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大连交通大学机械设计基础大作业
机械设计基础大作业
偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构的设计
(题号:
10)
班级:
R成型133
姓名:
杨孝毅学号:
121802012指导老师:
刘彦奎
完成日期:
2016年11月20日
题目:
设计偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构设计题目及思路:
1
一、设计思路(图解法):
1
1.1反转发原理1
1.2凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定2
1.2.1确定凸轮基圆半径2
1.2.2滚子半径的确定3
1.2.3设计所求量:
3
1.2.4从动杆的运动规律及凸轮轮廓方程3
1.2.5数据计算5
1.2.6小结:
6
二、解析法在Pro/E中完成凸轮建模6
2.1凸轮的设计与造型方法:
6
2.2凸轮理论轮廓曲线方程式的建立7
2.3在PR0E中凸轮参数化方程式的建立8
2.3.1设计从动件的运动规律8
2.4PRO/E参数化建模8
2.5生成凸轮的理论轮廓曲线10
2.5.1生成凸轮的实际轮廓曲线10
2.6创建凸轮的拉伸11
2.7创建滚子的拉伸12
2.8系杆的建立12
三、机械大作业小结:
13
题目乂设计偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构设计题目及思路:
偏心直动滚了从动件盘形凸轮机构,已知凸轮做顺时针方向旋转,齐数据如表中所示:
符号
基圆半径r0(mm)
滚子半径“
(mm)
偏心距e(mm)
从动件行程h
(mm)
推程运动角
6(°)
0
数据
80
18
9
58
110
符号
远休止角601
(°)
回程运动角&(°)
近休止角
6(°)
02
推程运动规律
回程运动规律
数据
30
1-30
正弦
1、由题目要求为偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构。
2、根据工作要求选择从动件的运动规律。
推程运动规律和回程运动规律都为正弦运动。
推程运动角60=110°,远休止角601=30°,回程运动角%=155°,近休
止角6OZ=65°o
3、根据要求,滚子半径rr=18mm
4、根据要求,选基圆半径必=80mmo
5、根据要求,偏心距e二9mm。
6、进行计算机辅助设计。
为保证机构有良好的受力状况,推程许用压力角[a]=38°,回程许用压力角[a"]=70°,设计过程中要保证a推程W[a]=38°,a回程W[a']=70°,为保证机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中,取凸轮实际廓线的许用曲率半径[pa]=3mm,设计过程中要保证凸轮理论廓线外凸部分的曲率半径p2[pa]+rr=3+18=21mmo
1.1反转发原理
无论是采用作图法还是解析法设汁凸轮轮烯曲线,所依据的垄木原理都是反转法
原理:
如图2-1所示为一偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构。
当凸轮以角速度3转动时,从动件在凸轮的推动下实现预期的运动。
假想给整个机构加一公共角速度-3,则凸轮相对静止不动,而从动件一方面随导轨以-CD绕凸轮轴心转动,另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。
从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。
图2~1
1・2凸轮基圆半径及滚子尺寸的确定
在实际设计工作中,凸轮基圆半径必的确定。
在受到amax>[a]限制的同时,还应考虑到凸轮结构及强度的要求等,而根据amax>[a]的条件所确定的r°值,一般都比较小。
所以凸轮的基圆半径往往是根据具体结构条件来确定的,必要时再检查所设计的凸轮是否满足>[a]的要求。
在此,取r。
=80mmo
1.2.2滚子半径的确定
我们用p1表示凸轮工作廓线的曲率半径,用p表示理论廉线的曲率半径.所以有pl=p±门;为了避免发生失真现象,我们应该使p的戢小值大于0,即使p>rl;另一方面,滚子的尺寸还受其强度,结构的限制,不能太小,通常我们取滚子半径;rl=(0.0.5)*r0
在此。
取滚子半径为:
rr=18mm
s:
偏置直动滚子从动杆的角位移
V:
偏置直动滚子从动杆的角速度
«:
偏置直动滚子从动杆的角加速度
1.2.4从动杆的运动规律及凸轮轮廓方程
从动件的运动规律:
推导过程:
当从动件的加速度按正弦加速度规律变化时,推程的运动方程为:
设凸轮以等角速度3转动,在推程时,凸轮的转角为5,从动件完成行程为h,从动件的运动(位移、速度和加速度)与时间或凸轮转角间的关系既可以用线图表示,也可以用数学方程式表示。
若从动件的位移方程为s=f(8),则
速度方程:
加速度方程:
运动方程式一般表达式
推程过程:
0°<6。
三110。
图1-1
1.2.5数据计算
在推程过程和回程过程中分为10进行等分,则根据计算公式可得如下表:
表1-1
编号
6)
S(mm)
说1
S(mm)
风(°)
S(mm)
1
10
0.27
10
57.9
120
3.97
2
20
2.15
20
57.21
130
1.52
3
30
6.68
30
55.41
140
0.03
4
40
14.11
40
52.26
150
0.01
5
50
23.76
50
47.58
155
0.00
6
60
34.23
60
41.56
7
70
43.88
70
34.57
8
80
51.32
80
27.13
9
90
55.85
90
19.84
10
100
57.72
100
13.28
11
110
58.00
110
7.90
按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处及已知量,可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下图1-2
图1-2
1.2.6小结:
1、从动件加速度没有突变,因而将不产生任何冲击
2、适用于高速轻载场合
按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处及已知量,可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下
二、解析法在Pro/E中完成凸轮建模
2.1凸轮的设计与造型方法:
要实现凸轮的参数化设计,首先要在PRO/E中对凸轮进行三维实体造型。
从动件在一个行程中,推程先作等加速运动再作等减速运动,然后在最远处停留,回程先作等加速运动再作等减速运动,返回初始位置,以这样的一个运动规律为例来说明凸轮的设计与造型方法。
已知:
凸轮的基圆半径为r0=80mm,升程角6广110。
(其中65°〜1200
为等加速运动,120°〜175°为等减速运动),远休止角为&2=30°,回程角
为5=155°(其中205°〜282.50为等加速运动,282.5°〜360°为
等减速运动),近休止^6=65°从动件升程为h=58mm,偏心距e=9mm,滚子中心4
半径RT=10mmo
设凸轮壁厚b二15mm从动件在推程中作正弦加速度运动,其运动方程式为:
12n8
—sm(—)2n5
3
运动方程为:
1亠
63
从动件在回程中也作正弦加速度运动,
8
1
5
12n8
—+汕(亍")
33
2.2凸轮理论轮廓曲线方程式的建立
如图2-1所示,以点A0为凸轮轮魔线起始点,根据“反转法”原理可知,当凸轮转过6角度是,推杆相应的上升s,此时滚子中心位于点A,其直角坐标为:
x=(s0+s)sin5+ecos6
y=(s0+s)sin6—ecos6
式中:
e—偏距;
So=肩
图2-1
2.3在PROE中凸轮參数化方程式的建立
2.3.1设计从动件的运动规律
推程阶段:
‘6=6丄
*sin(8)-|-e*cos(8)
x=(so+h*(t一舟*sin(360*t)
y=(s°+h*(t—*cos(360*t)»*cos(8)—e♦sin(8)
远休止阶段:
6=6-F6*t
12
x=(s0+h)*sin(8)+e*cos(8)
y=(s0+h)*cos(8)—e*sin(8))
回程阶段:
5=6i+524-53*t
s0+h*
1—t—*sin(360*t»)*sin(6)4-e*cos(6)
y=+h*(1—t—♦cos(360*t)»*cos(6)—e♦sin(8)
近休止阶段:
J6=51+52+53+64^
|x=s0*sin(8)+e*cos*(8)
\y=s0*cos(8)—e*sin(8)
其中t为PROE中系统变量,OWtWl
2.4PRO/E參数化建模
打开PROE软件,点击新建按钮,在弹出的对话框中选择零件一实体,创建一个模型文件,接着单击【工具】〜【参数】命令,添加基圆半径H),凸轮回转中心半径「滚子中心半径RT,偏距e,凸轮壁厚b,从动件升程h,推程运动角&1,远休止角&2,回程运动角&3,近休止角64,具体参数值图2-2示。
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RT
实數
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图2-2
点击确定保存后,接着单击【工具】f【关系】命令,在弹出的对话框中输入sO=sqrt(RO*RO-E*E),如图2-3所示
文梓脅挂入参敘实用工具显示
刁|*15
I査找范国
霎件
cC茁龍逼X
弊・?
M
〔〕嗨
SO^sqrt(RO*RO-E*E)
+
C)
C]
2.5生成凸轮的理论轮廓曲线
点击Pro/E三维模式下的菜单栏命令【插入】一【模型基准】一【曲线】一【从方程】一【完成】一【选取】,选取图中PRT_CSYS_DEF坐标系,然后设買坐标类型【笛卡尔】,随后系统自动打开rel.ptd记事本。
庄记事本是用来编写曲线的参数方程的,接着分四步将2.3.1中四个阶段的参数化方程分别写入此记事本,单击保存即可。
至此凸轮各个阶段的理论轮廓曲线建立成功
2.5.1生成凸轮的实际轮廓曲线
点击Pro/E三维模式下的菜单栏命令【插入】一【模型基准】一【草绘】命令,点击FRONT面为草绘面,进入草绘模式,接着单击边偏移工具对四段理论轮烯曲线进行偏移,输入偏距-18,即滚子中心半径RT。
单击J按钮退出草绘模式,此时系统会自动生成实际轮廓曲线,如图2-4所示。
FRON7
图2-4
2.6创建凸轮的拉伸
单击实体拉伸工具,选择FRONT平面为草绘面,进入草绘模式,再单击边工
O▼
具,选择四段实际轮廓曲线,单击画圆工具,以两基准中心线交点为圆心画圆,
半径取值为10,即凸轮回转中心半径r=10mmo鼓后单击退出草绘模式,在拉伸深度的对话框中输入15,即凸轮厚度b二15mm,单击丿完成凸轮实体的绘制,如图2-5所示。
图2-5
2.7创建滚子的拉伸
单击实体拉伸工具,选择FRONT平面为草绘面,进入草绘模式,选择理论轮
廉曲线上的某点为圆心,单击画圆工具,半径取值为18,即滚子的半径r=18mmo最后单击退出草绘模式,在拉伸深度的对话框中输入15,即滚子的厚度b二15mm,单击J完成滚子实体的绘制,如图2-6所示。
图2-6
2.8系杆的建立
单击•…平面工具,选择FRONT平面为草绘面,进入草绘模式,选择理论轮廓曲
线上的某点为圆心,单击画圆工具,半径取值为18,即滚子的半径r=18mmo最后单击退出草绘模式。
如图7所示。
图2-7
三、机械大作业小结:
通过这次设计我学会了査找一些相关的工具书,并初步掌握了一些设计数据的计算方法;
再次,自己的计算机绘图水平也有了一定的提高,并对所学知识有了进一步的理解。
最后,再一次对所学习的知识有了更进一步的加深。
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