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机械原理课程教案一凸轮机构及其设计一、教学目标及基本要求1了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。
2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。
3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。
4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。
5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。
二、教学内容及学时分配第一节概述第二节凸轮机构基本运动参数设计第三节凸轮机构基本尺寸设计（第一、二、三节共2学时）第四节凸轮轮廓曲线设计（15学时）第五节凸轮机构从动件设计（1学时）第六节凸轮机构的计算机辅助设计（0.5学时）三、教学内容的重点和难点重点：1.凸轮机构的型式选择。
2.从动件运动规律的选择及设计。
3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。
4.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。
难点：凸轮轮廓曲线设计的图解法四、教学内容的深化与拓宽空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。
要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
六、主要参考书目1黄茂林，秦伟主编.机械原理.北京：机械工业出版社,2010 2申永胜主编.机械原理教程（第2版）.北京：清华大学出版社,20053孙桓，陈作模、葛文杰主编.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，20064石永刚，徐振华.凸轮机构设计.上海：上海科学技术出版社，1995七、相关的实践性环节凸轮机构运动参数测试实验。
（完整版）凸轮机构教案凸轮机构4.1 凸轮机构的类型及应用4.1.1 凸轮机构的组成和应用组成：由凸轮、从动件和机架三部分组成特点：1）只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。
2）结构简单、紧凑。
3）凸轮机构是高副机构，易于磨损。
4）凸轮轮廓加工比较困难。
应用：只适用于传递动力不大的场合。
应用实例：内燃机配气机构绕线机的凸轮机构凸轮自动送料机构结论：从动杆的运动规律取决于凸轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。
二、凸轮机构的分类(一)按凸轮的形状分1．盘形凸轮(盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转)尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构特点：结构简单，但是从动件行程不能太大，否则凸轮运转沉重。
2．移动凸轮(移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。
)特点：凸轮和从动件都可作往复移动。
3. 圆柱凸轮（圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。
）特点：从动件可获得较大的行程。
(二)按从动杆的端部型式分1．尖顶从动件凸轮机构特点：（1）传动灵敏。
（2）从动杆的构造最简单，但易磨损。
应用：只适用于作用力不大和速度较低的场合(如用于仪表等机构中)。
2．滚子从动件凸轮机构特点：磨损较小，可用来传递较大的动力，但结构复杂。
应用：常用于速度不高、载荷较大的场合。
3．平底从动件凸轮机构特点：传动平稳，润滑较好，传动效率高。
应用：常用于高速传动中。
但平底从动件不能用于具有内凹轮廓曲线的凸轮。
（三）按推杆的运动形式分移动从动杆凸轮机构摆动从动杆凸轮机构4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律4.2.1基本概念所作的圆1、基圆：以凸轮轮廓最小半径 rb2、推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置3、推程角：角δ0，这个行程称为，δ2称为4、回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置；5、回程角：角δ26、远停程角：角δ17、近停程角：角δ3凸轮与从动件的关系：从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线形状。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标1. 让学生了解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 使学生掌握凸轮的轮廓曲线设计方法。
3. 培养学生分析、解决凸轮机构实际问题的能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的定义及分类1.1 凸轮机构的组成1.2 凸轮机构的分类1.3 凸轮机构的应用2. 凸轮的轮廓曲线2.1 凸轮的轮廓曲线类型2.2 基圆、止点圆和顶点圆的概念2.3 凸轮轮廓曲线的设计方法3. 凸轮机构的设计步骤3.1 确定凸轮的类型和参数3.2 选择合适的凸轮材料3.3 设计凸轮的轮廓曲线3.4 计算凸轮的强度和寿命4. 凸轮机构的实际应用案例分析三、教学方法1. 采用讲授法，讲解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 利用多媒体演示法，展示凸轮机构的运动原理和设计方法。
3. 案例分析法，分析实际应用中的凸轮机构设计。
四、教学准备1. 教案、教材、多媒体课件。
2. 凸轮模型或图片。
五、教学过程1. 导入：简要介绍凸轮机构的定义和应用，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：详细讲解凸轮机构的分类、凸轮的轮廓曲线设计方法。
3. 演示：利用多媒体展示凸轮机构的运动原理和设计方法。
4. 实践：让学生分组讨论，分析实际应用中的凸轮机构设计案例。
6. 作业：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对凸轮机构基本概念的理解。
2. 练习题：布置针对性的练习题，巩固学生对凸轮轮廓曲线设计和凸轮机构设计步骤的掌握。
3. 案例分析报告：评估学生对实际应用案例分析的能力，检查学生能否将理论知识运用到实际问题中。
七、拓展学习1. 介绍其他类型的凸轮机构，如摆动凸轮、复合凸轮等。
2. 探讨凸轮机构在现代机械设计中的应用和发展趋势。
八、课后作业1. 复习本节课的内容，重点掌握凸轮机构的分类、凸轮轮廓曲线的设计方法及设计步骤。
2. 分析课后练习题，加深对凸轮机构及其设计的理解。
九、课程回顾与展望2. 展望下一节课的内容，让学生对后续学习有所期待。
一、教学目标1. 知识目标：- 了解凸轮机构的基本概念、类型和应用。
- 掌握凸轮机构的结构特点、工作原理和设计方法。
- 熟悉凸轮机构的传动比、速度和加速度的计算。
2. 能力目标：- 能够分析凸轮机构的运动特性，设计简单的凸轮机构。
- 提高动手能力和创新意识，能够运用所学知识解决实际问题。
3. 情感目标：- 培养学生对机械原理的兴趣和热爱。
- 增强学生的团队协作精神和实践能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的基本概念和类型：- 凸轮机构简介- 凸轮机构的类型：圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮等2. 凸轮机构的结构特点和工作原理：- 凸轮的形状和尺寸对机构性能的影响- 凸轮机构的工作原理和运动规律3. 凸轮机构的设计方法：- 凸轮轮廓的设计- 凸轮机构的强度计算- 凸轮机构的运动学分析4. 凸轮机构的实例分析：- 常见凸轮机构的实例介绍- 分析实例中的设计要点和注意事项三、教学方法1. 讲授法：- 结合多媒体课件，系统讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法。
2. 案例分析法：- 通过实际案例，分析凸轮机构的设计要点和注意事项，提高学生的分析能力。
3. 实验法：- 利用实验设备，让学生亲自动手操作，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
4. 讨论法：- 组织学生进行小组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，培养学生的团队协作精神。
四、教学过程1. 导入：- 以实际应用为例，引入凸轮机构的概念，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：- 讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法，并结合多媒体课件进行演示。
3. 案例分析：- 分析实际案例，让学生了解凸轮机构在实际应用中的设计要点和注意事项。
4. 实验操作：- 学生分组进行实验，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
5. 讨论与总结：- 学生分组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，教师进行总结和点评。
6. 课后作业：- 布置相关设计题目，让学生运用所学知识进行设计，巩固所学知识。
第一章：凸轮机构概述1.1 凸轮机构的定义1.2 凸轮机构的组成1.3 凸轮机构的分类1.4 凸轮机构的特点与应用第二章：凸轮的型式与设计2.1 凸轮的型式2.2 凸轮的材料与制造2.3 凸轮的设计原则2.4 凸轮设计的方法与步骤第三章：凸轮机构的工作原理与分析3.1 凸轮机构的工作原理3.2 凸轮机构的运动分析3.3 凸轮机构的动力分析3.4 凸轮机构的动态特性分析第四章：凸轮机构的压力角与传动角4.1 压力角的概念与计算4.2 传动角的概念与计算4.3 压力角与传动角对凸轮机构的影响4.4 压力角与传动角的选择与设计第五章：凸轮机构的效率与损失5.2 凸轮机构的损失5.3 影响凸轮机构效率与损失的因素5.4 提高凸轮机构效率与减少损失的方法第六章：凸轮机构的运动规律6.1 基本运动规律6.2 运动规律的选择与分析6.3 运动规律的图示与计算6.4 运动规律对凸轮机构性能的影响第七章：凸轮机构的轮廓设计7.1 轮廓设计的基本要求7.2 轮廓设计的步骤与方法7.3 轮廓设计的注意事项7.4 轮廓设计的实例分析第八章：凸轮机构的参数设计与优化8.1 参数设计的基本内容8.2 参数设计的方法与步骤8.3 参数优化的目标与方法8.4 参数设计与优化实例第九章：凸轮机构的应用实例9.1 汽车发动机凸轮机构9.2 缝纫机凸轮机构9.4 其他行业凸轮机构应用实例第十章：凸轮机构的测量与维护10.1 凸轮机构的测量方法10.2 凸轮机构的测量设备10.3 凸轮机构的维护与保养10.4 凸轮机构的故障分析与处理重点和难点解析重点一：凸轮机构的基本概念与组成凸轮机构是机械系统中一种常见的传动机构，主要由凸轮、从动件和支撑构件组成。
凸轮作为主动件，通过其轮廓形状和转动来驱动从动件完成特定的运动。
学生需要重点掌握凸轮机构的定义、组成及其分类，这是理解后续内容的基础。
重点二：凸轮的型式与设计凸轮的型式包括盘形凸轮、圆柱形凸轮、摆线凸轮等，每种型式都有其特定的应用场景。
授课教案No任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟复习上次课学习内容二、教师导课与课程学习：（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。
15分钟本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。
教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理（2）分小组学习: 40分钟3.1.1常用设备中的凸轮机构1. 凸轮机构的组成如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。
2.凸轮机构应用实例自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。
3.1.2凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种：1.按凸轮形状分类(1）盘形凸轮（2）移动凸轮。
（3）圆柱凸轮2.按从动件形式分类（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件从动件的结构形式3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记学生发言汇报并记录学习笔记阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记No（1）直动从动件直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。
直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。
（2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。
4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触，（2）形锁合利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。
3.1.3凸轮机构的常用术语如下：1.凸轮基圆与基圆半径b r2.凸轮的转角δ凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。
具体包括推程运动角0δ、远停程运动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角Sδ'。
机械基础凸轮机构教案第一章：凸轮机构概述1.1 凸轮机构的定义凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的机械传动机构。
凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的旋转构件，用于转换转动运动为线性或其他形式的运动。
1.2 凸轮的分类按形状分类：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等。
按工作原理分类：正凸轮、逆凸轮、复合凸轮等。
1.3 凸轮机构的特点和应用特点：简单、紧凑、易于控制和调节。
应用：印刷机械、包装机械、机床、汽车等。
第二章：凸轮的轮廓设计2.1 凸轮轮廓的基本参数基圆半径：凸轮与从动件接触点的圆的半径。
顶圆半径：凸轮最高点或最低点的圆的半径。
工作圆半径：凸轮轮廓的最小圆的半径。
2.2 凸轮轮廓的计算按运动规律计算：正弦、余弦、直线等运动规律。
按压力角计算：凸轮轮廓的压力角与基圆压力角的关系。
2.3 凸轮轮廓的设计方法按运动要求设计：确定凸轮的升程、降程和回程。
按力学要求设计：计算凸轮的强度和刚度。
按加工要求设计：选择合适的加工方法和刀具。
第三章：凸轮机构的从动件设计3.1 从动件的分类和特点按形状分类：摆动从动件、直线从动件、滚子从动件等。
按驱动方式分类：曲柄摇杆机构、摆线机构、蜗轮蜗杆机构等。
3.2 从动件的设计要点确定从动件的运动规律和运动要求。
选择合适的从动件形状和尺寸，满足力学和运动要求。
考虑从动件与凸轮的接触条件和磨损情况。
3.3 从动件的设计实例以摆动从动件为例，介绍其设计步骤和注意事项。
分析不同形状和尺寸的从动件对凸轮机构性能的影响。
第四章：凸轮机构的动力特性4.1 凸轮机构的压力角和啮合角压力角：凸轮和从动件接触点处的压力角。
啮合角：凸轮和从动件啮合点处的啮合角。
4.2 凸轮机构的动态特性冲击和振动：凸轮和从动件的接触冲击和振动。
传动误差：凸轮和从动件的啮合误差。
4.3 凸轮机构的动力分析和优化分析凸轮机构的动力特性对整个机械系统的影响。
优化凸轮的形状和参数，减小冲击和振动，提高传动效率。
第五章：凸轮机构的应用实例5.1 印刷机械中的凸轮机构介绍印刷机械中凸轮机构的作用和应用。
第6章 凸轮机构1．教学目标（1）了解凸轮机构的分类及应用；（2）了解推杆常用运动规律的选择原则；（3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题；（4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2．教学重点和难点（1）推杆常用运动规律特点及选择原则；（2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；（3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
难点：“反转法原理”与压力角的概念。
3．讲授方法多媒体课件4．讲授时数8学时6.1 凸轮机构的应用及分类6.1.1凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。
在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。
下面我们先看两个凸轮使用的实例。
图6.1所示为内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气门3开启和关闭（关闭时借助于弹簧4的作用来实现的），以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
图6.2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。
刀具的一个进给运动循环包括：1）刀具以较快的速度接近工件；2）刀具等速前进来切削工件；3）完成切削动作后，刀具快速退回；4）刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。
然后重复上述运动循环。
这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。
其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。
由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。
同时，凸轮机构的从动件是在凸轮控制下，按预定的运动规律运动的。
这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。
但是，由于是高副机构接触应力较大，易于磨损，因此，多用于小载荷的控制或调节机构中。
6.1.2 凸轮机构的分类根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种：1．按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮：如图6.1所示，这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。
机械基础凸轮机构教案第一章：凸轮机构概述教学目标：1. 了解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 掌握凸轮的形状、尺寸和运动特性的基本知识。
教学内容：1. 凸轮机构的定义和分类。
2. 凸轮的形状和尺寸。
3. 凸轮的运动特性和曲线。
4. 凸轮机构在实际应用中的例子。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 展示凸轮机构的实物模型或图片。
3. 分析凸轮的运动特性和曲线。
教学活动：1. 引入凸轮机构的定义和分类。
2. 展示凸轮的形状和尺寸的图片。
3. 分析凸轮的运动特性和曲线。
4. 举例说明凸轮机构在实际应用中的例子。
作业与练习：1. 复习凸轮机构的定义和分类。
2. 练习分析凸轮的形状和尺寸。
3. 练习分析凸轮的运动特性和曲线。
第二章：凸轮的设计与制造教学目标：1. 掌握凸轮的设计原则和方法。
2. 了解凸轮制造的工艺和设备。
教学内容：1. 凸轮的设计原则和方法。
2. 凸轮制造的工艺和设备。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 展示凸轮设计的实例。
3. 分析凸轮制造的工艺和设备。
教学活动：1. 介绍凸轮的设计原则和方法。
2. 展示凸轮设计的实例。
3. 分析凸轮制造的工艺和设备。
作业与练习：1. 复习凸轮的设计原则和方法。
2. 练习分析凸轮制造的工艺和设备。
第三章：凸轮机构的工作原理与分析教学目标：1. 掌握凸轮机构的工作原理。
2. 学会分析凸轮机构的运动特性和性能。
教学内容：1. 凸轮机构的工作原理。
2. 凸轮机构的运动特性和性能分析。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解。
2. 演示凸轮机构的运动。
3. 分析凸轮机构的运动特性和性能。
教学活动：1. 介绍凸轮机构的工作原理。
2. 演示凸轮机构的运动。
3. 分析凸轮机构的运动特性和性能。
作业与练习：1. 复习凸轮机构的工作原理。
2. 练习分析凸轮机构的运动特性和性能。
第四章：凸轮机构的应用与实例教学目标：1. 了解凸轮机构在实际应用中的例子。
2. 学会分析凸轮机构的优缺点和适用场合。
二、用图解法设计凸轮轮廓曲线 下面以偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，讲解凸轮廓线的设计过程。
例6-1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设已确定基圆半径mm 150=r ，凸轮顺时针方向匀速转动，从动件行程mm 18=h 。
从动件运动规律如下表所示：推程 远休止 回程 近休止运动角1120δ=260δ=903=δ490δ=从动件运动规律等速运动正弦加速度运动设计步骤：1、建立推程段的位移方程：18120s δ=，回程段的位移方程：12π181sin 902π90s δδ⎡⎤⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦，将推程运动角、回程运动角按某一分度值等分成若干份，并求得对应点的位移。
2、画基圆和从动件的导路位置3、画反转过程中从动件的各导路位置4、画从动件尖顶在复合运动中的各个位置点5、分别将推程段和回程段尖顶的各位置点连成光滑曲线，再画出远休止段和近休止段的圆弧，即完成了尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计，如图6-18。
需要注意：同一个图上作图比例尺必须一致。
如各分点的位移与基圆应按相同比例尺量取。
2．偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮转动中心O 到从动件导路的垂直距离e 称为偏距。
以O 为圆心，e 为半径所作的圆称为偏距圆。
显然，从动件导路与偏距圆相切（图中K 为从动件初始位置与基圆的切点）。
在反转过程中，从动件导路必是偏距圆的切线。
如图6-19。
r0a A0A1OB0B1内 容3．直动滚子从动件盘形凸轮机构例题：已知：r r －滚子半径，0r －基圆半径，从动件运动规律。
设计该机构。
设计思路：把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法先画出滚子中心所在的廓线——凸轮的理论廓线。
再以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径r r 为半径画一系列的圆，这些圆的内包络线 即为凸轮的实际廓线（或称为工作廓线）。
如图6-16 注意：滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是指其理论廓线的最小向径4．对心直动平底从动件盘形凸轮机构思路：把平底与导路的交点Ａ看作尖顶从动件的尖点，依次作出交点的位置，通过这些位置点画出从动件平底的各个位置线，然后作这些平底的包络线，即为凸轮的工作廓线，如图6-17图6-16图6-17图6-18图6-19内 容5．摆动尖顶从动件盘形凸轮机构已知：基圆半径0r ，摆动从动件的杆长为L （从尖点到从动件回转中心的距离），凸轮回转中心到从动件回转中心的距离a 。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标1. 使学生了解凸轮机构的分类、工作原理和应用。
2. 培养学生掌握凸轮机构的设计方法和步骤。
3. 提高学生分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的分类及工作原理凸轮机构的分类凸轮的工作原理凸轮机构的应用2. 凸轮的轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线的基本原理常用凸轮轮廓曲线的特点及应用凸轮轮廓曲线的设计方法3. 凸轮的压力角和基圆半径的选择压力角的定义及作用基圆半径的计算方法压力角和基圆半径的选择原则4. 凸轮机构的设计步骤确定凸轮的类型和参数选择合适的轮廓曲线计算压力角和基圆半径校核凸轮的强度和运动性能5. 凸轮机构的设计实例实例分析设计过程演示结果讨论和评价三、教学方法1. 采用讲授法，讲解凸轮机构的基本概念、设计方法和步骤。
2. 利用多媒体演示凸轮机构的工作原理和设计过程。
3. 引导学生进行实例分析，培养学生的实际设计能力。
4. 开展课堂讨论，提高学生的思考和表达能力。
四、教学环境1. 教室环境：宽敞、明亮，配备多媒体教学设备。
2. 教学材料：教案、PPT、参考书籍、设计实例。
五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和讨论情况，评价学生的积极性。
2. 作业完成情况：检查学生提交的凸轮机构设计作业，评价学生的理解和应用能力。
3. 期末考试：设置有关凸轮机构设计的题目，评价学生对课程知识的掌握程度。
六、教学活动1. 课堂讲解：讲解凸轮机构的基本概念、分类、工作原理和应用。
2. PPT演示：通过PPT展示凸轮机构的工作原理和设计过程。
3. 实例分析：分析典型凸轮机构设计实例，引导学生掌握设计方法和步骤。
4. 小组讨论：分组讨论凸轮机构设计中的问题，培养学生的团队协作能力。
5. 作业布置：布置凸轮机构设计相关作业，巩固所学知识。
七、教学资源1. PPT：制作精美的凸轮机构教学PPT，展示图片、图表和实例。
2. 参考书籍：提供有关凸轮机构设计和应用的参考书籍，方便学生查阅。
凸轮机构凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化、半自动化机械中应用较为广泛。
6.1凸轮机构的特点、应用和分类6.1.1特点凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3所组成,如图6-1所示。
可以使从动件得到预定的运动规律;且结构紧凑。
但凸轮机构中包含有高副，不宜传递较大的动力;同时由于凸轮具有曲线轮廓，它的加工制造比较复杂。
6.1.2应用凸轮机构应用于各类机械中。
图6-2所示为内燃机的配气机构;图6-3所示为自动车床上使用的走刀机构;此外，凸轮机构还应用于其他机械中，不一一列举。
6.1.3类型凸轮机构的类型是多种多样的，其基本类型可由凸轮和从动件的不同型式来区分。
1．按凸轮的型式分按凸轮型式分，各类凸轮机构如表6-1所示。
图5-1凸轮机构图5-3自动车床走刀机构图5-2内燃机配气机构2．按从动件的型式分根据从动件的运动和端部型式区分，基本类型如表6-2所示。
表6-2 凸轮机构从动件的基本类型表6-1 凸轮的类型6.2 从动件的运动规律6.2.1凸轮机构的工作过程图6-4（a）所示为对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构。
在尖顶移动从动件盘形凸轮机构的凸轮上以向径r为半径所绘的最大圆称为凸轮的基圆。
当凸轮以ω等速沿逆时针方向回转Φ时，从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程称为推程，这时它所走过的距离h称为从动件的升程;而与推程对应的凸轮转角Φ称为推程角。
当凸轮继续回转sΦ时，以O点为中心的圆弧BC与尖顶相作用，从动件在最远位置停留不动，这一过程称为远休止，对应的凸轮转角sΦ称为远休止角;当凸轮继续回转'Φ时，从动件在弹簧力或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置，这个过程称为回程，对应的转角'Φ称为回程角。
当凸轮继续回转'Φs 时，从动件在最近位置停留不动为近休止，'Φs称为近休止角。
如果以直角坐标系的纵坐标代表从动件位移S，横坐标代表凸轮转角ϕ(转动时间t)，则可以画出S与ϕ之间的曲线，它简称为从动件位移线图，见图6-4（b）。
第6章 凸轮机构1．教学目标（1）了解凸轮机构的分类及应用；（2）了解推杆常用运动规律的选择原则；（3）掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题；（4）能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2．教学重点和难点（1）推杆常用运动规律特点及选择原则；（2）盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；（3）凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
难点：“反转法原理”与压力角的概念。
3．讲授方法多媒体课件4．讲授时数8学时6.1 凸轮机构的应用及分类6.1.1凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。
在各种机器中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地使用着凸轮机构。
下面我们先看两个凸轮使用的实例。
图6.1所示为内燃机的配气凸轮机构，凸轮1作等速回转，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气门3开启和关闭（关闭时借助于弹簧4的作用来实现的），以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
图6.2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。
刀具的一个进给运动循环包括：1）刀具以较快的速度接近工件；2）刀具等速前进来切削工件；3）完成切削动作后，刀具快速退回；4）刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。
然后重复上述运动循环。
这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。
其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。
由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的，只要凸轮轮廓设计得当，就可以使从动件实现任意给定的运动规律。
同时，凸轮机构的从动件是在凸轮控制下，按预定的运动规律运动的。
这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。
但是，由于是高副机构接触应力较大，易于磨损，因此，多用于小载荷的控制或调节机构中。
6.1.2 凸轮机构的分类根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下四种：1．按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮：如图6.1所示，这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。
（2）移动凸轮：如图6.3所示，当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大时，则凸轮相当于作直线移动，称作移动凸轮。
当移动凸轮做直线往复运动时，将推动推杆在同一平面内作上下的往复运动。
有时，也可以将凸轮固定，而使推杆相对于凸轮移动（如仿型车削）； （3）圆柱凸轮：如图6.2所示，这种凸轮是在圆柱端面上作出曲线轮廓或在圆柱面上开出曲线凹槽。
当其转动时，可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运动。
这种凸轮可以看成是将移动凸轮卷绕在圆柱上形成的。
由于前两类凸轮运动平面与从动件运动平面平行，故称平面凸轮，后一种就称为空间凸轮。
2．按从动件的形状分类根据从动件与凸轮接触处结构形式的不同，从动件可分为三类：（1）尖顶从动件；（2）滚子推杆从动件；（3）平底推杆从动件。
3．按推杆运动形式分类（1）直动推杆。
（2）摆动推杆 作往复摆动的推杆成为摆动推杆（如书图6.4的f 、g 、h ）。
4．按凸轮与推杆保持高副接触的方法分类1）力锁合：在这类凸轮机构中，主要利用重力、弹簧力或其它外力使推杆与凸轮始终保持接触，如前述气门凸轮机构。
2）几何锁合：也叫形锁合，在这类凸轮机构中，是依靠凸轮和从动件推杆的特殊几何形状来保持两者的接触，如书图6.5所示。
将不同类型的凸轮和推杆组合起来，我们可以得到各种不同的凸轮机构。
图轮6.2 凸轮工作原理和从动件的运动规律通过上面的介绍已经知道，凸轮机构是由凸轮旋转或平移带动从动件进行工作的。
所以设计凸轮机构时，首先就是要根据实际工作要求确定从动件的运动规律，然后依据这一运动规律设计出凸轮轮廓曲线。
由于工作要求的多样性和复杂性，要求推杆满足的运动规律也是各种各样的。
在本节中，我们将介绍几种常用的运动规律。
为了研究这些运动规律，我们首先介绍一下凸轮机构的运动情况和有关的名词术语。
6.2.1凸轮机构的工作原理及有关名词术语如图6.4所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。
其中以凸轮最小向径b r 为半径，以凸轮的轴心O 为圆心所作的圆称为凸轮的基圆。
下面我们就根据机构的运动情况定义一些有关的名词和术语。
图6.4凸轮的轮廓由AB 、BC 、CD 及DA 四段曲线所组成，而且BA 和CD 两段为圆弧，A 点为基圆与凸轮轮廓的切点。
如图 6.4(a)所示，当推杆与凸轮轮廓在A点接触时，推杆尖端处于最低位置（或者说：推杆尖端处于与凸轮轴心O 最近的位置）。
当凸轮以等角速度ω沿顺时针方向转动时，推杆首先与凸轮廓线的AB 段圆弧接触，此时推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角01ϕ称作近休止角（也称近休运动角）；当凸轮继续转动时，推杆与凸轮廓线的BC 段接触，推杆将由最低位置A 被推到最高位置E ，推杆的这一行程为推程，凸轮相应的转角02ϕ称为推程运动角。
凸轮再继续转动，当推杆与凸轮廓线的CD 段接触时，由于CD 段为以凸轮轴心为圆心的圆弧，所以推杆处于最高位置静止不动，在此过程中凸轮相应的转角03ϕ称作远休止角（或称远休运动角）。
而后，在推杆与凸轮廓线DA 段接触时，它又由最高位置E 回到最低位置A ，推杆的这一行程称作回程；凸轮相应的转角04ϕ称作回程运动角。
推杆在推程或回程中移动的距离h 称作推杆的行程（行程=推程=回程）。
由此我们知道，当凸轮沿顺时针转动一周时，推杆的运动经历了四个阶段：静止、上升、静止、下降，其位移曲线如图6.4b 所示。
这是最常见、最典型的运动形式。
注意：其运动过程的组合是依据工作实际的需要，而不是必须经历四个阶段，可以没有静止阶段，也可以只有一个静止阶段。
从动件（推杆）的运动规律是指推杆在推程或回程中，从动件的位移s 、速度v和加速度a 随时间t 变化的规律。
又因为凸轮一般作等速运动，其转角ϕ与时间t 成正比，所以从动件的运动规律通常表示成凸轮转角ϕ的函数，即：)(),(),('''ϕϕϕf a f v f s === （6－1）在进行运动规律分析时，我们规定：不论推程还是回程，一律由推程的最低位置作为度量位移s 的基准，而凸轮的转角则分别以各段行程开始时凸轮的向径作为度量的基准。
6.2.2从动件的运动规律分析从动件的运动规律有很多种，常用的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦运动规律、正弦运动规律等。
它们的运动线图如书图6.7所示，运动方程见书表6.1。
由书图6.7的运动线图可知，从动件作等速运动时，在行程开始和终止的两个位置，速度发生突变，因此在理论上有无穷大的惯性力，使机构产生强烈的“刚性冲击”，故等速运动规律只能用于低速轻载的场合；从动件作等加速等减速运动时，在加速度线图上的A 、B 、C 三点发生加速度突变，使机构产生有限的“柔性冲击”，因此这种运动规律可用于中速轻载场合；从动件按余弦加速度规律运动时，在行程开始和终止的两个位置，加速度也发生有限突变，导致机构产生“柔性冲击”，故这种运动规律可用于中速场合；从动件按正弦加速度规律运动时，在整个行程中无速度和加速度的突变，不会使机构产生冲击，所以适用于高速场合。
常用从动件运动规律的运动方程及其性质见书表6.1。
应该指出，除了以上几种常用的从动件运动规律外，有时还要求从动件实现特定的运动规律，其动力性能的好坏及适用场合，仍可参考上述方法进行分析。
在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。
如机床中控制刀架进刀的凸轮机构，要求刀架进刀时作等速运动，所以应选择从动件作等速运动的运动规律，至于行程始末端，可以通过拼接其他运动规律曲线来消除冲击。
对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移的凸轮机构，如夹紧、送料等凸轮机构，可只考虑加工方便，采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。
对于高速凸轮机构，应减小惯性力所造成的冲击，多选择从动件作正弦加速度运动规律或其它改进型的运动规律。
6.3 凸轮轮廓设计6.3.1凸轮廓线设计的基本原理为了说明凸轮廓线设计方法的基本原理，我们首先对已有的凸轮机构进行分析。
如书图6.8所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构，当凸轮以角速度ω绕轴心O 等速逆时针回转时，将推动推杆运动。
书图6.8b 所示为凸轮回转ϕ角时，推杆上升至位移s 的瞬时位置。
现在为了讨论凸轮廓线设计的基本原理，设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-），使其绕凸轮轴心O转动。
根据相对运动原理，我们知道凸轮与推杆间的相对运（ω-绕动关系并不发生改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面和机架一起以角速度ω凸轮轴心O转动，同时又在其导轨内按预期的运动规律运动。
由图C可见，推杆在复合运动中，其尖顶的轨迹就是凸轮廓线。
利用这种方法进行凸轮设计的方法称为反转法，其基本原理就是理论力学中所讲过的相对运动原理。
6.3.2用作图法设计凸轮廓线针对不同形式的凸轮机构，其作图法也有所不同。
我们以三类推杆形式给予分别介绍，同学们要注意理解三类机构设计的异同之处。
1．对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知一基圆半径为r0的对心移动尖顶从动件盘形凸轮机构，其从动件的位移线图如书图6.9b所示，凸轮以角速度ω顺时针转动。
试设计该凸轮的轮廓曲线。
设计步骤如下：（1）根据已知从动件的规律（即位移线图），选定适当比例尺μs作出位移曲线，并将横坐标上φ角等分4份，如书图6.9b中1、2、3、4，通过各等分点作横坐标的垂线并与位移曲线相交，得到相应的凸轮转过各转角时从动件的位移11ˊ，22ˊ，33ˊ，44ˊ；同理，将书图6.9b中的φˊ角等6份，从5开始得6、7、…、11，通过各等分点作横坐标的垂线并与位移曲线相交，得到相应的凸轮转过各转角时从动件的位移66ˊ，…，1111ˊ如书图6.9b所示。
（注意，φs角，φsˊ角在横坐标轴不用等分，只按同样比例画出即可；φ、φˊ角等分几份视具体情况而定，总之等分份数越多，图形设计越精确）。
（2）以基圆半径r0为半径按所选比例尺μs作出基圆。
（3）在基圆上，任取一点B0作为从动件升程的起始点，由B0开始，沿－ω的方向将基圆360°角按已知的φ、φs、、φˊ、φsˊ大小分出，在书图6.9 a中，∠B0O B4=φ，…，再将φ角、φˊ角等分成与位移线图相同的等份（书图6.9 a中φ角等分成4份，φˊ角等分成6份），得各等分点B1ˊ，B2ˊ，B3ˊ，…。
连接OB1ˊ，OB2ˊ，OB3ˊ，…得各径向线并将其延长，则这些径向线即为从动件导路在反转过程中每转过相应的等份角度时所占据的位置。
（4）在各条径向线上自B1ˊ，B2ˊ，B3ˊ…各点分别截取B1B1ˊ=11ˊ，B2B2ˊ=22ˊ，B3B3ˊ=33ˊ…得B1，B2，B3，…各点。
