直动从动件凸轮机构运动分析软件V10 编制

1、毕业设计方案论证报告设计题目:直动从动件凸轮机构运动分析软件V1.0 编制目录 TOC o 1-5 h z 1凸轮机构发展状况12凸轮机构设计要求23方案论证33.1凸轮运动分析33.2凸轮软件3结论3参考资料41、凸轮机构发展概况凸轮机构研究受到重视于20世纪40年代，随着内燃机的广泛应用及其运转速 度的不断提高，其故障日益增多，人们开始对其配气凸轮机构的振动进行深入研究， 并从经验设计过渡到有理论支撑的运动学和动力学研究。1950年，Mitchell最先提 出对凸轮机构进行实验研究，并记录了 3种基本运动规律的从动件动力学响应，以 此为基础，许多学者开始对高速凸轮动力学响应进行测量，获得了

2、许多重要成果。 随着计算机的进步，凸轮机构CADCAM技术得到长足发展。根据软件机械新理念，提出软件凸轮机械的新概念，软件凸轮的概念是用软件 实现机械凸轮的功能和作用。叙述了机械凸轮的设计方法、工作过程，介绍软件凸 论及其应用，对软件凸轮和机械凸轮进行对比，便于认识软件凸轮与机械凸轮在设 计方法上的异同。从而可以更清楚了解软件。凸轮具有:无机械加工误差、无磨损误 差、曲线形状稳定和设计方便、参数修改灵活、速度响应快等优点。基于U G的平面凸轮加工实践，包括造型方法、加工编程、经验总结等，可作 为同类零件加工的借鉴。加工过程如下：1、造型，客户图纸给的是内轮廓曲线的极 坐标值。先用拉伸的方法做一

3、个薄圆盘，以圆盘的一个平面为草绘平面，按图纸给 的数据先画出各点，用样条曲线连接各点，得到凸轮内轮廓曲线。结束草绘，输入 拉伸长度。使用刚才的草绘平面继续造形，利用上一个拉伸特征的边缘进行等距偏 置，再利用圆盘的外圆，两条闭合曲线构成闭合轮廓进行拉伸；2、加工，拉伸一个 直径和厚度与凸轮相等的圆盘作为毛坯零件，新建一个加工，调入参考零件，再装 入毛坯零件，将两个零件装配在一起，设置机床为三轴铣床，建立坐标系，选用直 径18mm的立铣刀（槽宽20mm）,选用块铣削加工方式，采用倾斜走刀，一次切除全 部槽深17mm,槽的两边分别留下0. 1mm的余量。第二道工序，用轮廓加工对槽壁 进行精加工，注意

4、切入切出要设置成圆弧引入和圆弧引出。现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也俞来俞高，因此高速凸轮的 设计及其动力学问题的研究已引起普遍重视，并已提出了许多适于在高速条件下采 用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构。另一方面，随着计算机的发展，凸轮 机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍的应用，从而提高了设计和加工的速度及 质量，这也为凸轮机构的广泛应用创造了条件。2、设计要求本课题研究直动从动件凸轮机构运动分析软件V1.0编制。要求软件能够针对各 种常用凸轮机构，可以实现不同凸轮转向，不同从动件运动放置方案以及不同从动 件推程、回程运动规律组合的凸轮轮廓的计算分析，使用VB语言，完成凸轮轮

5、廓数 据的输出以及与凸轮相关的图形绘制。设计要求主要包括：利用解析法对直动从动 件凸轮机构进行轮廓设计，使用Visual Basic语言进行编程，实现凸轮机构尺寸及 运动参数的设计计算及校核，最后输出凸轮轮廓曲线数据，利用所得的数据进行凸 轮图形的绘制。3、方案论证3、1凸轮运动分析一般由凸轮、从动件、机架3个构件组成。凸轮的作用是只需对其轮廓进行适 当的设计，便可使从动件得到预期的运动。因此，凸轮的轮廓形状取决于从动件的 运动规律要求。故凸轮的设计步骤是:根据工作要求确定从动件的运动规律。按从动 件运动规律设计凸轮轮廓曲线。从动件的运动规律：（1）多项式运动规律。它的一般形式：g = c*

6、+ ci 巾 + /必 + +。舟式中,。一心，为n +1个系数。这n +1个系数可以根据对运动规律所提的n +1个边界条件来确定。对从动件的运动所提要求越多，相应多项式 的方次n就越高。在实际工程中，方次越高，凸轮加工误差对从动件运动规律的影 响越显著，所以n 10的多项式规律事实上很少使用.（2）三角函数运动规律。简谐运动规律和摆线运动规律是两种基本的三角函数 运动规律；1）余弦加速度运动规律（又称简谐运动规律）其推程时的运动方程为h八兀,-s = _ （1 - cos 甲）2h兀.兀v =sin 2 中回程时的运动方程为 TOC o 1-5 h z h兀/s =方1 + cos石-（平一

7、中一中s ）h兀.兀,v = - 2sin石-（甲-中-中）h兀22兀/a =-cos页（里-中-中）2 ）正弦加速度规律（又称摆线运动规律）其推程时的运动方程为 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 7,甲 1- 2兀s = h（-sin平）中2兀中V =竺（1 - cos史平）中 中2兀枷2 . 2兀a =sin平中2回程时的运动方程为s = h1 -.-气 +_Lsin2聊-中）中2兀中sV =-1 - cos中（甲-s ）2兀h2 . 2兀,a = -sin 而-（里-中-中 ）设计凸轮轮廓曲线的方法主要有两种：（1）作图法。它主要是运用反

8、转法原理进 行作图设计，具有简便、直观的特点，但误差较大；（2）解析法。由从动件运动规律， 建立凸轮理论轮廓曲线，实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，计算机 精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合加工，它的精 度较高，但比较繁琐。在设计凸轮轮廓曲线中，还要从凸轮机构的传动效率、运动是否失真、结构是 否紧凑等方面来考虑，最后确定凸轮机构的基本尺寸。3、2凸轮编程软件凸轮的设计与机械凸轮的设计有相同点，也有不同点。软件凸轮的设计步 骤也是先根据工作要求确定从动件的运动规律，再由从动件运动规律设计软件凸 轮。在确定从动件的运动规律时，由于没有凸轮加工误差的影响，软件又可

9、以实现 各种复杂的运动，故运动规律所受的边界条件n +1的个数就无限制。同时，无需 对机械凸轮的刚性冲击进行考虑，故可对从动件的运动作更高的要求。确定从动件 运动规律后，对软件凸轮的设计仅仅需要考虑从动件的运动位移曲线（可以是线位 移，也可以是角位移），称这个运动位移曲线为软件凸轮轮廓。具体设计中，软件凸 轮轮廓是从动件运动位移曲线的离散点，如图3所示。取的点越多，实现运动规律 的精度越高。在机械凸轮设计中，需由从动件运动规律求凸轮理论轮廓曲线，再求 凸轮实际轮廓曲线和加工刀具的运动轨迹曲线，还要确定凸轮的基本尺寸。利用软件凸轮较机械凸轮而言，具有如下优点：（1）软件凸轮设计开发时间较短，改变

10、软件比较容易，故系统具有很强的柔性， 设计也比较灵活；（2）软件凸轮不存在磨损，凸轮曲线的形状不会改变，因而从动件重复实现预 期运动的精度高、稳定性好；（3）软件凸轮没有机械凸轮的惯性力、弹性变形、刚性冲击等因素，故响应速度 快，能适合高速运动的传动装置。图3 软件凸轮轮廓离散点位移由从动件移曲线而来示意图利用Visual basic 6.0提供的计算和绘图功能，可以实现凸轮机构运动计算 的参数化和自动化，为凸轮加工提供了可靠的检验平台，如果手工计算凸轮轮廓数 据，那么一方面耗费大量的时间和精力，一方面，数据的精确度也不能保证，而且 很可能由于某一个运动学参数选择不当，使计算出来的数据全部作废

11、，其工作量可 想而知。有了计算机强大的计算功能，我们将几种常用的盘形凸轮机构进行划分， 其中包括直动从动件，尖顶从动件和滚子从动件以及平底从动件。而每一种凸轮机 构又可以在推程和回程过程中有着相同或者不同的从动件运动规律，包括等速运动、 等加速等减速运动、五次多项式运动、正弦加速度运动和余弦加速度运动。此软件 对以上内容进行了综合，对运动学参数进行检验，如果有问题，则提醒用户进行更 正，如果合理则进行凸轮轮廓的计算，将数据信息存在用户指定的位置，利用这些 数据进行凸轮绘制，供用户参考，如果对于凸轮轮廓不满意，可返回上一步修改参 数重新计算，大幅缩减凸轮设计的周期，减少设计者的工作负担，并且凸轮轮廓数 据准确可靠，可应用于数控加工设备进行加工。结论结果经过方案论证，运用Visual Basic对直动从动件凸轮机构运动规律进行软件 编制可行。参考资料郑文纬，吴克坚.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，1996.徐灏.机械设计手册.北京：机械