機械原理第九章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

機械原理第九章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計本節(jié)課將討論凸輪機構(gòu)的各種形式、設(shè)計方法和制造工藝。這些機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如汽車制造和機械加工。凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)有多種類型，可以根據(jù)其形狀和用途進行分類。其中，最常見的類型包括級差凸輪機構(gòu)、錐形凸輪機構(gòu)、法向旋轉(zhuǎn)凸輪機構(gòu)、偏心盤凸輪機構(gòu)、滾珠凸輪機構(gòu)、窄凸輪機構(gòu)和雙動式凸輪機構(gòu)。級差凸輪機構(gòu)普遍用于轉(zhuǎn)動周期為一圈的機器，例如織布機。錐形凸輪機構(gòu)主要用于瞬間動作的機器，例如縫紉機和機床。法向旋轉(zhuǎn)凸輪機構(gòu)適用于高速運動機器中的運動部件。偏心盤凸輪機構(gòu)可用于大功率機器，例如汽車發(fā)動機上的氣門機構(gòu)。凸輪機構(gòu)的構(gòu)成要素凸輪機構(gòu)是由凸輪、跟隨件、滑塊和連接件等幾個基本組成部分構(gòu)成的。凸輪凸輪形狀的不同對機械部件的運動軌跡產(chǎn)生重大影響。跟隨件跟隨件的作用是接觸凸輪并沿著其輪廓滑動?；瑝K滑塊可用于將凸輪機構(gòu)的線性運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。連接件連接件的作用是將凸輪機構(gòu)連接到其他機械部件上。凸輪的形式及參數(shù)凸輪的形狀和尺寸決定了凸輪機構(gòu)的運動方式和特性。一些常見的凸輪形式包括圓柱形凸輪、心形凸輪和橢圓形凸輪。凸輪的參數(shù)包括凸輪半徑、凸輪高度和凸輪角度等。1圓柱形凸輪這是一種最簡單和最常見的凸輪形式，可用于產(chǎn)生往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動。2心形凸輪可用于產(chǎn)生復(fù)雜的凸輪運動，在繡花機和縫紉機等機器中得到廣泛應(yīng)用。3橢圓形凸輪可用于產(chǎn)生復(fù)雜的往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動，普遍用于汽車和機械加工等領(lǐng)域。凸輪的設(shè)計方法凸輪的設(shè)計需要考慮多個因素，例如所需的運動、凸輪機構(gòu)的空間限制和制造工藝。其中，最常見的凸輪設(shè)計方法包括圖解法和計算機輔助設(shè)計。圖解法使用手繪圖和模型來設(shè)計凸輪輪廓，并在試驗臺上進行測試和改進。計算機輔助設(shè)計使用計算機工具進行凸輪輪廓的仿真和優(yōu)化，允許更快地進行設(shè)計和修改。凸輪上的跟隨件凸輪上的跟隨件有多種類型，包括壓桿、滑塊和扇形件等。這些跟隨件可用于實現(xiàn)不同的凸輪運動，例如往復(fù)、旋轉(zhuǎn)和振蕩運動。壓桿可用于產(chǎn)生直線往復(fù)運動，例如在汽車引擎中的氣門機構(gòu)中應(yīng)用?；瑝K可用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、往復(fù)和振蕩運動，在飛機發(fā)動機和磨削機中應(yīng)用。扇形件可用于產(chǎn)生任意的凸輪運動，在縫紉和印刷機器中得到廣泛應(yīng)用。凸輪機構(gòu)的運動分析對凸輪機構(gòu)的運動進行分析可幫助我們預(yù)測其運動軌跡和特性。其中，運動分析方法包括定位法和向量法。1定位法通過確定機械部件的幾何特性和位置，推導(dǎo)出凸輪機構(gòu)的位移和速度等信息。2向量法使用向量來描述機械部件的運動狀態(tài)和相對位置，從而推導(dǎo)出凸輪機構(gòu)的運動特性。好的凸輪機構(gòu)應(yīng)具備的特性好的凸輪機構(gòu)應(yīng)該具備以下幾個特性：穩(wěn)定性、精度、可靠性和高效性。1穩(wěn)定性機械部件應(yīng)該以平穩(wěn)的速度移動，并避免任何不必要的振動。2精度凸輪機構(gòu)應(yīng)該精確地控制每個運動部件的運動軌跡，從而確保機器的性能。3可靠性機械部件應(yīng)該可以承受長時間使用和加重負(fù)荷，并在不需要維修的情況下繼續(xù)正常運行。4高效性凸輪機構(gòu)應(yīng)該通過最小化機械部件之間的摩擦和阻力來提高效率。凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，例如機械制造、汽車制造和紡織機械等。其中，具有代表性的應(yīng)用包括在汽車引擎中的氣門機構(gòu)、織布機中的凸輪機構(gòu)、機床中的凸輪機構(gòu)等。汽車引擎凸輪機構(gòu)通常用于控制氣門或油門的運動，從而使發(fā)動機能夠正常運行。紡織機械織布機和紡紗機等紡織機械中的凸輪機構(gòu)，能夠?qū)⒓喚€和織布按照需要的方式編織產(chǎn)生各種紡織品。機械加工凸輪機構(gòu)在機床上的應(yīng)用主要用于控制夾具和工件的運動，從而實現(xiàn)不同的機械加工過程。凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點和改進方法凸輪機構(gòu)的優(yōu)點包括具有高度的精度和可控性，和高效性等。不足之處是復(fù)雜性和制造成本較高。凸輪機構(gòu)可以通過優(yōu)化設(shè)計和使用先進的制造工藝等方式進行改進。優(yōu)點精度高可控性強高效性好不足復(fù)雜性高制造成本高改進方法選擇合適的凸輪形狀優(yōu)化跟隨件的形狀和材料使用先進的制造工藝常見凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點常見的凸輪機構(gòu)有錐形凸輪、級差凸輪、法向旋轉(zhuǎn)凸輪、窄凸輪、偏心盤凸輪、雙動式凸輪、滾珠凸輪等。每種凸輪機構(gòu)都有其特點和適用范圍。1錐形凸輪由于凸輪與凸輪件之間的壓力大，常用于需要高負(fù)載、高速度、高精度和穩(wěn)定性的機器。2級差凸輪簡單、易于調(diào)整，通常只在需要簡單往復(fù)運動的機器中使用，例如某些織布機。3法向旋轉(zhuǎn)凸輪適用于需要高角速度的某些機械部件。4窄凸輪鐘形入口可減小凸輪與跟隨件之間的沖擊，減輕磨損和振動。5偏心盤凸輪普遍應(yīng)用于發(fā)動機的氣門驅(qū)動機構(gòu)中等，可在盡可能小的空間內(nèi)產(chǎn)生所需的凸輪運動。6雙動式凸輪可用于所有類型的運動，并具有很高的自動調(diào)節(jié)性能，廣泛應(yīng)用于空氣壓縮機、流量計等。7滾珠凸輪由于在軸承上滾動，故速度快，但制造成本較高。凸輪機構(gòu)的制造工藝凸輪機構(gòu)的制造工藝包括數(shù)控加工、CNC加工和熱處理等。這些高精度的加工工藝，可確保凸輪機構(gòu)的精度和質(zhì)量，并提高其使用壽命。數(shù)控加工使用數(shù)控機床進行高精度的機械加工。CNC加工使用計算機操作的機床進行凸輪的CAD和CAM制造，制造出高精度和高質(zhì)量的凸輪機構(gòu)。熱處理通過加熱和冷卻凸輪來提高其硬度和強度，從而使用壽命更長。凸輪機構(gòu)中動、靜件的優(yōu)化設(shè)計方法動、靜件在凸輪機構(gòu)中起著重要的作用。優(yōu)化它們的設(shè)計有助于提高機