任务三拆装凸轮轴

1、教学设计方案课程名称机械制造基础学习任务拆装凸轮轴授课日期授课时数4系部审批教学班级教务审批学 材自编学材： 机械制造基础参考资料： 工程力学工程材料机械基础液压与气压传动教学方法小组教学法、演示法、观察法、启发法、讲授法、讨论法教学媒体（含教具）多媒体教室、机械拆装工作站、发动机主体教 学目 标知识目标：了解掌握凸轮机构的特点、凸轮机构的分类和常见运动规律及应用实例。能力目标：能根据凸轮机构的工作原理和特点对相应的机械设备进行简单分析；能识别和说出一般凸轮机构的分类名称；掌握凸轮机构的工作过程和从动件的常用运动规律。情感目标：具有较强的组织和团队协作能力，有较强的敬业精神和良好的职业道德，能

2、在小组中融洽工作，并学会交流和沟通，发挥个人在组织中的作用和价值，通过5S管理规范职业行为。学情分析学生已有的学习基础：1.具备基本的机械识图和绘图能力；2.了解材料的种类及材料的热处理性能；3.具备基本的机械加工知识；4.一定的的公差配合与技术测量理论知识与技术测量能力。学材分析自编学材机械制造基础本课程是机械类和近机类专业必修的一门专业骨干和技术基础课程。参考教育部2009年颁发的机械基础教学大纲，包含工程力学、工程材料、常用机构和传动、液压传动与气动四个模块的教学内容。在教学计划中起着承前启后的桥梁作用，为学习后续专业课程提供必要的理论基础和基本的专业技能。本任务主要通过对发动机凸轮轴的

3、拆装，了解掌握凸轮机构的特点、凸轮机构的分类和常见运动规律及应用实例。学习重点及其化解方法重点内容：凸轮机构的工作原理、分类及其应用。化解方法：1、教师指导学生小组观察发动机配气凸轮机构的组成和运动。2、凸轮机构的动画和应用视频演示。学习难点及其化解方法难点内容：凸轮机构的工作过程和常用运动规律。难点化解方法：1、通过凸轮机构的工作过程和常用运动规律的动画进行演示及讲解。教学准备1、已分解好的发动机主体和测量凸轮轴的工量具准备；2、学生获得咨询需要查阅的工具书；3、小组分组方案；4、多媒体课件和评价量表准备；5、教学场所安排；6、检索资料准备。教学环节和内容教学方法一、任务提出动画演示发动机中

4、的配气凸轮机构，提问学生凸轮机构是如何工作的？由哪些构件组成呢？（如右图示）动画演示：增进学生们的求知欲望，并得出结论。演示法观察法启发法二、任务分析我们今天学习凸轮机构。凸轮机构常用作各种机器中的控制机构，可以实现复杂的运动规律，完成运动形式的转换。本次的学习任务主要是通过发动机中凸轮轴的运动观察和测量、以及PPT演示学习等，了解掌握凸轮机构的特点、凸轮机构的分类和常见运动规律及应用实例。讲授法三、相关知识一、凸轮机构的特点和应用实例 凸轮机构应用广泛，尤其多应用在控制机构中。如图所示凸轮机构主要由凸轮、从动件及机架组成。 a）平面凸轮机构 b）空间（圆柱）凸轮机构图1 凸轮机构运动简图演示

5、并介绍凸轮机构的应用实例：图2所示为机床自动进给机构。图3所示为绕线机的引线机构。图4所示为靠模车削机构。图5所示为自动车床中的凸轮组。图2 机床自动进给机构 3刀架图3 绕线机引线机构图5 自动车床中的凸轮组图4 靠模车削机构由以上例子可见，凸轮机构可以通过凸轮的曲线轮廓或凹槽的变化，驱使从动件获得连续或不连续的运动，并精确实现预期的运动规律。与连杆机构相比，凸轮机构的优点是：结构简单、紧凑，工作可靠，只要适当设计凸轮的轮廓或凹槽形状就可以精确实现任意复杂的运动规律，因此作为控制机构得到了广泛的应用。其主要缺点是：凸轮与从动件间为高副接触，易磨损，因而只宜用于传力不大的场合。而且凸轮加工复杂

6、，成本较高。二、凸轮机构的分类1按凸轮形状分类按凸轮的形状不同，可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。2按从动件端部形状分类按从动件端部形状不同，可分为尖端从动件、滚子从动件和平底从动件。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意运动。但尖端易磨损，只易用于传力不大的场合。滚子从动件间为滚动摩擦，耐磨损，故应用最普遍。但结构复杂，滚子质量大，不宜用于高速场合。平底与凸轮接触处易形成楔形油膜，而且传力性能好，故常用于高速场合。但不能用于内凹或直线的凸轮轮廓。3按从动件运动形式分类按从动件运动形式不同，可分为直动从动件和摆动从动件。4按从动件与凸轮保持接触的方式分类按从动件与凸轮

7、保持接触的方式不同，可分为形锁合和力锁合。形锁合依靠凸轮上的沟槽等特殊结构形式使从动件与凸轮保持接触，避免了附加的外力，但外廓尺寸大，设计较复杂。力锁合利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮保持接触。结构简单，易制造，应用广泛。三、凸轮机构的工作过程1基本概念 向径图6所示为一对心直动尖端从动件盘形凸轮机构。凸轮轮廓上任意一点到凸轮回转中心之间的距离，称为凸轮轮廓上该点的向径。显然，从动件的运动取决于凸轮轮廓向径的变化。基圆以凸轮轴心O为圆心，凸轮轮廓的最小向径rb为半径所作的圆称为基圆，rb为基圆半径。2凸轮机构的工作过程图6 凸轮机构的工作过程通常取基圆与轮廓的交点A为起始点。由于此时轮

8、廓向径最小，从动件处于离凸轮轴心最近的位置。当凸轮逆时针旋转时，凸轮AB段轮廓向径逐渐增大，从动件从A点开始上升，故称A点为初始位置。凸轮转过0角度，则轮廓上B点转至B点位置。由于B点轮廓向径最大，从动件上升至离凸轮轴心最远的位置。该运动过程称为推程。在推程过程中，从动件移动的距离h称为行程，凸轮转过的角度0称为推程运动角。凸轮继续转动时，凸轮 BC段轮廓与从动件接触，由于BC为以O为圆心的圆弧，轮廓向径不变，所以从动件停在最远位置不动，该运动过程称为远停程，凸轮对应的转角s称为远停程角。凸轮继续转动，从动件又从最远位置B点回到最近位置D点，该运动过程称为回程，凸轮对应的转角称为回程运动角。凸

9、轮接着转动，从动件与凸轮接触的DA段轮廓是基圆上的一段圆弧，因此从动件停在最近位置不动，该过程称为近停程，凸轮对应的转角称为近停程角。凸轮连续转动，则从动件重复进行“升停降停”的循环过程。一般情况下，推程是凸轮机构的工作行程。本例仅是一种典型的凸轮机构运动过程，在实际凸轮机构中是否需要远停程或近停程，则要视具体工作要求而定。凸轮轮廓上任意一点E与从动件接触时，凸轮相应转角与从动件位移s间一一对应的关系可用图示的位移线图来表示。由图可知从动件的位移s等于凸轮轮廓接触点的向径与基圆半径之差，可见凸轮的轮廓形状决定了从动件的位移线图。四、凸轮的常用材料和结构1凸轮和滚子的常用材料 凸轮机构的主要失效

10、形式是磨损和疲劳点蚀。因此，凸轮和滚子的材料应具有较高的表面硬度和耐磨性，并且有足够的表面接触强度。对于经常受到冲击载荷的凸轮机构还要求凸轮芯部有足够的韧性。载荷不大、低速时可选用 HT250、HT300、QT800-2、 QT900-2等作为凸轮的材料，轮廓表面需经热处理，以提高其耐磨性。中速、中载的凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrMn 等材料，并经表面淬火，使硬度达 5560HRC 。高速、重载凸轮可用 40Cr，表面淬火至 5660HRC ，或用38CrMoAl，经渗氮处理至 6067HRC。滚子材料可选用20Cr、18CrMoTi等，经渗碳淬火，表面硬度达5662HRC，也可

11、用滚动轴承作为滚子。 2凸轮的结构图8 键连接式图7 凸轮轴当凸轮的径向尺寸与轴的直径尺寸相差不大时，凸轮与轴做成一体，如发动机中的凸轮轴。当凸轮的径向尺寸较大时，凸轮与轴应分别制造。凸轮与轴的连接方式有键连接式和销连接式等。五、凸轮机构从动件的常用运动规律图9 等速运动规律位移线图直观地表示了从动件的位移变化规律，但若要了解凸轮机构的运动性能，还应进一步分析其速度和加速度的变化规律。从动件的位移、速度和加速度随时间t（或凸轮转角）的变化规律，称为从动件的运动规律。从动件的运动规律很多，下面仅就从动件上升的推程来分析几种常用的运动规律，并假设与推程相接的分别为近停程和远停程，即“停升停”。1、

12、等速运动规律从动件在推程（上升）或回程（下降）中运动速度不变的运动规律，称为等速运动规律。等速运动规律的推程运动线图如图9所示。由图可知，在推程开始时，从动件运动速度由零突变为v0，此时加速度为无穷大；同理，在推程终止时，从动件运动速度又由v0突变为零，其加速度为负无穷大。可见在从动件运动的始末两端，从动件急起急停，由加速度引起的惯性力在理论上为无穷大，此时造成的冲击称为刚性冲击。故单纯的等速运动规律只宜用于低速、轻载的场合。在实际应用时，可将位移曲线的始末两端用圆弧等曲线光滑过渡，以缓和冲击。图10 等加速等减速运动规律2、等加速等减速运动规律从动件在推程或回程的前半段作等加速运动，后半段作

13、等减速运动。通常前半段和后半段完全对称，即两者的位移相等，加速度和减速度的绝对值也相等。图10所示为从动件在推程中采用等加速等减速运动规律的运动线图。在推程开始和终结时，从动件有逐渐加速和逐渐减速的过程，加速度发生有限值的突变，对机构也会造成一定的冲击，此时机构中引起的冲击称为柔性冲击。与等速运动规律相比，冲击程度大为减小，多用于中速、轻载的场合。在选择从动件的运动规律时，应综合考虑机器的工作要求、凸轮机构的运动性能、凸轮轮廓的易加工性等各个方面。演示法观察法启发法四、任务实施1.发动机配气凸轮机构的拆装。1）发动机中的配气机构依靠的转动，来驱使气门上下移动，从而实现气门的打开和关闭； 2）发

14、动机中的将曲轴的转动传递到凸轮轴上，使气门的开闭和活塞的运动协调一致；3）凸轮机构的结构和运动特点；2.对凸轮运动规律的认识。1）凸轮机构中，主动件通常作 运动。2）凸轮与从动件接触处的运动副属于哪类运动副？3）凸轮机构的常见运动规律有哪些？各有什么特点？4）凸轮轮廓与从动件之间必须始终 否则，凸轮机构就不能正常工作。5）对心外轮廓盘形凸轮机构工作时，凸轮回转时，从动件作 的运动循环。6）凸轮从动件的行程；7）凸轮基园。3.凸轮机构的应用场合1）等速运动规律，从动件在推程和回程中的速度 ，加速度为 ，故运动平稳，但在运动开始和终止时存在 冲击，这种凸轮机构一般只适用于 的场合；2）等加速等减速

15、规律，速度由 逐渐增至 ，而后又逐步减小趋近 ，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性，但也会使凸轮机构产生 冲击，也会对机器有一定的破坏作用。因此，等加速等减速运动规律只适用于 的场合。3. 测绘凸轮轴凸轮轮廓1）实训目的 1掌握凸轮轮廓检测的原理和基本方法；2通过测绘凸轮轴上凸轮的轮廓进一步加深对凸轮工作原理的理解。2）实训设备和工具 1凸轮轮廓线检测实验仪； 20-30毫米的百分表； 3被检测的凸轮轴试件；4自备记录纸和常用文具。3）实训原理与步骤 凸轮轮廓线的检测方法一般分为两类：一是检测出凸轮廓线的极坐标；二是检测出凸轮廓线所决定的从动件位移曲线图。图11是凸轮廓线检测仪的

16、示意图，可测出直动从动件盘状凸轮机构的位移。1松开手柄15，转动丝杆14，使顶针16伸缩，将被检测凸轮轴1安袋在分度头主轴7与顶针16上，然后进行校正，使凸轮轴线与分度头主轴线重合。2. 将百分表21装夹在支架17的升降螺母20的侧孔内，锁紧手轮22。然后转动纵向丝杆12，使支架17左右移动，从而使从动件23(即百分表测量杆)移动到凸轮的正上方，松开手柄19，慢慢转动螺母18，使从动件23轻触凸轮廓面，然后锁紧手柄19。然后再转动横向丝杆10，使支架17前后移动，按实验要求调节从动件23的偏距e（其数值可从横向座左测面的标尺上读出）,并调整好从动件与凸轮的相对位置。图11 凸轮廓线检测仪示意图

17、3. 松开分度头的固紧手柄3，拉起定位销6，慢慢正反转动分度手柄2，使凸轮1随分度头的主轴7转动。找正测量凸轮廓线的升始位置（凸轮上有标记），插下定位销6，转动百分表21的刻度盘使其指针置于0，并对应记录凸轮转角=0º，从动件位移S=0。4凸轮的分度采用简单分度法，分度头4内的蜗轮蜗杆传动比为1:40,设凸轮所需的等分数为z, 如果利用分度盘上的54孔圈来分度，则可以计算出凸轮每转过10º（即36等分）时手柄2所转过的孔数为60孔（一圈加6个孔）。具体做法是：由定位销6开始,逆时针数60个孔，顺将定位仪5拔到第60个孔，然后拉起定位销6，逆钟方向转动分度手柄2，定位销6随同转动插入第60个孔中，然后从百分表21读出从动件的位移量(百分表每小格刻度值为0.01mm)。并对应记录与S值。如此重复，直到凸轮转回到起始位置，就可测得36对与S的对应值。并将实验数据填入表中。 凸轮转角0°10°20°30°.从动件位移s（mm）5. 测量基圆半径rb= 。6. 按测得的与S对应数值，画出凸轮的实际轮廓线图。讲授法示范法实验法五、任务检查及指导任务实施以学习小组为单位组织