汽车机械基础 单元3-凸轮机构电子教案

授课教案课题单元三凸轮机构课题一凸轮机构的结构及类型班级授课日期年月日星期目的与要求1．掌握凸轮机构的组成、特点、分类及应用。2．掌握凸轮机构的结构形式。3.能够分析凸轮机构在汽车上的应用及运动过程。4.能够说出凸轮机构在其它生产生活中的应用。重点1．掌握凸轮机构的组成、特点、分类及应用。2．掌握凸轮机构的结构形式。难点1.能够分析凸轮机构在汽车上的应用及运动过程。2.能够说出凸轮机构在其它生产生活中的应用。授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题一凸轮机构的结构及类型（2学时）一、凸轮机构概述（0.5学时）二、凸轮机构的分类、特点和应用（1.5学时）教学过程学习单元三凸轮机构【导语】凸轮机构是一种结构简单且容易实现各种复杂运动规律的高副机构，广泛应用于自动化及半自动化机械中。例如，内燃机配气机构、冲压机、自动机床进给机构、钥匙等。课题一凸轮机构的结构及类型一、凸轮机构概述如图3-1-1所示，凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3组合而成的一种高副机构。其中凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通常作为主动件作匀速转动或移动，使从动件在凸轮的曲线轮廓或者凹槽的驱动下，按照预定运动规律作往复直线运动或摆动。图3-1-1凸轮机构的组成凸轮机构的优点：结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓，就可以使从动件实现任意预期的复杂运动；具备高速起动性能，动作可靠准确。凸轮机构的缺点：凸轮机构是高副机构，易磨损，只宜用于传力不大的场合；从动件的行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸变化过大，机构变得笨重；凸轮精度要求较高，制造较复杂，一般需用数控机床进行加工。二、凸轮机构的分类、特点和应用凸轮机构的类型有很多种，分类方式也很多，这里只介绍按照凸轮、从动件几何形状的分类。按照凸轮的几何形状分为三种：盘形凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮；按照从动件的端部结构形式，凸轮机构可以分为：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件这三种类型。下面我们就来介绍一下每种凸轮机构的特点及其应用。1.盘形凸轮如图3-1-1所示的凸轮机构就是一种盘形凸轮，也叫平板凸轮，是凸轮的最基本形式。这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮1绕固定轴转动时，可以使从动件2在垂直于凸轮轴的平面内作往复直线运动。在盘形凸轮机构中，凸轮是主动件，绕轴作旋转运动，这种形式在工程上应用最为广泛。2.圆柱凸轮如图3-1-4所示为圆柱凸轮。凸轮为一圆柱体，曲线轮廓可以开在圆柱体的断面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。当圆柱凸轮旋转时，圆柱体上的凹槽迫使从动件作往复移动或绕定点摆动。图3-1-4圆柱凸轮3.移动凸轮如图3-1-6所示的靠模车削机构应用了移动凸轮。当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作往复直线运动，从而推动从动件作往复运动，通常称这种凸轮为移动凸轮。图3-1-6靠模车削机构4.尖顶从动件如图3-1-7所示，尖顶从动件按运动形式又分为移动式和摆动式两种。尖顶从动件结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，因而能实现任意预期的运动规律，但因尖顶与凸轮呈点接触，极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。图3-1-7尖顶从动件5.滚子从动件如图3-1-8所示，滚子从动件按运动形式也分为移动式和摆动式两种。在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮轮廓的接触为线接触，两者之间是滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。因此，可用来传递较大的动力，在工程上应用也最广泛。但是滚子从动件可实现的运动规律有局限性，因结构尺寸和重量较大，且滚子销轴处有配合间隙，虽然可用于高速运动，但对高速运动也有不利影响。

图3-1-8滚子从动件6.平底从动件如图3-1-11所示，平底从动件按运动形式分为移动式和摆动式两种。平底从动件一端做成平底（即平面），在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成楔形油膜，故润滑条件好、磨损小。当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，从动件受力平稳，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。图3-1-11平底从动件【作业】课后习题46-48页一、1.2.3.4.5二、1.2.3.4.5.6四、1.2授课教案课题课题二凸轮机构的工作过程及从动件运动规律班级授课日期年月日星期目的与要求1．掌握凸轮机构的工作过程。2．掌握凸轮机构从动件的常用运动规律及运动规律曲线。3.能够根据凸轮机构的工作过程原理图，说出凸轮机构的运动循环。4.能够根据从动件的运动规律，绘制位移线图、速度线图、加速度线图。重点1．掌握凸轮机构的工作过程。2．掌握凸轮机构从动件的常用运动规律及运动规律曲线。难点1.能够根据凸轮机构的工作过程原理图，说出凸轮机构的运动循环。2.能够根据从动件的运动规律，绘制位移线图、速度线图、加速度线图。授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题二凸轮机构的工作过程及从动件运动规律（2学时）一、凸轮机构工作过程（1学时）从动件常用的运动规律（1学时）教学过程课题二凸轮机构的工作过程及从动件运动规律一、凸轮机构工作过程凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。如图3-2-1所示，为一对尖顶移动从动件盘形凸轮机构的工作原理图。凸轮回转时，从动件作“升——停——降——停”的运动循环。凸轮按逆时针方向回转，从动件位于最低位置时，它的尖端与凸轮轮廓上点A接触。凸轮旋转一圈，从动件的尖端又回到点A。图3-2-1凸轮机构工作过程图3-2-1所示的凸轮工作过程可以表示为一个运动循环，如表3-2-1所示。表3-2-1凸轮机构的一个运动循环凸轮转角推程运动角δ1远停程角δ2回程运动角δ3近停程角δ4从动件推程（AB）远停程（BC）回程（CD）近停程（DA）如果把凸轮机构的工作过程用曲线表示，横坐标表示凸轮转过的角度δ，纵坐标表示从动件的位移情况S，那么这条曲线就叫做从动件的位移线图，如图3-2-1b所示。从动件的位移线图反映了从动件的变化规律，可以据此来设计凸轮的轮廓。二、从动件常用的运动规律1.等速运动规律等速运动规律是指当凸轮作匀速转动时，从动件在运动过程中的速度为常数，即速度保持不变。如图3-2-2所示。图3-2-2推程段的等速运动规律若从动件在整个推程中的总位移为h，凸轮上对应的推程运动角为δ0，那么由运动学规律可知，在等速运动中，从动件的位移S与时间t的关系为：凸轮转角δ与时间t的关系为：可以得到：则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为：v和都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线，如图3-2-2所示的位移线图。从动件在回程时的位移曲线则与图3-2-2所示的位移线图相反，是一条向下的斜直线。下面我们来分析一下在等速运动规律下凸轮机构的工作特点：由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始和终止时，从动件的速度从零突然增大到v或由v突然减为零，此时，理论上的加速度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称为刚性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合。2.等加速等减速运动规律当凸轮作等角速度旋转时，从动件在推程（或回程）的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律，如图3-2-3所示。图3-2-3等加速等减速运动规律（推程）由运动学规律可知，当物体作初速度为零的等加速度直线运动时，物体的位移方程是：在凸轮机构中，凸轮按等角速度旋转，凸轮转角δ与时间t的关系为：则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为：式中a和都是常数，所以从动件位移S和凸轮转角δ成二次函数的关系，所以从动件作等加速等减速运动的位移曲线是抛物线，图3-2-3所示。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲率方向相反的抛物线连成。等加速等减速运动凸轮机构的工作特点：从动件按等