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機械設(shè)計基礎(chǔ)第章凸輪匯報人:AA2024-01-12目錄凸輪基本概念與分類凸輪機構(gòu)工作原理與特性凸輪輪廓曲線設(shè)計方法凸輪機構(gòu)動力學(xué)分析凸輪材料選擇與制造工藝凸輪機構(gòu)應(yīng)用實例與前景展望01凸輪基本概念與分類凸輪是一種具有特定輪廓曲線的構(gòu)件,它通過與另一構(gòu)件(通常為從動件)的接觸或相對運動,實現(xiàn)特定的運動規(guī)律或功能。凸輪定義在機械傳動中,凸輪主要用于將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為從動件的間歇運動或復(fù)雜運動。通過合理設(shè)計凸輪的輪廓曲線,可以實現(xiàn)從動件的各種預(yù)期運動規(guī)律,滿足不同的工作需求。凸輪作用凸輪定義及作用凸輪分類根據(jù)凸輪的形狀、運動形式和應(yīng)用場合的不同,凸輪可分為盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪等類型。凸輪特點不同類型的凸輪具有各自的特點。例如,盤形凸輪結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,易于加工和安裝;移動凸輪可實現(xiàn)較大的行程和復(fù)雜的運動規(guī)律;圓柱凸輪則適用于高速、重載的傳動場合。凸輪分類與特點在自動機械中,凸輪被廣泛應(yīng)用于實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動規(guī)律和動作順序,如自動裝配線、包裝機械等。自動機械在內(nèi)燃機中,凸輪用于控制氣門的開啟和關(guān)閉,以及燃油的噴射等關(guān)鍵動作。內(nèi)燃機工業(yè)機器人中的關(guān)節(jié)驅(qū)動、末端執(zhí)行器等部分常采用凸輪機構(gòu),以實現(xiàn)精確的位置控制和復(fù)雜的動作軌跡。工業(yè)機器人此外,在紡織機械、印刷機械、食品加工機械等領(lǐng)域中,凸輪也發(fā)揮著重要作用。其他領(lǐng)域凸輪應(yīng)用領(lǐng)域02凸輪機構(gòu)工作原理與特性凸輪一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,一般為主動件,作等速回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)直線運動。被凸輪直接推動的構(gòu)件,其運動規(guī)律取決于凸輪的輪廓形狀。固定不動的構(gòu)件,起支撐和連接作用。當凸輪轉(zhuǎn)動時,其曲線輪廓或凹槽與從動件接觸并推動從動件按照預(yù)定的運動規(guī)律進行運動。從動件的運動規(guī)律可以是直線往復(fù)運動、擺動或者兩者的組合。從動件機架凸輪機構(gòu)的工作原理是凸輪機構(gòu)組成及工作原理等速運動規(guī)律從動件在推程和回程中作等速運動。這種運動規(guī)律簡單,但會產(chǎn)生剛性沖擊,只適用于低速輕載的場合。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運動,后作等減速運動。這種運動規(guī)律無剛性沖擊,但會產(chǎn)生柔性沖擊,適用于中速中載的場合。余弦加速度運動規(guī)律(簡諧運動規(guī)律)從動件在推程和回程中按余弦加速度規(guī)律運動。這種運動規(guī)律無沖擊,適用于高速重載的場合,但加速度有突變,會產(chǎn)生一定的慣性力。凸輪從動件運動規(guī)律壓力角凸輪輪廓上某點的法線方向與從動件上該點速度方向之間所夾的銳角。壓力角的大小影響機構(gòu)的傳力性能和效率。當壓力角增大時,機構(gòu)的傳力性能變差,效率降低。傳動效率凸輪機構(gòu)在傳遞動力時,由于摩擦和間隙等因素的影響,實際傳遞的功率與理論功率之比。傳動效率的高低直接影響機構(gòu)的工作性能和使用壽命。為了提高傳動效率,需要減小摩擦、降低間隙、提高制造精度和潤滑條件等。凸輪機構(gòu)壓力角與傳動效率03凸輪輪廓曲線設(shè)計方法以凸輪為靜止件,從動件作反向運動,根據(jù)相對運動原理,畫出從動件的位移線圖,即凸輪輪廓曲線。反轉(zhuǎn)法原理選擇比例尺,繪制基圓及從動件位移線圖,確定從動件運動規(guī)律及升程、回程等參數(shù),根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理繪制凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線根據(jù)從動件運動規(guī)律及凸輪機構(gòu)幾何關(guān)系,建立凸輪輪廓曲線的數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型求解輪廓曲線繪制輪廓曲線通過數(shù)學(xué)方法求解模型,得到凸輪輪廓曲線上各點的坐標值。將求解得到的坐標值在坐標系中描繪出來,即可得到凸輪輪廓曲線。030201解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線在滿足從動件運動規(guī)律及機構(gòu)性能要求的前提下,使凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、傳力性能好、振動噪聲小等。優(yōu)化目標采用數(shù)學(xué)優(yōu)化方法,如遺傳算法、粒子群算法等,對凸輪輪廓曲線進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化方法通過優(yōu)化方法得到的凸輪輪廓曲線,可使凸輪機構(gòu)性能得到進一步提升。優(yōu)化結(jié)果凸輪輪廓曲線優(yōu)化方法04凸輪機構(gòu)動力學(xué)分析驅(qū)動力分析驅(qū)動力是使凸輪機構(gòu)產(chǎn)生運動的外力,其大小和方向直接影響機構(gòu)的運動狀態(tài)。在凸輪機構(gòu)中,驅(qū)動力通常通過凸輪輪廓與從動件之間的接觸傳遞。凸輪機構(gòu)受力概述凸輪機構(gòu)在工作過程中受到多種力的作用,包括驅(qū)動力、阻力、慣性力等。這些力對凸輪機構(gòu)的運動性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。阻力分析阻力是阻礙凸輪機構(gòu)運動的外力,包括摩擦力、空氣阻力等。這些阻力會導(dǎo)致能量損失和機構(gòu)效率降低。凸輪機構(gòu)受力分析
凸輪機構(gòu)動力學(xué)模型建立動力學(xué)模型概述為了研究凸輪機構(gòu)的動態(tài)性能,需要建立相應(yīng)的動力學(xué)模型。該模型能夠描述機構(gòu)在運動過程中的受力情況和動態(tài)響應(yīng)。動力學(xué)方程建立根據(jù)牛頓第二定律和達朗貝爾原理,可以建立凸輪機構(gòu)的動力學(xué)方程。這些方程包括機構(gòu)的位移、速度、加速度以及受力之間的關(guān)系。模型參數(shù)確定在建立動力學(xué)模型時,需要確定一些關(guān)鍵參數(shù),如質(zhì)量、剛度、阻尼等。這些參數(shù)可以通過實驗測量或經(jīng)驗公式獲得。動態(tài)響應(yīng)概述動態(tài)響應(yīng)是指凸輪機構(gòu)在受到外力作用后的運動表現(xiàn)。通過分析動態(tài)響應(yīng),可以了解機構(gòu)的運動規(guī)律、振動特性以及穩(wěn)定性。動態(tài)響應(yīng)求解方法求解凸輪機構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)可以采用數(shù)值方法,如有限元法、有限差分法等。這些方法能夠模擬機構(gòu)的真實運動情況,并給出相應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)結(jié)果。穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性是指凸輪機構(gòu)在受到擾動后能夠恢復(fù)到原有平衡狀態(tài)的能力。通過分析機構(gòu)的穩(wěn)定性,可以判斷其是否容易發(fā)生振動或失穩(wěn)現(xiàn)象,并為設(shè)計提供改進建議。凸輪機構(gòu)動態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性分析05凸輪材料選擇與制造工藝耐磨性好,減震能力強,但強度較低。鑄鐵強度高,耐磨性較好,但成本較高。鋼重量輕,耐腐蝕,但強度和耐磨性相對較差。鋁合金重量輕,耐腐蝕,自潤滑,但強度和耐磨性較差,耐高溫性能差。工程塑料常用凸輪材料及其特性凸輪制造工藝簡介適用于形狀復(fù)雜的凸輪,成本低,但精度和表面質(zhì)量較差。適用于承受重載和沖擊的凸輪,強度高,耐磨性好。適用于高精度和高表面質(zhì)量的凸輪,但成本較高。適用于形狀復(fù)雜、精度要求高的凸輪,成本適中。鑄造鍛造切削加工粉末冶金根據(jù)凸輪的工作條件和要求選擇合適的材料。選擇合適的材料通過優(yōu)化凸輪的輪廓形狀和尺寸,減少應(yīng)力集中和摩擦磨損。優(yōu)化設(shè)計采用表面淬火、滲碳淬火等表面處理技術(shù),提高凸輪表面的硬度和耐磨性。表面處理采用合適的潤滑劑和潤滑方式,減少凸輪與從動件之間的摩擦磨損。潤滑提高凸輪耐磨性和壽命措施06凸輪機構(gòu)應(yīng)用實例與前景展望內(nèi)燃機氣門驅(qū)動在內(nèi)燃機中,凸輪機構(gòu)用于驅(qū)動氣門開閉,控制進氣和排氣過程。通過凸輪的輪廓形狀和轉(zhuǎn)動角度,可以精確控制氣門的開啟和關(guān)閉時刻,以及氣門的升程。在自動化生產(chǎn)線中,凸輪機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于傳送帶、分揀裝置和包裝機械等設(shè)備中。通過合理設(shè)計凸輪的輪廓形狀和傳動方式,可以實現(xiàn)物品的自動傳送、定位和分揀等功能。在紡織機械中,凸輪機構(gòu)用于控制紗線的喂入、牽伸和卷取等過程。通過凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動和輪廓形狀的變化,可以實現(xiàn)對紗線的精確控制和調(diào)節(jié),保證紡織品的質(zhì)量和產(chǎn)量。自動化生產(chǎn)線紡織機械典型凸輪機構(gòu)應(yīng)用實例介紹計算機輔助設(shè)計(CAD)利用CAD軟件可以方便地進行凸輪輪廓的設(shè)計和修改,同時可以進行運動仿真和性能分析,提高設(shè)計效率和準確性。優(yōu)化設(shè)計采用優(yōu)化算法對凸輪機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,可以實現(xiàn)機構(gòu)性能的最優(yōu)化。例如,通過優(yōu)化凸輪的輪廓形狀和傳動方式,可以降低機構(gòu)的振動和噪音,提高機構(gòu)的傳動效率和可靠性。有限元分析(FEA)利用有限元分析軟件可以對凸輪機構(gòu)進行強度和剛度分析,預(yù)測機構(gòu)的疲勞壽命和可靠性。通過FEA分析,可以優(yōu)化凸輪的材料和結(jié)構(gòu),提高機構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性?,F(xiàn)代設(shè)計方法在凸輪機構(gòu)中應(yīng)用要點三智能化發(fā)展隨著人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展,未來凸輪機構(gòu)的設(shè)計將更加智能化。通過引入智能算法和自適應(yīng)控制技術(shù),可以實現(xiàn)凸輪機構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和智能控制,提高機構(gòu)的自適應(yīng)能力和智能化水平。要點一要點二高性能材料應(yīng)用新型高性能材料的應(yīng)用
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