湖南大學機械原理ch09凸輪機構及其設計習題

湖南大學機械原理ch09凸輪機構及其設計習題目錄contents凸輪機構基本概念與分類凸輪機構運動學分析凸輪機構動力學分析凸輪機構設計方法與步驟典型凸輪機構設計案例分析凸輪機構實驗方法與性能測試習題解答與討論環(huán)節(jié)01凸輪機構基本概念與分類凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成的高副機構。凸輪機構定義將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動件的往復直線運動或擺動，實現(xiàn)特定的運動規(guī)律和要求。凸輪機構作用凸輪機構定義及作用常見的凸輪形狀包括圓形、橢圓形、拋物線形、余弦形等，不同形狀的凸輪對應不同的運動規(guī)律。凸輪機構可以實現(xiàn)勻速運動、變速運動、間歇運動等不同的運動規(guī)律，滿足不同的工作要求。凸輪形狀與運動規(guī)律運動規(guī)律凸輪形狀凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動且有變化直徑的盤形構件，具有結構簡單、緊湊、設計方便等特點。盤形凸輪機構移動凸輪機構圓柱凸輪機構凸輪相對機架作直線移動，適用于需要較大行程的場合，但結構較為復雜。凸輪是圓柱體，可以看作是將移動凸輪卷成圓柱體演化而成的，具有結構緊湊、承載能力大等特點。030201凸輪機構分類及特點應用領域凸輪機構廣泛應用于各種自動機械、儀器和操縱控制裝置中，如內(nèi)燃機、自動車床、包裝機械等。案例分析例如，在內(nèi)燃機中，凸輪機構用于控制氣門的開閉和噴油泵的供油；在自動車床中，凸輪機構用于實現(xiàn)刀具的自動進給和工件的自動夾緊等。應用領域與案例分析02凸輪機構運動學分析03等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程和回程中分別以恒定加速度和恒定減速度運動。01簡諧運動規(guī)律從動件按正弦或余弦函數(shù)規(guī)律運動，具有周期性。02等速運動規(guī)律從動件以恒定速度進行直線或回轉(zhuǎn)運動。從動件運動規(guī)律描述圖解法利用幾何作圖方法，根據(jù)從動件運動規(guī)律設計凸輪輪廓曲線。解析法通過建立凸輪機構數(shù)學模型，利用數(shù)學公式計算凸輪輪廓曲線上各點的坐標。數(shù)值法利用計算機進行數(shù)值計算，得到凸輪輪廓曲線上各點的坐標值。凸輪輪廓曲線設計方法壓力角指凸輪輪廓曲線上某點的法線方向與從動件運動方向之間的夾角，影響凸輪機構的受力情況和效率。自鎖現(xiàn)象當壓力角過大時，凸輪機構可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，即無論施加多大的力，從動件都無法運動。避免自鎖的方法合理設計凸輪輪廓曲線，減小壓力角；采用多凸輪機構或組合機構等。壓力角與自鎖現(xiàn)象分析123常用的運動學仿真軟件有ADAMS、MATLAB/Simulink等，可用于模擬和分析凸輪機構的運動學特性。軟件介紹建立凸輪機構的三維模型；設置材料、約束和驅(qū)動等參數(shù)；進行運動學仿真并輸出結果。仿真流程根據(jù)仿真結果，分析凸輪機構的運動規(guī)律、速度、加速度等參數(shù)，評估機構的性能并進行優(yōu)化設計。結果分析運動學仿真軟件應用03凸輪機構動力學分析基于凸輪機構的幾何特性和運動規(guī)律，建立其運動學模型，包括凸輪的輪廓曲線、從動件的運動規(guī)律等。凸輪機構運動學分析在運動學分析的基礎上，考慮凸輪機構在運動過程中的受力情況，建立其動力學方程，包括慣性力、彈性力、阻尼力等。動力學方程建立采用數(shù)值仿真方法，如有限元分析、多體動力學仿真等，對凸輪機構的動力學模型進行求解和分析。數(shù)值仿真方法動力學模型建立方法慣性力矩計算針對凸輪機構的轉(zhuǎn)動構件，計算其在運動過程中的慣性力矩，包括由質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)動慣量引起的力矩。影響因素分析分析凸輪機構的運動參數(shù)、構件質(zhì)量分布等因素對慣性力和慣性力矩的影響規(guī)律。慣性力計算根據(jù)凸輪機構的運動學模型和動力學方程，計算各構件在運動過程中的慣性力，包括平動慣性力和轉(zhuǎn)動慣性力。慣性力、慣性力矩計算動態(tài)響應特性分析基于凸輪機構的動力學模型，分析其動態(tài)響應特性，包括振動、沖擊、噪聲等。振動特性研究針對凸輪機構的振動問題，研究其振動特性、振動源和傳播途徑，提出減振降噪措施。沖擊特性研究分析凸輪機構在運動過程中的沖擊特性，包括沖擊力的產(chǎn)生、傳播和影響，提出減緩沖擊的措施。動態(tài)響應特性研究設計參數(shù)優(yōu)化探討凸輪機構的結構優(yōu)化策略，包括構件形狀、尺寸、材料等方面的優(yōu)化，以提高其承載能力和減振降噪效果。結構優(yōu)化策略控制策略優(yōu)化針對凸輪機構的控制問題，研究其控制策略優(yōu)化方法，包括運動控制、力控制等方面的優(yōu)化措施。針對凸輪機構的設計參數(shù)，如凸輪輪廓曲線、從動件運動規(guī)律等，進行優(yōu)化設計以提高其動力學性能。優(yōu)化設計策略探討04凸輪機構設計方法與步驟設計任務書解讀與需求分析01仔細閱讀設計任務書，明確設計要求和目標。02分析凸輪機構的工作環(huán)境和負載情況，確定設計參數(shù)。了解相關標準和規(guī)范，確保設計的合規(guī)性。0302030401結構方案選擇與參數(shù)確定根據(jù)設計要求和負載情況，選擇合適的凸輪機構類型。確定凸輪的基圓半徑、偏距、升程等參數(shù)。選擇適當?shù)膹膭蛹问胶统叽?。考慮潤滑、密封等輔助系統(tǒng)的設計。123對凸輪和從動件進行強度和剛度校核，確保其滿足工作要求。根據(jù)材料的力學性能和負載情況，預測凸輪機構的壽命。對關鍵部件進行疲勞分析，評估其可靠性。強度、剛度校核及壽命預測裝配圖、零件圖繪制技巧繪制凸輪機構的裝配圖，明確各部件的位置和裝配關系?？紤]加工工藝和裝配工藝，確保圖紙的可實現(xiàn)性。繪制零件圖，詳細標注各部件的尺寸和公差。使用專業(yè)的繪圖軟件，提高繪圖效率和準確性。05典型凸輪機構設計案例分析圓柱凸輪機構設計案例設計要求根據(jù)所需運動規(guī)律，確定凸輪基圓半徑、偏距、凸輪輪廓線等參數(shù)。設計步驟選擇適當?shù)脑O計方法（如圖解法、解析法等），繪制凸輪輪廓線圖，計算凸輪各參數(shù)。應用場景圓柱凸輪機構廣泛應用于各種自動化機械中，如紡織機械、印刷機械等。優(yōu)缺點分析圓柱凸輪機構結構簡單、緊湊，傳動效率高，但制造精度要求較高，且對潤滑條件有一定要求。設計要求設計步驟應用場景優(yōu)缺點分析圓錐凸輪機構設計案例根據(jù)所需運動規(guī)律和圓錐角大小，確定凸輪基圓半徑、偏距、凸輪輪廓線等參數(shù)。圓錐凸輪機構常用于需要實現(xiàn)特定運動規(guī)律的場合，如機床進給機構、自動包裝機等。選擇適當?shù)脑O計方法，繪制凸輪輪廓線圖，計算凸輪各參數(shù)，并進行必要的修正。圓錐凸輪機構能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的運動規(guī)律，但制造難度較大，成本較高。根據(jù)所需運動規(guī)律和端面形狀，確定凸輪基圓半徑、偏距、凸輪輪廓線等參數(shù)。設計要求設計步驟應用場景優(yōu)缺點分析選擇適當?shù)脑O計方法，繪制凸輪輪廓線圖，計算凸輪各參數(shù)，并進行必要的優(yōu)化。端面凸輪機構常用于需要實現(xiàn)平面復雜運動的場合，如印刷機械中的紙張輸送機構等。端面凸輪機構結構緊湊、傳動平穩(wěn)，但制造精度要求較高，且對潤滑條件有一定要求。端面凸輪機構設計案例設計要求根據(jù)所需空間運動規(guī)律和機構要求，確定凸輪基圓半徑、偏距、凸輪輪廓面等參數(shù)。應用場景空間復雜凸輪機構常用于需要實現(xiàn)復雜空間運動的場合，如機器人關節(jié)驅(qū)動機構等。設計步驟選擇適當?shù)脑O計方法（如三維圖解法、空間解析法等），繪制凸輪輪廓面圖，計算凸輪各參數(shù)，并進行必要的優(yōu)化和修正。優(yōu)缺點分析空間復雜凸輪機構能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的空間運動規(guī)律，但制造難度較大，成本較高，且需要較高的設計水平和制造技術。空間復雜凸輪機構設計案例06凸輪機構實驗方法與性能測試實驗目的和內(nèi)容安排實驗目的掌握凸輪機構的基本原理、運動特性和設計方法；通過實驗驗證理論知識，提高分析問題和解決問題的能力。內(nèi)容安排了解凸輪機構的類型和應用；分析凸輪機構的運動規(guī)律；設計并制作簡單的凸輪機構模型；進行凸輪機構的性能測試和分析。包括凸輪、從動件、機架等部分，用于展示凸輪機構的運動過程。凸輪機構模型如千分尺、游標卡尺等，用于測量凸輪和從動件的尺寸。測量工具如電動機、減速器等，用于提供凸輪機構運動所需的動力。動力設備用于實時采集凸輪機構的運動數(shù)據(jù)，如位移、速度、加速度等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗設備和儀器介紹了解實驗要求和安全操作規(guī)程；準備實驗設備和儀器；按照實驗指導書的要求進行實驗操作；記錄實驗數(shù)據(jù)并整理實驗結果。實驗步驟確保實驗設備的安全可靠；注意測量工具的精度和使用方法；避免對凸輪機構模型造成損壞；及時記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，以便后續(xù)分析。注意事項實驗步驟和注意事項數(shù)據(jù)處理對實驗采集的數(shù)據(jù)進行整理、計算和分析，得出凸輪機構的運動規(guī)律和性能參數(shù)。結果分析根據(jù)實驗結果，分析凸輪機構的運動特性、受力情況和效率等；比較不同設計方案之間的優(yōu)劣；提出改進意見和建議。數(shù)據(jù)處理和結果分析07習題解答與討論環(huán)節(jié)凸輪機構基本概念及分類回顧凸輪機構的基本概念，包括凸輪、從動件、基圓等，并介紹凸輪機構的分類，如盤形凸輪、移動凸輪等。通過教材習題的選講，加深學生對這些基本概念的理解。凸輪機構運動規(guī)律設計詳細講解凸輪機構運動規(guī)律的設計方法，包括從動件的運動規(guī)律選擇、凸輪廓線的設計等。通過具體例題，展示運動規(guī)律設計的步驟和技巧，并提供答案解析。凸輪機構壓力角及自鎖現(xiàn)象分析凸輪機構中的壓力角概念，討論壓力角對凸輪機構性能的影響。同時，介紹自鎖現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及避免方法。通過教材習題的選講和答案解析，幫助學生掌握相關知識點。教材習題選講和答案解析回顧課堂上學生提出的疑問和難點，如凸輪機構的工作原理、運動特性等，并進行詳細解答。針對學生在作業(yè)中遇到的常見問題，進行歸納和總結，給出清晰的答案和解題思路。鼓勵學生提出新的問題和思考，激發(fā)課堂互動和討論氛圍。課堂互動問題回顧與解答03通過學生之間的互相交流和討論，促進知識的共享和傳播，提高學習效果。01邀請學生主動提出自己在學習過程中遇到的問題和困惑，鼓勵其他