机械设计基础-第4章-1-凸轮机构

机械设计基础-第4章-1-凸轮机构汇报人：AA2024-01-14目录CONTENTS凸轮机构概述凸轮机构工作原理及特点凸轮轮廓曲线设计凸轮机构基本尺寸确定凸轮机构受力分析及强度校核凸轮机构设计实例与案例分析01CHAPTER凸轮机构概述凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。根据凸轮形状的不同，可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构等。凸轮机构定义与分类凸轮机构分类凸轮机构定义

凸轮机构应用领域自动机械在自动机械中，凸轮机构可用于实现各种复杂的运动规律和动作要求。内燃机在内燃机中，凸轮机构用于控制气门的开启和关闭，以及燃油的喷射等。纺织机械在纺织机械中，凸轮机构可用于控制织物的引纬、打纬和卷取等动作。发展阶段随着工业革命的推进和机械制造技术的进步，凸轮机构的形状和运动规律逐渐复杂化，以满足各种不同的生产需求。早期阶段早期的凸轮机构主要采用简单的几何形状，如圆形、椭圆形等，运动规律较为单一。现代阶段现代凸轮机构设计借助计算机技术和先进的制造技术，可实现高精度、高效率的设计和生产，使得凸轮机构在各个领域的应用更加广泛和深入。凸轮机构发展历程02CHAPTER凸轮机构工作原理及特点凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子或无滚子。大多数凸轮机构中，顶杆（被压件）设计为对凸轮施加最小传动负荷，顶杆为被动件，设计凸轮在顶杆上滑动。凸轮机构工作原理优点只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到任意预定的运动规律，而且机构简单紧凑，设计方便。缺点凸轮与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构和调节机构中。凸轮机构传动特点结构简单、紧凑、设计方便，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化产品装置中大量应用凸轮机构，它可以实现各种复杂的运动要求。优点凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。缺点凸轮机构优缺点分析03CHAPTER凸轮轮廓曲线设计从动件在推程或回程中，其位移随时间呈线性关系。等速运动规律设计方法注意事项根据从动件的运动规律，利用反转法原理，求出凸轮的轮廓曲线。等速运动规律会导致凸轮轮廓曲线存在尖点或凹坑，引起冲击和噪声，因此需对其进行修正。030201等速运动规律设计设计方法根据从动件的运动规律，利用解析法或图解法求出凸轮的轮廓曲线。注意事项该运动规律可避免凸轮轮廓曲线出现尖点或凹坑，减小了冲击和噪声。等加速等减速运动规律从动件在推程或回程中，先作等加速运动，后作等减速运动，速度变化连续且平滑。等加速等减速运动规律设计从动件在推程或回程中，按照简谐振动规律运动，即位移随时间呈正弦或余弦函数关系。简谐运动规律根据从动件的运动规律，利用解析法或图解法求出凸轮的轮廓曲线。设计方法简谐运动规律可使从动件的运动更加平稳，减小了冲击和噪声，但凸轮轮廓曲线的形状较为复杂。注意事项简谐运动规律设计04CHAPTER凸轮机构基本尺寸确定基圆半径确定方法基圆半径定义基圆半径是凸轮轮廓曲线上的最小半径，它决定了凸轮的尺寸和形状。确定方法基圆半径的确定需考虑凸轮机构的运动特性、受力情况以及制造工艺等因素。通常，基圆半径可通过作图法、解析法或实验法等方法来确定。压力角定义压力角是凸轮轮廓曲线上某点的法线与从动件运动方向之间的夹角，它反映了凸轮机构传力性能的好坏。选择原则在选择压力角时，应使凸轮机构具有良好的传力性能和较小的磨损。一般来说，推荐的最大压力角为30°~45°。对于高速、重载或受力较大的凸轮机构，应取较小的压力角。压力角选择原则滚子半径是凸轮轮廓曲线与从动件接触处的半径，它对凸轮机构的运动特性和受力情况有重要影响。滚子半径定义在选择滚子半径时，需考虑凸轮机构的运动精度、受力情况以及制造工艺等因素。通常，滚子半径应略小于理论轮廓曲线的曲率半径，以保证从动件运动的平稳性和减小磨损。同时，滚子半径也不宜过小，以免增加制造难度和成本。选择依据滚子半径选择依据05CHAPTER凸轮机构受力分析及强度校核03有限元分析利用有限元方法，对凸轮机构进行受力分析，得到更精确的结果。01静力学分析通过受力平衡条件，分析凸轮机构在静止状态下的受力情况。02动力学分析考虑凸轮机构的运动状态，运用动力学原理分析其受力情况。受力分析方法从弹性力学的基本原理出发，推导凸轮机构在受力作用下的应力计算公式。弹性力学基础考虑材料的力学性质，如弹性模量、泊松比等，对应力计算公式进行修正。材料力学性质根据凸轮机构的实际边界条件，对应力计算公式进行简化或修正。边界条件处理应力计算公式推导强度校核流程确定校核标准根据凸轮机构的使用要求和设计标准，确定强度校核的标准和依据。受力分析按照上述受力分析方法，对凸轮机构进行受力分析，得到各部件的受力情况。应力计算根据应力计算公式，计算凸轮机构各部件的应力值。强度校核将计算得到的应力值与校核标准进行比较，判断凸轮机构是否满足强度要求。若不满足要求，则需要对设计进行修改或优化。06CHAPTER凸轮机构设计实例与案例分析实例一内燃机气门凸轮机构实例二自动机床进给凸轮机构实例三纺织机械中的凸轮开口机构设计实例介绍内燃机气门凸轮机构的设计背景与要求案例一自动机床进给凸轮机构的性能需求与特点案例二纺织机械中凸轮开口机构的工作原理与结构特点案例三案例背景描述VS如结构紧凑、传动平稳、定位准确等。缺点分析如易磨损、噪音较大、制造成本高等。优点分析设计方案评价与改进建议选用高强度、耐磨损的材料，如合金钢等。采