《chap凸轮机构》课件

《凸轮机构》课件本课件详细介绍了凸轮机构的类型、工作原理、设计方法和应用实例内容涵盖平面凸轮机构、空间凸轮机构、凸轮机构的运动分析、动力分析以及机构的优化设计等方面WD课程大纲凸轮机构简介凸轮机构的基本组成介绍凸轮机构的概念、分类以及讲解凸轮机构的基本组成部分，在机械传动中的应用包括凸轮、从动件和机架凸轮机构的分类凸轮机构的设计与分析详细介绍各种类型的凸轮机构，重点讲解凸轮机构的设计流程，例如圆弧凸轮机构、剪角凸轮机包括参数确定、曲线绘制、运动构等分析和优化设计凸轮机构简介广泛应用高精度运动运动转换凸轮机构在各种机械中发挥着关键作用，从凸轮机构可以实现复杂的运动轨迹，提供精凸轮机构将旋转运动转换为往复运动或其他汽车发动机到工业机器，都有应用准控制，满足精密机械要求复杂运动，实现机械功能凸轮机构的基本组成凸轮从动件12凸轮是机构的核心部件，形状从动件被凸轮的轮廓推动或牵不规则，通常为旋转或摆动运引，通常执行直线或往复运动动滚子轴承34滚子连接从动件，用于减小摩轴承用于支撑凸轮和从动件，擦，提高运动精度，保证接触降低运动阻力，确保机构运行面平稳稳定凸轮机构的基本工作原理凸轮旋转1凸轮绕其轴线旋转从动件运动2凸轮轮廓推动从动件运动规律3凸轮轮廓决定从动件的运动规律凸轮机构的工作原理主要基于凸轮的旋转运动和从动件的相对运动凸轮机构的分类按凸轮轮廓形状分类按驱动方式分类按滚子形状分类按用途分类凸轮机构可以根据凸轮的轮廓凸轮机构可以根据驱动方式分凸轮机构可以根据滚子的形状凸轮机构可以根据用途分为机形状分为圆弧凸轮、剪角凸为旋转凸轮机构和移动凸轮机分为圆柱滚子凸轮机构、球形械加工凸轮机构、自动控制凸轮、椭圆凸轮、双曲线凸轮、构滚子凸轮机构、针形滚子凸轮轮机构、自动化设备凸轮机构任意曲线凸轮等机构等等圆弧凸轮机构圆弧凸轮机构是一种常见的凸轮机构类型，其凸轮廓线由圆弧组成圆弧凸轮机构具有结构简单、加工方便的特点，广泛应用于各种机械设备中圆弧凸轮机构的凸轮轮廓线可以是单个圆弧，也可以是多个圆弧拼接而成，其运动规律可以根据实际需要进行设计，以实现不同的功能剪角凸轮机构剪角凸轮机构是一种常用的凸轮机构，它利用凸轮的剪角部分来实现特定的运动轨迹剪角凸轮通常由圆弧部分和直线部分组成圆弧部分用于产生平稳的运动，而直线部分用于产生快速或停顿的运动剪角凸轮机构常用于自动化生产线中，例如，用于控制机械手抓取工件或进行装配作业椭圆凸轮机构椭圆凸轮机构是一种常见的凸轮机构类型，其凸轮廓线为椭圆形椭圆凸轮机构的特点是运动规律较为简单，易于设计和制造，并且可以实现较高的运动精度由于其运动规律的特殊性，它在一些特定的应用领域具有独特的优势，例如在某些需要高精度、高效率的机械设备中，椭圆凸轮机构被广泛应用椭圆凸轮机构的应用场景较为广泛，例如在机床、自动化设备、印刷机械等领域都得到了广泛的应用例如，在机床中，椭圆凸轮机构可以用于控制刀具的运动轨迹，实现精密加工；在自动化设备中，椭圆凸轮机构可以用于控制执行机构的运动，提高设备的自动化程度双曲线凸轮机构双曲线凸轮机构是凸轮机构的一种常见类型，它采用双曲线作为凸轮廓线这种设计可以实现较大的从动件运动范围和较高的速度，常用于需要高精度和高速的场合双曲线凸轮机构的设计相对复杂，需要进行精准的数学计算和仿真分析由于其独特的结构特性，双曲线凸轮机构在工程领域中得到了广泛应用，例如自动化生产线、机械加工设备、精密仪器等该机构能够有效地提高生产效率和产品质量，同时降低生产成本任意曲线凸轮机构轮廓复杂运动轨迹多样化设计制造难度大轮廓形状可以根据具体的需求而定制，例如可以实现更复杂的运动规律，如加速、减需要使用专业的CAD软件进行设计和制圆弧、直线、抛物线等，具有更高的灵活速、恒速等，满足各种机械运动需求造，对加工精度和制造工艺要求较高性凸轮机构的常见设计参数凸轮基圆半径从动件行程凸轮旋转角凸轮速度凸轮基圆半径是凸轮轮廓的最从动件行程是指从动件在凸轮凸轮旋转角是指凸轮旋转一周凸轮速度是指凸轮旋转的速小半径，它决定了凸轮的尺寸旋转一周内移动的距离，它决内从动件运动所对应的角度，度，它决定了机构的运动速度和滚子与凸轮之间的最小间定了机构的输出运动范围它决定了机构的运动时间和速和加速度隙度凸轮基准圆的确定功能要求1确保凸轮机构正常工作运动规律2满足机构运动需求尺寸限制3考虑空间和材料限制强度要求4避免凸轮机构失效凸轮基准圆是凸轮轮廓线的基础，其大小直接影响机构的尺寸、运动规律和强度确定凸轮基准圆需要综合考虑功能要求、运动规律、尺寸限制和强度要求等因素法向接触曲线的确定确定滚子中心轨迹1根据凸轮的形状和运动规律，确定滚子中心在凸轮平面上的轨迹绘制法线2对滚子中心轨迹上的每个点，绘制一条垂直于该点的切线的法线确定接触点3法线与滚子半径的交点即为法向接触点，连接这些点即可得到法向接触曲线凸轮尺寸的确定确定凸轮轮廓尺寸根据凸轮机构的运动规律、工作空间以及制造工艺要求确定凸轮轮廓的尺寸，包括凸轮基圆半径、凸轮轮廓外形尺寸等确定凸轮轴尺寸根据凸轮机构的负载大小、转速以及材料强度等因素确定凸轮轴的尺寸，包括轴径、轴长、键槽尺寸等确定凸轮材料尺寸根据凸轮机构的工作环境、使用寿命、成本等因素选择合适的材料，确定凸轮材料的尺寸和形状，保证凸轮机构能够承受负载和磨损滚子尺寸的确定滚子直径1滚子直径应小于凸轮轮廓的最小曲率半径，确保滚子不会陷入凸轮轮廓，并保持良好的接触状态滚子长度2滚子长度应大于凸轮的宽度，确保滚子始终与凸轮接触，提高机构的稳定性和可靠性滚子材料3滚子材料应具有良好的抗磨损性、抗疲劳强度，以及抗冲击性能，以确保滚子的耐用性和工作寿命凸轮机构的动力学分析运动学分析动力学分析分析凸轮机构中各构件的运动规律，包括速度、加速度等主要分析凸轮机构中各构件的受力情况，包括惯性力、摩擦力、弹簧方法包括位移曲线法、速度曲线法、加速度曲线法力等主要方法包括牛顿第二定律、动量定理、动量矩定理凸轮机构的振动分析振动产生的原因振动对系统的影响12凸轮机构的振动通常是由凸轮振动会导致噪声、磨损、疲轮廓的非线性运动、零件的间劳，甚至影响系统精度和稳定隙和摩擦引起的性，严重影响使用寿命分析方法控制措施34常见分析方法包括时域分析、控制措施包括优化凸轮轮廓、频域分析和模态分析，以及有改进零件精度、减小摩擦、使限元分析等用阻尼材料等凸轮机构的几何误差分析误差来源误差类型凸轮机构的几何误差主要来自凸包括尺寸误差、形状误差和位置轮轮廓的制造误差和安装误差误差，以及由加工精度和装配精度造成的误差分析方法采用几何测量方法、误差传递分析方法和数值模拟方法，来评估几何误差的影响凸轮机构的摩擦损耗分析摩擦系数速度接触压力润滑滚子与凸轮之间的摩擦系数会高速运转会导致摩擦热增加，接触压力越大，摩擦力越大，合适的润滑可以降低摩擦系影响摩擦损耗加速磨损损耗也越大数，减少摩擦损耗凸轮机构的润滑设计润滑油的选择润滑方式根据工作条件和环境温度选择合适的润滑常用的润滑方式包括油浴润滑、油脂润滑油润滑油应具有良好的粘度、抗氧化性和喷雾润滑等选择合适的润滑方式取决能和抗磨性能，并能有效防止金属表面磨于凸轮机构的具体结构和工作条件损凸轮机构的材料选择耐磨性强度凸轮和滚子直接接触，需要耐磨材料，防止磨损，延长寿凸轮机构承受高负荷和冲击，需要高强度材料，防止断裂和命变形硬度弹性硬度高的材料可以有效抵抗磨损和刮伤，延长使用寿命弹性良好的材料可以吸收冲击力，减少振动，提高运行平稳性凸轮机构的典型应用案例凸轮机构在机械工程领域应用广泛，例如汽车发动机中的凸轮轴，用于控制气门开闭，实现高效燃烧其他应用还包括印刷机、缝纫机、包装机械等，凸轮机构可用于控制运动部件的精确位置和速度，实现各种自动化功能凸轮机构的制造工艺材料加工凸轮机构的材料选择取决于其工作环境和性能要求通常使用钢材、铸铁或非金属材料，例如工程塑料机械加工凸轮轮廓通常使用数控铣床或数控车床加工，确保精确度和轮廓的平滑度表面处理为了提高凸轮机构的耐磨性、抗腐蚀性和润滑性能，进行表面处理装配调试根据设计要求，将加工好的凸轮、从动件和轴承等部件进行装配，并进行必要的调试，以确保机构的正常运行凸轮机构的装配与调试凸轮机构装配需要仔细检查凸轮轮廓、滚子尺寸、轴承和紧固件等部件安装凸轮和从动件1确保凸轮和从动件的相对位置正确检查间隙和配合2检查凸轮与滚子的间隙，确保运动平稳润滑和密封3根据需要润滑凸轮机构，并检查密封的可靠性调试过程中，需要调整凸轮的安装角度和滚子的预紧力等参数，以确保凸轮机构的精确运动凸轮机构的故障诊断与维修常见故障诊断方法维修方式预防措施•磨损目视检查、测量、声学检测、更换部件、修复磨损、调整间定期维护、使用优质材料、合振动分析隙、更换润滑油理润滑、避免超载•断裂•松动凸轮机构的仿真与优化设计仿真软件优化算法原型制作利用专业仿真软件，例如ADAMS或运用遗传算法、粒子群算法等优化算法，对基于仿真结果，制作凸轮机构的原型，进行ANSYS，对凸轮机构进行运动学和动力学分凸轮机构的几何参数进行优化，以提高机构实验验证，以确保设计方案的可靠性和可制析，验证设计方案的可行性的运动精度和效率造性凸轮机构的发展趋势智能化轻量化结合人工智能技术，实现凸轮机使用新型材料和先进制造工艺，构的自动设计、优化和控制，提减轻凸轮机构重量，降低能耗和高效率和精度提高运动速度模块化多功能化采用标准化模块，方便组装和维开发具有多种功能的凸轮机构，护，降低设计和生产成本以满足各种应用需求，提高灵活性本课程的小结与总结本课程深入探讨了凸轮机构的设计、分析、制造、应用等方面从理论基础到实际应用，帮助学生全面掌握凸轮机构的知识。