機械基礎產教融合

任務導向項目六

設計配氣機構學習導圖情境導入內燃機配氣機構，如圖內燃機配氣機構所示，工作過程中依靠凸輪機構實現精確換氣。壓縮和做功行程中，氣門在彈簧張力的作用下嚴密關閉。凸輪機構之所以應用在多種機械，是因為凸輪機構結構簡單，設計方便，利用不同的凸輪輪廓線可以使從動件實現各種給定的運動規律，因此在自動化機械中得到廣泛的應用，請分析：1、凸輪機構有哪些類型，各自應用于哪些場合？2、凸輪機構的從動件運動規律有哪些？分別適用于什么場合？3、設計配氣機構的盤形凸輪。堅守崗位、持之以恒、不斷創新學習目標知識目標1、分析凸輪機構的工程實例；2、掌握從動件常用運動規律及位移曲線的繪制方法；3、根據機構的工作要求設計凸輪機構。能力目標1、能分析識別凸輪機構的類型、工作原理及應用；2、能簡單分析凸輪機構的運動規律和運動特性。育人目標1、培養學生自主學習習慣；2、培養學生嚴謹務實、精益求精的工匠精神；3、培養學生職業規范意識。學習方法掃一掃：邊學邊練電子活頁工單活頁工單樣例知識鏈接一、認識凸輪機構的組成、分類及應用目錄CONTENTS二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律三、校核凸輪輪廓一、認識凸輪機構的組成、分類及應用

內燃機配氣機構，當凸輪1等速轉動時，凸輪曲線輪廓通過與氣閥2（從動件）的平底接觸，迫使氣閥2上、下往復移動，從而控制氣閥的開啟與閉合，以控制燃氣進入或排出廢氣。6.1.1

認知凸輪機構的組成一、認識凸輪機構的組成、分類及應用按照凸輪的形狀不同可分為：6.1.2

認知凸輪機構的分類

盤形凸輪圓柱凸輪移動凸輪一、認識凸輪機構的組成、分類及應用按照從動件端部結構形式可分為：6.1.2

認知凸輪機構的分類尖頂從動件凸輪平底從動件凸輪滾子從動件凸輪一、認識凸輪機構的組成、分類及應用6.1.3認知凸輪機構的應用

配氣機構繞線機的凸輪機構

沖床送料凸輪機構機床進給凸輪機構一、認識凸輪機構的組成、分類及應用6.2.1分析凸輪機構的運動基圓（r0）：以凸輪最小向徑作的圓稱為基圓，其半徑稱為基圓半徑，用表示r0。推程：當凸輪連續轉動時，從動件尖端被凸輪輪廓由最低點推至最高點的過程。行程（h）:從動件由最低點上升到最高點的距離稱為行程，用h表示。對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構一、認識凸輪機構的組成、分類及應用6.2.1分析凸輪機構的運動推程運動角Φ0

：在推程中，凸輪相應的轉角稱為推程運動角，用Φ0表示。遠休止：當凸輪連續轉動時，從動件尖端被在最高點位置不動的過程。遠程休止角Φ

s：在遠休止時，當凸輪繼續轉動，凸輪所轉過的角度，用Φ

s表示。

對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構一、認識凸輪機構的組成、分類及應用6.2.1分析凸輪機構的運動回程：當凸輪連續轉動時，從動件尖端由最高點回到最低點的過程。回程運動角Φ

0

′：在回程中，凸輪所轉過的角度，用Φ

0

′表示。近休止：當凸輪連續轉動時，從動件尖端被在最低點位置不動的過程。近休止角Φ

sˊ：在近休止時，凸輪所轉過的角度，用Φ

sˊ表示。對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構

1.等速運動規律二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.2

分析從動件的常用運動規律

剛性沖擊：從動件的瞬時加速度趨于無窮大時，慣性力也趨于無窮大，致使機構產生強烈的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。適用范圍：由于產生剛性沖擊，故只適用低速、輕載的凸輪機構。等速運動規律位移圖速度圖加速度圖

2.等加速等減速動規律二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.2

分析從動件的常用運動規律

柔性沖擊：從動件的瞬時加速度發生有限值變化，慣性力也發生有限值變化，機構由此受到的沖擊稱為柔性沖擊。適用范圍：由于存在柔性沖擊，故僅適用中、低速場合。等加速等減速運動規律位移圖速度圖加速度圖

3.余弦加速度運動規律（簡諧運動規律）二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.2

分析從動件的常用運動規律

加速度曲線不連續，存在柔性沖擊，用于中速的凸輪機構。但若從動件僅做“升—降—升”的連續運動（無休止），則加速度曲線變為連續曲線，無柔性沖擊，可用于高速的凸輪機構。余弦加速度運動規律位移圖速度圖加速度圖

4.正弦加速度運動規律二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.2

分析從動件的常用運動規律全行程中無速度和加速度的突變，因此不產生沖擊，適用于高速場合。正弦加速度運動規律位移圖速度圖加速度圖

反轉法原理：假設給整個凸輪機構加上一個公共角速度“-ω”繞凸輪軸心O轉動時，根據相對運動原理，各構件間相對運動關系不變。二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構

案例：

用圖解法設計配氣凸輪機構：設已知凸輪順時針回轉，其基圓半徑rb＝30mm，從動件的運動規律見下表：二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓凸輪轉角0°～144°144°～216°216°～360°從動件的運動規律等速上升30mm停止不動等加速等減速下降回到原處

二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓位移圖基圓（2）以O為圓心，以rb為半徑，按照同一比例繪制基圓，定從動件的起始位置為B，見右圖基圓。

解題步驟：（3）自OB0沿的相反方向取角度，推程運動角與回程角度分別為144°，等分為四分，所以位置1、2、3等分別對應的角度為36°、72°、108°，依次類推，見左圖所示。二、分析凸輪機構的運動及常用運動規律6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓等分基圓凸輪輪廓（4）量取各個位移量，得反轉后尖頂的一系列位置1’、2’、3’……見右圖所示。（5）光滑連接各點0、1’、1’……8’、0，，如右圖所示，做出凸輪的外輪廓。

1.凸輪機構壓力角的概念：凸輪輪廓上，從動件的運動速度方向與其受凸輪作用力方向所夾的銳角，稱為凸輪機構的壓力角，用α表示。三、校核凸輪輪廓6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓

Fy=Fncosα--有效分力Fx=Fnsinα--引起摩擦力，有害分力

討論：α↑（γ↓）結論：Fx產生的摩擦力＞Fy

，從動件不能運動，凸輪機構產生自鎖現象。→Fy↓

→傳力性能差。

α↓（γ↑

）2.壓力角與作用力的關系

三、校核凸輪輪廓6.2.3

設計對心盤形凸輪輪廓最大壓力角αmax≤[α]3.許用壓力角[α]

一般設計中，直動從動件推程中的[α]=30o~38o，擺動從動件推程[α]=40o~45o。對于回程，因載荷很小，且從動件在鎖合力作用下返回，不易出現自鎖，通常只需校核推程壓力角。任務實施

1.凸輪機構有哪些類型，各自應用于哪些場合？

2.凸輪機構的從動件運動規律有哪些？分別適用于什么場合？

3.設計配氣