摘 要

凸轮机构在设计时需要考虑的因素很多，设计过程比较复杂，要保证凸轮机构在既满足工作对从动件提出的运动要求，又具有良好动力特性的情况下，结构尽量紧凑，且各方面性能尽量最佳。因此，单靠人脑来完成凸轮机构的设计会有很大的工作量，而且也很难保证设计精度。

本文建立了凸轮机构运动分析的数学模型,将数学语言转化成MATLAB语言。通过MATLAB GUI设计平台,将参数化设计与交互式相结合,设计了凸轮机构分析和设计软件,该软件具有方便用户操作的良好界面,可以展示界面设计过程及方法,从而使机构分析更加方便、快捷、直观和形象。用户无需知道机械原理理论，只需输入凸轮机构基本参数如该凸轮机构的基圆半径，从动件形式及从动件运动形式，从动件运动参数等数值，就可以得出凸轮结构的轮廓线，以及凸轮性能曲线。

这样的一个软件有助于方便对凸轮结构的研发，同时也可以用于教学之中，通过图形演示的方式，使其更加生动鲜明，有助于供学生学习理解。经过一系列努力，已经成功设计该界面。这是利用MATLAB的强大计算功能实现凸轮机构的设计计算，廓线绘制和运动仿真的创新方法，通过凸轮仿真运动过程可判断机构的运动结果是否与设计相致，以保证凸轮机构设计的准确性，具有精度较高，快捷，便利的特点。

关键词：凸轮机构；matlab；轮廓曲线；从动件运动规律

Motion analysis and simulation platform development of cam mechanism

ABSTRACT

Cam mechanism need to be considered in the design of many factors, design process is more complex, to ensure that the cam mechanism in both to meet work requirements of follower is proposed for the motion, but also has good dynamic characteristics, the structure to be compact as much as possible, and the performance as the best. Therefore, the human brain to complete the design of the cam mechanism will have a lot of work, but also very difficult to ensure the accuracy of the design.

In this paper, the mathematical model of cam mechanism motion analysis is established, and the mathematical language is transformed into MATLAB language. Through the platform of Matlab GUI design, parametric design and interactive combination, design of cam mechanism design and analysis software, the software is convenient for user operation, a good interface, display interface design process and methods, so as to make the mechanism analysis more convenient, fast, intuitive and image. Users do not need to know the mechanism theory, only need to input the basic parameters of cam mechanism such as a base circle radius of the cam, follower and follower motion form of follower motion parameters values, you can draw the contour line of the cam structure, and cam performance curve.

Such a software helps to facilitate the research and development of cam structure, but also can be used for teaching, through the graphical presentation of the way, so that it is more vivid, and help for students to learn and understand. After a series of efforts, has successfully designed the interface. This is using Matlab's powerful calculation function of cam mechanism design and calculation, the innovation method of contour line drawing and motion simulation. Through the process of motion simulation of cam can be movement of the body to determine whether the results and design phase induced, in order to ensure the accuracy of the cam mechanism design, with high precision, quick, convenient.

Key words：Cam mechanism; MATLAB; profile curve; motion law of follower

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1 凸轮机构理论研究与制造方面的现状 - 1 -

1.2 凸轮机构运动分析与仿真平台开发的目的与意义 - 1 -

1.3本文的研究内容 - 2 -

2 凸轮机构运动分析基础 - 3 -

2.1 凸轮分类 - 3 -

2.2 图解设计法 - 5 -

2.2.1 反转法设计原理 - 5 -

2.2.2 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构 - 5 -

2.2.3 滚子直动从动件盘形凸轮机构 - 6 -

2.2.4 平底从动件盘形凸轮机构 - 7 -

2.3 凸轮机构解析设计法 - 8 -

2.3.1 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 - 8 -

2.3.2 对心直动平底推杆盘形凸轮 - 9 -

2.3.3 摆动滚子推杆盘形凸轮机构 - 9 -

3 凸轮机构运动分析与仿真平台的GUI界面设计 - 10 -

3.1 界面设计 - 11 -

3.2 界面各按键的功能描述 - 11 -

3.3 回调函数的编写 - 16 -

4 实例说明 - 31 -

结 论 - 36 -

致 谢 - 37 -

参考文献 - 38 -

附录一： - 39 -

附录二： - 61 -

附录三： - 72 -

1 绪论

1.1 凸轮机构理论研究与制造方面的现状

近10多年来，我国无论是在凸轮机构的理论和应用研究，还是在凸轮机构的产品开发和制造方面，都已取得了很大的进步，就理论研究方面而言，已达到了世界先进水平。国内凸轮机构运动的分析有基于CAD，PROE等平台的研究，皆有了一定的发展。但在凸轮机构制造方面与发达国家相比，还有一定的差距^[8]。

凸轮机构结构简单、紧凑，在自动机床进刀机构、上料机构，内燃机配气机构、制动机构及印刷机，纺织机，插秧机闹钟和各种电器开关中都有广泛的应用，正是它的广泛应用推动了对它的研究和它自身的发展。^[9]最初，人们只研究凸轮的简单几何形状和运动，以满足对从动件运动的简单的位移要求。随着对各种机械在速度、效率、寿命、噪声和可靠性等方面要求的日益提高，对凸轮机构的研究也逐步扩展与深化从简单地考虑几何尺寸、运动分析和静力分析，发展到考虑动力学分析、润滑误差影响、弹性变形等，其研究方向已有数十个之多，特别是五十年代以来，由于计算机技术和各种数值计算方法的发展使得很多方面的研究得以深入。