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机械设计基础凸轮机构讲解

目录CONTENCT凸轮机构概述凸轮机构基本构件与术语凸轮机构设计要素与方法凸轮机构动力学特性分析凸轮机构制造工艺与材料选择凸轮机构应用实例与前景展望

01凸轮机构概述

定义分类定义与分类凸轮机构是由凸轮、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、圆柱凸轮和移动凸轮等。

工作原理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，从而实现从动件预期的往复直线运动或摆动。特点结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、内燃机、印刷机、纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。工作原理及特点

内燃机领域自动机械领域纺织机械领域内燃机气缸的进、排气过程就是靠凸轮机构来控制的。在四冲程内燃机中，进气和排气凸轮安装在同一根轴上，由曲轴通过正时齿轮驱动。在自动机床中，凸轮机构被用来实现工件的自动送进、定位、夹紧、加工和卸料等动作。这些动作通常是由凸轮的轮廓形状和尺寸来决定的。在纺织机械中，凸轮机构被用来控制织物的引纬、打纬和卷取等动作。这些动作需要精确的时间和位置控制，以保证织物的质量和生产效率。应用领域举例

02凸轮机构基本构件与术语

盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮凸轮类型及其特点凸轮相对机架作直线移动，其从动件一般与凸轮移动方向垂直设置，通过凸轮轮廓的推动实现往复直线运动。凸轮为绕固定轴线转动的圆柱体，其从动件一般为与凸轮轴线平行的直线往复运动。圆柱凸轮的轮廓曲线通常是在圆柱面上展开设计。凸轮为绕固定轴线转动并且有变化向径的盘形构件。其从动件一般与凸轮轴线垂直设置，通过凸轮轮廓的推动实现往复直线运动。

80%80%100%从动件类型及其特点从动件底部为尖角，与凸轮轮廓线接触。其结构简单，但易磨损，适用于作用力较小和低速的场合。从动件底部装有滚子，与凸轮轮廓线滚动接触。其结构较复杂，但磨损较小，适用于作用力较大和中等速度的场合。从动件底部为平面，与凸轮轮廓面接触。其结构最简单，但易产生冲击和噪音，适用于作用力较大和低速的场合。尖底从动件滚子从动件平底从动件圆推程远休止角回程相关术语解析在推程或回程中，从动件停止不动时凸轮所转过的角度。远休止角的大小影响机构的紧凑性和从动件的停歇时间。凸轮转动时，从动件被推动离开起始位置到达终止位置的过程。推程运动规律决定了从动件的运动特性。以凸轮最小向径为半径所作的圆。基圆半径决定了凸轮的尺寸和从动件的运动规律。从动件在推程结束后返回起始位置的过程。回程运动规律同样影响从动件的运动特性。

03凸轮机构设计要素与方法

根据从动件运动规律设计凸轮轮廓形状，保证机构运动平稳、准确。凸轮轮廓形状确定凸轮的基圆半径、偏心距、推程角、回程角等关键尺寸参数，以满足机构性能要求。凸轮尺寸参数根据机构运动需求选择合适的从动件类型，如尖底从动件、滚子从动件或平底从动件，并设计相应的结构。从动件类型与结构设计要素分析

设计方法探讨图解法通过绘制凸轮轮廓曲线图，利用几何关系求解凸轮机构的关键尺寸参数。解析法建立凸轮机构数学模型，利用数学方法求解机构运动规律和性能参数。计算机辅助设计利用CAD等计算机辅助设计软件，进行凸轮机构的建模、分析和优化设计。

通过优化凸轮轮廓形状和尺寸参数，减小机构运动过程中的冲击与振动，提高机构运动平稳性。减小冲击与振动提高传动效率实现精确控制优化凸轮机构的结构设计和制造工艺，降低摩擦损失和能量消耗，提高传动效率。采用先进的控制技术和方法，如伺服控制、PLC控制等，实现凸轮机构的精确控制和自动化运行。030201优化设计策略

04凸轮机构动力学特性分析

研究凸轮轮廓曲线的形状、数学表达式及设计原则，分析其对机构运动性能的影响。凸轮轮廓曲线探讨从动件在凸轮作用下的运动规律，包括位移、速度、加速度等参数的变化规律。从动件运动规律分析凸轮机构在运动过程中的平稳性，研究减小冲击和振动的措施。机构运动平稳性运动学特性研究

动力学模型建立基于牛顿第二定律和达朗贝尔原理，建立凸轮机构的动力学模型，描述机构的受力情况和运动状态。仿真技术应用利用计算机仿真技术，对凸轮机构进行动力学仿真分析，模拟机构的真实运动过程，获取关键参数的变化规律。参数优化设计通过仿真分析，对凸轮机构的参数进行优化设计，提高机构的运动性能和动力性能。动力学建模与仿真技术

评估凸轮机构运动精度的指标，包括从动件的位移误差、速度波动等。运动精度评价凸轮机构动力性能的指标，如驱动力矩、传动效率等。动力性能衡量凸轮机构可靠性的指标，主要考虑机构的磨损、疲劳寿命等因素。可靠性性能评估指标

05凸轮机构制造工艺与材料选择

铸造工艺锻造工艺切削加工3D打印技术制造工艺简介适用于复杂