南昌航空大学本科生毕业设计（论文）
第四章 凸轮的设计
凸轮具有曲线轮廓或凹槽﹐有盘形凸轮和圆柱凸轮﹐其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线﹐因而属于空间凸轮。 从动件与凸轮作点接触或线接触﹐有滚子从动件﹑平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触﹐可实现任意运动﹐但尖端容易磨损﹐适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触﹐可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动﹐为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的﹐从动件运动规律 在带滚子的对心直动从动件盘形凸轮机构中﹐凸轮回转一周从动件依次作升-停-降-停4个动作。从动件位移(或行程高度)与凸轮转角(或时间)的关系称为位移曲线。从动件的行程有推程和回程。凸轮轮廓曲线决定于位移曲线的形状。
凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以，通常多用于传力不大的控制机构。
手臂回转机构由圆柱凸轮带动齿条，齿条再带动齿轮完成运动，手抓夹紧松开机构由平底凸轮机构完成，上下摆动运动机构由盘行凸轮传动完成。
凸轮的设计在机械手的设计中，推杆机构的设计是其整个设计的关键步骤之一。它的设计好坏直接决定手抓能否顺利实现抓取工件或松开工件，乃至整个手臂的运行过程。所以本人在设计中重点讨论了凸轮的设计。
4.1圆柱凸轮的设计
机械手臂旋转90度选择直动从动件圆柱沟漕凸轮实现，材料选择：40Ｃr表面淬火50～55ＨＲＣ．
直动从动件圆柱沟漕凸轮设计：
图所示为直动从动件圆柱凸轮机构。在该机构中，从动件运动的导路与凸轮的运动平面不共面也不平行，所以它属于空间凸轮机构。
由于圆柱面可展开成平面矩形，因此 可用绘制平面凸轮的方法来绘制圆柱凸轮的展开轮廓线。方法如下： 将圆柱凸轮的圆柱面沿平均半径（即凹槽深度一半处）展开成矩形，设平均半径为R，则矩形的底边长为2πR，该长度对应凸
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轮的转角为360°。将底边适当等分后绘制出的从动件位移线图就是圆柱凸轮经展开后的理论廓线，然后以理论廓线为圆心，以滚子半径为半径作一系列小圆，最后作这些小圆两侧的包络线即得到圆柱凸轮的实际轮廓。
如图所示为一直动推杆圆柱凸轮机构。若设想将圆柱凸轮的外表面展开在平面上，则得到一个长度为2?R的移动凸轮(图a),其移动速度V=ωR。利用反转法原理，给整个移动凸轮一个的公共线速度-V，使之反向移动，则凸轮静止不动，而推杆则一方面随其导轨沿-V方向移动，同时又在导轨中按预期的运动规律往复移动。显然，推杆作复合运动时，其滚子中心B描出的轨迹(图中的点划线β）即为凸轮的理论廓线。而图中切于推杆滚子圆柱的两条包络线β'即凸轮的工作廓线。其具体作法与直动推杆盘形凸轮的作法相似。最后，将这样作出的移动凸轮卷于以R为半径的圆柱体上，并将所作出的曲线描在圆柱体的表面上，此即为所求的圆柱凸轮的轮廓曲线。
分度数和分度角
分度数n的大小是由机械手的送料速度决定。机械手的分度机构一般适合于n=6-60。如果n太小时压力角太大，传动特性很差；反之，n过大时，结构很复杂，分度盘尺寸过大，转动惯量限制其不能高速运转或消耗功率过大。在n确定之后，分度盘的分度角则为Q10=Qh=360°/2n。设计中取分度数n为６，则分度角为３０度．
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分度盘直径
分度盘的直径与机械手的外形尺寸和分度数有关，从图可见，从动滚子之间的距离L应大于工作机构的最大外形尺寸A，留一定空隙的δ。一般δ=10mm-20mm. 滚子尺寸
滚子半径通常取r1=（0.25-0.30）L 取r1=12 滚子宽度通常取b0=（0.8-1.2）r1 取b0=10
凸轮尺寸
凸轮尺寸的确定原则是在保证接触应力最大值小于许用应力的前提下，尽可能紧凑一些。根据压力角计算公式可推出，圆柱凸轮的基圆直径可由下式算出
D2=2HVm/Q2htan?m。式中，Vm为最大无因次速度；?m为最大压力角。 圆柱凸轮的外径则为D2e?D2?b0 （取D2e=80mm），凸轮槽深度h一般应略大于滚子宽度b0。在确定凸轮宽度B2时，为了保证分度运动时的连续性，应有适当的啮合重叠段为宜。在图1所示的机构中，B2的取值范围为2（100-r1）＞B2＞H （取B2=80） 凸轮中心线与分度盘基准面的距离取决于凸轮外径D2e，滚子销轴像尺寸和分度盘厚度等结构参数的选取，应尽量使凸轮外缘靠近分度底面，以减少滚子销轴的悬臂长度。
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4.２盘形凸轮的设计
图2 凸轮轮廓图
4.２.1凸轮机构类型
凸轮机构型式：平面盘形凸轮机构 从动件运动形式：直动 从动件类型：滚子从动件
凸轮的封闭方式：形封闭 4.２.2凸轮机构类型
从动件运动规律 凸轮转向：逆时针方向 凸轮转速n=15r/min 第1段运动规律为：
从动件运动规律：余弦加速度 该段从动件行程h＝40mm 相应凸轮起始转角：0(°) 相应凸轮终止转角：60(°) 第2段运动规律为： 从动件运动规律：停止 该段从动件行程h＝40mm
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相应凸轮起始转角：60(°) 相应凸轮终止转角：120(°) 第3段运动规律为：
从动件运动规律：正弦加速度（摆线） 该段从动件行程h＝40mm 相应凸轮起始转角：120(°) 相应凸轮终止转角：180(°) 第4段运动规律为： 从动件运动规律：停止 该段从动件行程h=40mm 相应凸轮起始角度：180(°) 相应凸轮终止转角：360(°)
4.２.3凸轮轮廓数据
从动件行程h： 40mm 从动件偏距e：21mm 滚子半径Rr：8mm 推程运动角β1：60度 远休止角β‘：60度 回程运动角β2：60度 基圆半径Rb：40mm 凸轮转角增量：5度
4.２.4凸轮轮廓数据
凸轮材料、公差及表面粗糙度
1 凸轮和从动件接触端常用材料、热处理及极限应力?H0 凸轮工作条件：低速轻载 凸轮材料：40、45、50