《机械基础》 课件 项目六 设计配气机构

机械基础产教融合

任务导向项目六

设计配气机构学习导图情境导入内燃机配气机构，如图内燃机配气机构所示，工作过程中依靠凸轮机构实现精确换气。压缩和做功行程中，气门在弹簧张力的作用下严密关闭。凸轮机构之所以应用在多种机械，是因为凸轮机构结构简单，设计方便，利用不同的凸轮轮廓线可以使从动件实现各种给定的运动规律，因此在自动化机械中得到广泛的应用，请分析：1、凸轮机构有哪些类型，各自应用于哪些场合？2、凸轮机构的从动件运动规律有哪些？分别适用于什么场合？3、设计配气机构的盘形凸轮。坚守岗位、持之以恒、不断创新学习目标知识目标1、分析凸轮机构的工程实例；2、掌握从动件常用运动规律及位移曲线的绘制方法；3、根据机构的工作要求设计凸轮机构。能力目标1、能分析识别凸轮机构的类型、工作原理及应用；2、能简单分析凸轮机构的运动规律和运动特性。育人目标1、培养学生自主学习习惯；2、培养学生严谨务实、精益求精的工匠精神；3、培养学生职业规范意识。学习方法扫一扫：边学边练电子活页工单活页工单样例知识链接一、认识凸轮机构的组成、分类及应用目录CONTENTS二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律三、校核凸轮轮廓一、认识凸轮机构的组成、分类及应用

内燃机配气机构，当凸轮1等速转动时，凸轮曲线轮廓通过与气阀2（从动件）的平底接触，迫使气阀2上、下往复移动，从而控制气阀的开启与闭合，以控制燃气进入或排出废气。6.1.1

认知凸轮机构的组成一、认识凸轮机构的组成、分类及应用按照凸轮的形状不同可分为：6.1.2

认知凸轮机构的分类

盘形凸轮圆柱凸轮移动凸轮一、认识凸轮机构的组成、分类及应用按照从动件端部结构形式可分为：6.1.2

认知凸轮机构的分类尖顶从动件凸轮平底从动件凸轮滚子从动件凸轮一、认识凸轮机构的组成、分类及应用6.1.3认知凸轮机构的应用

配气机构绕线机的凸轮机构

冲床送料凸轮机构机床进给凸轮机构一、认识凸轮机构的组成、分类及应用6.2.1分析凸轮机构的运动基圆（r0）：以凸轮最小向径作的圆称为基圆，其半径称为基圆半径，用表示r0。推程：当凸轮连续转动时，从动件尖端被凸轮轮廓由最低点推至最高点的过程。行程（h）:从动件由最低点上升到最高点的距离称为行程，用h表示。对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构一、认识凸轮机构的组成、分类及应用6.2.1分析凸轮机构的运动推程运动角Φ0

：在推程中，凸轮相应的转角称为推程运动角，用Φ0表示。远休止：当凸轮连续转动时，从动件尖端被在最高点位置不动的过程。远程休止角Φ

s：在远休止时，当凸轮继续转动，凸轮所转过的角度，用Φ

s表示。

对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构一、认识凸轮机构的组成、分类及应用6.2.1分析凸轮机构的运动回程：当凸轮连续转动时，从动件尖端由最高点回到最低点的过程。回程运动角Φ

0

′：在回程中，凸轮所转过的角度，用Φ

0

′表示。近休止：当凸轮连续转动时，从动件尖端被在最低点位置不动的过程。近休止角Φ

sˊ：在近休止时，凸轮所转过的角度，用Φ

sˊ表示。对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构

1.等速运动规律二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.2

分析从动件的常用运动规律

刚性冲击：从动件的瞬时加速度趋于无穷大时，惯性力也趋于无穷大，致使机构产生强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。适用范围：由于产生刚性冲击，故只适用低速、轻载的凸轮机构。等速运动规律位移图速度图加速度图

2.等加速等减速动规律二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.2

分析从动件的常用运动规律

柔性冲击：从动件的瞬时加速度发生有限值变化，惯性力也发生有限值变化，机构由此受到的冲击称为柔性冲击。适用范围：由于存在柔性冲击，故仅适用中、低速场合。等加速等减速运动规律位移图速度图加速度图

3.余弦加速度运动规律（简谐运动规律）二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.2

分析从动件的常用运动规律

加速度曲线不连续，存在柔性冲击，用于中速的凸轮机构。但若从动件仅做“升—降—升”的连续运动（无休止），则加速度曲线变为连续曲线，无柔性冲击，可用于高速的凸轮机构。余弦加速度运动规律位移图速度图加速度图

4.正弦加速度运动规律二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.2

分析从动件的常用运动规律全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。正弦加速度运动规律位移图速度图加速度图

反转法原理：假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度“-ω”绕凸轮轴心O转动时，根据相对运动原理，各构件间相对运动关系不变。二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构

案例：

用图解法设计配气凸轮机构：设已知凸轮顺时针回转，其基圆半径rb＝30mm，从动件的运动规律见下表：二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓凸轮转角0°～144°144°～216°216°～360°从动件的运动规律等速上升30mm停止不动等加速等减速下降回到原处

二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓位移图基圆（2）以O为圆心，以rb为半径，按照同一比例绘制基圆，定从动件的起始位置为B，见右图基圆。

解题步骤：（3）自OB0沿的相反方向取角度，推程运动角与回程角度分别为144°，等分为四分，所以位置1、2、3等分别对应的角度为36°、72°、108°，依次类推，见左图所示。二、分析凸轮机构的运动及常用运动规律6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓等分基圆凸轮轮廓（4）量取各个位移量，得反转后尖顶的一系列位置1’、2’、3’……见右图所示。（5）光滑连接各点0、1’、1’……8’、0，，如右图所示，做出凸轮的外轮廓。

1.凸轮机构压力角的概念：凸轮轮廓上，从动件的运动速度方向与其受凸轮作用力方向所夹的锐角，称为凸轮机构的压力角，用α表示。三、校核凸轮轮廓6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓

Fy=Fncosα--有效分力Fx=Fnsinα--引起摩擦力，有害分力

讨论：α↑（γ↓）结论：Fx产生的摩擦力＞Fy

，从动件不能运动，凸轮机构产生自锁现象。→Fy↓

→传力性能差。

α↓（γ↑

）2.压力角与作用力的关系

三、校核凸轮轮廓6.2.3

设计对心盘形凸轮轮廓最大压力角αmax≤[α]3.许用压力角[α]

一般设计中，直动从动件推程中的[α]=30º~38º，摆动从动件推程[α]=40º~45º。对于回程，因载荷很小，且从动件在锁合力作用下返回，不易出现自锁，通常只需校核推程压力角。任务实施

1.凸轮机构有哪些类型，各自应用于哪些场合？

2.凸轮机构的从动件运动规律有哪些？分别适用于什么场合？

3.设计配气