《凸輪機(jī)構(gòu)a》課件

凸輪機(jī)構(gòu)探索機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中一種重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，揭示其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用。課程目標(biāo)1了解凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念掌握凸輪機(jī)構(gòu)的分類、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等基本知識(shí)。2掌握凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法，并能夠運(yùn)用這些方法進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3了解凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域通過實(shí)例分析，了解凸輪機(jī)構(gòu)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成的一種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。凸輪是具有特定輪廓形狀的旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)構(gòu)件，它通過與從動(dòng)件的接觸，迫使從動(dòng)件作預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)件是與凸輪接觸并作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。機(jī)架是固定不動(dòng)的構(gòu)件，凸輪和從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)規(guī)律可任意設(shè)定，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，占地面積小易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制凸輪機(jī)構(gòu)類型圓盤凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)類型鼓形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)類型球形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)類型圓弧凸輪圓弧凸輪是一種常見的凸輪類型，其輪廓線由一段圓弧組成。圓弧凸輪的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低廉。但其運(yùn)動(dòng)特性比較單一，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圓弧凸輪輪廓分析1基圓凸輪輪廓的最小半徑2凸輪廓由基圓和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)軌跡組成3壓力角從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向與從動(dòng)件與凸輪接觸點(diǎn)的法線之間的夾角圓弧凸輪的輪廓是由一系列圓弧組成的，每個(gè)圓弧對(duì)應(yīng)著從動(dòng)件在一個(gè)特定時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。圓弧凸輪運(yùn)動(dòng)特性分析位移速度加速度圓弧凸輪的運(yùn)動(dòng)特性分析主要包括位移、速度和加速度的分析?？梢允褂脭?shù)學(xué)公式或數(shù)值方法進(jìn)行分析，可以得到其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。斜面凸輪結(jié)構(gòu)斜面凸輪由凸輪輪廓和從動(dòng)件組成，凸輪輪廓通常為平面或曲面。工作原理斜面凸輪通過凸輪輪廓的形狀變化，帶動(dòng)從動(dòng)件做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。斜面凸輪輪廓分析1輪廓形狀斜面凸輪的輪廓是一個(gè)曲線，形狀取決于凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和尺寸參數(shù)。2設(shè)計(jì)方法通常使用幾何作圖法或解析法來確定斜面凸輪的輪廓形狀。3分析步驟首先，根據(jù)凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和尺寸參數(shù)確定凸輪的輪廓曲線方程。然后，將該方程代入數(shù)值求解方法中，計(jì)算出輪廓曲線的坐標(biāo)點(diǎn)。最后，將這些坐標(biāo)點(diǎn)連接起來，即可得到斜面凸輪的輪廓形狀。斜面凸輪運(yùn)動(dòng)特性分析1速度斜面凸輪的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，取決于斜面的形狀和尺寸。2加速度斜面凸輪的運(yùn)動(dòng)加速度也隨時(shí)間變化，并會(huì)影響機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。3沖擊斜面凸輪的運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生沖擊，需要進(jìn)行沖擊分析，以確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)基圓半徑基圓是凸輪輪廓的基準(zhǔn)圓，其半徑?jīng)Q定了凸輪的最小尺寸。偏距偏距是指凸輪中心線到從動(dòng)件的中心線的距離，影響了凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪輪廓凸輪輪廓的形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)軌跡，可根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)升程凸輪輪廓所包圍的最大行程，也稱為行程。是凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)?；爻掏馆啅纳探Y(jié)束到回到起始位置的運(yùn)動(dòng)軌跡，是凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)。循環(huán)時(shí)間凸輪機(jī)構(gòu)完成一次完整運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需的時(shí)間。是凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)。偏心距凸輪中心線到凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離，影響凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法奧德霍夫特寫法解析方法，適用于凸輪輪廓為簡(jiǎn)單曲線的情況數(shù)值法數(shù)值計(jì)算，適用于各種復(fù)雜輪廓的凸輪虛擬功圖法圖形分析，用于研究凸輪機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性?shī)W德霍夫特寫法基本原理基于凸輪廓線的幾何關(guān)系，利用數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線方程。適用范圍適用于各種凸輪機(jī)構(gòu)，特別適用于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)計(jì)算精度高，可精確控制凸輪運(yùn)動(dòng)。奧德霍夫特寫法應(yīng)用示例奧德霍夫特寫法應(yīng)用示例介紹如何使用奧德霍夫特寫法來分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。該示例展示了如何將凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換為奧德霍夫特曲線，以及如何利用曲線分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。數(shù)值法計(jì)算精度高數(shù)值法可以通過調(diào)整步長(zhǎng)來提高計(jì)算精度。適用范圍廣數(shù)值法可以用于各種形狀的凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。編程實(shí)現(xiàn)方便數(shù)值法可以通過編程來實(shí)現(xiàn)，方便進(jìn)行自動(dòng)化分析。數(shù)值法應(yīng)用示例以圓弧凸輪為例，通過數(shù)值法計(jì)算凸輪輪廓曲線。首先，將凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用數(shù)學(xué)函數(shù)表示，然后根據(jù)函數(shù)求出凸輪的輪廓曲線。數(shù)值法可以應(yīng)用于各種復(fù)雜的凸輪機(jī)構(gòu)，并能獲得精確的結(jié)果。虛擬功圖法原理虛擬功圖法基于虛功原理，通過分析系統(tǒng)中各部件的虛功和虛位移，求解系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。步驟1.建立虛擬功圖；2.計(jì)算各部件的虛功；3.應(yīng)用虛功原理，求解系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。虛擬功圖法應(yīng)用示例例如，在分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，可以利用虛擬功圖法來確定凸輪輪廓曲線的形狀。方法是將凸輪的運(yùn)動(dòng)分解成多個(gè)虛擬的力，并根據(jù)虛擬功原理來推導(dǎo)出凸輪輪廓曲線的方程。虛擬功圖法可以幫助設(shè)計(jì)師更直觀地理解凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程1確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)機(jī)構(gòu)的功能要求，確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2選擇凸輪類型根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的凸輪類型。3確定凸輪輪廓根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪類型，確定凸輪的輪廓曲線。4設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)根據(jù)凸輪輪廓，設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)，包括凸輪、從動(dòng)件、軸承等。5強(qiáng)度校核對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保其能夠承受工作載荷。6運(yùn)動(dòng)仿真利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能。7優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其性能指標(biāo)。8加工制造根據(jù)最終設(shè)計(jì)圖紙，加工制造凸輪機(jī)構(gòu)。9性能測(cè)試對(duì)制造完成的機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能測(cè)試，驗(yàn)證其符合設(shè)計(jì)要求。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇合適的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以滿足機(jī)構(gòu)的功能要求。2結(jié)構(gòu)尺寸確定凸輪輪廓、從動(dòng)件尺寸和安裝位置，確保機(jī)構(gòu)工作空間和安全性。3材料選擇選擇合適的凸輪和從動(dòng)件材料，考慮強(qiáng)度、硬度、耐磨性和抗疲勞性。4潤(rùn)滑設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)合適的潤(rùn)滑系統(tǒng)，減少磨損、提高效率和延長(zhǎng)使用壽命。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例一設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)軌跡，例如勻速運(yùn)動(dòng)或加減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)參數(shù)確定凸輪輪廓、從動(dòng)件類型、工作循環(huán)等。設(shè)計(jì)流程根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)和參數(shù)，使用設(shè)計(jì)軟件或手工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例二設(shè)計(jì)一個(gè)用于控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂需要在一定時(shí)間內(nèi)完成上下運(yùn)動(dòng)，并保持一定的運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)機(jī)械臂的工作要求，確定凸輪的輪廓形狀和尺寸。利用CAD軟件設(shè)計(jì)凸輪輪廓，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。通過仿真分析，優(yōu)化凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以滿足機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)要求。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例三以某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為例，設(shè)計(jì)用于控制進(jìn)氣閥的凸輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)需要滿足以下要求：1.提升氣門升程，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。2.控制氣門開啟和閉合時(shí)間，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。3.確保氣門運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)確保凸輪輪廓光滑連續(xù)，避免尖角和突變，防止沖擊和振動(dòng)。選擇合適的凸輪材料，考慮其強(qiáng)度、剛度和耐磨性。合理設(shè)計(jì)凸輪尺寸，避免過大或過小，影響機(jī)構(gòu)的效率和可靠性。選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑方式，保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用CAD/CAM如Solidworks、AutoCAD等，可用于創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu)的3D模型和2D圖紙。專用凸輪設(shè)計(jì)軟件如CamMaster、CamSoft等，提供專業(yè)的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和模擬功能。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件如ADAMS、RecurDyn等，可用于分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械制造凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，如內(nèi)燃機(jī)、印刷機(jī)、包裝機(jī)、紡織機(jī)械、機(jī)床等，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制和自動(dòng)化操作。自動(dòng)化控制凸輪機(jī)構(gòu)可以用于自動(dòng)化生產(chǎn)線、機(jī)器人、自動(dòng)控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)控制，提高