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机械设计基础第章凸轮汇报人：AA2024-01-12

目录凸轮基本概念与分类凸轮机构工作原理与特性凸轮轮廓曲线设计方法凸轮机构动力学分析凸轮材料选择与制造工艺凸轮机构应用实例与前景展望

01凸轮基本概念与分类

凸轮是一种具有特定轮廓曲线的构件，它通过与另一构件（通常为从动件）的接触或相对运动，实现特定的运动规律或功能。凸轮定义在机械传动中，凸轮主要用于将主动件的连续转动或往复运动转换为从动件的间歇运动或复杂运动。通过合理设计凸轮的轮廓曲线，可以实现从动件的各种预期运动规律，满足不同的工作需求。凸轮作用凸轮定义及作用

凸轮分类根据凸轮的形状、运动形式和应用场合的不同，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等类型。凸轮特点不同类型的凸轮具有各自的特点。例如，盘形凸轮结构简单、紧凑，易于加工和安装；移动凸轮可实现较大的行程和复杂的运动规律；圆柱凸轮则适用于高速、重载的传动场合。凸轮分类与特点

在自动机械中，凸轮被广泛应用于实现各种复杂的运动规律和动作顺序，如自动装配线、包装机械等。自动机械在内燃机中，凸轮用于控制气门的开启和关闭，以及燃油的喷射等关键动作。内燃机工业机器人中的关节驱动、末端执行器等部分常采用凸轮机构，以实现精确的位置控制和复杂的动作轨迹。工业机器人此外，在纺织机械、印刷机械、食品加工机械等领域中，凸轮也发挥着重要作用。其他领域凸轮应用领域

02凸轮机构工作原理与特性

凸轮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。被凸轮直接推动的构件，其运动规律取决于凸轮的轮廓形状。固定不动的构件，起支撑和连接作用。当凸轮转动时，其曲线轮廓或凹槽与从动件接触并推动从动件按照预定的运动规律进行运动。从动件的运动规律可以是直线往复运动、摆动或者两者的组合。从动件机架凸轮机构的工作原理是凸轮机构组成及工作原理

等速运动规律从动件在推程和回程中作等速运动。这种运动规律简单，但会产生刚性冲击，只适用于低速轻载的场合。等加速等减速运动规律从动件在推程和回程中先作等加速运动，后作等减速运动。这种运动规律无刚性冲击，但会产生柔性冲击，适用于中速中载的场合。余弦加速度运动规律（简谐运动规律）从动件在推程和回程中按余弦加速度规律运动。这种运动规律无冲击，适用于高速重载的场合，但加速度有突变，会产生一定的惯性力。凸轮从动件运动规律

压力角凸轮轮廓上某点的法线方向与从动件上该点速度方向之间所夹的锐角。压力角的大小影响机构的传力性能和效率。当压力角增大时，机构的传力性能变差，效率降低。传动效率凸轮机构在传递动力时，由于摩擦和间隙等因素的影响，实际传递的功率与理论功率之比。传动效率的高低直接影响机构的工作性能和使用寿命。为了提高传动效率，需要减小摩擦、降低间隙、提高制造精度和润滑条件等。凸轮机构压力角与传动效率

03凸轮轮廓曲线设计方法

以凸轮为静止件，从动件作反向运动，根据相对运动原理，画出从动件的位移线图，即凸轮轮廓曲线。反转法原理选择比例尺，绘制基圆及从动件位移线图，确定从动件运动规律及升程、回程等参数，根据反转法原理绘制凸轮轮廓曲线。设计步骤图解法设计凸轮轮廓曲线

根据从动件运动规律及凸轮机构几何关系，建立凸轮轮廓曲线的数学模型。建立数学模型求解轮廓曲线绘制轮廓曲线通过数学方法求解模型，得到凸轮轮廓曲线上各点的坐标值。将求解得到的坐标值在坐标系中描绘出来，即可得到凸轮轮廓曲线。030201解析法设计凸轮轮廓曲线

在满足从动件运动规律及机构性能要求的前提下，使凸轮机构结构紧凑、传力性能好、振动噪声小等。优化目标采用数学优化方法，如遗传算法、粒子群算法等，对凸轮轮廓曲线进行优化设计。优化方法通过优化方法得到的凸轮轮廓曲线，可使凸轮机构性能得到进一步提升。优化结果凸轮轮廓曲线优化方法

04凸轮机构动力学分析

驱动力分析驱动力是使凸轮机构产生运动的外力，其大小和方向直接影响机构的运动状态。在凸轮机构中，驱动力通常通过凸轮轮廓与从动件之间的接触传递。凸轮机构受力概述凸轮机构在工作过程中受到多种力的作用，包括驱动力、阻力、惯性力等。这些力对凸轮机构的运动性能和稳定性产生重要影响。阻力分析阻力是阻碍凸轮机构运动的外力，包括摩擦力、空气阻力等。这些阻力会导致能量损失和机构效率降低。凸轮机构受力分析

凸轮机构动力学模型建立动力学模型概述为了研究凸轮机构的动态性能，需要建立相应的动力学模型。该模型能够描述机构在运动过程中的受力情况和动态响应。动力学方程建立根据牛顿第二定律和达朗贝尔原理，可以建立凸轮机构的动力学方程。这些方程包括机构的位移、速度、加速度以及受力之间的关系。模型参数确定在建立动力学模型时，需要确定一些关键参数，如质量、刚度、阻尼等。这些参数可以通过实验测量或经验公式获得。

动态响应概述动态响应是指凸轮机构在受到外力作用后