機械設計基礎第章凸輪匯報人：AA2024-01-12目錄凸輪基本概念與分類凸輪機構工作原理與特性凸輪輪廓曲線設計方法凸輪機構動力學分析凸輪材料選擇與制造工藝凸輪機構應用實例與前景展望01凸輪基本概念與分類凸輪是一種具有特定輪廓曲線的構件，它通過與另一構件（通常為從動件）的接觸或相對運動，實現特定的運動規律或功能。凸輪定義在機械傳動中，凸輪主要用于將主動件的連續轉動或往復運動轉換為從動件的間歇運動或復雜運動。通過合理設計凸輪的輪廓曲線，可以實現從動件的各種預期運動規律，滿足不同的工作需求。凸輪作用凸輪定義及作用凸輪分類根據凸輪的形狀、運動形式和應用場合的不同，凸輪可分為盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪等類型。凸輪特點不同類型的凸輪具有各自的特點。例如，盤形凸輪結構簡單、緊湊，易于加工和安裝；移動凸輪可實現較大的行程和復雜的運動規律；圓柱凸輪則適用于高速、重載的傳動場合。凸輪分類與特點在自動機械中，凸輪被廣泛應用于實現各種復雜的運動規律和動作順序，如自動裝配線、包裝機械等。自動機械在內燃機中，凸輪用于控制氣門的開啟和關閉，以及燃油的噴射等關鍵動作。內燃機工業機器人中的關節驅動、末端執行器等部分常采用凸輪機構，以實現精確的位置控制和復雜的動作軌跡。工業機器人此外，在紡織機械、印刷機械、食品加工機械等領域中，凸輪也發揮著重要作用。其他領域凸輪應用領域02凸輪機構工作原理與特性凸輪一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，一般為主動件，作等速回轉運動或往復直線運動。被凸輪直接推動的構件，其運動規律取決于凸輪的輪廓形狀。固定不動的構件，起支撐和連接作用。當凸輪轉動時，其曲線輪廓或凹槽與從動件接觸并推動從動件按照預定的運動規律進行運動。從動件的運動規律可以是直線往復運動、擺動或者兩者的組合。從動件機架凸輪機構的工作原理是凸輪機構組成及工作原理等速運動規律從動件在推程和回程中作等速運動。這種運動規律簡單，但會產生剛性沖擊，只適用于低速輕載的場合。等加速等減速運動規律從動件在推程和回程中先作等加速運動，后作等減速運動。這種運動規律無剛性沖擊，但會產生柔性沖擊，適用于中速中載的場合。余弦加速度運動規律（簡諧運動規律）從動件在推程和回程中按余弦加速度規律運動。這種運動規律無沖擊，適用于高速重載的場合，但加速度有突變，會產生一定的慣性力。凸輪從動件運動規律壓力角凸輪輪廓上某點的法線方向與從動件上該點速度方向之間所夾的銳角。壓力角的大小影響機構的傳力性能和效率。當壓力角增大時，機構的傳力性能變差，效率降低。傳動效率凸輪機構在傳遞動力時，由于摩擦和間隙等因素的影響，實際傳遞的功率與理論功率之比。傳動效率的高低直接影響機構的工作性能和使用壽命。為了提高傳動效率，需要減小摩擦、降低間隙、提高制造精度和潤滑條件等。凸輪機構壓力角與傳動效率03凸輪輪廓曲線設計方法以凸輪為靜止件，從動件作反向運動，根據相對運動原理，畫出從動件的位移線圖，即凸輪輪廓曲線。反轉法原理選擇比例尺，繪制基圓及從動件位移線圖，確定從動件運動規律及升程、回程等參數，根據反轉法原理繪制凸輪輪廓曲線。設計步驟圖解法設計凸輪輪廓曲線根據從動件運動規律及凸輪機構幾何關系，建立凸輪輪廓曲線的數學模型。建立數學模型求解輪廓曲線繪制輪廓曲線通過數學方法求解模型，得到凸輪輪廓曲線上各點的坐標值。將求解得到的坐標值在坐標系中描繪出來，即可得到凸輪輪廓曲線。030201解析法設計凸輪輪廓曲線在滿足從動件運動規律及機構性能要求的前提下，使凸輪機構結構緊湊、傳力性能好、振動噪聲小等。優化目標采用數學優化方法，如遺傳算法、粒子群算法等，對凸輪輪廓曲線進行優化設計。優化方法通過優化方法得到的凸輪輪廓曲線，可使凸輪機構性能得到進一步提升。優化結果凸輪輪廓曲線優化方法04凸輪機構動力學分析驅動力分析驅動力是使凸輪機構產生運動的外力，其大小和方向直接影響機構的運動狀態。在凸輪機構中，驅動力通常通過凸輪輪廓與從動件之間的接觸傳遞。凸輪機構受力概述凸輪機構在工作過程中受到多種力的作用，包括驅動力、阻力、慣性力等。這些力對凸輪機構的運動性能和穩定性產生重要影響。阻力分析阻力是阻礙凸輪機構運動的外力，包括摩擦力、空氣阻力等。這些阻力會導致能量損失和機構效率降低。凸輪機構受力分析

凸輪機構動力學模型建立動力學模型概述為了研究凸輪機構的動態性能，需要建立相應的動力學模型。該模型能夠描述機構在運動過程中的受力情況和動態響應。動力學方程建立根據牛頓第二定律和達朗貝爾原理，可以建立凸輪機構的動力學方程。這些方程包括機構的位移、速度、加速度以及受力之間的關系。模型參數確定在建立動力學模型時，需要確定一些關鍵參數，如質量、剛度、阻尼等。這些參數可以通過實驗測量或經驗公式獲得。動態響應概述動態響應是指凸輪機構在受到外力作用后的運動表現。通過分析動態響應，可以了解機構的運動規律、振動特性以及穩定性。動態響應求解方法求解凸輪機構的動態響應可以采用數值方法，如有限元法、有限差分法等。這些方法能夠模擬機構的真實運動情況，并給出相應的動態響應結果。穩定性分析穩定性是指凸輪機構在受到擾動后能夠恢復到原有平衡狀態的能力。通過分析機構的穩定性，可以判斷其是否容易發生振動或失穩現象，并為設計提供改進建議。凸輪機構動態響應及穩定性分析05凸輪材料選擇與制造工藝耐磨性好，減震能力強，但強度較低。鑄鐵強度高，耐磨性較好，但成本較高。鋼重量輕，耐腐蝕，但強度和耐磨性相對較差。鋁合金重量輕，耐腐蝕，自潤滑，但強度和耐磨性較差，耐高溫性能差。工程塑料常用凸輪材料及其特性凸輪制造工藝簡介適用于形狀復雜的凸輪，成本低，但精度和表面質量較差。適用于承受重載和沖擊的凸輪，強度高，耐磨性好。適用于高精度和高表面質量的凸輪，但成本較高。適用于形狀復雜、精度要求高的凸輪，成本適中。鑄造鍛造切削加工粉末冶金根據凸輪的工作條件和要求選擇合適的材料。選擇合適的材料通過優化凸輪的輪廓形狀和尺寸，減少應力集中和摩擦磨損。優化設計采用表面淬火、滲碳淬火等表面處理技術，提高凸輪表面的硬度和耐磨性。表面處理采用合適的潤滑劑和潤滑方式，減少凸輪與從動件之間的摩擦磨損。潤滑提高凸輪耐磨性和壽命措施06凸輪機構應用實例與前景展望內燃機氣門驅動在內燃機中，凸輪機構用于驅動氣門開閉，控制進氣和排氣過程。通過凸輪的輪廓形狀和轉動角度，可以精確控制氣門的開啟和關閉時刻，以及氣門的升程。在自動化生產線中，凸輪機構被廣泛應用于傳送帶、分揀裝置和包裝機械等設備中。通過合理設計凸輪的輪廓形狀和傳動方式，可以實現物品的自動傳送、定位和分揀等功能。在紡織機械中，凸輪機構用于控制紗線的喂入、牽伸和卷取等過程。通過凸輪的連續轉動和輪廓形狀的變化，可以實現對紗線的精確控制和調節，保證紡織品的質量和產量。自動化生產線紡織機械典型凸輪機構應用實例介紹計算機輔助設計（CAD）利用CAD軟件可以方便地進行凸輪輪廓的設計和修改，同時可以進行運動仿真和性能分析，提高設計效率和準確性。優化設計采用優化算法對凸輪機構進行優化設計，可以實現機構性能的最優化。例如，通過優化凸輪的輪廓形狀和傳動方式，可以降低機構的振動和噪音，提高機構的傳動效率和可靠性。有限元分析（FEA）利用有限元分析軟件可以對凸輪機構進行強度和剛度分析，預測機構的疲勞壽命和可靠性。通過FEA分析，可以優化凸輪的材料和結構，提高機構的承載能力和穩定性。現代設計方法在凸輪機構中應用要點三智能化發展隨著人工智能和機器學習技術的發展，未來凸輪機構的設計將更加智能化。通過引入智能算法和自適應控制技術，可以實現凸輪機構的自適應調節和智能控制，提高機構的自適應能力和智能化水平。要點一要點二高性能材料應用新型高性能材料的應用