機械設計基礎第4章凸輪機構

匯報人：AA機械設計基礎第4章凸輪機構2024-01-17目錄凸輪機構概述凸輪機構工作原理及特性凸輪輪廓曲線設計凸輪機構從動件運動規(guī)律設計凸輪機構壓力角與自鎖現象分析凸輪機構設計實例與案例分析01凸輪機構概述Chapter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。凸輪機構定義根據凸輪形狀的不同，可分為盤形凸輪機構、移動凸輪機構、圓柱凸輪機構等。凸輪機構分類凸輪機構定義與分類在自動機械中，凸輪機構可用于實現各種復雜的運動規(guī)律和軌跡。自動機械內燃機紡織機械在內燃機中，凸輪機構用于控制氣門的開啟和關閉，以及燃油的噴射等。在紡織機械中，凸輪機構可用于控制織物的引緯和打緯等動作。030201凸輪機構應用領域

凸輪機構發(fā)展歷程早期階段早期的凸輪機構主要采用簡單的幾何形狀，如圓形、橢圓形等。發(fā)展階段隨著工業(yè)革命的推進和機械制造技術的進步，凸輪機構的形狀和性能得到了不斷改進和完善?，F代階段現代凸輪機構設計已經實現了計算機輔助設計和優(yōu)化，使得凸輪機構的性能更加優(yōu)異，應用領域也更加廣泛。02凸輪機構工作原理及特性Chapter凸輪是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。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子或無滾子。通常凸輪是固定的，但也有移動的，即凸輪機構可作平面運動或空間運動。凸輪機構的工作原理是當凸輪回轉時，其曲線輪廓（或直線輪廓）不僅使從動件按預定規(guī)律作往復直線運動（或擺動），而且還控制從動件的往復次數（或停留時間）及位置（或相位）。凸輪機構工作原理只要適當地設計凸輪的輪廓曲線，就可以使從動件得到任意預定的運動規(guī)律，且機構簡單緊湊，設計方便。凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易磨損，所以通常多用于傳力不大的控制機構和調節(jié)機構。凸輪機構的優(yōu)點凸輪機構的缺點凸輪機構運動特性凸輪機構在工作時，從動件受到凸輪輪廓的作用力，這個作用力可以分解為徑向分力和切向分力。徑向分力使從動件產生徑向位移，即改變從動件與凸輪的接觸點的位置；切向分力使從動件產生切向加速度，即改變從動件的速度大小和方向。在設計凸輪機構時，需要根據工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后求出凸輪的輪廓曲線和相應的壓力角。最后根據壓力角和從動件的受力情況，選擇合適的材料和結構形式來制造凸輪和從動件。凸輪機構受力分析03凸輪輪廓曲線設計Chapter凸輪是一個具有特定輪廓曲線的構件，它與從動件相互作用，將主動件的連續(xù)等速轉動轉換為從動件的往復移動或擺動。凸輪輪廓曲線以凸輪最小半徑所作的圓，它是設計凸輪輪廓的基準?；鶊A推程是凸輪推動從動件移動的過程，回程是凸輪使從動件返回原位的過程，遠休止角是凸輪在推程和回程之間停止不動的角度。推程、回程與遠休止角凸輪輪廓曲線基本概念01020304等速運動規(guī)律從動件在推程和回程中作等速移動，這種規(guī)律下凸輪輪廓曲線為直線。余弦加速度運動規(guī)律從動件在推程和回程中按余弦加速度規(guī)律移動，這種規(guī)律下凸輪輪廓曲線為正弦曲線。等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程和回程中先作等加速移動，然后作等減速移動，這種規(guī)律下凸輪輪廓曲線為拋物線。組合運動規(guī)律根據實際需要，可將以上幾種運動規(guī)律組合起來使用，形成組合運動規(guī)律。常用凸輪輪廓曲線類型及特點圖解法01利用幾何作圖的方法設計凸輪輪廓曲線，這種方法直觀、簡單，但精度較低。解析法02通過建立數學模型和編寫計算機程序來設計凸輪輪廓曲線，這種方法精度高、效率高，但需要一定的數學和編程基礎。反轉法03根據相對運動原理，給整個機構加上一個公共的反轉速度，使得凸輪靜止不動，從動件和機架則以相同的速度反轉繞凸輪回轉中心轉動，據此畫出反轉后的凸輪輪廓曲線。凸輪輪廓曲線設計方法04凸輪機構從動件運動規(guī)律設計Chapter位移曲線表示從動件位移隨時間變化的曲線，反映從動件的運動軌跡。速度曲線和加速度曲線分別表示從動件速度和加速度隨時間變化的曲線，反映從動件運動的平穩(wěn)性和沖擊性。從動件運動規(guī)律描述從動件在凸輪作用下，其位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。從動件運動規(guī)律基本概念等速運動規(guī)律從動件在推程和回程中速度保持恒定，位移曲線為直線。該規(guī)律易產生剛性沖擊，適用于低速、輕載場合。等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程和回程中先以恒定加速度加速，再以恒定加速度減速，位移曲線為拋物線。該規(guī)律可減小沖擊，但加速度存在突變，適用于中速、中載場合。余弦加速度運動規(guī)律從動件在推程和回程中按余弦函數規(guī)律加速和減速，位移曲線為簡諧運動曲線。該規(guī)律無沖擊且加速度連續(xù)變化，適用于高速、重載場合。常見從動件運動規(guī)律類型及特點根據工作載荷和速度要求選擇適當的運動規(guī)律，以確保從動件運動的平穩(wěn)性和準確性。在滿足工作要求的前提下，盡量選擇簡單、易于實現的運動規(guī)律，以降低制造成本和提高機構可靠性。對于需要精確控制從動件位置和速度的場合，應選擇具有高精度和高穩(wěn)定性的運動規(guī)律。從動件運動規(guī)律選擇原則05凸輪機構壓力角與自鎖現象分析Chapter壓力角定義壓力角是指凸輪輪廓上任意點處，法線方向與從動件運動方向之間所夾的銳角。對性能影響壓力角的大小直接影響凸輪機構的傳動性能。當壓力角增大時，有效分力減小，摩擦力增大，從而降低了機構的傳動效率，甚至可能導致自鎖現象。壓力角概念及其對性能影響當凸輪機構的壓力角增大到一定程度時，摩擦力變得足夠大以至于阻止從動件的運動，從而產生自鎖現象。為了避免自鎖現象，可以采取以下措施：減小壓力角、降低摩擦系數、增加驅動力等。自鎖現象產生原因及避免措施避免措施產生原因優(yōu)化方法針對凸輪機構的壓力角優(yōu)化，可以采取以下方法：改變凸輪輪廓形狀以減小壓力角、采用多段凸輪輪廓以分散壓力角、引入變位齒輪以調整壓力角分布等。優(yōu)化效果通過優(yōu)化壓力角，可以顯著提高凸輪機構的傳動效率，降低能耗和磨損，提高機構的承載能力和使用壽命。壓力角優(yōu)化方法探討06凸輪機構設計實例與案例分析Chapter內燃機凸輪機構設計設計名稱實現內燃機氣門的高效、穩(wěn)定控制設計目標采用共軛凸輪機構，提高運動精度和穩(wěn)定性設計特點設計實例介紹凸輪機構是內燃機中的重要部件，用于控制氣門的開啟和關閉傳統(tǒng)的凸輪機構設計存在運動精度不高、穩(wěn)定性差等問題，影響內燃機性能內燃機作為動力源廣泛應用于汽車、工程機械等領域案例背景描述03設計輸出凸輪機構三維模型、運動仿真結果、性能評估報告等01設計輸入內燃機性能參數、氣門運動規(guī)律等02設計方法基于共軛凸輪機構設計原理，采用CAD/CAE技術進行建模、仿真和優(yōu)化設計過程展示共軛凸輪機構設計可應用于各種內燃機及類似機械裝置中，具有廣闊的