毕业设计----凸轮机构设计

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1、绪论凸轮机构是一种含有凸轮的高副机构，也是一种很常用的机构，在自动机械和半自动机械中具有广泛的应用。凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般都作原动件：当凸轮作原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。本次设计的凸轮机构来源于冲压机的主要机构，在该机构中凸轮作为原动件，驱使从动件作往复运动来完成对材料的冲压，设计重点在于凸轮结构和轮廓设计以及各零件加工工艺的制定。通过本次设计，应当熟悉凸轮机构的一般设计方法和掌握零件的工艺设计内容，提高创新设计的能力。391凸轮机构设计1.1机构传动方案的设计本次设计所设计机构是为了满

2、足冲压机中冲压板料这一往复循环直线运动的，用来通过冲压使板料成型，要获得的板料形状为椭球形的一部分。通过对凸轮机构的运动特性分析，设计一凸轮机构即可满足此目的。凸轮一端可用带轮传递功率，将从动件做成与所冲压板料尺寸相吻合的椭球形，通过凸轮机构驱动即可实现冲压板料的目的。1.2凸轮机构的选型和尺度设计1.2.1凸轮机构选型根据题目要求，从动件作直线运动，且所设计为一平面凸轮机构，因此凸轮选用平面凸轮机构中的盘形对心凸轮。且与轴做成一体。1.2.2确定从动件的运动规律根据题目要求，为防止从动件在行程端点位置产生“过冲现象”，要求从动件在对应位置上速度和加速度为零。因此，选取从动件

3、在推程和回程时运动规律为等速运动规律，为了防止“过冲现象”，应在凸轮轮廓上设置两个休止角。现将从动件运动规律绘制如下：391.2.3计算从动件的主要运动参数因为从动件作的是等速运动，设推程阶段以角速度转动，经过时间T，凸轮转过推程角，从动件升程为h。则从动件速度v=h/T=常数，将v分别对时间求导和积分，可得从动件加速度a和位移s的方程。(1)a==0(2)s===依据边界条件，当t=0时，s=0,则c=0.于是得出s=ht/T.因凸轮转角，则t=，，将其带入(2)中，可得从动件的方程为：S=hV=ha=0回程时凸轮转过回程角，从动件也从相应s=h逐渐减小到零，通过同样的方法

4、可得出凸轮回程作等速运动的从动件运动方程为:S=h－hV=－ha=01.2.4确定凸轮基圆直径取轴径d=20mm，由于凸轮与轴做成一体，参考《机械设计基础》，取凸轮基圆直径为25mm。1.2.5凸轮轮廓设计39本次设计采用作图法设计凸轮轮廓。具体做法法和图形如下：〈1〉取与位移曲线相同的比列尺画出凸轮基圆，由于凸轮与从动件是对心的，过基圆圆心作直线ok,k为直线与基圆的交点，则可以k作为从动件的起始位置。〈2〉将推程=180°六等分，回程=120°四等分，利用“反转法”原理按1：1的比例从从动件位移图上量取各线段的长度，然后在各等分线延长线上得到凸轮轮廓上相应的点，将休止段用

5、圆弧连接，再把得到的所有点用光滑的曲线连接起来，得到凸轮轮廓如下：39凸轮轮廓图解设计1.2.6凸轮副材料选择凸轮与从动件材料均选用45钢。1.2.7凸轮和从动件的结构设计〈1〉凸轮的结构设计和尺度设计根据前面选型为盘形凸轮，取最小轴径处d=16mm，轴与凸轮做成一体，轴与箱体上的孔采用H7/h6间隙配合，两端各设一轴肩，以便在装配时用来定位和在凸轮工作时限制凸轮的轴向窜动，轴肩段的轴径d=16+4=20mm，凸轮宽度b取16mm。〈2〉从动件结构设计根据题目要求设计一椭球形状的从动件，为防止从动件过度磨损后造成的形状误差过大，从而影响生产零件的精度。将冲头部分做成可换式冲头

6、，即在椭圆球体的中截面处剖分成两部分，它们之间用螺纹连接成一体。与凸轮接触部分做成半球形，中间部分做成圆柱体。〈3〉确定从动件各部分的尺寸根据需要取椭球体的长半轴a=14mm、短半轴b=8mm，厚度的一半c=8mm,与凸轮接触的一端球面半径R=4mm，半球与椭圆球之间圆柱体直径Φ=12mm,为了固定锁合弹簧，在圆柱段上设置一宽度为5mm的Ｉ39型六角螺母，从动件总长L=58mm。1.2.8凸轮副接触强度校核根据《凸轮机构设计与应用创新》中凸轮副接触强度校核的公式：式中为凸轮实际轮廓上的接触点的曲率半径，为从动件上的接触点的曲率半径，和分别为凸轮和从动件的泊松比，和分别为凸轮和

7、从动件的材料的弹性模量，为凸轮副的法向压力。查《现代模具工手册》表4—1得45钢的弹性模量E=196～206Gpa，取E=200Gpa，即==200Gpa，泊松比μ=0.3即==0.3，曲率半径=22.5，=8。〈1〉求对从动件进行受力分析可知，从动件的法向压力可由下式计算而得：其中为冲裁力，为弹簧的弹力，为从动件所受的摩擦力。查《现代模具工手册》得冲裁力的计算公式,式中为材料厚度，为材料的极限强度，为所冲材料的周长。设被冲材料的厚度为2mm，材料为Q235。设被冲材料的周长=36mm，查《现代模具工手