机械原理课程设计说明书
题目：运动轨迹为字母P的
联动凸轮组合机构设计
学生姓名：
学号：
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
专业：机械设计制造及其自动化
指导教师：
2015 年7 月29 日
目录
一、机构简介……………………………………..…………………..…..…………………..２
二、设计任务……………………………………..…………………..…..…………………..２
三、设计方案内容
3.1 联动凸轮机构基本要素的确定 (2)
3.1.1 凸轮类型的选择 (2)
3.1.2 推杆类型的选择 (2)
3.1.3 凸轮基本尺寸的确定 (3)
3.2 目标轨迹的设计 (3)
3.3 运动轨迹各点凸轮转角与推杆位移的关系 (3)
3.4 从动件推杆的运动规律 (4)
3.5 运动轨迹的散点图以及X坐标和Y坐标的散点图 (4)
3.6 凸轮推杆位移与凸轮转角关系图 (6)
四、联动凸轮轮廓曲线的设计 (7)
4.1 横向凸轮的设计 (7)
4.2 纵向凸轮的设计 (7)
五、联动凸轮组合机构机构简图 (9)
六、课程设计总结 (9)
运动轨迹为字母“P”的联动凸轮组合机构设计一、机构简介
凸轮机构广泛应用于各类机械，特别是自动机和自动控制装置中。如内燃机的配汽缸、自动机床的的进刀机构、电子机械、自动送料机构等等。而凸轮机构的最大优点就是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。正因如此，凸轮机构不可能被数控和电控等装置所完全代替。
在许多生产设备中，为了实现预定的特殊运动轨迹，常采用由两个凸轮机构组成的能实现目标运动轨迹的组合机构，称之为联动凸轮组合机构。
二、设计任务
联动凸轮组合机构由两个凸轮机构组成。它利用两个凸轮的协调配合，或同步运动来控制从动件上点的方向运动，使其可以准确地实现预定的轨迹。此次设计是利用联动凸轮可以准确实现预定轨迹的工作原理，设计出“会写字的组合机构”，即用两个凸轮联动配合，实现设定的轨迹，“写”出大写英文字母“P”。根据预期的运动轨迹—大写英文字母“P”利用反转法原理来设计出凸轮的轮廓曲线，并根据实际要求进一步设计出完整的联动凸轮组合机构，包括凸轮基圆半径、滚子半径、凸轮轴直径等。
三、设计方案内容
1、联动凸轮机构基本要素的确定
1）凸轮类型的选择
凸轮机构的类型有很多，按凸轮的形状来分可分为1、盘形凸轮2、圆柱凸轮。
盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或者是在原著端面上做出曲线轮廓的构件。由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。根据实际使用要求以及所要设计的预期轨迹，选取应用较广且加工方面的盘形凸轮作为本次设计联动凸轮组合机构的凸轮。
2）推杆类型的选择
推杆类型有尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆三种，本次设计选择的是磨损较小、可用来传递较大动力的滚子推杆。这种滚子常采用特质结构的球轴承或滚子轴承。
综合上述两点，本次设计选用滚子推杆盘形凸轮作为联动凸轮组合机构的组成元素。
3）凸轮机构基本尺寸的确定
凸轮基圆半径50mm，偏距e=0，滚子半径r
r =10mm，滚子轴直径d
r
=5mm，凸
轮轴直径d
s
=40mm。
2、目标轨迹的设计
设定联动凸轮组合机构的运动轨迹为大写的英文字母“P”，即选定轨迹方程为：y=y(x),如下图所示。设定英文字母“P”的高度为100，以坐标原点作为起始点。
3、运动轨迹各点与凸轮转角、推杆位移的关系
将凸轮旋转一周360°等分成18份，然后利用CAD将字母“P”也同样等分
成20份，找出各个等分点的坐标以及凸轮转角与凸轮推杆位移之间的关系，如下表所示：单位mm
5、运动轨迹的散点图以及X坐标和Y坐标的散点图
X方向推杆的运动轨迹
Y方向推杆的运动轨迹
四、联动凸轮轮廓曲线的设计
1、横向凸轮的设计
根据凸轮推杆位移与凸轮转角关系x=x（），运用反转法原理设计出横向凸轮的轮廓曲线，如下图所示。
2、纵向凸轮的设计
1）滚子推杆凸轮实际廓线设计
五、联动凸轮组合机构机构简图
六、课程设计总结
1、凸轮机构设计是根据预定的从动件运动规律或运动轨迹和已知参数，来求凸轮廓线的方程式或直接测绘出凸轮的轮廓曲线，具体有图解法和解析法。本次设计采取图解法运用反转法原理结合AutoCAD和Excel等软件来设计出运动轨迹为字母“P”的联动凸轮机构。
2、用图解法来进行设计计算简单、无需编写程序，同时又结合了CAD和Excel 软件，克服了传统图解法设计时精度低、速度慢、加工困难等缺陷，使得设计操作简单化、快速化、精确化。
3、但是由于联动凸轮机构行程小、容易磨损、不适用于高速运转的环境，而且制造起来成本较高。出于以上的原因并且要求设计的运动轨迹—字母“P”又容易实现，因此，为节省材料本例也可采用一个偏置直动滚子推杆盘形凸轮来实现预期的运动轨迹。
