《凸輪機構設計新》課程目標掌握凸輪機構設計原理深入理解凸輪機構的工作原理，掌握凸輪機構的設計方法。提升實際應用能力能夠獨立完成凸輪機構的設計、計算和選型，并進行實際應用。培養創新思維鼓勵學生探索新的設計思路，開發更高效、更可靠的凸輪機構。凸輪機構基礎知識回顧凸輪旋轉或擺動部件，具有特定形狀的輪廓，用于控制從動件的運動從動件與凸輪輪廓接觸并受其驅動的部件，通常用于實現直線或旋轉運動從動件連接凸輪和從動件的部件，例如彈簧、連桿等，用于傳遞力和運動凸輪機構的分類按凸輪形狀分類包括盤形凸輪、鼓形凸輪、圓柱凸輪等。按從動件類型分類包括平移從動件凸輪機構、擺動從動件凸輪機構等。按運動規律分類包括等速運動凸輪機構、等加速等減速運動凸輪機構等。位移分析1理論位移曲線根據凸輪型線計算出理論位移2實際位移曲線考慮制造誤差和安裝誤差的實際位移3位移誤差實際位移與理論位移的差異速度分析1瞬時速度凸輪輪廓上某點的速度2平均速度凸輪轉過一定角度的時間間隔內的平均速度3最大速度凸輪轉動一周內的最大速度加速度分析速度變化率加速度分析是指研究凸輪機構中從動件的速度變化率，即加速度。運動規律加速度分析有助于了解從動件的運動規律，包括速度變化趨勢和加速度大小。動態特性加速度分析可以揭示凸輪機構的動態特性，例如沖擊和振動。作用力分析1凸輪輪廓凸輪輪廓的形狀和尺寸會影響作用在從動件上的力的大小和方向。2從動件質量從動件的質量會影響作用在它上的慣性力的大小。3運動速度從動件的運動速度會影響作用在它上的慣性力的大小和方向。4摩擦力凸輪和從動件之間的摩擦力會影響作用在從動件上的力的平衡。凸輪型線的設計凸輪型線的設計是凸輪機構設計的重要環節，直接影響著機構的運動特性和工作性能。設計時需要綜合考慮多種因素，如：運動規律、速度、加速度、作用力、材料強度、加工精度等。平面凸輪的設計平面凸輪的設計是凸輪機構設計中最為常見的一種類型。它主要用于實現平面運動的機構，例如，機械手臂的移動、自動門開關等。平面凸輪的設計步驟如下:確定凸輪廓線的類型確定凸輪廓線的參數繪制凸輪廓線進行運動分析和受力分析優化凸輪廓線空間凸輪的設計三維設計使用三維建模軟件，例如SolidWorks或AutoCAD，創建空間凸輪的數字模型，以便進行虛擬測試和優化。制造工藝空間凸輪的制造通常需要使用CNC加工、3D打印或其他高級制造技術。應用空間凸輪廣泛應用于機器人、航空航天和其他需要復雜運動的領域。凸輪機構的優缺點優點結構簡單，工作可靠，可實現各種復雜的運動規律。缺點制造精度要求高，磨損較大，噪聲較大，運行速度受限。凸輪機構設計流程1確定運動規律確定凸輪機構的運動規律，如等速、勻加速、勻減速等2選擇凸輪型線根據運動規律選擇合適的凸輪型線，如直線型、圓弧型、拋物線型等3設計凸輪輪廓根據選定的凸輪型線，設計出凸輪的輪廓形狀4計算參數計算凸輪機構的各種參數，如凸輪半徑、滾子半徑、行程等5繪制圖紙繪制凸輪機構的工程圖，包括凸輪、從動件、支架等的尺寸和形狀設計完成后，還需要進行強度、剛度、振動等方面的分析，并進行必要的優化。最終，需要根據實際情況選擇合適的材料和制造工藝，生產出合格的凸輪機構。凸輪材料的選擇材料強度凸輪材料應具有足夠的強度和硬度，以承受工作負載和磨損。耐磨性凸輪材料應具有良好的耐磨性，以延長其使用壽命。抗疲勞性凸輪材料應具有良好的抗疲勞性，以防止在反復加載下發生斷裂。凸輪機構的潤滑潤滑劑選擇根據工作條件，選擇合適的潤滑劑，如油脂、潤滑油等。潤滑方式常用的潤滑方式包括油浴潤滑、油脂潤滑、噴油潤滑等。潤滑周期定期檢查潤滑狀態，及時補充或更換潤滑劑。凸輪機構的制造工藝選擇材料根據凸輪機構的工況選擇合適的材料，如鋼材、鑄鐵、塑料等。加工方法常用的加工方法有銑削、車削、磨削等。選擇合適的加工方法可以提高加工精度和效率。表面處理表面處理可以提高凸輪機構的耐磨性、抗腐蝕性和外觀。裝配凸輪機構的裝配需要保證各個部件的精度和配合，并進行必要的調試。凸輪機構的熱處理1淬火提高凸輪的硬度和耐磨性，延長使用壽命。2回火降低凸輪的脆性，提高其韌性。3表面處理提高凸輪的表面硬度和耐磨性，提高其抗腐蝕能力。凸輪機構的檢驗與裝配1檢驗尺寸、形狀2裝配安裝精度3調試性能穩定性凸輪機構的維護與保養定期檢查定期檢查凸輪機構的磨損情況，及時更換磨損的零件。潤滑保養定期添加潤滑油，確保凸輪機構的正常運行。清潔維護定期清潔凸輪機構，避免灰塵和雜物進入，影響機構的正常工作。凸輪機構設計案例分析1分析汽車發動機配氣機構凸輪機構的結構、運動特點、設計要求和設計步驟。以某款汽車發動機為例，探討凸輪機構的具體設計過程，并對設計結果進行評估和分析。凸輪機構設計案例分析2案例2：高精度伺服機構設計，探討如何利用凸輪機構實現高精度定位和運動控制。著重分析凸輪輪廓設計、材料選擇和加工精度對伺服性能的影響，并結合實際應用場景進行案例分析。凸輪機構設計案例分析3本案例分析探討了凸輪機構在工業自動化中的應用，以**機器人手臂**為例，展示了凸輪機構如何實現精確的運動控制，以完成復雜的任務。通過分析機器人手臂的運動軌跡，我們可以設計出相應的凸輪型線，確保手臂在每個位置都能夠實現精確的運動，并完成預定的操作，例如抓取、放置、焊接等。凸輪機構設計案例分析4這是一個關于高速凸輪機構的案例分析。該機構用于高速切削機床，要求高精度、高效率和高可靠性。通過優化凸輪輪廓和機構參數，該設計成功地將切削速度提高了20%，同時降低了噪聲和振動，提高了加工精度。凸輪機構設計案例分析5汽車發動機凸輪機構在汽車發動機中用于控制氣門開閉時間，實現最佳燃燒效率。高速精密設備例如數控機床，凸輪機構可以實現高精度、高速的運動控制，提高加工效率。自動化設備凸輪機構在自動化包裝機等設備中用于控制運動部件的精確位置和時間，提高生產效率。凸輪機構設計案例分析6汽車發動機凸輪軸設計設計汽車發動機凸輪軸，需要考慮發動機性能要求，例如氣門開啟時間和升程。印刷機凸輪機構設計印刷機中使用凸輪機構來控制紙張的移動和墨水的供應。自動售貨機凸輪機構設計自動售貨機使用凸輪機構來控制商品的投放和機械臂的動作。凸輪機構設計案例分析7本案例將詳細分析一個實際應用中常見的凸輪機構設計，例如用于發動機配氣機構的凸輪軸設計。我們將探討該案例中的凸輪機構類型、運動規律、尺寸設計、材料選擇以及制造工藝等方面的細節，并分享一些經驗和技巧。凸輪機構設計案例分析8案例8：某自動包裝機凸輪機構設計。要求：設計一個高速、高精度、高可靠性的凸輪機構，用于控制包裝機的包裝袋封口過程。設計思路：采用高精度滾子從動件凸輪機構，并對凸輪型線進行優化設計，以提高機構的運行速度和精度。凸輪機構設計案例分析9案例分析是學習凸輪機構設計的重要環節，通過分析實際案例，可以加深對凸輪機構工作原理、設計方法和應用領域的理解。案例分析9可以是：自動門開啟機構、自動售貨機取貨機構、自動包裝機封口機構等。這些案例可以涉及凸輪機構的多種類型，例如：平面凸輪機構、空間凸輪機構，以及不同類型的凸輪曲線，例如：等速曲線、等加速度曲線、S曲線等等。凸輪機構設計案例分析10本案例分析展示了如何應用所學知識解決實際工程問題，例如發動機氣門機構設計，自動化機械手設計等。通過分析案例，學生可以加深對凸輪機構設計理論的理解，