配业有关.淬硬钢与磷青铜耐磨性好,但未淬硬钢与青铜之间的耐磨性就差.凸轮的材料有很多,目前使用的有SKD11,SCM440等,它们都应做表面处理,高频表面淬火,渗氮等.滚子一般都是外购标准品.七.凸轮加工1.直动凸轮X,Y联动工作台可以实现直动凸轮加工,刀具的直径可以比滚子直径小.七.凸轮加工2.平面凸轮X,Y轴联动加工刀具直动,凸轮旋转联动加工加工平面的沟槽凸轮时,精加工的阶段采用立铣刀的直径与滚子相同.七.凸轮加工3.圆柱凸轮直动从动件圆柱凸轮采用刀具直动,凸轮旋转联动加工,精加工的阶段采用立铣刀的直径与滚子相同.摆动从动件圆柱凸轮采用刀具X,Y联动,凸轮旋转联动加工,精加工的阶段采用立铣刀的直径与滚子相同.4. 双滚子空间凸轮实际运用:裁切.插针.夹持八.凸轮应用5. 盘形槽式凸轮实际运用:压入.辅助定位.植入一般槽凸轮均会有接触点不再同一侧的问题，这使滚子在沟槽内的运动时而正转、时而逆转，使滚子与沟槽产生相互撞击影响凸轮与滚子的寿命。

% 圆柱分度凸轮机构设计计算和运动分析% 函数文件1：绘制凸轮机构运动曲线（zxjs_ydxt.m）% 函数文件2：整理圆柱分度凸轮轮廓曲面三维坐标数据（zxjs_3Dzb.m）disp ' 用键盘输入已知条件:'n=input(' 凸轮转速(r/min) n = ');disp ' * 机构中心距C：凸轮轴线z1到转盘轴线z2的距离'C=input(' 机构中心距(mm) C = ');disp ' * 机构基距A：凸轮轴线z1到转盘基准端面O2x2y2的距离'A=input(' 机构基距(mm) A = ');disp ' * 选择凸轮头数H=1、2、3、4：'H=input(' 凸轮头数H = ');disp ' * 选择凸轮分度期转角theta_f=120～240度：'theta_f=input(' 凸轮分度期转角(度) theta_f = ');disp ' * 选择转盘分度数（按照工作机械工位要求）'I=input(' 转盘分度数I = ');disp ' * 选择凸轮分度廓线旋向（左旋L、右旋R）：'LXX=input(' 凸轮分度廓线旋向LXX = ','s');% 1-圆柱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theta_d=360-theta_f;% 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);% 凸轮分度廓线旋向系数if LXX=='L'p=1;elseif LXX=='R'p=-1;enddisp '======== 圆柱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(' 机构基距 A = %3.4f mm \n',A)fprintf(' 凸轮头数H = %3.0f \n',H)fprintf(' 凸轮分度廓线旋向LXX = %s \n',LXX)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)% 计算凸轮机构运动参数bc_theta=1; % 转角分度步长1～2度% 转盘分度期采用正弦加速运动规律i_zxjs=0;for theta=0:bc_theta:theta_fi_zxjs=i_zxjs+1;phi_2=phi_f*hd*(theta/theta_f-sin(2*pi*theta/theta_f)/(2*pi));omega_2=omega_1*phi_f/theta_f*(1-cos(2*pi*theta/theta_f));epsilon_2=omega_1^2*2*pi*phi_f/theta_f^2*sin(2*pi*theta/theta_f);zeta_2=omega_1^3*4*pi^2*phi_f/theta_f^3*cos(2*pi*theta/theta_f);omega_2_1=omega_2/omega_1;epsilon_2_1=epsilon_2/omega_1^2;zxjs(i_zxjs,:)=[theta phi_2 omega_2 epsilon_2 zeta_2 omega_2_1 epsilon_2_1];endfprintf(' 正弦加速运动参数数组行数i_zxjs = %3.0f \n',i_zxjs)% 输出圆柱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'][zxjs(:,1),zxjs(:,2)/hd,zxjs(:,3),zxjs(:,4),zxjs(:,5),zxjs(:,6),zxjs(:,7)]disp ' 圆柱分度凸轮机构运动参数的最大值'Vm=2.00;Am=6.28;Jm=39.5; % 正弦加速运动加速运动部分的特征值omega_2_1_max=Vm*phi_f/theta_f;omega_2_max=Vm*phi_f/theta_f*omega_1;epsilon_2_max=Am*phi_f/theta_f^2*omega_1^2;zeta_2_max=Jm*phi_f/theta_f^3*omega_1^3;fprintf(' 最大角速度比omega_2_1_max = %3.4f \n',omega_2_1_max);fprintf(' 最大角速度omega_2_max = %3.4f \n',omega_2_max);fprintf(' 最大角加速度epsilon_2_max = %3.4f \n',epsilon_2_max);fprintf(' 最大跃度zeta_2_max = %3.4f \n',zeta_2_max);% 绘制凸轮机构运动曲线（调用正弦加速绘图M文件：zxjs_ydxt.m）zxjs_ydxt(zxjs,hd,theta_f)% 导出fig图形命令:openfig('YZ200-H1-I16-R_ydxt');% 2-圆柱分度凸轮机构几何尺寸计算disp ' 圆柱分度凸轮机构许用压力角一般为30～40度'alpha_p=input(' 确定许用压力角(度) alpha_p = ');% 转盘节圆半径Rp_2j=2*C/(1+cos(phi_f*hd/2)); % 转盘节圆半径计算值Rp_2=round(Rp_2j+0.5); % 对转盘节圆半径计算值四舍五入圆整% 凸轮节圆半径Rp_1j=Vm*Rp_2*phi_f/theta_f/tan(alpha_p*hd); % 凸轮节圆半径计算值fprintf(' 凸轮节圆半径计算值Rp_1j = %3.4f mm \n',Rp_1j);Rp_1=input(' 确定凸轮节圆半径(mm) Rp_1 = ');% 转盘滚子中心角phi_z=360/z;% 转盘滚子半径(fix是朝0方向取整函数)fprintf(' 转盘滚子半径最小值Rrmin = %3.4f mm \n',fix(0.4*Rp_2*sin(pi/z)));fprintf(' 转盘滚子半径最大值Rrmax = %3.4f mm \n',fix(0.6*Rp_2*sin(pi/z)));Rr=input(' 确定滚子半径(mm) Rr = ');% 转盘滚子宽度fprintf(' 转盘滚子宽度最小值bmin = %3.4f mm \n',fix(Rr));fprintf(' 转盘滚子宽度最大值bmax = %3.4f mm \n',fix(1.4*Rr));b=input(' 确定滚子宽度(mm) b = ');% 转盘滚子与凸轮槽底之间的间隙fprintf(' 转盘滚子与凸轮槽底间隙的最小值emin = %3.4f mm \n',fix(0.2*b));fprintf(' 转盘滚子与凸轮槽底间隙的最大值emax = %3.4f mm \n',fix(0.4*b));disp ' 转盘滚子与凸轮槽底至少取间隙值 e = 5～10 mm'e=input(' 确定滚子与凸轮槽底的间隙(mm) e = ');% 凸轮定位环面的径向深度h=b+e;% 凸轮定位环面的外圆直径Do=2*Rp_1+b;% 凸轮定位环面的内圆直径Di=Do-2*h;% 凸轮宽度fprintf(' 凸轮宽度的最小值Lmin = %3.4f mm \n',fix(2*Rp_2*sin(phi_f*hd/2)));fprintf(' 凸轮宽度的最大值Lmax = %3.4f mm \n',fix(2*Rp_2*sin(phi_f*hd/2)+2*Rr)); L=input(' 确定凸轮宽度(mm) L = ');% 转盘的外圆直径fprintf(' 转盘外圆直径的最小值D_2min = %3.4f mm \n',2*(Rp_2+Rr));D_2=input(' 确定转盘外圆直径(mm) D_2 = ');% 转盘基准端面到滚子宽度中点的轴向距离rG=A-Rp_1;% 转盘基准端面到滚子上端面的轴向距离rO=rG-b/2;% 转盘基准端面到滚子下端面的轴向距离re=rG+b/2;% 输出圆柱分度凸轮机构几何尺寸计算结果disp ' ======== 圆柱分度凸轮机构几何尺寸========'fprintf(' 许用压力角alpha_p = %3.4f 度\n',alpha_p); fprintf(' 凸轮节圆半径Rp_1 = %3.4f mm \n',Rp_1); fprintf(' 转盘节圆半径Rp_2 = %3.4f mm \n',Rp_2); fprintf(' 转盘滚子中心角phi_z = %3.4f 度\n',phi_z); fprintf(' 滚子半径Rr = %3.4f mm \n',Rr);fprintf(' 滚子宽度 b = %3.4f mm \n',b);fprintf(' 转盘滚子与凸轮槽底间隙 e = %3.4f mm \n',e);fprintf(' 凸轮定位环面的径向深度h = %3.4f mm \n',h);fprintf(' 凸轮定位环面的外圆直径Do = %3.4f mm \n',Do); fprintf(' 凸轮定位环面的内圆直径Di = %3.4f mm \n',Di); fprintf(' 凸轮宽度L = %3.4f mm \n',L);fprintf(' 转盘外圆直径D_2 = %3.4f mm \n',D_2); fprintf(' 转盘基准端面到滚子上端面的轴向距离rO = %3.4f mm \n',rO); fprintf(' 转盘基准端面到滚子宽度中点轴向距离rG = %3.4f mm \n',rG); fprintf(' 转盘基准端面到滚子上端面的轴向距离re = %3.4f mm \n',re);% 3-圆柱分度凸轮机构压力角的计算% 1#、2#、3#滚子的起始位置角(单位：度)phi0_1=-p*0.5*phi_z;phi0_2=p*0.5*phi_z;phi0_3=p*1.5*phi_z;% 计算1#、2#、3#滚子位置角(单位：度)phi=zeros(i_zxjs,3); % 变量初始化phi1=phi0_1-p.*zxjs(:,2); % zxjs(:,2)存储转盘角位移phi_2 phi2=phi0_2-p.*zxjs(:,2);phi3=phi0_3-p.*zxjs(:,2);phi=[phi1 phi2 phi3]; % 行-theta，列-滚子位置角% 转盘节圆半径处的压力角% 机构的角速度比(omega_2/omega_1)—数组zxjs(:,6)alpha_fz=Rp_2.*zxjs(:,6); % 计算压力角的分子数组alpha_fm_1=C-Rp_2.*cos(phi(:,1)); % 计算1#滚子压力角的分母数组alpha_1=atan2(alpha_fz,alpha_fm_1);alpha_fm_2=C-Rp_2.*cos(phi(:,2)); % 计算2#滚子压力角的分母数组alpha_2=atan2(alpha_fz,alpha_fm_2);alpha_fm_3=C-Rp_2.*cos(phi(:,3)); % 计算3#滚子压力角的分母数组alpha_3=atan2(alpha_fz,alpha_fm_3);% 绘制转盘节圆半径处与1#、2#、3#滚子相啮合的压力角变化线图figure(2);subplot(3,1,1);plot(zxjs(:,1),alpha_1/hd);title('转盘节圆半径处与1号滚子相啮合的压力角变化线图');grid;xlabel('凸轮转角\theta (^。

而作功. 阻尼载荷包括摩擦阻力矩和转台、滚子与润滑油之间的阻力矩等.
收稿日期: 1997- 08- 29
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沈 阳 工 业 学 院 学 报 1998 年
由于回转工作台和转台自身的重量, 作用在壳体的底座上, 对底座产生正压力, 在回转工 作台转动工作中, 产生摩擦阻力矩. 一般说来, 回转工作台的最大转速不超过 1 rad s, 属于低 速 转动, 所以可以认为其摩擦力与转速无关, 只存在着库仑摩擦力. 设回转工作台重量为 P 1、 转台及滚子重量为 P 2、与底座摩擦系数为 f 、转台平均回转半径为 R. 那么, 由摩擦力产生的阻 力矩为
由于回转工作台作闻歇运动即回转工作台以运动一静止一运动的方式循环往复地工作回转工作台由静止到转位在凸轮的驱动下克服回转工作台的惯性而做功
1 9 9 8 年 3 月 沈 阳 工 业 学 院 学 报 V o l. 17 N o. 1
第17卷 第1期 JOU RNAL O F SH EN YAN G IN ST ITU T E O F T ECHNOLO GY M ar. 1 9 9 8
0 引言
在引信自动装配机中, 普遍应用滚子齿式分度凸轮机构. 该机构由分度凸轮、转台以及与 转台刚性连接的滚子等组成. 回转工作台刚性地固定在转台上, 与转台成为一体. 分度凸轮以 匀角速度转动, 其运动是主动运动. 在回转工作台分度转位期间, 分度凸轮拔动与其啮合的滚 子转动, 使转台绕其轴旋转, 实现回转工作台的转位. 转位结束后, 分度凸轮通过相邻的两个滚 子, 使转台定位, 回转工作台同时被定位. 所以, 称滚子齿式分度凸轮机构为间歇运动机构.
凸轮分度机构的凸轮轴转矩分析与计算
曹纯柱 全厚波 刘芝萍
(沈阳工业学院弹药研究所, 沈阳 110015)

机电系统设计与分析课程作业间歇运动机构在工业中的应用学院:专业:学号: 姓名:间歇运动机构在工业中的应用摘要：在自动化设备和半自动化设备中，往往需要某些机构来实现周期性的转位、间歇动作以及带有分度的动作，实现这种运动的机构称为间歇机构。

它可以将连续运动转化为间歇移动或转动，从而使系统能在停歇段完成预定的工艺动作。

自动机械向高速化、精密化、轻量化的方向发展，对间歇机构运动学与动力学性能的要求越来越高。

凸轮间歇机构、棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮都是间歇运动机构，本文将从它们的结构特点、工作原理与应用场合做以分析。

关键词：间歇运动机构，工业应用引言随着当前机械产品向自动化方向的发展，各种各样的自动机械在机械产品中的地位日益显著。

由于生产工艺的要求，有些机械需要其构件周期地运动和停歇。

能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和停歇的机构，称为间歇运动机构。

例如牛头刨床工作台的横向进给运动，电影放映机的送片运动等都用有间歇运动机构。

按照这些要求，该执行机构应具有以下两个基本功能：（1）运动（位移或速度）缩小（2）运动停歇常见的间歇运动机构有：凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构。

1. 凸轮机构凸轮型间歇机构具有结构简单，能自动定位，动静比可任意选择的特点，更适用于要求高速、高分度精度的场合，因而成为现代间歇机构发展的主要方向。

滚子齿形凸轮式间歇运动机构，工程上又称为凸轮分度机构，常见有圆柱分度凸轮机构和弧面分度凸轮机构等。

1.1圆柱分度凸轮机构圆柱分度凸轮机构，如图1.1所示。

该机构由圆柱凸轮1、转盘2及机架组成。

转盘上均匀分布着若干个滚子3, 滚子轴线与转盘轴线相平行，凸轮轴线与转盘轴线垂直交错。

当凸轮匀速转动时，转盘作单向间歇运动，转盘的运动完全取决于凸轮轮廓曲线的形状，凸轮轮廓线由分度段和停歇段组成。

当凸轮回转时，其分度段轮廓推动滚子使转盘分度转位；当凸轮转到停歇段轮廓时，转盘上两相邻滚子跨夹在凸轮的圆环面突脊上使转盘停歇。