机械设计基础第章凸轮

机械设计基础第章凸轮汇报人：AA2024-01-12目录凸轮基本概念与分类凸轮机构工作原理与特性凸轮轮廓曲线设计方法凸轮机构动力学分析凸轮材料选择与制造工艺凸轮机构应用实例与前景展望01凸轮基本概念与分类凸轮是一种具有特定轮廓曲线的构件，它通过与另一构件（通常为从动件）的接触或相对运动，实现特定的运动规律或功能。凸轮定义在机械传动中，凸轮主要用于将主动件的连续转动或往复运动转换为从动件的间歇运动或复杂运动。通过合理设计凸轮的轮廓曲线，可以实现从动件的各种预期运动规律，满足不同的工作需求。凸轮作用凸轮定义及作用凸轮分类根据凸轮的形状、运动形式和应用场合的不同，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等类型。凸轮特点不同类型的凸轮具有各自的特点。例如，盘形凸轮结构简单、紧凑，易于加工和安装；移动凸轮可实现较大的行程和复杂的运动规律；圆柱凸轮则适用于高速、重载的传动场合。凸轮分类与特点在自动机械中，凸轮被广泛应用于实现各种复杂的运动规律和动作顺序，如自动装配线、包装机械等。自动机械在内燃机中，凸轮用于控制气门的开启和关闭，以及燃油的喷射等关键动作。内燃机工业机器人中的关节驱动、末端执行器等部分常采用凸轮机构，以实现精确的位置控制和复杂的动作轨迹。工业机器人此外，在纺织机械、印刷机械、食品加工机械等领域中，凸轮也发挥着重要作用。其他领域凸轮应用领域02凸轮机构工作原理与特性凸轮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。被凸轮直接推动的构件，其运动规律取决于凸轮的轮廓形状。固定不动的构件，起支撑和连接作用。当凸轮转动时，其曲线轮廓或凹槽与从动件接触并推动从动件按照预定的运动规律进行运动。从动件的运动规律可以是直线往复运动、摆动或者两者的组合。从动件机架凸轮机构的工作原理是凸轮机构组成及工作原理等速运动规律从动件在推程和回程中作等速运动。这种运动规律简单，但会产生刚性冲击，只适用于低速轻载的场合。等加速等减速运动规律从动件在推程和回程中先作等加速运动，后作等减速运动。这种运动规律无刚性冲击，但会产生柔性冲击，适用于中速中载的场合。余弦加速度运动规律（简谐运动规律）从动件在推程和回程中按余弦加速度规律运动。这种运动规律无冲击，适用于高速重载的场合，但加速度有突变，会产生一定的惯性力。凸轮从动件运动规律压力角凸轮轮廓上某点的法线方向与从动件上该点速度方向之间所夹的锐角。压力角的大小影响机构的传力性能和效率。当压力角增大时，机构的传力性能变差，效率降低。传动效率凸轮机构在传递动力时，由于摩擦和间隙等因素的影响，实际传递的功率与理论功率之比。传动效率的高低直接影响机构的工作性能和使用寿命。为了提高传动效率，需要减小摩擦、降低间隙、提高制造精度和润滑条件等。凸轮机构压力角与传动效率03凸轮轮廓曲线设计方法以凸轮为静止件，从动件作反向运动，根据相对运动原理，画出从动件的位移线图，即凸轮轮廓曲线。反转法原理选择比例尺，绘制基圆及从动件位移线图，确定从动件运动规律及升程、回程等参数，根据反转法原理绘制凸轮轮廓曲线。设计步骤图解法设计凸轮轮廓曲线根据从动件运动规律及凸轮机构几何关系，建立凸轮轮廓曲线的数学模型。建立数学模型求解轮廓曲线绘制轮廓曲线通过数学方法求解模型，得到凸轮轮廓曲线上各点的坐标值。将求解得到的坐标值在坐标系中描绘出来，即可得到凸轮轮廓曲线。030201解析法设计凸轮轮廓曲线在满足从动件运动规律及机构性能要求的前提下，使凸轮机构结构紧凑、传力性能好、振动噪声小等。优化目标采用数学优化方法，如遗传算法、粒子群算法等，对凸轮轮廓曲线进行优化设计。优化方法通过优化方法得到的凸轮轮廓曲线，可使凸轮机构性能得到进一步提升。优化结果凸轮轮廓曲线优化方法04凸轮机构动力学分析驱动力分析驱动力是使凸轮机构产生运动的外力，其大小和方向直接影响机构的运动状态。在凸轮机构中，驱动力通常通过凸轮轮廓与从动件之间的接触传递。凸轮机构受力概述凸轮机构在工作过程中受到多种力的作用，包括驱动力、阻力、惯性力等。这些力对凸轮机构的运动性能和稳定性产生重要影响。阻力分析阻力是阻碍凸轮机构运动的外力，包括摩擦力、空气阻力等。这些阻力会导致能量损失和机构效率降低。凸轮机构受力分析

凸轮机构动力学模型建立动力学模型概述为了研究凸轮机构的动态性能，需要建立相应的动力学模型。该模型能够描述机构在运动过程中的受力情况和动态响应。动力学方程建立根据牛顿第二定律和达朗贝尔原理，可以建立凸轮机构的动力学方程。这些方程包括机构的位移、速度、加速度以及受力之间的关系。模型参数确定在建立动力学模型时，需要确定一些关键参数，如质量、刚度、阻尼等。这些参数可以通过实验测量或经验公式获得。动态响应概述动态响应是指凸轮机构在受到外力作用后的运动表现。通过分析动态响应，可以了解机构的运动规律、振动特性以及稳定性。动态响应求解方法求解凸轮机构的动态响应可以采用数值方法，如有限元法、有限差分法等。这些方法能够模拟机构的真实运动情况，并给出相应的动态响应结果。稳定性分析稳定性是指凸轮机构在受到扰动后能够恢复到原有平衡状态的能力。通过分析机构的稳定性，可以判断其是否容易发生振动或失稳现象，并为设计提供改进建议。凸轮机构动态响应及稳定性分析05凸轮材料选择与制造工艺耐磨性好，减震能力强，但强度较低。铸铁强度高，耐磨性较好，但成本较高。钢重量轻，耐腐蚀，但强度和耐磨性相对较差。铝合金重量轻，耐腐蚀，自润滑，但强度和耐磨性较差，耐高温性能差。工程塑料常用凸轮材料及其特性凸轮制造工艺简介适用于形状复杂的凸轮，成本低，但精度和表面质量较差。适用于承受重载和冲击的凸轮，强度高，耐磨性好。适用于高精度和高表面质量的凸轮，但成本较高。适用于形状复杂、精度要求高的凸轮，成本适中。铸造锻造切削加工粉末冶金根据凸轮的工作条件和要求选择合适的材料。选择合适的材料通过优化凸轮的轮廓形状和尺寸，减少应力集中和摩擦磨损。优化设计采用表面淬火、渗碳淬火等表面处理技术，提高凸轮表面的硬度和耐磨性。表面处理采用合适的润滑剂和润滑方式，减少凸轮与从动件之间的摩擦磨损。润滑提高凸轮耐磨性和寿命措施06凸轮机构应用实例与前景展望内燃机气门驱动在内燃机中，凸轮机构用于驱动气门开闭，控制进气和排气过程。通过凸轮的轮廓形状和转动角度，可以精确控制气门的开启和关闭时刻，以及气门的升程。在自动化生产线中，凸轮机构被广泛应用于传送带、分拣装置和包装机械等设备中。通过合理设计凸轮的轮廓形状和传动方式，可以实现物品的自动传送、定位和分拣等功能。在纺织机械中，凸轮机构用于控制纱线的喂入、牵伸和卷取等过程。通过凸轮的连续转动和轮廓形状的变化，可以实现对纱线的精确控制和调节，保证纺织品的质量和产量。自动化生产线纺织机械典型凸轮机构应用实例介绍计算机辅助设计（CAD）利用CAD软件可以方便地进行凸轮轮廓的设计和修改，同时可以进行运动仿真和性能分析，提高设计效率和准确性。优化设计采用优化算法对凸轮机构进行优化设计，可以实现机构性能的最优化。例如，通过优化凸轮的轮廓形状和传动方式，可以降低机构的振动和噪音，提高机构的传动效率和可靠性。有限元分析（FEA）利用有限元分析软件可以对凸轮机构进行强度和刚度分析，预测机构的疲劳寿命和可靠性。通过FEA分析，可以优化凸轮的材料和结构，提高机构的承载能力和稳定性。现代设计方法在凸轮机构中应用要点三智能化发展随着人工智能和机器学习技术的发展，未来凸轮机构的设计将更加智能化。通过引入智能算法和自适应控制技术，可以实现凸轮机构的自适应调节和智能控制，提高机构的自适应能力和智能化水平。要点一要点二高性能材料应用新型高性能材料的应用