機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)凸輪機(jī)構(gòu)演講人：日期:目錄CATALOGUE02.凸輪分類標(biāo)準(zhǔn)04.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟05.典型應(yīng)用場景01.03.運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析06.失效與優(yōu)化策略凸輪機(jī)構(gòu)概述01凸輪機(jī)構(gòu)概述PART基本定義與工作原理01凸輪機(jī)構(gòu)的定義凸輪機(jī)構(gòu)是一種能將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。02工作原理凸輪機(jī)構(gòu)通過凸輪的特殊輪廓曲線，將主動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。核心組成要素凸輪是凸輪機(jī)構(gòu)的核心零件，具有特殊的輪廓曲線，通過其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)。凸輪從動(dòng)件是凸輪機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)部件，通過凸輪的輪廓曲線來實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件機(jī)架是凸輪機(jī)構(gòu)的支撐部件，用于固定凸輪和從動(dòng)件，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)架功能特性與優(yōu)勢準(zhǔn)確度高穩(wěn)定性好傳動(dòng)效率高易于調(diào)整凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)精確的位移和速度控制，適用于對運(yùn)動(dòng)精度要求較高的場合。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率高，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，適用于工作環(huán)境較為惡劣的場合。凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以通過調(diào)整凸輪的輪廓曲線來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。02凸輪分類標(biāo)準(zhǔn)PART盤形凸輪圓柱凸輪凸輪呈圓盤狀，具有一個(gè)或多個(gè)曲線段，通過曲線段與從動(dòng)件接觸，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。凸輪呈圓柱狀，其表面具有曲線槽或凸輪曲線，從動(dòng)件沿曲線槽或凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。按凸輪形狀分類圓錐凸輪凸輪呈圓錐狀，其表面具有曲線槽或凸輪曲線，從動(dòng)件沿曲線槽或凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)。曲線凸輪凸輪呈不規(guī)則形狀，其表面由多條曲線組成，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)不同的曲線形狀，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的特殊運(yùn)動(dòng)規(guī)律。按運(yùn)動(dòng)方式分類直線運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件在凸輪推動(dòng)下做直線運(yùn)動(dòng)，常用于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或升降運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件在凸輪推動(dòng)下做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，常用于實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或分度等運(yùn)動(dòng)。爪形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪呈爪形，從動(dòng)件為爪子，通過凸輪與爪子的接觸實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。槽輪凸輪機(jī)構(gòu)凸輪與槽輪配合使用，通過凸輪曲線與槽輪槽的配合實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的間歇運(yùn)動(dòng)或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。按應(yīng)用領(lǐng)域分類應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)作要求。自動(dòng)化機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人中，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的運(yùn)動(dòng)控制。工業(yè)機(jī)器人凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用于紡織機(jī)械中，實(shí)現(xiàn)紗線、織物的輸送、張力調(diào)節(jié)和卷取等功能。紡織機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用于包裝機(jī)械中，實(shí)現(xiàn)包裝材料的輸送、成型、封口等功能，提高包裝效率和質(zhì)量。包裝機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)03運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析PART從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)類型直線運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件沿固定軌跡做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。01擺動(dòng)從動(dòng)件繞某固定點(diǎn)做往復(fù)擺動(dòng)。02復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件做既轉(zhuǎn)動(dòng)又滑動(dòng)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。03常用運(yùn)動(dòng)曲線特性簡諧運(yùn)動(dòng)曲線從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律與簡諧振動(dòng)相似，具有周期性。03從動(dòng)件在起始和終止位置加速度有突變，中間為勻速運(yùn)動(dòng)。02等加速等減速運(yùn)動(dòng)曲線等速運(yùn)動(dòng)曲線從動(dòng)件速度保持不變，加速度為零。01凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角越大，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)位移越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度也相應(yīng)增加。凸輪輪廓曲線凸輪輪廓曲線決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如位移、速度和加速度等。從動(dòng)件質(zhì)量從動(dòng)件質(zhì)量越大，慣性力越大，對凸輪產(chǎn)生的沖擊力也越大。摩擦力摩擦力會(huì)影響從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的精度和效率，需要采取適當(dāng)?shù)臐櫥蜏p小摩擦措施。參數(shù)對運(yùn)動(dòng)性能影響04凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟PART根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定凸輪機(jī)構(gòu)的類型和基本參數(shù)?？紤]凸輪機(jī)構(gòu)的安裝空間、凸輪輪廓的最大尺寸以及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)范圍等幾何約束條件?？紤]凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，如速度、加速度、躍度等，確保從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊。根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作條件，選擇合適的材料和制造工藝，確保凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性。設(shè)計(jì)要求與約束條件運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求幾何尺寸限制動(dòng)力學(xué)要求強(qiáng)度與耐久性基圓半徑確定方法作圖法通過作圖的方式，根據(jù)凸輪輪廓的幾何關(guān)系，確定基圓半徑的大小。01解析法根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法確定基圓半徑的大小。02經(jīng)驗(yàn)法根據(jù)已有的凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過類比和修正的方法確定基圓半徑的大小。03優(yōu)化設(shè)計(jì)法結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最優(yōu)的基圓半徑大小。04壓力角校核標(biāo)準(zhǔn)壓力角定義壓力角校核方法最大壓力角限制壓力角與基圓半徑關(guān)系壓力角是凸輪輪廓上某一點(diǎn)的法線與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率和工作性能，需要限制最大壓力角的大小。通過作圖或計(jì)算的方法，對凸輪機(jī)構(gòu)在不同位置的壓力角進(jìn)行校核，確保最大壓力角在允許的范圍內(nèi)?；鶊A半徑的大小會(huì)直接影響壓力角的大小，因此需要在確定基圓半徑時(shí)充分考慮壓力角的校核結(jié)果。05典型應(yīng)用場景PART內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)凸輪軸通過凸輪推動(dòng)氣門開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣和排氣。凸輪軸驅(qū)動(dòng)氣門通過凸輪軸上的凸輪形狀和相位的變化，實(shí)現(xiàn)氣門的可變正時(shí)，提高內(nèi)燃機(jī)性能?？勺儦忾T正時(shí)凸輪設(shè)計(jì)使得氣門在短時(shí)間內(nèi)快速開啟和關(guān)閉，提高內(nèi)燃機(jī)的充氣效率和排氣效率。高效的氣門升程自動(dòng)化機(jī)械裝置凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)通過凸輪和從動(dòng)件的接觸，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)械裝置的精確控制。自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)器人關(guān)節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中常用于控制傳送帶、送料器、升降機(jī)構(gòu)等的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)器人關(guān)節(jié)中應(yīng)用廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的復(fù)雜動(dòng)作和精確控制。123機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)凸輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)凸輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過凸輪和從動(dòng)件的配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精確控制，提高加工精度和效率。01仿形加工凸輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以根據(jù)凸輪的形狀和輪廓，實(shí)現(xiàn)仿形加工，廣泛應(yīng)用于模具制造和零件加工領(lǐng)域。02高速進(jìn)給凸輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滿足現(xiàn)代機(jī)床高速加工的需求，提高生產(chǎn)效率。0306失效與優(yōu)化策略PART常見磨損問題對策凸輪表面耐磨處理合理設(shè)計(jì)接觸應(yīng)力選用耐磨材料潤滑與清潔采用表面淬火、滲碳淬火、噴丸強(qiáng)化等方法提高凸輪表面的硬度和耐磨性。根據(jù)使用條件，選用耐磨性好的材料制造凸輪，如高碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。優(yōu)化凸輪與從動(dòng)件的接觸幾何關(guān)系，減小接觸應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。保證凸輪與從動(dòng)件之間有良好的潤滑，及時(shí)清除雜物和磨粒。凸輪輪廓優(yōu)化通過優(yōu)化凸輪輪廓曲線，減小加速度的變化，降低慣性力和振動(dòng)。從動(dòng)件質(zhì)量優(yōu)化減小從動(dòng)件的質(zhì)量，降低慣性力和振動(dòng)。彈性元件合理應(yīng)用利用彈性元件（如彈簧）吸收和緩和沖擊力，減小振動(dòng)和噪聲。平衡設(shè)計(jì)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，使凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中達(dá)到動(dòng)平衡或靜平衡，減小振動(dòng)和噪聲。動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化方向定期檢查凸輪機(jī)構(gòu)的磨損情況，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的部件。保持凸