清华大学机械原理课件第3章凸轮机构.pptx

清华大学机械原理课件第3章凸轮机构Contents目录凸轮机构概述凸轮机构的基本类型与设计凸轮机构的运动学分析凸轮机构的动力学分析凸轮机构的设计优化与实例分析凸轮机构概述01总结词凸轮机构是一种常见的机械传动机构，其工作原理是通过凸轮的转动来驱动从动件进行往复运动。详细描述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮通常是一个具有曲线轮廓的盘形构件，它可以绕固定轴线转动；从动件是与凸轮直接接触并跟随其运动的构件，通常具有往复运动的特点；机架则是固定凸轮和从动件，使其保持相对位置的构件。凸轮机构的定义与特点VS凸轮机构广泛应用于各种机械系统中，如内燃机、压缩机、印刷机、纺织机械等。详细描述凸轮机构具有结构简单、紧凑、传动效率高等优点，因此在许多机械系统中得到广泛应用。例如，在内燃机中，凸轮机构用于控制气门的开启和关闭；在印刷机中，凸轮机构用于驱动墨盒进行往复运动；在纺织机械中，凸轮机构用于驱动罗拉和锭子进行转动。总结词凸轮机构的应用范围凸轮机构的发展历程凸轮机构的发展历程可以追溯到古代，随着工业革命的兴起，凸轮机构得到了广泛的应用和改进。总结词凸轮机构的历史可以追溯到古代，当时人们已经开始使用简单的凸轮机构来驱动水车等设备。随着工业革命的兴起，凸轮机构得到了广泛的应用和改进，人们开始研究其运动规律和设计方法，使其更加高效、可靠和精确。如今，随着计算机技术和数值方法的不断发展，凸轮机构的设计和优化也得到了进一步的提升。详细描述凸轮机构的基本类型与设计02 盘形凸轮机构定义盘形凸轮机构是一种常见的凸轮机构，由凸轮、从动件和机架组成，其中凸轮是一个绕固定轴线旋转的圆盘。特点盘形凸轮机构可以实现复杂的运动规律和轨迹，广泛应用于各种机械系统中。工作原理当凸轮绕固定轴线旋转时，从动件在凸轮的推动下实现往复运动或摆动。移动凸轮机构是一种特殊的凸轮机构，其中凸轮做往复直线运动，从动件在凸轮的推动下实现相应的运动。定义移动凸轮机构可以实现从动件的复杂运动轨迹，并且结构简单紧凑，适用于需要实现往复直线运动的场合。特点当凸轮做往复直线运动时，从动件在凸轮的推动下实现相应的往复运动或摆动。工作原理移动凸轮机构圆柱凸轮机构是一种特殊的凸轮机构，其中凸轮是一个绕自身轴线旋转的圆柱体。定义圆柱凸轮机构可以实现从动件的复杂运动轨迹，并且具有较大的传动角和较高的传动效率。特点当圆柱凸轮绕自身轴线旋转时，从动件在凸轮的推动下实现相应的往复运动或摆动。工作原理圆柱凸轮机构设计原则凸轮机构的设计应满足运动要求、动力性能、结构紧凑和可靠性等方面的要求。设计步骤首先确定从动件的运动规律和轨迹要求，然后选择合适的凸轮机构类型，接着进行几何尺寸设计、受力分析和优化设计等步骤，最后进行实验验证和修正设计。凸轮机构的设计原则与步骤凸轮机构的运动学分析03摆动从动件凸轮机构从动件绕定点作往复摆动。移动从动件凸轮机构从动件沿垂直于凸轮回转轴线的方向作往复直线运动。直动从动件凸轮机构从动件与凸轮作等速运动或变速运动。凸轮机构的运动规律123根据几何关系和运动规律建立的运动学方程。直动从动件凸轮机构运动学方程根据从动件摆动的角度和相关几何参数建立的运动学方程。摆动从动件凸轮机构运动学方程根据从动件位移、速度和加速度与凸轮转动角度和相关几何参数的关系建立的运动学方程。移动从动件凸轮机构运动学方程凸轮机构的运动学方程确定从动件的运动规律根据设计要求确定从动件的位移、速度和加速度曲线或函数表达式。建立运动学方程根据几何关系、运动规律和从动件的运动规律，建立凸轮机构运动学方程。解运动学方程对方程进行求解，得到凸轮转角与从动件位移、速度和加速度之间的关系。分析运动特性根据解得的方程，分析凸轮机构的运动特性，如急回特性、压力角等。凸轮机构运动学分析的方法与步骤凸轮机构的动力学分析04凸轮机构在运动过程中，从动件的速度、加速度和位移等参数随时间变化而呈现一定的规律。运动规律在凸轮机构运动过程中，由于凸轮和从动件之间的接触碰撞，可能会产生刚性冲击和柔性冲击，影响机构的运动平稳性和精度。刚性冲击和柔性冲击凸轮机构在高速运动时，会产生较大的惯性力，同时从动件的运动方向改变时会产生反向载荷，对机构的动态性能产生影响。惯性力和反向载荷凸轮机构的动态特性物理模型基于凸轮机构的动力学方程，建立凸轮机构的物理模型，用于描述凸轮机构的动态特性和运动过程。几何模型通过建立凸轮机构的基本几何参数和运动关系，构建凸轮机构的几何模型，用于描述凸轮机构的基本运动规律。数学模型将凸轮机构的物理模型转化为数学方程，用于描述凸轮机构的动态特性和运动过程，为进一步的分析和优化提供基础。凸轮机构的动态模型根据凸轮机构的几何参数和运动关系，建立凸轮机构的几何模型、物理模型和数学模型。建立模型根据建立的数学模型，求解动力学方程，获得凸轮机构的动态特性和运动过程。求解方程对求解结果进行分析，评估凸轮机构的动态性能和运动精度，为进一步优化提供依据。分析结果根据分析结果，对凸轮机构进行优化设计，提高其动态性能和运动精度。优化设计凸轮机构的动态分析方法与步骤凸轮机构的设计优化与实例分析05减小凸轮机构尺寸通过优化凸轮机构的结构参数，如减小基圆半径、增大从动件行程等，可以减小凸轮机构的总体尺寸，使其更加紧凑。优化凸轮机构的设计，可以降低摩擦和磨损，提高凸轮机构的工作效率。例如，采用滚动摩擦代替滑动摩擦，减少摩擦阻力。通过优化凸轮机构的设计，可以改善其动力学性能，如减小振动和噪声，提高系统的稳定性。例如，合理设计凸轮的形状和从动件的弹簧刚度，以减小系统的振动。通过优化凸轮机构的设计，可以延长其使用寿命。例如，合理选择材料和热处理工艺，提高凸轮和从动件的耐磨性。提高凸轮机构效率改善凸轮机构动力学性能增加凸轮机构的使用寿命凸轮机构的设计优化设计案例一某汽车发动机配气机构中的凸轮设计。通过对配气机构的工作原理和动力学特性进行分析，确定了凸轮的基圆半径、升程、回程等参数，并进行了强度校核。设计案例二某自动机床进给系统中的凸轮设计。根据进给系统的要求，设计了具有特定运动规律的凸轮，实现了对从动件的控制。凸轮机构设计实例分析在汽车发动机配气机构中，凸轮机构用于控制气门的开启和关闭。通过对凸轮机构的优化设计，可以提高发动机的性能和可靠性。在印刷机中，凸轮机构用于控制墨盒的移动和印刷压力的调节。通过对凸轮机构的优化设计，可以提高印刷质量和效率。凸轮机构的应用实例分析应用案例二应用案例一