心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD+PROE+仿真】

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The agency can track the realization of a wide range, such as the sine curve, with the cycloid, with stopping points, curves, images of goldfish heads and so on. Studied the subject before the straight cam combination mechanism is to achieve a heart-line trajectory. First of all, this issue through theoretical analysis, a straight, before the design of cam combination formula, the components come to the location, size and shape of the size of the actual cam profile and theoretical profile and so on. And then on the basis of each component of the institution to carry out the physical design, such as shafts, rails, frame design, etc., and components designed for the assembly combination of entities. Finally, in order to verify the correctness of the design, the issue is still under Proe motion simulation entities. Key words: Cam Design Combination Mechanism Heart-line trajectory 1 緒論 1.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究意義 本課題所研究的直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)如圖 11 所示。眾所周知，人類創(chuàng)造發(fā)明機(jī) 構(gòu)和機(jī)器的歷史十分悠久，隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論已經(jīng)發(fā)展 成為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。隨著人們對(duì)各種新型機(jī)構(gòu)和機(jī)器的需求的日益增多， 對(duì)這門學(xué)科的研究也在不斷的深入，創(chuàng)新出了許多適合自動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的新機(jī)構(gòu)，而且 不僅創(chuàng)造出新的剛體機(jī)構(gòu)，還創(chuàng)造出許多與電、磁、液壓、氣動(dòng)、激光和紅外線等相 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 結(jié)合的新機(jī)構(gòu)。 yxe l0 qrB0R2（ a， b）h01+0Z 圖 11 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu) 因此進(jìn)一步完善傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法，例如實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡的機(jī)構(gòu)的類 型和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，仍是值得研究的課題。 其中，組合機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化而又能實(shí) 現(xiàn)單一機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要求，因而在農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、冶金機(jī)械 中得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，對(duì)于組合機(jī)構(gòu)的組成原理、基本類型、功能等方面均有 比較系統(tǒng)的研究，對(duì)于各種組合機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究也日益加強(qiáng)。 對(duì)直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究，本身就是機(jī)構(gòu)研究方面一個(gè)很有趣的課題，即使在 自動(dòng)控制技術(shù)高度發(fā)展的今天也是具有實(shí)際意義的。 1.2 凸輪機(jī)構(gòu)以及組合機(jī)構(gòu)的研究和發(fā)展?fàn)顩r 凸輪機(jī)構(gòu)幾乎可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限多種的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)床 和自動(dòng)裝置中，如紡織機(jī)械、計(jì)算機(jī)、印刷機(jī)、食品加工機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)以及其它各種 自動(dòng)機(jī)械和控制系統(tǒng)中。自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種數(shù)值方法的 發(fā)展，人們對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究也逐步擴(kuò)展與深入。 我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史，目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。在應(yīng) 用方面，我國(guó)正在大力發(fā)展包裝機(jī)械、食品機(jī)械等自動(dòng)化設(shè)備，這些設(shè)備中都要用到 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。在研究方面，近年來(lái)也有相當(dāng)進(jìn)展，一些專著 3-5 相繼出版。 在 1983 年全國(guó)第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文共有 8 篇，涉及設(shè)計(jì)、 運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、凸輪廓線的綜合等四個(gè)研究方向；到了 1988 年第六屆會(huì)議，共有凸 輪機(jī)構(gòu)方面的論文 20 篇，凸輪-連桿機(jī)構(gòu)方面的論文 2 篇，增加的研究方向有動(dòng)力學(xué)、 振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等；1990 年第七屆會(huì)議，共有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文 22 篇，還有含凸輪 的組合機(jī)構(gòu)方面的論文 6 篇，增加了誤差分析、CAD/CAM 等研究方向，在汽車、內(nèi)燃機(jī)、 機(jī)械制造等有關(guān)領(lǐng)域，也有很多關(guān)于研究凸輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)容。由此可見(jiàn)，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī) 構(gòu)的研究是不斷發(fā)展的。此外，我國(guó)在凸輪機(jī)構(gòu)的共軛曲面原理、CAD 和專家系統(tǒng)等方 面，也有相當(dāng)研究。但是，與先進(jìn)國(guó)家比較，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究仍有較大差距， 特別是在振動(dòng)、加工、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面。 綜上所述，雖然已有很多學(xué)者對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究作了相當(dāng)多的工作，但在各研究方向仍有許 多可繼續(xù)進(jìn)行的工作，并有一些研究方向有待開(kāi)發(fā)。 1.3 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的研究方法 1.3.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 建立直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、 凸輪實(shí)際廓線、理論廓線等，并設(shè)計(jì)和繪制出機(jī)構(gòu)所需要的所有零件的實(shí)體，在此基 礎(chǔ)上進(jìn)行裝配組合，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。 1.3.2 本課題的主要研究方法 本課題研究主要以計(jì)算機(jī)為主要工具，以理論設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。其次， 還要對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果分析、評(píng)價(jià)、并進(jìn)行修正和仿真工作。本課題研究所用到的主要硬件 設(shè)備為計(jì)算機(jī)，所用到的主要軟件有：Proe wildfire3.0、 AutoCAD 2004 、Word 2002、Powerpoint。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 2 直動(dòng)從動(dòng)機(jī)凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì) 由于該組合機(jī)構(gòu)綜合了單一的直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪兩種機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性， 靠單純的傳統(tǒng)的方法求凸輪廓線，非常復(fù)雜，本課題采用一種離散化方法，通過(guò)建立 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式，得出該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件位置、大小及形狀尺寸、凸輪實(shí) 際廓線、理論廓線等 2。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 2.1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本思想 圖 2-1 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)的幾何關(guān)系 如圖 2-1，設(shè) 為預(yù)期曲線上 n + 1 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，它們與下列數(shù)值一一對(duì)應(yīng)，niyx0, 頂桿位移；nih0 擺桿轉(zhuǎn)角；q 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；nZir0, 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑與極角；Bi e 直動(dòng)凸輪偏心距； a,b預(yù)期曲線起始點(diǎn)坐標(biāo)； R , R 1 , R 2 擺桿長(zhǎng)度，擺桿上端長(zhǎng)度，頂桿長(zhǎng)度。 依據(jù)預(yù)期曲線上的點(diǎn) 與頂桿位移 、擺桿轉(zhuǎn)角 之間的幾何關(guān)系，niyx0,nih0niq0 求出它們的變化規(guī)律 ， ，再分別設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形與擺動(dòng)從動(dòng)件凸ihiq 輪廓形。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 2.2 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 2.2.1 求取坐標(biāo)點(diǎn) 預(yù)期曲線可以是由一條或若干條平面曲線組成的封閉曲線,首先寫出它的參數(shù)方程 表達(dá)式,并且要求參數(shù)方程表示的曲線位于第、第象限,初定其起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。 曲線方程為： （2-1） .;tyx 積分求弧長(zhǎng)，得 （2-2）220()()dt tnL 其中,t 0,tn分別表示曲線的起始參數(shù)與終了參數(shù)。 再按照設(shè)計(jì)要求將曲線分成若干段 ,其中任意一段定一位置 ，則有 ，且ikni0 , 令 k 0 = 0。Lkni0 下面采用勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律將預(yù)期曲線分段，k i求解公式為： （2-3）nLki 式中，i=0,1,2n。 如果將預(yù)期曲線 L 對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角都分成 n 等份，使之與 :相對(duì)應(yīng)，那么當(dāng)nik0 凸輪軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)組合凸輪機(jī)構(gòu)，將使從動(dòng)點(diǎn)以預(yù)期的勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律沿預(yù)期曲 線運(yùn)動(dòng)。 2.2.2 確定機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù) 參看圖 2-2，直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 ，擺動(dòng)凸0Zr 輪基圓半徑 ，偏心距 e 以及擺桿長(zhǎng)度 R 及 R1 ，頂桿長(zhǎng)度 R2等。由這些機(jī)構(gòu)參數(shù)可0Br 得到如下機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù)（初始位置 ）： 0h 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 擺桿與頂桿在初始位置的夾角 （2-4） 220100arcosBlRrq 式中， ， 。01arctneR210el 從動(dòng)點(diǎn)起始位置坐標(biāo) （2-0sinqRa 5） （)co1(b 2-6） 圖 2-2 直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)初始位置參數(shù) 考慮機(jī)構(gòu)的初始位置,應(yīng)該將上節(jié)求到的坐標(biāo)點(diǎn) 平移到從(a,b)為初始點(diǎn)的niyx0, 位置上來(lái)，于是有： （2-niini bayx00, 平 移 7） 平移后的坐標(biāo)點(diǎn)仍記作 。niyx0, 2.2.3 確定頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律 分析圖 2-2,可以得到以下關(guān)系式： 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 擺桿轉(zhuǎn)角 （2-Rxqiiarcsn 8） 式中 i=0,1,2，n 頂桿位移 （2-iii yqRh)1cos( 9） 式中 i=0,1,2，n 從而得到與 對(duì)應(yīng)的 和 。iyx0,nih0niq0 2.2.4 凸輪廓形設(shè)計(jì) （1）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓設(shè)計(jì) 首先，設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形，參見(jiàn)圖 2-3，分析AOB，應(yīng)用余弦定理，則擺 動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線上任意一點(diǎn)的向徑： 圖 2-3 確定擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑及向徑極角 （2-)(cos2121 iiiBi qlRlr 10） 式中， ； 21)(ehRlii 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 。 iilearcsn 其向徑極角： （2-iiiBiiBi qrR2)(snac1 11） 式中， 為凸輪累加轉(zhuǎn)角： iii0 以上各式中，i=0，1，2，n，由此可以得到擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑與極角 。取直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 =60，擺動(dòng)凸Bir0, 0Zr 輪基圓半徑 =50 ，偏心距 e=20，擺桿長(zhǎng)度 R=400 及 R1 =200r 其計(jì)算結(jié)果如表 21： 表 2-1 直動(dòng)凸輪參數(shù) 序號(hào) 直動(dòng)凸輪向徑 直動(dòng)凸輪極角 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 106.13 -79.14 95.79 -67.95 85.84 -56.53 76.96 -44.94 69.67 -33.32 64.32 -21.88 61.09 -10.89 60 -53 60.91 9.17 63.57 18.34 67.58 27.21 72.42 36.03 77.54 44.95 82.37 54.05 86.45 63.38 89.49 72.91 91.40 82.64 92.32 92.51 92.53 102.48 92.47 112.49 92.61 122.47 93.41 132.36 95.75 142.12 98.38 151.73 102.86 161.21 108.56 170.62 115.13 -180 122 -170.56 128.45 -161.04 133.74 -151.4 137.14 -141.61 138.10 -131.67 136.33 -121.56 131.83 -111.27 124.90 -100.79 116.09 -90.08 106.13 -79.14 采用描點(diǎn)法可得其理論輪廓如圖 2-4： 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 圖 2-4 凸輪理論輪廓 凸輪從動(dòng)件采用滾子從動(dòng)件，滾子半徑的選擇原理參見(jiàn)。選取滾子半徑為 5，則可 得凸輪實(shí)際廓線如圖 2-5： 圖 2-5 凸輪實(shí)際輪廓 （2）直動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓形，參見(jiàn)圖 2-4，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪理論廓線上任意一點(diǎn) 圖 2-6 確定直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑及向徑極角 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 B 的向徑： （2-2)(emsrizi 12） 式中： 。 niiihs0m 表示 中的最小值： nih0mi20erZ 其向徑極角： （2-13） 0arcosarcsZZiiZi 以上各式中，i=0，1，2，n 由此可以得到直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的向徑與極角 。nZir0, 取直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：直動(dòng)凸輪基圓半徑 =60，擺動(dòng)凸輪基圓0Zr 半徑 =50 ，偏心距 e=20，擺桿長(zhǎng)度 R=400 及 R1 =200 其計(jì)算結(jié)果如表 22：0Br 表 2-2 擺動(dòng)凸輪參數(shù) 序號(hào) 擺動(dòng)凸輪向徑 擺動(dòng)凸輪極角 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 50 0 51.29 21.77 55.62 41.54 61.77 58.19 68.43 71.91 74.61 83.35 79.74 93.09 83.53 101.58 85.96 109.14 87.15 116.04 87.34 122.53 86.8 128.86 85.81 135.31 84.56 142.12 83.25 149.53 82.01 157.63 80.99 166.53 80.32 176.04 80.09 185.94 80.31 195.92 80.92 205.66 81.57 214.85 82.64 213.34 83.43 231.93 84 237.75 84.3 230.93 84.28 249.53 83.86 255.02 82.88 260.68 81.07 266.88 78.25 273.98 74.19 282.37 68.43 292.48 62.68 304.85 56.92 320.14 53.46 338.73 50 360 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 采用描點(diǎn)法得到直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的理論輪廓如圖： 圖 2-7 擺動(dòng)凸輪理論輪廓 與直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的滾子半徑選擇原理一樣，選取滾子半徑為 5，則凸輪實(shí)際輪廓 如圖 2-8： 圖 2-8 擺動(dòng)凸輪實(shí)際輪廓 2.2.5 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪的頂桿長(zhǎng)度及安裝滯后角 圖 2-9 表示的是直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)的初始位置（初始位置 ） ，其直動(dòng)從動(dòng)0h 件凸輪機(jī)構(gòu)的頂桿長(zhǎng)度： （ 2-14）212erRZ 式中， 為機(jī)構(gòu)初始位置時(shí)，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪 B 點(diǎn)的向徑，其極角記為 。Zr Z 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：R 2=107.58 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 圖 2-9 頂桿位移與擺桿轉(zhuǎn)角的變化 如圖 2-5 所示，定義機(jī)構(gòu)初始位置時(shí)，擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑 （即其基圓半徑）0Br 與使頂桿處于最低位置時(shí)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪向徑 （即其基圓半徑）之間的夾角為安裝0Zr 滯后角 ,則安裝滯后角： （2-15） 01sinarcoarcos2BZZ rqRee 代入各數(shù)據(jù)計(jì)算得： =179.471 2.3 直動(dòng)凸輪和擺動(dòng)凸輪的實(shí)體設(shè)計(jì) 凸輪的實(shí)體結(jié)構(gòu)一般都類似于齒輪結(jié)構(gòu)，并且參看他人實(shí)際生產(chǎn)出的凸輪，同時(shí) 考慮其在軸上的周向定位（采用 A 型普通平鍵） ，現(xiàn)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)為如圖 2-10 所示： 圖 2-10 直動(dòng)凸輪實(shí)體圖 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 其尺寸如圖 2-11： 圖 2-11 直動(dòng)凸輪尺寸 擺動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)如圖 2-12： 圖 2-12 擺動(dòng)凸輪實(shí)體圖 其尺寸如圖 2-13： 圖 2-13 擺動(dòng)凸輪尺寸 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 3 機(jī)構(gòu)的實(shí)體設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu) 為了便于說(shuō)明，首先把我所設(shè)計(jì)的該機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型貼出來(lái)，如圖 3-1： 圖 3-1 機(jī)構(gòu)實(shí)體模型 其爆炸視圖如圖 3-2 圖 3-2 機(jī)構(gòu)模型的爆炸圖 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 該機(jī)構(gòu)包括如下幾個(gè)部分：支架，后支架，導(dǎo)軌，軸及其部件，直動(dòng)桿，擺動(dòng)桿， 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪，擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪，以及螺栓。由于該機(jī)構(gòu)所傳遞的率很小，因此， 其設(shè)計(jì)的主要方面不再各個(gè)零件的力學(xué)性能是否滿足要求，而主要在于其設(shè)計(jì)的復(fù)雜 程度，部件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，部件的加工工藝性能，實(shí)體的外觀等方面，也就是主要 在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 該機(jī)構(gòu)所選用的標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)整理如下： 聯(lián)接后支撐板與座板用的螺栓：GB5780-86 M630 數(shù)量 4 與其配合的螺母：GB41-86 M6 數(shù)量 4 組合導(dǎo)軌用的螺栓：GB5780 M630 數(shù)量 4 與其配合的螺母：GB41-86 M6 數(shù)量 4 聯(lián)接軸承座與座板用的螺栓：GB5780 M1245 數(shù)量 4 與其配合的螺母：GB41-86 M12 數(shù)量 4 凸輪的軸向定位用的軸端 C 型外擋圈：GB894.1-86 15 數(shù)量 1 擺桿的軸向定位用的軸端擋圈：GB895.1-86 7 數(shù)量為 1 凸輪與軸的周向定位用的 A 型普通平鍵：截面尺寸 55 數(shù)量 1 安裝在軸上的軸承：GB276-89 6205 與其配合的軸承座：GB7813-87 SN103 3.2 支架的設(shè)計(jì) 如圖 3-1 所示，該機(jī)構(gòu)實(shí)體的支架包含兩個(gè)部分：支架和后支架。其實(shí)體的結(jié)構(gòu) 形式采用比較簡(jiǎn)單，容易制造的方形板狀，并用螺栓將其連接組合。其各尺寸的選定 需綜合考慮所選擇的軸承座，直動(dòng)導(dǎo)軌的行程，導(dǎo)軌的尺寸等方面。結(jié)構(gòu)上必須保證 不能與任何其它的實(shí)體發(fā)生干涉。 后支架的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 3-4： 圖 3-4 后支架實(shí)體圖 支架的最終設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖 3-3： 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 圖 3-3 支架的實(shí)體圖 其尺寸件附圖紙。 3.3 直動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌的形式多種多樣，本課題中為了使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單現(xiàn)采用傳統(tǒng)的截面為圓 形的圓形導(dǎo)軌，再考慮到導(dǎo)軌傳動(dòng)的平穩(wěn)性，采用兩個(gè)導(dǎo)軌的組合結(jié)構(gòu)。 定其尺寸：綜合考慮機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)形式，選用的滾動(dòng)軸承座，導(dǎo)軌的平穩(wěn)性，定 其結(jié)構(gòu)如下圖 3-5： 圖 3-5 直動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)體圖 其尺寸見(jiàn)所附的圖紙。 3.4 直動(dòng)桿的設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的直動(dòng)桿形式如圖 3-1 所示，包括滑動(dòng)部分，擺動(dòng)桿支撐部分以及直動(dòng)桿 長(zhǎng)部分。直動(dòng)桿長(zhǎng)部分的長(zhǎng)度由凸輪設(shè)計(jì)時(shí)所選用的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，其計(jì)算結(jié)果為 95.77 mm，直徑取為 20 mm。支撐擺動(dòng)桿部分的直徑取為 30 mm?；瑒?dòng)部分的直徑取 為 20 mm，為了防止桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生周向轉(zhuǎn)動(dòng)，在中心位置加一凸臺(tái)寬度為 5 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 mm，高度為 5 mm。 支撐擺動(dòng)桿部分的軸段設(shè)計(jì)（參看圖 3-1） ，兩凸輪中心的距離為 23 mm。 其實(shí)體如圖 3-6： 圖 3-6 直動(dòng)桿實(shí)體圖 3.5 擺動(dòng)桿的設(shè)計(jì) 擺動(dòng)桿分上半段和下半段，由第 2 章凸輪設(shè)計(jì)時(shí)所選用的結(jié)構(gòu)參數(shù)：擺動(dòng)桿上半 段的長(zhǎng)度為 200 mm，下半段的長(zhǎng)度為 200 mm。如圖 3-1 所示，為了避免擺動(dòng)桿在運(yùn) 動(dòng)時(shí)與擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪發(fā)生干涉，將擺動(dòng)桿設(shè)計(jì)成非直線形式。 設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 3-7： 圖 3-7 擺動(dòng)桿實(shí)體圖 其尺寸參看附的圖紙。 3.6 軸系零部件的設(shè)計(jì) 由于該機(jī)構(gòu)所傳遞的功率很小，因此這里的軸的設(shè)計(jì)就是軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 3.6.1 擬定軸上零件的裝配方案 需安裝到軸上的零件有：軸承，直動(dòng)從動(dòng)件凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪。裝配方案采 用圖 3-6 形式： 圖 3-6 軸上零件的裝配 3 段和 5 段安裝軸承，7 段安裝兩凸輪。 3.6.2 確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 對(duì)照?qǐng)D 3-6，初步選擇滾動(dòng)軸承為內(nèi)徑 25 的深溝球軸承，其軸向定位為軸肩定位， 并取軸肩高度為 2.5mm，則 4 段的直徑為 30mm。查表，取軸承厚度為 15mm，則取安 裝軸承的軸頸部分長(zhǎng)度為 18mm（分別為圖中的 3，5 段） 再計(jì)算 6 段長(zhǎng)度和直徑。對(duì)照機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體圖 3-1。直動(dòng)導(dǎo)軌中心離 5 段定位軸 承的軸肩的距離為 59 mm，直動(dòng)凸輪離其定位軸肩的距離為 13 mm，5 段的長(zhǎng)度為 18 mm，所以可以得出 6 段的長(zhǎng)度為（59-18-13）mm =28 mm 取軸肩的高度為 2.5mm，則 6 段直徑為 20mm。 計(jì)算軸頭部分的長(zhǎng)度和直徑：同樣取軸肩的高度為 2.5 mm，則直徑為 15mm，長(zhǎng) 度為兩凸輪厚 46mm。 3.6.3 軸上零件的周向定位 兩凸輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按照軸頭直徑 15mm 選平鍵的截面為 b*h=5*5。按照軸段的寬度選其 L=30mm。則查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可分別得到鍵槽的深度 3 mm。 軸的實(shí)體圖如圖 3-7： 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 圖 63 軸的實(shí)體效果圖 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 4 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 為了驗(yàn)證本課題所設(shè)計(jì)的直擺凸輪組合機(jī)構(gòu)能達(dá)到我們預(yù)期的功能，也就 是該機(jī)構(gòu)可以使擺桿的末端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)心臟線軌跡，現(xiàn)在 Proe 下對(duì)該機(jī)構(gòu)的實(shí)體進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)仿真。 仿真的果可參看附帶的運(yùn)動(dòng)仿真視頻片段。 從仿真的結(jié)果，也就是仿真所得到的軌跡，我們可以看出該機(jī)構(gòu)能達(dá)到我 們預(yù)期的功能。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 參考文獻(xiàn) 1 鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理（第七版）.高等教育出版社 2 周全申，郭建生.直、擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 1992 年， 第 9 卷，第 1 期 3 鄒慧君，董師予.凸輪機(jī)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì). 1991 年，上海交通大學(xué)出版社 4 趙韓.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)的通用解析公式. 1995 年第 31 卷第 3 期 5 楊明忠，朱家誠(chéng).機(jī)械設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)出版社 6 蔡春源.新篇機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 7 邵立新，夏素民，孫江宏.Pro/ENGINEER Wildfire3.0 標(biāo)準(zhǔn)教程.清華大學(xué)出版社 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工 致謝 本次設(shè)計(jì)是在尊敬的姚明印老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。在整個(gè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，她一直細(xì)心的指導(dǎo)我們，當(dāng)我們遇到問(wèn)題的時(shí)候，雖然她公 作繁忙，但她仍然會(huì)抽空來(lái)幫我們解決問(wèn)題，讓我們非常的感動(dòng)，她還給我們 的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的修改意見(jiàn)，在這里衷心的感謝指導(dǎo)老師，姚老師辛苦！ 感謝圖書館給我們提供大量的書籍資料供參考；感謝給予我們幫助的其他 老師和同學(xué)們。 最后，臨畢業(yè)之際，我借此機(jī)會(huì)，對(duì)四年來(lái)關(guān)心我們學(xué)習(xí)和生活的各位工 學(xué)院的老師們表示深深的感謝。 心臟線軌跡直擺組合凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)控加工