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机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
汇报人：AA
2024-01-14
目录
CONTENTS
凸轮机构概述
凸轮机构工作原理及特点
凸轮轮廓曲线设计
凸轮机构基本尺寸确定
凸轮机构受力分析及强度校核
凸轮机构设计实例与案例分析
01
CHAPTER
凸轮机构概述
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
根据凸轮形状的不同，可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构等。
凸轮机构分类
凸轮机构定义
发展阶段
随着工业革命的推进和机械制造技术的进步，凸轮机构的形状和运动规律逐渐复杂化，以满足各种不同的生产需求。
早期阶段
早期的凸轮机构主要采用简单的几何形状，如圆形、椭圆形等，运动规律较为单一。
现代阶段
现代凸轮机构设计借助计算机技术和先进的制造技术，可实现高精度、高效率的设计和生产，使得凸轮机构在各个领域的应用更加广泛和深入。
02
CHAPTER
凸轮机构工作原理及特点
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子或无滚子。大多数凸轮机构中，顶杆（被压件）设计为对凸轮施加最小传动负荷，顶杆为被动件，设计凸轮在顶杆上滑动。
优点
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到任意预定的运动规律，而且机构简单紧凑，设计方便。
缺点
凸轮与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构和调节机构中。
结构简单、紧凑、设计方便，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化产品装置中大量应用凸轮机构，它可以实现各种复杂的运动要求。
优点
凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。
缺点
03
CHAPTER
凸轮轮廓曲线设计
从动件在推程或回程中，其位移随时间呈线性关系。
等速运动规律
设计方法
注意事项
根据从动件的运动规律，利用反转法原理，求出凸轮的轮廓曲线。
等速运动规律会导致凸轮轮廓曲线存在尖点或凹坑，引起冲击和噪声，因此需对其进行修正。
03
02
01
等加速等减速运动规律
从动件在推程或回程中，先作等加速运动，后作等减速运动，速度变化连续且平滑。
从动件在推程或回程中，按照简谐振动规律运动，即位移随时间呈正弦或余弦函数关系。
简谐运动规律
根据从动件的运动规律，利用解析法或图解法求出凸轮的轮廓曲线。
设计方法
简谐运动规律可使从动件的运动更加平稳，减小了冲击和噪声，但凸轮轮廓曲线的形状较为复杂。
注意事项
04
CHAPTER
凸轮机构基本尺寸确定
压力角定义
压力角是凸轮轮廓曲线上某点的法线与从动件运动方向之间的夹角，它反映了凸轮机构传力性能的好坏。
选择原则
在选择压力角时，应使凸轮机构具有良好的传力性能和较小的磨损。一般来说，推荐的最大压力角为30°~45°。对于高速、重载或受力较大的凸轮机构，应取较小的压力角。
滚子半径是凸轮轮廓曲线与从动件接触处的半径，它对凸轮机构的运动特性和受力情况有重要影响。
滚子半径定义
在选择滚子半径时，需考虑凸轮机构的运动精度、受力情况以及制造工艺等因素。通常，滚子半径应略小于理论轮廓曲线的曲率半径，以保证从动件运动的平稳性和减小磨损。同时，滚子半径也不宜过小，以免增加制造难度和成本。
选择依据
05
CHAPTER
凸轮机构受力分析及强度校核
03
有限元分析
利用有限元方法，对凸轮机构进行受力分析，得到更精确的结果。
01
静力学分析
通过受力平衡条件，分析凸轮机构在静止状态下的受力情况。
02
动力学分析
考虑凸轮机构的运动状态，运用动力学原理分析其受力情况。
从弹性力学的基本原理出发，推导凸轮机构在受力作用下的应力计算公式。
弹性力学基础
考虑材料的力学性质，如弹性模量、泊松比等，对应力计算公式进行修正。
材料力学性质
根据凸轮机构的实际边界条件，对应力计算公式进行简化或修正。
边界条件处理
确定校核标准
根据凸轮机构的使用要求和设计标准，确定强度校核的标准和依据。
受力分析
按照上述受力分析方法，对凸轮机构进行受力分析，得到各部件的受力情况。
应力计算
根据应力计算公式，计算凸轮机构各部件的应力值。
强度校核
将计算得到的应力值与校核标准进行比较，判断凸轮机构是否满足强度要求。若不满足要求，则需要对设计进行修改或优化。
06
CHAPTER
凸轮机构设计实例与案例分析
内燃机气门凸轮机构的设计背景与要求
案例一
自动机床进给凸轮机构的性能需求与特点
案例二
纺织机械中凸轮开口机构的工作原理与结构特点
案例三
VS
如结构紧凑、传动平稳、定位准确等。
缺点分析
如易磨损、噪音较大、制造成本高等。
优点分析
选用高强度、耐磨损的材料，如合金钢等
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