湖南大学机械原理ch09凸轮机构及其设计习题

湖南大学机械原理ch09凸轮机构及其设计习题目录contents凸轮机构基本概念与分类凸轮机构运动学分析凸轮机构动力学分析凸轮机构设计方法与步骤典型凸轮机构设计案例分析凸轮机构实验方法与性能测试习题解答与讨论环节01凸轮机构基本概念与分类凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮机构定义将凸轮的连续转动转换为从动件的往复直线运动或摆动，实现特定的运动规律和要求。凸轮机构作用凸轮机构定义及作用常见的凸轮形状包括圆形、椭圆形、抛物线形、余弦形等，不同形状的凸轮对应不同的运动规律。凸轮机构可以实现匀速运动、变速运动、间歇运动等不同的运动规律，满足不同的工作要求。凸轮形状与运动规律运动规律凸轮形状凸轮为绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件，具有结构简单、紧凑、设计方便等特点。盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构凸轮相对机架作直线移动，适用于需要较大行程的场合，但结构较为复杂。凸轮是圆柱体，可以看作是将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的，具有结构紧凑、承载能力大等特点。030201凸轮机构分类及特点应用领域凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置中，如内燃机、自动车床、包装机械等。案例分析例如，在内燃机中，凸轮机构用于控制气门的开闭和喷油泵的供油；在自动车床中，凸轮机构用于实现刀具的自动进给和工件的自动夹紧等。应用领域与案例分析02凸轮机构运动学分析03等加速等减速运动规律从动件在推程和回程中分别以恒定加速度和恒定减速度运动。01简谐运动规律从动件按正弦或余弦函数规律运动，具有周期性。02等速运动规律从动件以恒定速度进行直线或回转运动。从动件运动规律描述图解法利用几何作图方法，根据从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线。解析法通过建立凸轮机构数学模型，利用数学公式计算凸轮轮廓曲线上各点的坐标。数值法利用计算机进行数值计算，得到凸轮轮廓曲线上各点的坐标值。凸轮轮廓曲线设计方法压力角指凸轮轮廓曲线上某点的法线方向与从动件运动方向之间的夹角，影响凸轮机构的受力情况和效率。自锁现象当压力角过大时，凸轮机构可能出现自锁现象，即无论施加多大的力，从动件都无法运动。避免自锁的方法合理设计凸轮轮廓曲线，减小压力角；采用多凸轮机构或组合机构等。压力角与自锁现象分析123常用的运动学仿真软件有ADAMS、MATLAB/Simulink等，可用于模拟和分析凸轮机构的运动学特性。软件介绍建立凸轮机构的三维模型；设置材料、约束和驱动等参数；进行运动学仿真并输出结果。仿真流程根据仿真结果，分析凸轮机构的运动规律、速度、加速度等参数，评估机构的性能并进行优化设计。结果分析运动学仿真软件应用03凸轮机构动力学分析基于凸轮机构的几何特性和运动规律，建立其运动学模型，包括凸轮的轮廓曲线、从动件的运动规律等。凸轮机构运动学分析在运动学分析的基础上，考虑凸轮机构在运动过程中的受力情况，建立其动力学方程，包括惯性力、弹性力、阻尼力等。动力学方程建立采用数值仿真方法，如有限元分析、多体动力学仿真等，对凸轮机构的动力学模型进行求解和分析。数值仿真方法动力学模型建立方法惯性力矩计算针对凸轮机构的转动构件，计算其在运动过程中的惯性力矩，包括由质量分布和转动惯量引起的力矩。影响因素分析分析凸轮机构的运动参数、构件质量分布等因素对惯性力和惯性力矩的影响规律。惯性力计算根据凸轮机构的运动学模型和动力学方程，计算各构件在运动过程中的惯性力，包括平动惯性力和转动惯性力。惯性力、惯性力矩计算动态响应特性分析基于凸轮机构的动力学模型，分析其动态响应特性，包括振动、冲击、噪声等。振动特性研究针对凸轮机构的振动问题，研究其振动特性、振动源和传播途径，提出减振降噪措施。冲击特性研究分析凸轮机构在运动过程中的冲击特性，包括冲击力的产生、传播和影响，提出减缓冲击的措施。动态响应特性研究设计参数优化探讨凸轮机构的结构优化策略，包括构件形状、尺寸、材料等方面的优化，以提高其承载能力和减振降噪效果。结构优化策略控制策略优化针对凸轮机构的控制问题，研究其控制策略优化方法，包括运动控制、力控制等方面的优化措施。针对凸轮机构的设计参数，如凸轮轮廓曲线、从动件运动规律等，进行优化设计以提高其动力学性能。优化设计策略探讨04凸轮机构设计方法与步骤设计任务书解读与需求分析01仔细阅读设计任务书，明确设计要求和目标。02分析凸轮机构的工作环境和负载情况，确定设计参数。了解相关标准和规范，确保设计的合规性。0302030401结构方案选择与参数确定根据设计要求和负载情况，选择合适的凸轮机构类型。确定凸轮的基圆半径、偏距、升程等参数。选择适当的从动件形式和尺寸。考虑润滑、密封等辅助系统的设计。123对凸轮和从动件进行强度和刚度校核，确保其满足工作要求。根据材料的力学性能和负载情况，预测凸轮机构的寿命。对关键部件进行疲劳分析，评估其可靠性。强度、刚度校核及寿命预测装配图、零件图绘制技巧绘制凸轮机构的装配图，明确各部件的位置和装配关系。考虑加工工艺和装配工艺，确保图纸的可实现性。绘制零件图，详细标注各部件的尺寸和公差。使用专业的绘图软件，提高绘图效率和准确性。05典型凸轮机构设计案例分析圆柱凸轮机构设计案例设计要求根据所需运动规律，确定凸轮基圆半径、偏距、凸轮轮廓线等参数。设计步骤选择适当的设计方法（如图解法、解析法等），绘制凸轮轮廓线图，计算凸轮各参数。应用场景圆柱凸轮机构广泛应用于各种自动化机械中，如纺织机械、印刷机械等。优缺点分析圆柱凸轮机构结构简单、紧凑，传动效率高，但制造精度要求较高，且对润滑条件有一定要求。设计要求设计步骤应用场景优缺点分析圆锥凸轮机构设计案例根据所需运动规律和圆锥角大小，确定凸轮基圆半径、偏距、凸轮轮廓线等参数。圆锥凸轮机构常用于需要实现特定运动规律的场合，如机床进给机构、自动包装机等。选择适当的设计方法，绘制凸轮轮廓线图，计算凸轮各参数，并进行必要的修正。圆锥凸轮机构能够实现复杂的运动规律，但制造难度较大，成本较高。根据所需运动规律和端面形状，确定凸轮基圆半径、偏距、凸轮轮廓线等参数。设计要求设计步骤应用场景优缺点分析选择适当的设计方法，绘制凸轮轮廓线图，计算凸轮各参数，并进行必要的优化。端面凸轮机构常用于需要实现平面复杂运动的场合，如印刷机械中的纸张输送机构等。端面凸轮机构结构紧凑、传动平稳，但制造精度要求较高，且对润滑条件有一定要求。端面凸轮机构设计案例设计要求根据所需空间运动规律和机构要求，确定凸轮基圆半径、偏距、凸轮轮廓面等参数。应用场景空间复杂凸轮机构常用于需要实现复杂空间运动的场合，如机器人关节驱动机构等。设计步骤选择适当的设计方法（如三维图解法、空间解析法等），绘制凸轮轮廓面图，计算凸轮各参数，并进行必要的优化和修正。优缺点分析空间复杂凸轮机构能够实现复杂的空间运动规律，但制造难度较大，成本较高，且需要较高的设计水平和制造技术。空间复杂凸轮机构设计案例06凸轮机构实验方法与性能测试实验目的和内容安排实验目的掌握凸轮机构的基本原理、运动特性和设计方法；通过实验验证理论知识，提高分析问题和解决问题的能力。内容安排了解凸轮机构的类型和应用；分析凸轮机构的运动规律；设计并制作简单的凸轮机构模型；进行凸轮机构的性能测试和分析。包括凸轮、从动件、机架等部分，用于展示凸轮机构的运动过程。凸轮机构模型如千分尺、游标卡尺等，用于测量凸轮和从动件的尺寸。测量工具如电动机、减速器等，用于提供凸轮机构运动所需的动力。动力设备用于实时采集凸轮机构的运动数据，如位移、速度、加速度等。数据采集系统实验设备和仪器介绍了解实验要求和安全操作规程；准备实验设备和仪器；按照实验指导书的要求进行实验操作；记录实验数据并整理实验结果。实验步骤确保实验设备的安全可靠；注意测量工具的精度和使用方法；避免对凸轮机构模型造成损坏；及时记录实验数据和现象，以便后续分析。注意事项实验步骤和注意事项数据处理对实验采集的数据进行整理、计算和分析，得出凸轮机构的运动规律和性能参数。结果分析根据实验结果，分析凸轮机构的运动特性、受力情况和效率等；比较不同设计方案之间的优劣；提出改进意见和建议。数据处理和结果分析07习题解答与讨论环节凸轮机构基本概念及分类回顾凸轮机构的基本概念，包括凸轮、从动件、基圆等，并介绍凸轮机构的分类，如盘形凸轮、移动凸轮等。通过教材习题的选讲，加深学生对这些基本概念的理解。凸轮机构运动规律设计详细讲解凸轮机构运动规律的设计方法，包括从动件的运动规律选择、凸轮廓线的设计等。通过具体例题，展示运动规律设计的步骤和技巧，并提供答案解析。凸轮机构压力角及自锁现象分析凸轮机构中的压力角概念，讨论压力角对凸轮机构性能的影响。同时，介绍自锁现象的产生原因及避免方法。通过教材习题的选讲和答案解析，帮助学生掌握相关知识点。教材习题选讲和答案解析回顾课堂上学生提出的疑问和难点，如凸轮机构的工作原理、运动特性等，并进行详细解答。针对学生在作业中遇到的常见问题，进行归纳和总结，给出清晰的答案和解题思路。鼓励学生提出新的问题和思考，激发课堂互动和讨论氛围。课堂互动问题回顾与解答03通过学生之间的互相交流和讨论，促进知识的共享和传播，提高学习效果。01邀请学生主动提出自己在学习过程中遇到的问题和困惑，鼓励其他