1、機械設計基礎課程教案授課時間第 3 周第 7節課次2授課方式理論課討論課實驗課 習題課課時（請打）其他2安排授課題目：第四章 凸輪機構主要教學方法教學方法： 利用動畫演示機構運動，工程應用案例展示其應用場合。與手段教學手段：本課次教學目的、要求： 1.了解凸輪機構的組成、特點、分類及應用2. 掌握從動件的常用運動規律；了解其沖擊特性及應用教學重點及難點：重點：凸輪機構的從動件的常用運動規律。難點：立體凸輪機構運動的實現教學基本內容及過程4.1凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，主要由凸輪、從動件和機架三個構件組成。凸輪通常作連續等速轉動，從動件則按預定運動規律

2、作間歇（或連續）直線往復移動或擺動。請看下圖所示的內燃機配氣凸輪機構。凸輪 1 以等角速度回轉， 它的輪廓驅使從動件 （閥桿）按預期的運動規律啟閉閥門。1內燃機配氣機構送料機構上圖所示則是自動送料機構。當有凹槽的凸輪1 轉動時，通過槽中的滾子3，驅使從動件 2 作往復移動。凸輪每轉一周，從動件即從儲料器中推出一個毛坯送到加工位置。凸輪機構的分類接下來學習凸輪機構的分類。如果按凸輪的形狀分，可以分為： 盤形凸輪：如下圖(a) 所示。 移動凸輪：如下圖(b) 所示。 圓柱凸輪：如下圖 (c) 所示。凸輪的類型如果按從動件的形狀分，可以分為： 尖頂從動件：如下圖(a) 所示。 滾子從動件：如下圖(b

3、) 所示。 平底從動件：如下圖(c) 所示。2從動件的類型4.2從動件的常用運動規律從動件的常用運動規律有下面三種：1.等速運動規律2.等加速等減速運動規律3.簡諧運動規律3機械設計基礎課程教案授課時間第 3 周第 8節課次2授課方式理論課討論課實驗課習題課課時（請打）其他2安排授課題目： 4.3盤形凸輪輪廓的設計主要教學方法教學方法：與手段教學手段：本課次教學目的、要求：掌握反轉法，能用圖解法繪制凸輪輪廓線，能編程設計凸輪廓線。教學重點及難點： 著重講清 “反轉法 ”原理。重點：著重講清 “反轉法 ”原理。難點：著重講清 “反轉法 ”原理。教學基本內容及過程3.3圖解法設計盤形凸輪輪廓圖解法

4、原理凸輪輪廓的設計原理按從動件的已知運動規律繪制凸輪輪廓的基本原理是反轉法。根據相對運動原理，若將上圖所示的整個凸輪機構（凸輪、從動件、機架）加上一個與凸輪角速度大小相等、方向相反的公共角速度（），此時各構件之間的相對運動關系不變。這樣，凸輪靜止不動，而從4動件一方面隨機架和導路一起以等角速度“ ”繞凸輪轉動，另一方面又按已知運動規律在導路中作往復移動（或擺動） 。由于從動件的尖頂始終與凸輪輪廓保持接觸，所以反轉后從動件尖頂的運動軌跡就是凸輪輪廓。凸輪機構的類型雖然有多種， 但繪制凸輪輪廓的基本原理及方法是相同的， 凸輪輪廓都按反轉法原理繪出。下面以常見的盤形凸輪為例，說明凸輪輪廓曲線的繪制方

5、法。尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓的設計我們來看一個例題設已知凸輪逆時針回轉，其基圓半徑= 30 mm，從動件的運動規律為凸輪轉角0° 180°180° 300°300° 360°從動件的運動規律等速上升 30 mm等加速等減速下降回到原停止不動處試設計此凸輪輪廓曲線。解 :設計步驟如下 :1按一定比例尺= 0.002 m/mm 繪制從動件的位移線圖（見下圖(a) ）。2按同一比例尺=，以為半徑作基圓，基圓與導路的交點即為從動件尖頂的起始位置。3等分位移線圖的橫坐標和基圓。根據反轉法原理，按位移線圖中橫坐標的等分數，從開始，沿的方向將基圓

6、圓周分成相應的等分數，以射線， 代表機構反轉時各個相應位置的導路，各射線與基圓的交點為， 。4從位移線圖量取， ，得， 。5以光滑曲線連接， ，即得凸輪的輪廓曲線（見下圖(b) ）。如果采用滾子從動件， 由于滾子中心是從動件上的一個固定點， 它的運動就是從動件的運動。因此，首先把滾子中心看成是尖頂從動件的尖點，此時按尖頂從動件設計得到的輪廓線稱為理論輪廓曲線。 再以理論輪廓線上各點為圓心畫一系列滾子圓， 然后繪出此滾子圓的包絡線，它就是滾子從動件凸輪機構的實際輪廓線。但須注意，此時凸輪的基圓半徑是指理論輪廓線上的最小半徑（見下圖(c) ）。5對心直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的設計6機械設計基礎課

7、程教案授課時間第 4周周第 9 節課次2授課方式理論課討論課實驗課習題課課時（請打）其他2安排授課題目：4.4凸輪機構設計中應注意的問題主要教學方法教學方法：與手段教學手段：本課次教學目的、要求：了解凸輪機構基本尺寸的確定教學重點及難點：重點：凸輪機構基本尺寸的確定難點：凸輪機構基本尺寸的確定教學基本內容及過程4.4凸輪機構設計中應注意的問題凸輪機構的壓力角和自鎖壓力角是決定凸輪機構能否正常工作的重要參數， 確定凸輪機構尺寸時必須考慮對壓力角的影響。凸輪機構的壓力角7上圖所示的為滾子直動從動件凸輪機構。凸輪機構和連桿機構一樣，從動件運動方向和接觸輪廓法線方向之間所夾的銳角稱為壓力角。當不考慮摩

8、擦時，凸輪給于從動件的作用力是沿法線方向的，從動件運動方向與作用力之間的夾角即壓力角。作用力可分解為沿從動件運動方向的有用分力和使從動件緊壓導路的有害分力。壓力角越大，則有害分力越大，由引起的摩擦阻力也越大。當增大到一定程度，由引起的摩擦阻力大于有用分力時，無論凸輪給于從動件的作用力多大，從動件都不能運動，這種現象稱為自鎖。由以上分析可以看出，為了保證凸輪機構正常工作并具有一定的傳動效率，必須對壓力角加以限制。凸輪輪廓曲線上各點的壓力角是變化的，在設計時應使最大壓力角不超過許用值。根據實踐經驗，推程許用壓力角推薦取以下數值:直動從動件，許用壓力角=30°擺動從動件，許用壓力角=45&

9、#176;常見的依靠外力維持接觸的凸輪機構，其從動件是在彈簧或重力作用下返回的，回程不會出現自鎖。因此，對于這類凸輪機構，通常只須對其推程的壓力角進行校核。壓力角與基圓半徑的關系請看下圖，凸輪基圓半徑和凸輪機構壓力角有關。式中從動件的線速度；從動件在處的位移。8壓力角與基圓半徑的關系由上式可知，基圓半徑越小，壓力角越大。若基圓半徑過小，壓力角就會超過許用值。反之，基圓半徑越大，壓力角就越小，但整個機構的尺寸也就越大，這將使結構不緊湊。故實際設計中，在保證凸輪機構的最大壓力角不超過許用值的前提下，將取大一些，以減小基圓半徑的值。若對機構尺寸沒有嚴格限制，則基圓半徑可取大些，以使減小，改善凸輪受力

10、情況。基圓半徑通常可根據結構條件，由下面的經驗公式確定: (0.8 1)（ mm）式中凸輪安裝處的軸頸直徑。在根據所選的基圓半徑設計出凸輪輪廓曲線后，必要時可對其實際壓力角進行檢查。若發現壓力角的最大值超過許用壓力角，則應適當增大，重新設計凸輪輪廓。滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇要考慮滾子的結構、 強度和凸輪輪廓曲線的形狀。 從減小凸輪與滾子間的接觸應力來看，滾子半徑越大越好，但滾子半徑增大后對凸輪實際輪廓曲線有很大影響，從而使滾子半徑的增大受到限制。請看下圖，對于外凸的理論輪廓曲線，由于實際輪廓曲線的曲率半徑等于理論輪廓曲線的曲率半徑與滾子半徑之差，設理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑以表示，滾子半徑用表示，則相應位置實際輪廓的曲率半徑。當時，如下圖 (a) 所示，這時， 0，實際輪廓為一平滑曲線。當=時，如下圖 (b) 所示，這時，= 0 ，在凸輪實際輪廓曲線上產生了尖點，這種尖點極易磨損，磨損后就會改變原定的運動規律。9當時，如下圖 (