第三章凸轮机构1

6《机械设计基础》教案PAGEPAGE2镇江市高等专科学校教案授课班级：机制、机电、模具、机设、机器人专业授课教师：于明教学内容第3章凸轮机构授课时间2学时教学目的要求掌握凸轮机构的基本类型及其应用；了解从动件的常用运动规律。内容重点1、凸轮机构的基本类型及其应用2、从动件的常用运动规律内容难点从动件运动规律的选择主要教学方法讲授法、讨论法、讲练结合法教学注意事项多提问多启发，理论联系实际使用教具及设备多媒体设备、机械设计多功能示教陈列柜过程及时间教学内容及学生活动教学方法开始部分（5分钟）复习提问什么是曲柄摇杆机构的急回特性？什么是压力角与传动角？3、什么是死点？讲授法基本部分（80分钟）第3章凸轮机构3.1概述3.2常用的从动件运动规律采用多媒体图示，对照实物及图片进行详细讲解。结束部分（5分钟）本讲内容小结什么是凸轮机构？有哪些类型？2、设计凸轮机构时，如何选择从动件运动规律？提问和讲评作业课后小结如何选择从动件运动规律需结合实例讲解较好[教学内容]：凸轮机构在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。5.1概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但另一方面，由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。一、凸轮机构的应用组成：凸轮、从动件、机架。作用：将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。应用：内燃机的配气机构；机床进给机构；绕线机。（图片见课件）特点：结构简单、紧凑，设计方便，只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到准确的任意预期运动。但凸轮与从动件间为点或线接触，易于磨损。图示为内燃机配气凸轮机构。当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓迫使从动作2（阀杆）按内燃机工作循环的要求启闭阀门。图为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱动刀架运动。凹槽的形状将决定刀架的运动规律。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承受重载或冲击载荷。二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。⒈按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮它是凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，如图5-1。（2）移动凸轮

当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。（3）圆柱凸轮将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮，如图所示。⒉按从动件形状分类（1）尖顶从动件尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但因为尖顶磨损快，所以只宜用于受力不大的低速凸轮机构中。（2）滚子从动件在从动件的尖顶处安装一个滚子从动件，可以克服尖顶从动件易磨损的缺点。滚子从动件耐磨损，可以承受较大载荷，是最常用的一种从动件型式。（3）平底从动件这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，所以它不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是：当不考虑摩擦是，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高，且接触面易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。⒊按从动件运动形式

可分为直动从动件（对心直动从动件和偏置直动从动件）和摆动从动件两种。凸轮机构中，采用重力、弹簧力使从动件端部与凸轮始终相接触的方式称为力锁合；采用特殊几何形状实现从动件端部与凸轮相接触的方式称为形锁合。5.2常用的从动件运动规律基圆：以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用rb表示。推程运动角：从动件被凸轮推动，以一定运动规律，从最近位置到达最远位置，从动件在这过程中经过的距离h称为推程[升程]，对应的凸轮转角δ0称为推程运动角。远休止角：当凸轮继续回转时，从动件在最远位置停留不动。此时凸轮转过的角度δS，称为远休止角。ssδ0回程运动角；凸轮再继续回转，从动件以一定运动规律从最远位置回到最近位置，这段行程称为回程，对应的凸轮转角ssδ0h近休止角：当凸轮继续回转时，从动件在最近位置停留不动。此时凸轮转过的角度δS/，称为近休止角。h一、等速运动规律凸轮角速度ω1为常数时，从动件速度υ不变，称为等速运动规律。位移方程可表达为s=h1/δ0，下图为等速运动规律的位移、速度、加速度线图。对于等速运动规律，起点和终点瞬时的加速度α为无穷大，因此产生刚性冲击应用于中、小功律和低速场合，推程时从动件的运动规律方程为：回程时从动件的运动规律方程为：为避免由此产生的刚性冲击，实际应用时常用圆弧或其他曲线修正位移线图的始、未两端，修正后的加速度α为有限值，此时引起的有限冲击称为柔性冲击。二、等加速、等减速运动规律等加速、等减速运动规律，在前半程用等加速运动规律，后半程采用等减速运动规律，两部分加速度绝对值相等。对前半程运动方程为：后半程运动方程为：等加速等减速运动规律的位移线图的画法为将推程角0分成两等份，每等份为0/2；将行程分成两等份，每等份为0/2。将0/2分成若干等份，得1、2、3…等点，过这些点作横坐标的垂线。将0/2分成相同的等份…等点，连…与相应的横坐标的垂线分别相交与…点。便得到推程等加速段的位移线图，等减速段的位移线图可用同样的方法求得,等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图(上右图)。等加速、等减速运动规律在运动起点A、中点B、终点C的加速度突变为有限值，产生柔性冲击。用于中速场合。三、简谐（余弦加速度）运动规律余弦加速度运动规律的加速度曲线为1/2个周期的余弦曲线，位移曲线为简谐运动曲线（又称简谐运动规律），运动方程为:图3-11为余弦加速度运动规律位移线图、速度线图和加速度线图余弦加速度运动规律在运动起始和终止位置，加速度曲线不连续，存在柔性冲击；用于中速场合。但对于升→降→升型运动的凸轮机构，加速度曲线变成连续曲线，则无柔性冲击。可用于较高速场合。四、从动件运动规律的选择可依下列顺序选择从动件运动规律：（1）满足机器工作对凸轮机构从动件运动规律的要求。例如，钻孔时若由从动件带动钻头轴向进给，钻孔工艺要求从动件按等速运动规律运动。（2）保证凸轮机构具有良好的工作性能。对凸轮机构工作性能影响较大的因素，除了有无冲击及冲击性质外，还有最