機(jī)械基礎(chǔ)產(chǎn)教融合

任務(wù)導(dǎo)向項(xiàng)目六

設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖情境導(dǎo)入內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，如圖內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)所示，工作過(guò)程中依靠凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精確換氣。壓縮和做功行程中，氣門在彈簧張力的作用下嚴(yán)密關(guān)閉。凸輪機(jī)構(gòu)之所以應(yīng)用在多種機(jī)械，是因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，利用不同的凸輪輪廓線可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此在自動(dòng)化機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)分析：1、凸輪機(jī)構(gòu)有哪些類型，各自應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？2、凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪些？分別適用于什么場(chǎng)合？3、設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)的盤形凸輪。堅(jiān)守崗位、持之以恒、不斷創(chuàng)新學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、分析凸輪機(jī)構(gòu)的工程實(shí)例；2、掌握從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律及位移曲線的繪制方法；3、根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)。能力目標(biāo)1、能分析識(shí)別凸輪機(jī)構(gòu)的類型、工作原理及應(yīng)用；2、能簡(jiǎn)單分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特性。育人目標(biāo)1、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣；2、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、精益求精的工匠精神；3、培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)規(guī)范意識(shí)。學(xué)習(xí)方法掃一掃：邊學(xué)邊練電子活頁(yè)工單活頁(yè)工單樣例知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用目錄CONTENTS二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、校核凸輪輪廓一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪曲線輪廓通過(guò)與氣閥2（從動(dòng)件）的平底接觸，迫使氣閥2上、下往復(fù)移動(dòng)，從而控制氣閥的開(kāi)啟與閉合，以控制燃?xì)膺M(jìn)入或排出廢氣。6.1.1

認(rèn)知凸輪機(jī)構(gòu)的組成一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用按照凸輪的形狀不同可分為：6.1.2

認(rèn)知凸輪機(jī)構(gòu)的分類

盤形凸輪圓柱凸輪移動(dòng)凸輪一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用按照從動(dòng)件端部結(jié)構(gòu)形式可分為：6.1.2

認(rèn)知凸輪機(jī)構(gòu)的分類尖頂從動(dòng)件凸輪平底從動(dòng)件凸輪滾子從動(dòng)件凸輪一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用6.1.3認(rèn)知凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

配氣機(jī)構(gòu)繞線機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu)

沖床送料凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給凸輪機(jī)構(gòu)一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用6.2.1分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被凸輪輪廓由最低點(diǎn)推至最高點(diǎn)的過(guò)程。行程（h）:從動(dòng)件由最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的距離稱為行程，用h表示。對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用6.2.1分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)推程運(yùn)動(dòng)角Φ0

：在推程中，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角，用Φ0表示。遠(yuǎn)休止：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被在最高點(diǎn)位置不動(dòng)的過(guò)程。遠(yuǎn)程休止角Φ

s：在遠(yuǎn)休止時(shí)，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，用Φ

s表示。

對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)一、認(rèn)識(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類及應(yīng)用6.2.1分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)回程：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端由最高點(diǎn)回到最低點(diǎn)的過(guò)程。回程運(yùn)動(dòng)角Φ

0

′：在回程中，凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，用Φ

0

′表示。近休止：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被在最低點(diǎn)位置不動(dòng)的過(guò)程。近休止角Φ

sˊ：在近休止時(shí)，凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，用Φ

sˊ表示。對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.2

分析從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

剛性沖擊：從動(dòng)件的瞬時(shí)加速度趨于無(wú)窮大時(shí)，慣性力也趨于無(wú)窮大，致使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。適用范圍：由于產(chǎn)生剛性沖擊，故只適用低速、輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移圖速度圖加速度圖

2.等加速等減速動(dòng)規(guī)律二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.2

分析從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

柔性沖擊：從動(dòng)件的瞬時(shí)加速度發(fā)生有限值變化，慣性力也發(fā)生有限值變化，機(jī)構(gòu)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(chǎng)合。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移圖速度圖加速度圖

3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.2

分析從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊，用于中速的凸輪機(jī)構(gòu)。但若從動(dòng)件僅做“升—降—升”的連續(xù)運(yùn)動(dòng)（無(wú)休止），則加速度曲線變?yōu)檫B續(xù)曲線，無(wú)柔性沖擊，可用于高速的凸輪機(jī)構(gòu)。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移圖速度圖加速度圖

4.正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.2

分析從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律全行程中無(wú)速度和加速度的突變，因此不產(chǎn)生沖擊，適用于高速場(chǎng)合。正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移圖速度圖加速度圖

反轉(zhuǎn)法原理：假設(shè)給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度“-ω”繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變。二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)心盤形凸輪輪廓對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

案例：

用圖解法設(shè)計(jì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)：設(shè)已知凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑rb＝30mm，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見(jiàn)下表：二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)心盤形凸輪輪廓凸輪轉(zhuǎn)角0°～144°144°～216°216°～360°從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速上升30mm停止不動(dòng)等加速等減速下降回到原處

二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)心盤形凸輪輪廓位移圖基圓（2）以O(shè)為圓心，以rb為半徑，按照同一比例繪制基圓，定從動(dòng)件的起始位置為B，見(jiàn)右圖基圓。

解題步驟：（3）自O(shè)B0沿的相反方向取角度，推程運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的角度為36°、72°、108°，依次類推，見(jiàn)左圖所示。二、分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)心盤形凸輪輪廓等分基圓凸輪輪廓（4）量取各個(gè)位移量，得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?’、2’、3’……見(jiàn)右圖所示。（5）光滑連接各點(diǎn)0、1’、1’……8’、0，，如右圖所示，做出凸輪的外輪廓。

1.凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的概念：凸輪輪廓上，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度方向與其受凸輪作用力方向所夾的銳角，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，用α表示。三、校核凸輪輪廓6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)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(jié)論：Fx產(chǎn)生的摩擦力＞Fy

，從動(dòng)件不能運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。→Fy↓

→傳力性能差。

α↓（γ↑

）2.壓力角與作用力的關(guān)系

三、校核凸輪輪廓6.2.3

設(shè)計(jì)對(duì)心盤形凸輪輪廓最大壓力角αmax≤[α]3.許用壓力角[α]

一般設(shè)計(jì)中，直動(dòng)從動(dòng)件推程中的[α]=30o~38o，擺動(dòng)從動(dòng)件推程[α]=40o~45o。對(duì)于回程，因載荷很小，且從動(dòng)件在鎖合力作用下返回，不易出現(xiàn)自鎖，通常只需校核推程壓力角。任務(wù)實(shí)施

1.凸輪機(jī)構(gòu)有哪些類型，各自應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？

2.凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪些？分別適用于什么場(chǎng)合？

3.設(shè)計(jì)配氣