機械設計基礎凸輪機構演講人：日期:目錄CATALOGUE02.凸輪分類標準04.凸輪機構設計步驟05.典型應用場景01.03.運動規律分析06.失效與優化策略凸輪機構概述01凸輪機構概述PART基本定義與工作原理01凸輪機構的定義凸輪機構是一種能將連續的旋轉運動轉換為間歇的往復運動的機械裝置。02工作原理凸輪機構通過凸輪的特殊輪廓曲線，將主動件的旋轉運動轉換為從動件的往復運動或擺動。核心組成要素凸輪是凸輪機構的核心零件，具有特殊的輪廓曲線，通過其旋轉運動來驅動從動件的運動。凸輪從動件是凸輪機構中的運動部件，通過凸輪的輪廓曲線來實現特定的運動規律。從動件機架是凸輪機構的支撐部件，用于固定凸輪和從動件，保證整個機構的穩定運行。機架功能特性與優勢準確度高穩定性好傳動效率高易于調整凸輪機構可以實現精確的位移和速度控制，適用于對運動精度要求較高的場合。凸輪機構結構簡單，傳動效率高，適用于高速運轉的場合。凸輪機構結構緊湊，運動穩定，適用于工作環境較為惡劣的場合。凸輪機構的運動規律可以通過調整凸輪的輪廓曲線來實現，調整方便，易于實現自動化控制。02凸輪分類標準PART盤形凸輪圓柱凸輪凸輪呈圓盤狀，具有一個或多個曲線段，通過曲線段與從動件接觸，將旋轉運動轉化為直線運動或擺動。凸輪呈圓柱狀，其表面具有曲線槽或凸輪曲線，從動件沿曲線槽或凸輪曲線運動，實現復雜的運動規律。按凸輪形狀分類圓錐凸輪凸輪呈圓錐狀，其表面具有曲線槽或凸輪曲線，從動件沿曲線槽或凸輪曲線運動，可實現空間運動。曲線凸輪凸輪呈不規則形狀，其表面由多條曲線組成，可根據實際需求設計不同的曲線形狀，實現從動件的特殊運動規律。按運動方式分類直線運動凸輪機構從動件在凸輪推動下做直線運動，常用于實現往復直線運動或升降運動。擺動凸輪機構從動件在凸輪推動下做擺動運動，常用于實現擺動、旋轉或分度等運動。爪形凸輪機構凸輪呈爪形，從動件為爪子，通過凸輪與爪子的接觸實現間歇運動或步進運動。槽輪凸輪機構凸輪與槽輪配合使用，通過凸輪曲線與槽輪槽的配合實現從動件的間歇運動或步進運動。按應用領域分類應用于自動化機械設備中，實現復雜的運動規律和動作要求。自動化機械凸輪機構應用于工業機器人中，實現高精度、高效率的運動控制。工業機器人凸輪機構應用于紡織機械中，實現紗線、織物的輸送、張力調節和卷取等功能。紡織機械凸輪機構應用于包裝機械中，實現包裝材料的輸送、成型、封口等功能，提高包裝效率和質量。包裝機械凸輪機構03運動規律分析PART從動件運動類型直線運動從動件沿固定軌跡做往復直線運動。01擺動從動件繞某固定點做往復擺動。02復雜運動從動件做既轉動又滑動的復雜運動。03常用運動曲線特性簡諧運動曲線從動件運動規律與簡諧振動相似，具有周期性。03從動件在起始和終止位置加速度有突變，中間為勻速運動。02等加速等減速運動曲線等速運動曲線從動件速度保持不變，加速度為零。01凸輪轉角凸輪轉角越大，從動件運動位移越大，運動時間和速度也相應增加。凸輪輪廓曲線凸輪輪廓曲線決定了從動件的運動規律，如位移、速度和加速度等。從動件質量從動件質量越大，慣性力越大，對凸輪產生的沖擊力也越大。摩擦力摩擦力會影響從動件運動的精度和效率，需要采取適當的潤滑和減小摩擦措施。參數對運動性能影響04凸輪機構設計步驟PART根據從動件的運動規律，確定凸輪機構的類型和基本參數。考慮凸輪機構的安裝空間、凸輪輪廓的最大尺寸以及從動件的運動范圍等幾何約束條件。考慮凸輪機構的運動學特性，如速度、加速度、躍度等，確保從動件的運動平穩、無沖擊。根據凸輪機構的工作條件，選擇合適的材料和制造工藝，確保凸輪機構的強度和耐久性。設計要求與約束條件運動規律要求幾何尺寸限制動力學要求強度與耐久性基圓半徑確定方法作圖法通過作圖的方式，根據凸輪輪廓的幾何關系，確定基圓半徑的大小。01解析法根據凸輪機構的運動學方程，通過數學計算的方法確定基圓半徑的大小。02經驗法根據已有的凸輪機構設計經驗，通過類比和修正的方法確定基圓半徑的大小。03優化設計法結合計算機輔助設計技術，對凸輪機構進行優化設計，確定最優的基圓半徑大小。04壓力角校核標準壓力角定義壓力角校核方法最大壓力角限制壓力角與基圓半徑關系壓力角是凸輪輪廓上某一點的法線與從動件運動方向之間的夾角。為了保證凸輪機構的傳動效率和工作性能，需要限制最大壓力角的大小。通過作圖或計算的方法，對凸輪機構在不同位置的壓力角進行校核，確保最大壓力角在允許的范圍內。基圓半徑的大小會直接影響壓力角的大小，因此需要在確定基圓半徑時充分考慮壓力角的校核結果。05典型應用場景PART內燃機配氣系統凸輪軸通過凸輪推動氣門開啟和關閉，實現內燃機進氣和排氣。凸輪軸驅動氣門通過凸輪軸上的凸輪形狀和相位的變化，實現氣門的可變正時，提高內燃機性能。可變氣門正時凸輪設計使得氣門在短時間內快速開啟和關閉，提高內燃機的充氣效率和排氣效率。高效的氣門升程自動化機械裝置凸輪傳動機構凸輪機構通過凸輪和從動件的接觸，將旋轉運動轉化為往復運動或擺動，實現自動化機械裝置的精確控制。自動化生產線機器人關節凸輪機構在自動化生產線中常用于控制傳送帶、送料器、升降機構等的運動，實現自動化生產。凸輪機構在機器人關節中應用廣泛，能夠實現機器人的復雜動作和精確控制。123機床進給機構凸輪進給機構凸輪進給機構通過凸輪和從動件的配合，實現機床進給運動的精確控制，提高加工精度和效率。01仿形加工凸輪進給機構可以根據凸輪的形狀和輪廓，實現仿形加工，廣泛應用于模具制造和零件加工領域。02高速進給凸輪進給機構可以實現高速進給運動，滿足現代機床高速加工的需求，提高生產效率。0306失效與優化策略PART常見磨損問題對策凸輪表面耐磨處理合理設計接觸應力選用耐磨材料潤滑與清潔采用表面淬火、滲碳淬火、噴丸強化等方法提高凸輪表面的硬度和耐磨性。根據使用條件，選用耐磨性好的材料制造凸輪，如高碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。優化凸輪與從動件的接觸幾何關系，減小接觸應力，避免應力集中。保證凸輪與從動件之間有良好的潤滑，及時清除雜物和磨粒。凸輪輪廓優化通過優化凸輪輪廓曲線，減小加速度的變化，降低慣性力和振動。從動件質量優化減小從動件的質量，降低慣性力和振動。彈性元件合理應用利用彈性元件（如彈簧）吸收和緩和沖擊力，減小振動和噪聲。平衡設計通過優化設計，使凸輪機構在運轉過程中達到動平衡或靜平衡，減小振動和噪聲。動態特性優化方向定期檢查凸輪機構的磨損情況，及時更換磨損嚴重的部件。保持凸