武理工机械设计基础教案04凸轮机构

第六次课凸轮机构（一）教学内容1.凸轮机构的组成、特点、分类及应用2.从动件的常用运动规律及选择教学要求1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用教学的重点与难点重点：凸轮机构的从动件的常用运动规律。难点：从动件运动规律的选择。教学方法与手段利用工程应用案例展示其应用场合。运用模型和动画展示，帮助学生形成感性认识。

教学过程组织：复习旧课：连杆机构基本类型的判断方法，连杆机构的急回特性，压力角和传动角，以及最小传动角，机构的死点。引入新课：前面讲过了低副机构，这一次课讲一种高副机构——凸轮机构。在机构运动简图绘制里面讲过的内燃机里的配气机构就是凸轮机构。凸轮机构的应用：凸轮机构的组成：凸轮、从动件和机架—高副机构。凸轮是凸轮机构的原动件。（模型演示）凸轮机构的分类：1按凸轮形状分：(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本形式，是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形构件。如内燃机配气凸轮机构。(2)移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，则成为移动凸轮，当移动凸轮沿工作直线往复运动时，推动从动件作往复运动。如靠模车削机构。（动画演示）(3)圆柱凸轮凸轮轮廓分布在圆柱面上，比如生产线搬运机构。（动画演示）2.按从动件端部形状分(1)尖顶从动件这种从动件结构简单，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现预期的运动规律。但由于尖顶容易磨损，所以只适用于载荷较小的低速凸轮机构。(2)滚子从动件由于接触处是滚动摩擦，不易磨损，因此是一种最常用的从动件。(3)平底从动件由于平底与凸轮面间容易形成楔形油膜，能减少磨损，常用于高速重载的凸轮机构中。它的缺点是不能用于具有内凹轮廓的凸轮机构。

凸轮机构的工作原理和特点：（动画演示）1基本参数偏距圆：以凸轮转动中心Ｏ为圆心，以Oq为半径的圆称为偏距圆，从动件在运动的过程中，其速度方向将始终保持和偏距圆相切。基圆：以凸轮廓线的最小向径r0为半径所绘制的圆。推程：当凸轮以等角速度沿逆时针方向转过角度δt时，从动件以一定的运动规律由离回转中心最近的位置到达最远位置，这个过程称为推程。而与推程对应的凸轮转角δt称为推程运动角。远休止角：当凸轮继续回转角度δs时，从动件在最远位置保持不动，δs称为远休止角。回程：凸轮继续回转角度δh时，从动件在重力、弹簧力或其它力的作用下，以一定的运动规律回到起始位置，这个过程称为回程，δh称为回程运动角。近休止角：当凸轮继续回转角度δs’时，从动件在最近位置停留不动，δs’称为近休止角。升程h：从动件上升的最大位移。位移线图：从动件位移与凸轮转角之间的关系曲线。纵坐标代表从动件移动的位移，横坐标代表凸轮的转角(因凸轮通常是匀速转动的，因此横坐标实际上也代表时间)。（动画演示）从动件的位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状。即：从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线。2常用的从动件运动规律（1）等速运动规律开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击。适用于低速轻载和从动件质量较小的凸轮机构。（2）等加速等减速运动规律从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常加速度和减速度绝对值相等。加速度在o,m,e产生有限值的变化，发生柔性冲击，适宜于中、低速，轻载场合。（3）余弦加速度运动规律因这种运动规律的加速度为余弦函数，故称为余弦加速度运动规律。行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合。此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续。小结：1.凸轮机构的组成、特点、分类及应用2.从动件的常用运动规律及选择作业与思考：凸轮机构的类型有哪些？在选择凸轮机构类型时应考虑哪些因素？第七次课凸轮机构（二）教学内容1.​

盘形凸轮轮廓的设计2.​

凸轮设计时的注意问题教学要求1.掌握盘形凸轮轮廓的设计原理、设计方法2.掌握凸轮轮廓设计时要注意的基本问题教学的重点与难点重点：盘形凸轮轮廓的设计方法、设计时要注意的问题。难点：偏置滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计方法。教学方法与手段利用动画演示、注重原理和方法。

教学过程组织：复习旧课：凸轮机构的类型和特点，基本的名词术语，常用的从动件的运动规律和特点。引入新课：前面讲到了从动间的运动规律取决于凸轮的轮廓，如果要想实现某一运动规律，该怎么来设计凸轮的轮廓曲线呢？以盘形凸轮为例进行讲解。盘形凸轮轮廓曲线的设计：凸轮轮廓曲线设计的基本原理——反转法。（动画演示）反转法---对整个机构加绕凸轮轴心O点的"-ω"公共角速度反转，显然：反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。1.对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计已知：凸轮的基圆半径r0，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。②等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。2．对心移动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计已知：凸轮的基圆半径rb，滚子半径rr、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。②等分位移曲线、反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。④将各点连接成一条光滑曲线。⑤作一系列滚子圆及滚子圆的内(外)包络线。3．对心移动平底从动件盘形凸轮廓线的设计已知：凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺l，作位移曲线和基圆r0。②等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。③确定反转后平底与导路中心线的交点A在各等分点占据的位置。④作平底直线族及平底直线族的内包络线。4．偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计已知条件：从动件运动规律，偏距e，凸轮转动方向，基圆半径。设计步骤如下：

凸轮设计中应注意的问题：1、凸轮机构的压力角和自锁不考虑摩擦的情况下，工作时凸轮给从动件的作用力Ｒ沿接触点处的公法线方向，根据力的分解原理，有：R'=Rcosα、R"＝Rsinαα是压力角。当α增大到一定程度，由R"引起的导路对从动件的摩擦阻力就会大于有效分力R'，这时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从动件都不会运动，这种现象称为自锁。为保证凸轮机构正常工作并具有一定的效率，必须对压力角加以限制。设计时应使最大压力角不超过许用值：直动从动件凸轮：[α]＝30°～38°摆动从动件凸轮：[α]＝40°～50°2、压力角与基圆半径的关系∴α↓→r0↑→结构不紧凑；r0↓→α↑→η↓，甚至自锁基圆半径经验公式：r0=（1.6～2）r式中：r——凸轮轴孔半径3、滚子半径的选择rT↑接触应力↓，但rT过大，凸轮的实际轮廓曲线会产生失真。故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rT小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。常取r