凸轮机构的设计毕业设计

济源职业技术学院毕业设计题 目 凸轮机构的设计系 别机电系专 业 机电一体化技术班 级机电0601姓 名赵贝贝学 号06010107指导教师高清冉日期2008年12月济源职业技术学院毕业设计设计任务书设计题目：凸轮机构的设计设计要求：原始条件：内燃机中的凸轮，该凸轮满足以下条件。凸轮以等角速度逆时针回转，及基圆半径rb=30mm,及从动件滚子圆半径rt=8mm。已知条件题号123凸轮转角60°-180°180°-300°300°-360°从动件运动规律等速上升30mm等加速等减速停止不动应完成的任务： 1、凸轮轮廓设计 2、凸轮零件图设计进度要求：第一周：确定题目；第二周：搜集凸轮机构相关资料及前期准备工作;第三周：凸轮曲线设计及计算；第四周：初步拟定设计的草稿；第五周：毕业论文的整体校核、修改；第六周：论文完善、定稿及打印装订；第七周：毕业答辩。指导教师（签名）： 济源职业技术学院毕业设计摘要在各种机器中，特别是自动化机器中，为实现某些特殊或复杂的运动规律，常采用凸轮机构。凸轮机构通常是由原动件凸轮、从动件和机件组成。其功能是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。与连杆机构相比，凸轮机构便于准确的实现给定的运动规律。所以凸轮机构被广泛地应用，以实现各种复杂的运动要求。本设计主要设计内燃机中的凸轮机构，内燃机中的凸轮以等角速度回转，其轮廓驱使从动件（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门，以控制可燃物进入汽缸或排除废气。至于气阀开启或关闭时间的长短及其速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓线的形状。根据从动件运动规律，来设计内燃机中滚子盘形凸轮，使其得到预期的运动规律。关键词：凸轮机构分类，从动件运动规律，位移曲线，轮廓曲线，结构及材料II济源职业技术学院毕业设计目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"设计任务书 I\o"CurrentDocument"摘要 II\o"CurrentDocument"1凸轮机构的应用及分类 1凸轮机构的应用 1\o"CurrentDocument"凸轮机构的分类 1\o"CurrentDocument"2从动件常用运动规律 3\o"CurrentDocument"凸轮机构的基本参数 3\o"CurrentDocument"从动件常用的运动规律 4\o"CurrentDocument"3盘形凸轮轮廓曲线的设计 8\o"CurrentDocument"3.1凸轮廓线设计的基本原理 8\o"CurrentDocument"4凸轮机构的结构及材料 11\o"CurrentDocument"凸轮的结构 11\o"CurrentDocument"从动件结构 11\o"CurrentDocument"凸轮和滚子的材料 11\o"CurrentDocument"凸轮的零件图 13\o"CurrentDocument"结论 14致谢 15参考文献 16iii济源职业技术学院毕业设计1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用（工程应用案例）内燃机中的凸轮机构;自动车床上的走刀机构分度转位机构等。功用：通常用来将主动件（凸轮）的转动变为从动件的往复运动。凸轮机构的分类1、按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮盘形凸轮是一个绕固定轴线回转具有变化向径的盘形构件，它是凸轮最基本的形式。（2）移动凸轮凸轮作往复直线移动，它可看作是轴心在无穷远处的盘形凸轮。（3）圆柱凸轮凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，可看作是将移动凸轮卷在圆柱上而得。2、按从动件的形式分类尖顶从动件这种从动件的构造最简单，但易磨损，所以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。滚子从动件这种从动件由于底部装有可自由转动的滚子与从动件之间为滚动摩擦，减小了摩擦磨损，可用来传递较大的动力，应用较广。平底从动件从动件与凸轮之间为线接触，凸轮对从动件的力始终垂直于底面（不计磨擦时），接触处容易形成油膜，润滑状况好、传动效率高，但凸轮轮廓不能内凹，常用于高速场合。3、按照凸轮与从动件维持高副接触的方法力封闭型凸轮机构所谓力封闭型，主要利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。如内燃机配气机构中的凸轮。（2）形封闭型凸轮机构济源职业技术学院毕业设计所谓形封闭型，是指利用凸轮和从动件的特殊几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。如自动进刀机构即采用形封闭的接触形式。将不同类型凸轮和从动件组合起来就，可得到不同型式的凸轮机构。4、按从动件的运动形式和相对位置分类移动从动件作直线运动。摆动从动件往复摆动。为保证从动件与凸轮不脱离接触，可利用重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。5、凸轮机构的特点（1）优点：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，且机构简单紧凑。（2）缺点：凸轮轮廓易于设计，从动件与推杆之间为高副接触，接触应力较大，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。济源职业技术学院毕业设计2从动件常用运动规律凸轮一一机构设计的基本任务，是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式、从动杆的运动规律和有关的基本尺寸，然后根据选定的从动杆运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。所以根据工作要求选定从动杆的运动规律，乃是凸轮轮廓曲线设计的前提。2.1凸轮机构的基本参数名词：（以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例加以说明）基圆一一以凸轮的转动中心。为圆心，以凸轮的最小向径为半径ro所作的的圆，《称为凸轮的基圆半径。推程——当凸轮以等角速度①逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程称为推程，而相应的凸轮转角5称为推程运动角。远休——凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。与之相应的凸轮转角52称为远休止角。回程——凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。相应的凸轮转角5''称为回程运动角。近休——当凸轮转过角^『时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。^『称为近休止角。行程——从动杆在推程或回程中移动的距离h。位移线图一一描述位移s与凸轮转角①之间关系的图形。以从动件的位移s为纵坐标，对应的凸轮转角5或时间才（凸轮匀速转动时，转角5与时间看成正比）为横坐标，绘出一个工作循环内的曲线称之。济源职业技术学院毕业设计图2.1从动件的工作过程和位移线图®*ii：i图2.1从动件的工作过程和位移线图®*ii：i'V®最弧门*(t)2.2从动件常用的运动规律从动件的运动规律是指其位移S、速度□和加速度〃等随凸轮转角5而变化的规律。1、等速运动规律等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。推程时，设凸轮推程运动角为50，从动件推程位移为h，相应的推程时间为/0则得推程时从动件用转角5表示的运动方程s=h550hv——2 50a2=0由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但仍会对机构造成强烈的冲击，这种冲击称为“刚性冲击”或“硬冲”。因此，单独采用这种运动规律时，只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。济源职业技术学院毕业设计b)a)b)a)图2.2等速运动规律线图2、等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律：从动件在一个行程h中，推程的前半段作等加速运动，后半段为等减速运动，其位移线图是由两条抛物线连接而成。推程中从动件的位移方程推程等减速段的运动方程推程等加速段的运动方程

推程等减速段的运动方程济源职业技术学院毕业设计4h32v二 8204h34h32a=- 820回程等加速段的运动方程4h32a=- 82h回程等减速段的运动方程V二-%（8-8）82h

h4h32a4h32a二-^—82ha--e 82h作图步骤:（1）在横坐标上找出80/2的一点，将80/2分为若干等分（图中为四等分）得（1）在横坐标上找出80/2的一点，4各点，过这些点作横坐标轴的垂线;4各点，过这些点作横坐标轴的垂线;同时在纵坐标轴上将从动件推程之半（h/2）分为相同的等分1、2、3、4同的等分1、2、3、4；⑵将原点与纵坐标上的等分点连接得01、02、03、04,与相应垂线分别交于1'、2'、3'、4'各点;（3）将1'、2'、3'、4'点连成光滑曲线，便得到前半推程等加速位移曲线;（4）后半推程的等减速运动的位移曲线，可以用同图2.4简谐运动规律线图样的方法绘制。3、运动规律特点：由图可见，在推程的始末点和前、后半程的交接处，加速度有突变，因而惯性力也产生突变，但它们的大小及突变量均为有限值，由此将对机构造成有限大小的冲击，这种冲击称为“柔性冲击”或“软冲”。在高速情况下，柔性冲击仍会引起相当严重的振动、噪声和磨损，因此这种运动规律只适用于中速、中载的场合4、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）简谐运动：当一质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所形成的运动。速度曲线为正弦济源职业技术学院毕业设计曲线，加速度曲线为余弦曲线。其运动方程为1-cos(±济源职业技术学院毕业设计曲线，加速度曲线为余弦曲线。其运动方程为1-cos(±8I800J兀2h3.v=---sin280兀2h32a= cos282018、0作图步骤:(1(1)在纵坐标轴上以从动件的行程h作为直径画半圆将此半圆分成若干等分，得1、2、3、…各点;并作垂线11'、22'、33'、…;2'、3'、•(2)将代表凸轮转角并作垂线11'、22'、33'、…;2'、3'、•运动特点：由图可见，在推程始末点处仍有加速度的有限值的突变，即存在“软冲”，因此只适用于中、低速。但若从动件作无停歇的升一降一升型连续运动，则加连续的余弦曲线，消除了“软冲”，故可用于高速。济源职业技术学院毕业设计3盘形凸轮轮廓曲线的设计凸轮廓线设计的基本原理凸轮机构工作时，凸轮何从动件都在运动，为了在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线，希望凸轮相对于图纸平面保持静止不动，为此可采用反转法。下面以图1-5所示的对心尖定直动从动件盘形凸轮机构为例来说明这种方法的原理。如图，设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕O点以角速度转过0'1”，此时从动件将一方面随导路一起以角速度转动，同时又在导路中做相对移动。此时从动件向上移动的距离为0'3〃由途中可以看出射线1与基圆相交的点到1〃即为°T的距离。即在上述两种情况下，从动件移动的距离不变。由于从动件尖顶在运动过程中始终与凸轮轮廓曲线保持接触，所以此时得到凸轮轮廓曲线上的其它点。由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法。图3.1反转法原理图结论：本设计主要运用等速运动规律和等加速等减速运动规律。根据其运动规律来画出位移线图以及凸轮轮廓图。、作图步骤（1）画出位移曲图1）选取长度比例尺和角度比例尺分别为：\=0.002m/mm,Z=6。/mm，在5轴上截取线段30mm、20mm、，分别代表推程位移量和回程位移量。2）按区间等分位移曲线横坐标轴。确定从动件的相应位移量。在位移坐标轴上，将0。〜180。济源职业技术学院毕业设计升程区间等分成六等份，将180。〜300。回程区间等分成四等份，休止区间300。〜360。不需等分。3）并过这些等分点分别作垂线1-1,、2-2'、3-3'、…、9-9'，这些垂线与位移曲线相交所得的线段，就代表相应位置从动件的位移量s。图3.2位移曲线图（2）绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线1）取与位移曲线相同的比例尺\，作出基圆和滚子从动件离轴心位置最近时从动件的初始位置B0。2）在基圆上自0B开始，沿中的反方向量取推程运动角（80。）、回程运动角（20。）和近休止角（0。）并将推程运动角分成六等分和回程运动角分成四等分，得BjB2、…、B0。3）过凸轮轴心O作上述各等分点的射线OB「OB2、…、OB0，这些射线便是反转后从动件在各个位置的轴线。TOC\o"1-5"\h\z4）在各射线OB、OB、…、OB的延长线上从基圆开始向外量取位移量BB=11、1 2 10 1BB=22'、…、BB'=99'。2 9于是得B'、BJ…、B'。1 2 10

济源职业技术学院毕业设计将B'、B'、B'、…、B’各点连接成光滑的曲线（B'5与B6之间以及B9与B之间均为以1 2 3 10O为圆心的圆弧）。5）滚子从动件的半径r=0008mm=4mm，以理论轮廓线上各点为圆心，滚子半径r为半/0.002 t径，画一系列的圆，其包络线就是所求滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓。IZ/IZ/1IZ/IZ/1理论轮廓图3.3滚子对心移动从动件盘形凸轮设计图10济源职业技术学院毕业设计4凸轮机构的结构及材料凸轮的结构凸轮尺寸小，且与轴的尺寸相近时，则与轴做成一体，称为凸轮轴。凸轮尺寸大且与轴的尺寸相差大时，应与轴分开制造。装配时，凸轮与轴有一定的相对位置要求。根据设计要求，在凸轮上刻出起始位置（0）或其他标志，作为加工和装配的基准。对于要求凸轮位置沿轴的圆周方向可调时，宜采用图4.1a所示结构，出调时，用螺钉定位，调好后用锥销固定；也可采用图4.1b所示结构，用开槽的锥形套筒与双螺母锁紧凸轮的位置，但这种结构承载能力不大。图4.1c所示位凸轮与轴采用建联接，结构简单，但不可调。从动件结构从动件末端结构形式很多，常用的结构形式如图4.2a所示，滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，如图4.2a、b所示；也可采用滚动轴承，如图4.2c所示。滚子与从动件顶端可用螺栓联接（图4.2a所示）；也可用小轴联接（图4.2b、c），应保证滚子相对从动件能自由转动。凸轮和滚子的材料凸轮工作时，往往承受的是冲击载荷，同时凸轮表面会有严重的磨损，其磨损值在轮廓上各点均不相同。因此，要吞论和滚子的工作表面硬度高、耐磨损。对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较大的韧性。当载荷不大、低速时可选用HT250、HT300、QT800-2、QT900-2等作为凸轮的材料。用球墨铸铁时，凸轮表面需经常处理，以提高其耐磨性。中速、中载的凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrM等材料，并经表面淬火，使硬度达HRC55-62。高速、重载凸轮可用40Cr，表面淬火至HRC56-60,或用38CrMoAl，经渗氮处理达HRC60-67。滚子的材料可用20Cr，经渗氮淬火，表面硬度达HRC56-62,也可用滚动轴承作为滚子。11济源职业技术学院毕业设计图4.1凸轮的结构图4.2滚子的结构12济源职业技术学院毕业设计4.4凸轮的零件图12Kr至电杖层手噂型aw：1至生讹:i庄忠由甘用母制造13济源职业技术学院毕业设计结论机械设计及制造专业是一个专业面宽、通用性强的专业，为国民经济建设培养合格的、并能适应21世纪科技发展需要的机械设计人才，是本专业的使命。为此，本专业培养的学生必须具有深厚的基础和较宽的专业知识面。根据本专业目前的情况，专业教学指导委员会提出本专业的主干学科课程为机械学、机械设计工程学和应用电子学，并提出机械设计学和机械系统设计是本专业的主干课，是重点体现本专业特点和性质的主要课程。机械系统设计是一门学科性课程，力求从机械设计工程学学科的高度总结和归纳机械系统设计的基本理论、方法和技术。本课程的任务是使学生在掌握机械设计基础知识的同时，进一步了解和掌握机械产品整机设计中较系统、较完整的基本知识、基本原理和工作要点，使学生从整机的角度和系统的观点掌握机械产品设计的规律和特点，力求使学生具有初步的进行整机设计和能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争力的产品的能力，并培养学生在产品设计中