清華大學(xué)機(jī)械原理課件第3章凸輪機(jī)構(gòu)

清華大學(xué)機(jī)械原理課件第3章凸輪機(jī)構(gòu)Contents目錄凸輪機(jī)構(gòu)概述凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型與設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)例分析凸輪機(jī)構(gòu)概述01總結(jié)詞凸輪機(jī)構(gòu)是一種常見的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，其工作原理是通過凸輪的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動從動件進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。詳細(xì)描述凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架三個基本構(gòu)件組成。凸輪通常是一個具有曲線輪廓的盤形構(gòu)件，它可以繞固定軸線轉(zhuǎn)動；從動件是與凸輪直接接觸并跟隨其運(yùn)動的構(gòu)件，通常具有往復(fù)運(yùn)動的特點(diǎn)；機(jī)架則是固定凸輪和從動件，使其保持相對位置的構(gòu)件。凸輪機(jī)構(gòu)的定義與特點(diǎn)VS凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械系統(tǒng)中，如內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、印刷機(jī)、紡織機(jī)械等。詳細(xì)描述凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多機(jī)械系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。例如，在內(nèi)燃機(jī)中，凸輪機(jī)構(gòu)用于控制氣門的開啟和關(guān)閉；在印刷機(jī)中，凸輪機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動墨盒進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動；在紡織機(jī)械中，凸輪機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動羅拉和錠子進(jìn)行轉(zhuǎn)動。總結(jié)詞凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程可以追溯到古代，隨著工業(yè)革命的興起，凸輪機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用和改進(jìn)?？偨Y(jié)詞凸輪機(jī)構(gòu)的歷史可以追溯到古代，當(dāng)時人們已經(jīng)開始使用簡單的凸輪機(jī)構(gòu)來驅(qū)動水車等設(shè)備。隨著工業(yè)革命的興起，凸輪機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用和改進(jìn)，人們開始研究其運(yùn)動規(guī)律和設(shè)計(jì)方法，使其更加高效、可靠和精確。如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值方法的不斷發(fā)展，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化也得到了進(jìn)一步的提升。詳細(xì)描述凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型與設(shè)計(jì)02

盤形凸輪機(jī)構(gòu)定義盤形凸輪機(jī)構(gòu)是一種常見的凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪、從動件和機(jī)架組成，其中凸輪是一個繞固定軸線旋轉(zhuǎn)的圓盤。特點(diǎn)盤形凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律和軌跡，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械系統(tǒng)中。工作原理當(dāng)凸輪繞固定軸線旋轉(zhuǎn)時，從動件在凸輪的推動下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動或擺動。移動凸輪機(jī)構(gòu)是一種特殊的凸輪機(jī)構(gòu)，其中凸輪做往復(fù)直線運(yùn)動，從動件在凸輪的推動下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動。定義移動凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從動件的復(fù)雜運(yùn)動軌跡，并且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，適用于需要實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動的場合。特點(diǎn)當(dāng)凸輪做往復(fù)直線運(yùn)動時，從動件在凸輪的推動下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的往復(fù)運(yùn)動或擺動。工作原理移動凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種特殊的凸輪機(jī)構(gòu)，其中凸輪是一個繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的圓柱體。定義圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從動件的復(fù)雜運(yùn)動軌跡，并且具有較大的傳動角和較高的傳動效率。特點(diǎn)當(dāng)圓柱凸輪繞自身軸線旋轉(zhuǎn)時，從動件在凸輪的推動下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的往復(fù)運(yùn)動或擺動。工作原理圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足運(yùn)動要求、動力性能、結(jié)構(gòu)緊湊和可靠性等方面的要求。設(shè)計(jì)步驟首先確定從動件的運(yùn)動規(guī)律和軌跡要求，然后選擇合適的凸輪機(jī)構(gòu)類型，接著進(jìn)行幾何尺寸設(shè)計(jì)、受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等步驟，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和修正設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與步驟凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析03擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)從動件繞定點(diǎn)作往復(fù)擺動。移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)從動件沿垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線的方向作往復(fù)直線運(yùn)動。直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)從動件與凸輪作等速運(yùn)動或變速運(yùn)動。凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律123根據(jù)幾何關(guān)系和運(yùn)動規(guī)律建立的運(yùn)動學(xué)方程。直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)方程根據(jù)從動件擺動的角度和相關(guān)幾何參數(shù)建立的運(yùn)動學(xué)方程。擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)方程根據(jù)從動件位移、速度和加速度與凸輪轉(zhuǎn)動角度和相關(guān)幾何參數(shù)的關(guān)系建立的運(yùn)動學(xué)方程。移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)方程凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)方程確定從動件的運(yùn)動規(guī)律根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定從動件的位移、速度和加速度曲線或函數(shù)表達(dá)式。建立運(yùn)動學(xué)方程根據(jù)幾何關(guān)系、運(yùn)動規(guī)律和從動件的運(yùn)動規(guī)律，建立凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)方程。解運(yùn)動學(xué)方程對方程進(jìn)行求解，得到凸輪轉(zhuǎn)角與從動件位移、速度和加速度之間的關(guān)系。分析運(yùn)動特性根據(jù)解得的方程，分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，如急回特性、壓力角等。凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析的方法與步驟凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析04凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，從動件的速度、加速度和位移等參數(shù)隨時間變化而呈現(xiàn)一定的規(guī)律。運(yùn)動規(guī)律在凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，由于凸輪和從動件之間的接觸碰撞，可能會產(chǎn)生剛性沖擊和柔性沖擊，影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平穩(wěn)性和精度。剛性沖擊和柔性沖擊凸輪機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)動時，會產(chǎn)生較大的慣性力，同時從動件的運(yùn)動方向改變時會產(chǎn)生反向載荷，對機(jī)構(gòu)的動態(tài)性能產(chǎn)生影響。慣性力和反向載荷凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性物理模型基于凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)方程，建立凸輪機(jī)構(gòu)的物理模型，用于描述凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性和運(yùn)動過程。幾何模型通過建立凸輪機(jī)構(gòu)的基本幾何參數(shù)和運(yùn)動關(guān)系，構(gòu)建凸輪機(jī)構(gòu)的幾何模型，用于描述凸輪機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動規(guī)律。數(shù)學(xué)模型將凸輪機(jī)構(gòu)的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)方程，用于描述凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性和運(yùn)動過程，為進(jìn)一步的分析和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)模型根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)和運(yùn)動關(guān)系，建立凸輪機(jī)構(gòu)的幾何模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型。建立模型根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，求解動力學(xué)方程，獲得凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性和運(yùn)動過程。求解方程對求解結(jié)果進(jìn)行分析，評估凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)性能和運(yùn)動精度，為進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。分析結(jié)果根據(jù)分析結(jié)果，對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其動態(tài)性能和運(yùn)動精度。優(yōu)化設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)分析方法與步驟凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)例分析05減小凸輪機(jī)構(gòu)尺寸通過優(yōu)化凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如減小基圓半徑、增大從動件行程等，可以減小凸輪機(jī)構(gòu)的總體尺寸，使其更加緊湊。優(yōu)化凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以降低摩擦和磨損，提高凸輪機(jī)構(gòu)的工作效率。例如，采用滾動摩擦代替滑動摩擦，減少摩擦阻力。通過優(yōu)化凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以改善其動力學(xué)性能，如減小振動和噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，合理設(shè)計(jì)凸輪的形狀和從動件的彈簧剛度，以減小系統(tǒng)的振動。通過優(yōu)化凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以延長其使用壽命。例如，合理選擇材料和熱處理工藝，提高凸輪和從動件的耐磨性。提高凸輪機(jī)構(gòu)效率改善凸輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)性能增加凸輪機(jī)構(gòu)的使用壽命凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)案例一某汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪設(shè)計(jì)。通過對配氣機(jī)構(gòu)的工作原理和動力學(xué)特性進(jìn)行分析，確定了凸輪的基圓半徑、升程、回程等參數(shù)，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)案例二某自動機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的凸輪設(shè)計(jì)。根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了具有特定運(yùn)動規(guī)律的凸輪，實(shí)現(xiàn)了對從動件的控制。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)