《凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)新》課件

《凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)新》課程目標(biāo)掌握凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理深入理解凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理，掌握凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。提升實(shí)際應(yīng)用能力能夠獨(dú)立完成凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。培養(yǎng)創(chuàng)新思維鼓勵學(xué)生探索新的設(shè)計(jì)思路，開發(fā)更高效、更可靠的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識回顧凸輪旋轉(zhuǎn)或擺動部件，具有特定形狀的輪廓，用于控制從動件的運(yùn)動從動件與凸輪輪廓接觸并受其驅(qū)動的部件，通常用于實(shí)現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從動件連接凸輪和從動件的部件，例如彈簧、連桿等，用于傳遞力和運(yùn)動凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪形狀分類包括盤形凸輪、鼓形凸輪、圓柱凸輪等。按從動件類型分類包括平移從動件凸輪機(jī)構(gòu)、擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)等。按運(yùn)動規(guī)律分類包括等速運(yùn)動凸輪機(jī)構(gòu)、等加速等減速運(yùn)動凸輪機(jī)構(gòu)等。位移分析1理論位移曲線根據(jù)凸輪型線計(jì)算出理論位移2實(shí)際位移曲線考慮制造誤差和安裝誤差的實(shí)際位移3位移誤差實(shí)際位移與理論位移的差異速度分析1瞬時速度凸輪輪廓上某點(diǎn)的速度2平均速度凸輪轉(zhuǎn)過一定角度的時間間隔內(nèi)的平均速度3最大速度凸輪轉(zhuǎn)動一周內(nèi)的最大速度加速度分析速度變化率加速度分析是指研究凸輪機(jī)構(gòu)中從動件的速度變化率，即加速度。運(yùn)動規(guī)律加速度分析有助于了解從動件的運(yùn)動規(guī)律，包括速度變化趨勢和加速度大小。動態(tài)特性加速度分析可以揭示凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性，例如沖擊和振動。作用力分析1凸輪輪廓凸輪輪廓的形狀和尺寸會影響作用在從動件上的力的大小和方向。2從動件質(zhì)量從動件的質(zhì)量會影響作用在它上的慣性力的大小。3運(yùn)動速度從動件的運(yùn)動速度會影響作用在它上的慣性力的大小和方向。4摩擦力凸輪和從動件之間的摩擦力會影響作用在從動件上的力的平衡。凸輪型線的設(shè)計(jì)凸輪型線的設(shè)計(jì)是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，直接影響著機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和工作性能。設(shè)計(jì)時需要綜合考慮多種因素，如：運(yùn)動規(guī)律、速度、加速度、作用力、材料強(qiáng)度、加工精度等。平面凸輪的設(shè)計(jì)平面凸輪的設(shè)計(jì)是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常見的一種類型。它主要用于實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，例如，機(jī)械手臂的移動、自動門開關(guān)等。平面凸輪的設(shè)計(jì)步驟如下:確定凸輪廓線的類型確定凸輪廓線的參數(shù)繪制凸輪廓線進(jìn)行運(yùn)動分析和受力分析優(yōu)化凸輪廓線空間凸輪的設(shè)計(jì)三維設(shè)計(jì)使用三維建模軟件，例如SolidWorks或AutoCAD，創(chuàng)建空間凸輪的數(shù)字模型，以便進(jìn)行虛擬測試和優(yōu)化。制造工藝空間凸輪的制造通常需要使用CNC加工、3D打印或其他高級制造技術(shù)。應(yīng)用空間凸輪廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、航空航天和其他需要復(fù)雜運(yùn)動的領(lǐng)域。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。缺點(diǎn)制造精度要求高，磨損較大，噪聲較大，運(yùn)行速度受限。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程1確定運(yùn)動規(guī)律確定凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，如等速、勻加速、勻減速等2選擇凸輪型線根據(jù)運(yùn)動規(guī)律選擇合適的凸輪型線，如直線型、圓弧型、拋物線型等3設(shè)計(jì)凸輪輪廓根據(jù)選定的凸輪型線，設(shè)計(jì)出凸輪的輪廓形狀4計(jì)算參數(shù)計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)，如凸輪半徑、滾子半徑、行程等5繪制圖紙繪制凸輪機(jī)構(gòu)的工程圖，包括凸輪、從動件、支架等的尺寸和形狀設(shè)計(jì)完成后，還需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、振動等方面的分析，并進(jìn)行必要的優(yōu)化。最終，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料和制造工藝，生產(chǎn)出合格的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪材料的選擇材料強(qiáng)度凸輪材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和硬度，以承受工作負(fù)載和磨損。耐磨性凸輪材料應(yīng)具有良好的耐磨性，以延長其使用壽命?？蛊谛酝馆啿牧蠎?yīng)具有良好的抗疲勞性，以防止在反復(fù)加載下發(fā)生斷裂。凸輪機(jī)構(gòu)的潤滑潤滑劑選擇根據(jù)工作條件，選擇合適的潤滑劑，如油脂、潤滑油等。潤滑方式常用的潤滑方式包括油浴潤滑、油脂潤滑、噴油潤滑等。潤滑周期定期檢查潤滑狀態(tài)，及時補(bǔ)充或更換潤滑劑。凸輪機(jī)構(gòu)的制造工藝選擇材料根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工況選擇合適的材料，如鋼材、鑄鐵、塑料等。加工方法常用的加工方法有銑削、車削、磨削等。選擇合適的加工方法可以提高加工精度和效率。表面處理表面處理可以提高凸輪機(jī)構(gòu)的耐磨性、抗腐蝕性和外觀。裝配凸輪機(jī)構(gòu)的裝配需要保證各個部件的精度和配合，并進(jìn)行必要的調(diào)試。凸輪機(jī)構(gòu)的熱處理1淬火提高凸輪的硬度和耐磨性，延長使用壽命。2回火降低凸輪的脆性，提高其韌性。3表面處理提高凸輪的表面硬度和耐磨性，提高其抗腐蝕能力。凸輪機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)與裝配1檢驗(yàn)尺寸、形狀2裝配安裝精度3調(diào)試性能穩(wěn)定性凸輪機(jī)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)定期檢查定期檢查凸輪機(jī)構(gòu)的磨損情況，及時更換磨損的零件。潤滑保養(yǎng)定期添加潤滑油，確保凸輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。清潔維護(hù)定期清潔凸輪機(jī)構(gòu)，避免灰塵和雜物進(jìn)入，影響機(jī)構(gòu)的正常工作。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析1分析汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟。以某款汽車發(fā)動機(jī)為例，探討凸輪機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)過程，并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評估和分析。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析2案例2：高精度伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，探討如何利用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度定位和運(yùn)動控制。著重分析凸輪輪廓設(shè)計(jì)、材料選擇和加工精度對伺服性能的影響，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景進(jìn)行案例分析。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析3本案例分析探討了凸輪機(jī)構(gòu)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用，以**機(jī)器人手臂**為例，展示了凸輪機(jī)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動控制，以完成復(fù)雜的任務(wù)。通過分析機(jī)器人手臂的運(yùn)動軌跡，我們可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的凸輪型線，確保手臂在每個位置都能夠?qū)崿F(xiàn)精確的運(yùn)動，并完成預(yù)定的操作，例如抓取、放置、焊接等。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析4這是一個關(guān)于高速凸輪機(jī)構(gòu)的案例分析。該機(jī)構(gòu)用于高速切削機(jī)床，要求高精度、高效率和高可靠性。通過優(yōu)化凸輪輪廓和機(jī)構(gòu)參數(shù)，該設(shè)計(jì)成功地將切削速度提高了20%，同時降低了噪聲和振動，提高了加工精度。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析5汽車發(fā)動機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)在汽車發(fā)動機(jī)中用于控制氣門開閉時間，實(shí)現(xiàn)最佳燃燒效率。高速精密設(shè)備例如數(shù)控機(jī)床，凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高精度、高速的運(yùn)動控制，提高加工效率。自動化設(shè)備凸輪機(jī)構(gòu)在自動化包裝機(jī)等設(shè)備中用于控制運(yùn)動部件的精確位置和時間，提高生產(chǎn)效率。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析6汽車發(fā)動機(jī)凸輪軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)汽車發(fā)動機(jī)凸輪軸，需要考慮發(fā)動機(jī)性能要求，例如氣門開啟時間和升程。印刷機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)印刷機(jī)中使用凸輪機(jī)構(gòu)來控制紙張的移動和墨水的供應(yīng)。自動售貨機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)使用凸輪機(jī)構(gòu)來控制商品的投放和機(jī)械臂的動作。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析7本案例將詳細(xì)分析一個實(shí)際應(yīng)用中常見的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如用于發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸設(shè)計(jì)。我們將探討該案例中的凸輪機(jī)構(gòu)類型、運(yùn)動規(guī)律、尺寸設(shè)計(jì)、材料選擇以及制造工藝等方面的細(xì)節(jié)，并分享一些經(jīng)驗(yàn)和技巧。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析8案例8：某自動包裝機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。要求：設(shè)計(jì)一個高速、高精度、高可靠性的凸輪機(jī)構(gòu)，用于控制包裝機(jī)的包裝袋封口過程。設(shè)計(jì)思路：采用高精度滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)，并對凸輪型線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和精度。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析9案例分析是學(xué)習(xí)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，通過分析實(shí)際案例，可以加深對凸輪機(jī)構(gòu)工作原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用領(lǐng)域的理解。案例分析9可以是：自動門開啟機(jī)構(gòu)、自動售貨機(jī)取貨機(jī)構(gòu)、自動包裝機(jī)封口機(jī)構(gòu)等。這些案例可以涉及凸輪機(jī)構(gòu)的多種類型，例如：平面凸輪機(jī)構(gòu)、空間凸輪機(jī)構(gòu)，以及不同類型的凸輪曲線，例如：等速曲線、等加速度曲線、S曲線等等。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析10本案例分析展示了如何應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題，例如發(fā)動機(jī)氣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動化機(jī)械手設(shè)計(jì)等。通過分析案例，學(xué)生可以加深對凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的理解，