機械的設計基礎第9章凸輪第九章凸輪匯報人：AA2024-01-17凸輪基本概念與分類凸輪機構設計原理凸輪輪廓曲線設計方法凸輪機構受力分析與強度計算凸輪機構效率與摩擦磨損問題凸輪機構現代設計方法簡介contents目錄凸輪基本概念與分類01凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常作為主動件，通過其輪廓形狀與從動件的接觸來傳遞運動和動力。凸輪定義在機械裝置中，凸輪可以實現從動件的復雜運動規律，如直線、擺動、旋轉等運動形式，以及實現不同運動之間的轉換和傳遞。凸輪作用凸輪定義及作用輪廓形狀為圓盤形，具有結構簡單、制造方便、易于平衡等特點，廣泛應用于各種機械裝置中。圓盤形凸輪移動凸輪圓柱形凸輪輪廓形狀為直線或曲線形，通過移動來傳遞運動和動力，具有結構緊湊、傳動平穩等特點。輪廓形狀為圓柱形，通過與從動件的滾動接觸來傳遞運動和動力，具有傳動效率高、磨損小等特點。030201凸輪類型與特點凸輪應用領域在內燃機中，凸輪用于控制氣門的開啟和關閉，以及燃油的噴射等。在自動化機械中，凸輪用于實現工件的自動送料、定位、夾緊等動作。在紡織機械中，凸輪用于控制紗線的牽引、卷取和張緊等動作。在印刷機械中，凸輪用于控制紙張的輸送、定位、印刷等動作。內燃機自動化機械紡織機械印刷機械凸輪機構設計原理02凸輪機構組成凸輪機構主要由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成。其中，凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常為主動件，作等速回轉運動或往復直線運動。工作原理凸輪機構的工作原理是，當凸輪轉動時，其曲線輪廓或凹槽與從動件接觸，從而驅動從動件按照預定的運動規律進行往復直線運動或擺動。凸輪機構組成及工作原理

凸輪從動件運動規律等速運動規律從動件在推程和回程中作等速運動。這種運動規律使凸輪機構具有剛性沖擊，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。這種運動規律使凸輪機構具有柔性沖擊，適用于中速中載的場合。余弦加速度運動規律從動件在推程和回程中按余弦加速度規律運動。這種運動規律使凸輪機構無沖擊，適用于高速重載的場合。壓力角是從動件受力方向與從動件運動方向之間的夾角。當壓力角增大時，從動件所受的法向力增大，而切向力減小，這不利于凸輪機構的傳動。壓力角當凸輪機構的壓力角增大到一定程度時，會出現自鎖現象。此時，無論驅動力多大，從動件都不能運動。為了避免自鎖現象的發生，應合理設計凸輪的輪廓曲線和減小壓力角。自鎖現象凸輪機構壓力角與自鎖現象凸輪輪廓曲線設計方法03以凸輪的靜止位置為基準，將凸輪從動件的運動規律轉化為凸輪的輪廓曲線。選擇比例尺，繪制基圓和從動件位移線圖，確定反轉后的從動件尖頂位置，光滑連接各點得到凸輪輪廓曲線。圖解法設計凸輪輪廓曲線設計步驟反轉法原理根據從動件的運動規律，建立凸輪輪廓曲線的數學模型。數學模型建立確定基圓半徑和從動件位移函數，通過數學運算求解凸輪輪廓曲線上各點的坐標值。設計步驟解析法設計凸輪輪廓曲線優化目標提高凸輪機構的傳動性能，減小凸輪與從動件之間的接觸應力，降低噪音和振動。優化方法采用先進的優化算法（如遺傳算法、粒子群算法等），對凸輪輪廓曲線進行形狀優化，得到滿足優化目標的最佳輪廓曲線。同時，也可以采用多目標優化方法，綜合考慮多個性能指標進行優化設計。凸輪輪廓曲線優化方法凸輪機構受力分析與強度計算04凸輪機構受力概述01凸輪機構在運轉過程中，會受到多種力的作用，包括驅動力、阻力、慣性力等。這些力會對凸輪機構的運動性能和穩定性產生影響。驅動力分析02驅動力是使凸輪機構產生運動的外力，其大小和方向與凸輪的輪廓形狀和從動件的運動規律有關。在設計中，需要根據實際需求確定驅動力的大小和作用點。阻力分析03阻力是阻礙凸輪機構運動的外力，包括摩擦力、空氣阻力等。這些阻力會影響凸輪機構的運動精度和效率，需要在設計中予以考慮。凸輪機構受力分析凸輪機構的強度計算是為了確定其在實際工作條件下能否承受各種力的作用而不發生破壞或過度變形。強度計算目的在進行強度計算前，需要對凸輪機構進行載荷分析，確定其在工作過程中所受到的各種載荷的大小和作用點。載荷分析根據凸輪機構的工作條件和載荷情況，選擇合適的材料并確定其許用應力是進行強度計算的關鍵步驟。材料選擇與許用應力在完成強度計算后，需要對計算結果進行校核，確保凸輪機構的強度滿足設計要求。強度校核凸輪機構強度計算提高凸輪機構強度措施優化設計通過改進凸輪的輪廓形狀、減小從動件的質量和慣性力等方法，可以優化凸輪機構的設計，提高其強度。選用高強度材料采用高強度材料制造凸輪機構可以提高其承載能力，從而增強其強度。加強潤滑與冷卻良好的潤滑和冷卻可以降低凸輪機構的摩擦和磨損，提高其強度和耐久性。控制制造精度與裝配質量提高凸輪機構的制造精度和裝配質量可以保證其在實際工作條件下的穩定性和可靠性，進而提高其強度。凸輪機構效率與摩擦磨損問題05凸輪機構效率是指輸入功率與輸出功率之比，反映了凸輪機構在傳動過程中的能量損失情況。效率定義凸輪機構的效率受多種因素影響，如凸輪輪廓形狀、從動件類型、摩擦系數、潤滑條件等。效率影響因素凸輪機構效率的計算方法有多種，如基于力學模型的解析法、基于實驗數據的經驗公式法等。效率計算方法凸輪機構效率分析摩擦對性能的影響摩擦會導致凸輪機構傳動效率降低、磨損加劇、溫度升高、噪音增大等不良后果。摩擦系數的影響因素摩擦系數受材料性質、表面粗糙度、潤滑條件、溫度等因素的影響。摩擦類型凸輪機構中的摩擦主要包括滑動摩擦和滾動摩擦兩種類型。摩擦對凸輪機構性能影響選用合適的材料優化設計潤滑措施表面處理技術減少摩擦磨損措施選擇具有優良耐磨性、抗疲勞性和減摩性的材料，如高分子材料、陶瓷材料等。采用合適的潤滑劑或潤滑方式，如油潤滑、脂潤滑、固體潤滑等，以降低摩擦系數和磨損率。通過優化凸輪輪廓形狀、減小接觸應力、降低滑動速度等措施來減小摩擦磨損。采用表面涂層、表面改性等處理技術，提高凸輪機構表面的耐磨性和減摩性。凸輪機構現代設計方法簡介06利用CAD軟件實現凸輪輪廓的自動設計，提高設計效率。設計自動化建立凸輪機構的參數化模型，方便進行修改和優化。參數化設計通過CAD軟件對凸輪機構進行運動仿真，驗證設計的正確性。運動仿真計算機輔助設計在凸輪機構中應用03優化算法選擇采用遺傳算法、粒子群算法等優化算法對目標函數進行優化。01目標函數建立以凸輪機構的性能指標為目標函數，如壓力角、基圓半徑等。02約束條件設置考慮凸輪機構的制造工