《凸轮机构作业》课件

凸轮机构作业本课件旨在帮助学生深入了解凸轮机构的结构、运动规律和设计方法。通过案例分析和实际操作，学生可以掌握凸轮机构的设计和应用技巧。DH投稿人：DingJunHong凸轮机构的定义凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的机械机构，用于实现复杂运动转化。工作原理凸轮机构通过凸轮的旋转运动，驱动从动件进行往复、摆动或其他运动。凸轮机构的作用控制运动凸轮机构可以控制机械的运动，例如发动机中的进排气阀。精确控制凸轮机构可以实现复杂的运动规律，例如自动生产线上物料的精确传送。高精度凸轮机构可以实现高精度的运动控制，例如精密仪器中的控制元件。凸轮机构的特点11.结构紧凑凸轮机构通常由一个或多个凸轮、从动件和机架组成，尺寸紧凑，节省空间。22.运动规律可控通过设计凸轮的形状，可以实现各种复杂的运动规律，如直线运动、曲线运动和摆动运动等。33.传动比大凸轮机构可以实现较大的传动比，适用于高速、高精度运动。44.惯性力较大由于从动件的运动规律复杂，其惯性力较大，设计时需要考虑其影响。凸轮机构的主要部件凸轮凸轮是凸轮机构的核心部件，通常由金属制成，形状复杂，用于控制从动件的运动规律。从动件从动件直接与凸轮接触，并根据凸轮的形状进行运动，它可以是摇杆、滑块或其他机构部件。支架支架是用于固定凸轮和从动件的部件，它可以是框架、底座或其他形式。弹簧弹簧通常用于确保从动件与凸轮的接触，并防止从动件在运动过程中脱离凸轮。凸轮机构的运动特性凸轮机构的运动特性是指凸轮和从动件之间的相对运动规律。凸轮机构的运动特性由凸轮廓线形状决定，可以实现多种运动规律，例如等速运动、匀加速运动、匀减速运动、简谐运动等。凸轮机构的运动特性在实际应用中非常重要，因为它直接影响着机器的工作性能。选择合适的凸轮廓线可以提高机器的效率、精度和可靠性。凸轮曲线的构造1确定凸轮轮廓凸轮轮廓形状取决于要求的从动件运动规律。2确定凸轮轮廓凸轮轮廓形状取决于要求的从动件运动规律。3确定凸轮轮廓凸轮轮廓形状取决于要求的从动件运动规律。凸轮机构中，凸轮轮廓的形状决定了从动件的运动规律。通过分析运动规律，我们可以确定凸轮的轮廓形状，并利用计算机辅助设计软件进行绘图。凸轮曲线的构造方法主要包括几何法、解析法和数值法，其中几何法适用于简单的凸轮形状，而解析法和数值法适用于较为复杂的凸轮形状。凸轮曲线的分类基本型曲线基本型曲线包括等速、等加速度、简谐运动曲线等。它们具有简单的数学表达式，但实际应用有限。组合型曲线组合型曲线由基本型曲线组合而成，可以满足更复杂的运动要求，例如多段等速、等加速度曲线。特殊型曲线特殊型曲线包括正弦曲线、抛物线等，这些曲线可以实现特殊的运动规律，例如减速启动、快速停止。凸轮曲线的选择运动规律选择与机构运动需求匹配的曲线。尺寸限制考虑凸轮尺寸，避免干涉。加工难度选择便于加工的曲线类型。性能要求考虑精度、磨损、振动等因素。凸轮曲线的绘制1确定基圆根据凸轮机构的运动要求，选择适当的基圆半径，绘制基圆。2绘制凸轮廓线根据已知的运动规律，将凸轮廓线绘制在基圆上。可以采用手工绘制、机械绘制或计算机辅助绘图等方法。3标注尺寸在绘制好的凸轮廓线上标注必要的尺寸，例如凸轮的尺寸、轮廓线的尺寸等。尺寸标注要准确、清晰、完整。凸轮机构的动力学分析凸轮机构的动力学分析是研究凸轮机构在运动过程中受力情况和运动规律，并对机构的动态性能进行评估。1运动规律凸轮机构的运动规律是指凸轮和从动件的运动轨迹、速度和加速度等参数随时间的变化关系。2受力分析凸轮机构的受力分析是指分析凸轮和从动件之间的作用力、惯性力、摩擦力等，以及这些力对机构运动的影响。3性能评估凸轮机构的性能评估是指通过动力学分析，评估机构的运动精度、稳定性、冲击特性和振动特性等。凸轮机构的动平衡旋转不平衡凸轮机构的旋转不平衡会导致振动和噪声，影响机构的平稳运行。惯性力凸轮机构的惯性力会影响机构的运动精度和寿命，需要进行动平衡设计。平衡质量通过添加平衡质量来抵消旋转不平衡力，确保机构的平稳运行。凸轮机构的应力分析接触应力凸轮机构的接触应力主要发生在凸轮和从动件之间，由于运动副的接触面积较小，应力集中现象较为明显，需进行合理设计以避免应力过高导致疲劳断裂或塑性变形。弯曲应力凸轮机构的从动件在受到凸轮的推力作用下，会产生弯曲应力，应力大小与凸轮的形状、从动件的材料和尺寸有关，需要进行强度校核以保证从动件的安全运行。扭转应力在一些情况下，凸轮机构的从动件会受到扭转力，例如用于旋转轴的从动件，需要进行扭转应力分析以确保其强度。疲劳应力凸轮机构在反复运行过程中会产生疲劳应力，应力大小与工作条件和材料特性有关，需要进行疲劳寿命评估以保证机构的可靠性。凸轮机构的磨损分析磨损类型凸轮机构的磨损类型主要包括粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损。粘着磨损是指凸轮和从动件表面之间由于摩擦而产生粘着，导致材料转移。磨粒磨损是指由于固体颗粒的存在而导致的表面材料磨损。疲劳磨损是指由于重复的应力作用而导致的表面材料疲劳破坏。影响因素凸轮机构的磨损受多种因素影响，包括材料特性、润滑条件、工作负荷、运行速度、环境温度和振动等。选择合适的材料、润滑油和设计参数可以有效地降低磨损。分析方法常用的分析方法包括实验测试和数值模拟。实验测试可以通过测量磨损量、表面形貌和材料成分来评估磨损程度。数值模拟可以利用有限元分析等方法预测磨损情况。凸轮机构的振动特性1振动源凸轮机构的振动主要来自凸轮轮廓的非线性运动，高速运转时，凸轮轮廓的误差会放大振动。2频率分析凸轮机构的振动频率取决于凸轮转速和凸轮轮廓形状，可以通过频谱分析识别振动频率。3振动幅值振动幅值与凸轮轮廓误差、机构刚度、阻尼和负载等因素有关，影响机构寿命。4控制措施可以通过优化凸轮轮廓、提高机构刚度、增加阻尼、平衡质量等措施来降低振动。凸轮机构的噪声特性凸轮机构的噪声主要来源于机械部件的冲击和摩擦。噪声级别与凸轮机构的结构设计、工作速度、润滑条件等因素有关。噪声会影响设备的运行效率和工作环境，需要采取措施降低噪声。凸轮机构的润滑设计润滑油的选择根据凸轮机构的工作条件，选择合适的润滑油，确保良好的润滑效果。润滑方式根据凸轮机构的结构和运行速度，选择合适的润滑方式，例如油浴润滑或油脂润滑。润滑油脂维护定期更换润滑油或润滑脂，确保润滑效果良好，延长凸轮机构的使用寿命。凸轮机构的冷却设计冷却方式凸轮机构的冷却方式主要有气冷、水冷和油冷三种，具体采用哪种方式取决于机构的功率和工作环境。气冷适用于低功率的机构，水冷适用于中高功率的机构，油冷适用于高温、高负荷的机构。冷却系统冷却系统的设计要考虑冷却液的流量、流速、温度和压力，以及冷却装置的尺寸和位置。要确保冷却液能够有效地带走机构产生的热量，并防止冷却液泄漏。凸轮机构的材料选择11.凸轮材料凸轮材料需具备高强度、耐磨性、抗疲劳性，同时考虑成本和加工性能。22.滚子材料滚子材料应具有高硬度、耐磨性，并具备良好的耐冲击性能，常见材料包括钢、陶瓷。33.轴承材料轴承材料需具有高强度、耐磨性、低摩擦系数，常见材料包括轴承钢、合金钢。44.其他材料其他材料包括支架、固定件、密封件等，选择时应考虑其强度、耐腐蚀性、耐温性等。凸轮机构的制造工艺1原材料选择根据凸轮机构的性能要求和工作环境，选择合适的材料。2加工方法常用的加工方法包括车削、铣削、磨削等。3热处理提高凸轮机构的硬度和耐磨性。4表面处理增强凸轮机构的表面性能，提高其使用寿命。5装配调试将各个部件组装成完整的凸轮机构，并进行调试。凸轮机构的装配调试检查零件确保所有零件完好无损，没有损坏或变形。安装凸轮将凸轮轴安装到轴承上，确保凸轮轴与轴承之间的间隙符合要求。安装从动件将从动件安装到凸轮上，确保从动件与凸轮之间的间隙符合要求。调整间隙调整凸轮机构各部分之间的间隙，确保机构的正常工作。试运行在空载条件下试运行凸轮机构，确保机构能够正常运转。负载运行在负载条件下试运行凸轮机构，确保机构能够稳定可靠地工作。凸轮机构的维护保养定期检查检查凸轮机构的各个部件，例如凸轮、从动件、轴承、弹簧等，是否有磨损、裂纹、松动等问题。清洁保养定期清洁凸轮机构上的灰尘、油污等杂质，保持机构的清洁，防止污染和磨损。润滑保养定期添加润滑油，保证机构的润滑，减少磨损和热量，延长使用寿命。调整修复根据检查结果，及时调整或修复凸轮机构的各个部件，确保机构的正常工作。凸轮机构的故障诊断11.视觉检查检查凸轮机构的表面是否有裂纹、磨损、腐蚀等缺陷。22.听觉检查检查凸轮机构运行时是否有异常噪声，例如摩擦声、撞击声等。33.触觉检查检查凸轮机构运行时是否有过热现象。44.测试检查利用传感器等工具测量凸轮机构的运动参数，判断是否符合设计要求。凸轮机构的改进方案优化材料选择更高耐磨性和抗疲劳性的材料，延长凸轮机构的使用寿命。例如，使用耐磨合金或复合材料。优化结构例如，采用柔性凸轮，可以有效降低机构的振动和噪声，提高机构的运行平稳性。优化润滑选择合适的润滑剂和润滑方式，减少摩擦损失，提高机构的效率和寿命。例如，采用油气混合润滑方式。优化制造工艺使用更精确的加工设备和工艺，提高凸轮机构的精度和可靠性，降低制造成本。凸轮机构的应用领域汽车工业凸轮机构广泛应用于汽车发动机，用于控制气门开启和闭合时间，实现最佳燃烧效率。机械自动化在机械自动化领域，凸轮机构用于控制机器人的运动轨迹，提高生产效率和精度。印刷行业凸轮机构用于控制印刷机的纸张送料和印刷过程，确保印刷质量和效率。自动售货机凸轮机构应用于自动售货机，控制货物的投放和回收，实现自动化操作。凸轮机构的发展趋势更高精度随着制造技术的进步，凸轮机构精度不断提高。例如，采用精密加工和测量技术，可以实现凸轮轮廓的高精度加工。智能化凸轮机构将与智能制造技术相结合，实现智能化控制和优化。例如，通过传感器和控制系统，可以实时监测凸轮机构的运行状态，并根据需要进行调整。凸轮机构的相关标准国家标准GB/T3716-2008凸轮机构术语，GB/T15122-1994凸轮机构设计计算，GB/T17312-1998机械设计—凸轮机构运动精度要求国际标准ISO6406-1:1985凸轮机构的设计和制造—凸轮和从动件的配合尺寸，ISO6406-2:1985凸轮机构的设计和制造—凸轮轮廓的公差行业标准JB/T9817-1999凸轮机构设计手册，JB/T10549-1999凸轮机构精度检验方法凸轮机构的设计案例凸轮机构在机械工程中应用广泛，例如内燃机、自动售货机、打印机等。设计案例包括：针对不同工作条件选择合适的凸轮轮廓，优化凸轮机构运动特性，提高机构效率和使用寿命。设计过程中需考虑机构运动要求、材料特性、加工精度、润滑方式等因素。设计案例有助于学生理解理论知识，掌握实际应用技能。例如，设计一款用于自动包装机的凸轮机构，需要考虑包装物品尺寸、重量、速度等因素，并进行理论计算和仿真分析。凸轮机构的实验测试实验测试对于验证凸轮机构的设计是否合理、性能是否符合预期至关重要。通过实验测试可以获得真实工况下的数据，进而优化设计、改进性能、提高可靠性。1性能测试验证机构运动精度、速度、加速度、力等参数2强度测试验证机构各部件的强度和刚度是否满足要求3寿命测试验证机构在长期工作条件下的可靠性和使用寿命4振动测试验证机构在工作状态下的振动情况5噪声测试验证机构在工作状态下的噪声水平实验测试通常需要专业的测试设备和方法，并需要进行数据采集、分析和处理。测试结果可以为设计优