机械设计中的曲轴和凸轮机构设计

机械原理与设计（一）课程思政方案及实施案例
一、素质目标
1)具有追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神；
2)养成良好的自我学习和信息获取能力；
3)提升学生创新设计能力；
4)良好的交流、沟通、与人合作的能力
三、实施案例
案例1：机器与机构
以单缸四冲程内燃机为例，它属于动力机器，该机器内含三种机构：曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构。

其中由缸体、活塞、连杆、和曲轴组成曲柄滑块机构，当燃气在缸体内腔燃烧膨胀而推动活塞移动时，通过连杆带动曲轴围绕其轴线转动，从而实现了从移动到时转动运动形式的转换。

这三种机构按照一定的时间顺序相互协调、协同工作，将燃油燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能，从而使这台机器输出旋转运动和驱动力矩，成为能做有用功的机器。

通过该环节的教学实施，可以培养学生一丝不苟、互相配合、注重团队的工匠精神。

案例2：前段时间因为韩国部署萨德导弹事件引发空前的爱国热潮，我也在思考如何在课堂中引入这一事件，激发学生的爱国心，激发学生对机械专业的热爱。

萨德导弹就是军工机械，从机械大概念来说就是机械，在我教学的机械原理与设计课程中，在教学内容引入后，与学生一起讨论，一起学习，起到了良好的爱国主义教育效果，也促进了学生进一步学好机械专业的决心和信心。

《机械设计基础》分章复习题及答案第1章绪论1．（机械）是机器与机构的总称。

2. ( D )是专用零件。

A）螺栓B）齿轮 C）滚动轴承 D）曲轴3．构件是机器的（运动）单元体，零件是机器的（制造）单元体。

4．机构由（构件）组合而成，它们之间具有确定的 (相对运动）。

5. 机构与机器相比，不具备下面（ C ）特征。

A. 人为的各个实物组合B. 各实物之间有确定的相对运动C. 做有用功或转换机械能D. 价格较高6. 在机械中属于制造单元的是 ( C ) 。

A）. 机构 B）. 构件 C）. 零件 D）. 部件7．把各部分之间具有确定相对运动构件的组合称为（ C ）。

A. 机器B. 机械C. 机构D. 机床8. 构件是加工制造的单元，零件是运动的单元。

（×）9. 同一构件中的零件相互之间没有相对运动。

（√）10. 机构与机器的区别是：机构的主要功用在于传递运动或转换运动形式，而机器的主要功用在于为了生产目的而利用或转换机械能。

（√）11. 两个构件之间的连接称为运动副。

（×）12. 指出并说明机械的各组成部分。

答：机械的各组成部分包括：原动机：提供动力；传动装置：传递运动和动力；工作机：执行部分；控制系统：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置。

13.机构的主要特征是什么？答：机构由构件组成，且各构件之间具有确定的相对运动。

第2章平面机构的运动简图及自由度1．运动副是使两构件直接接触而又能产生相对运动的连接，机构中各构件间运动和动力的传递都是由运动副来实现的。

2．按接触形式不同，运动副可分为高副和低副。

两构件之间以面接触所组成的运动副称为低副，两构件之间通过点或线接触所组成的运动副称为高副。

3. 对组成运动副两构件之间的相对运动所加的限制称为约束。

4. 当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为 2 个，至少为 1 个。

汽车发动机凸轮轴总成设计要求指南凸轮轴的设计1.引言凸轮轴是内燃机配气机构中的重要部件，用来驱动气门的开与关并决定气门升程变化规律。

它直接影响着燃烧的进行，因此影响着发动机性能，燃油经济性和排放等环节；而且由于凸轮型线在机构中造成很大的加减，相应地造成很大的惯性力以及由此带来的动负荷，磨损，振动，噪声等问题。

由此可见，凸轮轴的设计是内燃机设计的一个重要环节。

2.凸轮轴的总体布置凸轮轴的布置取决于发动机总体的布置和机体的外形尺寸,因此在选择时要进行周密分析.凸轮轴由曲轴驱动,因此希望尽可能缩短凸轮轴和曲轴之间的距离.有的发动机布置在接近曲轴的气缸体下部,称为下置式凸轮轴.另一类是凸轮轴位置于气缸盖上，称为顶置凸轮轴式。

顶置凸轮轮轴式按其凸轴是否直接作用于气门组又可分成凸轮轴直接驱动气门和凸轮轴带动摇壁而驱动气门两种型式。

顶置凸轮轴式的配气机构其总布置特点是：(1)总体布置比较紧凑，但高度较大；(2)零件数较少，减少了运动件的惯性质量，适于高速下工作。

(3)刚性好，自振频率较高，气门运动规律与凸轮外形所规定的运动规律接近，(4)凸轮作用于气门导管上的侧压力大(凸轮轴直接驱动气门的)，气门导管与气门杆易磨损从而造成窜漏机油并增加积碳；(5)凸轮轴的驱动比较复杂。

另一类是凸轮轴置于气缸体或上曲轴箱上，称为下置式凸轮轴。

下置式凸轮轴的配气机构其凸轮铀通过挺柱、推杆、摇臂来驱动气门(图11—5)。

这种配气机构其总布置特点是：(1)凸轮轴的驱动较简单，安装调整容易.(2)气门与气门导管几乎不受侧压力.(3)适宜于系列化,大量生产；(4)整个系统的刚度不如顶置式凸轮轴下置凸轮轴式的配气机构由于它的突出优点而被各种内燃机广泛采用。

但在具体内燃机上究竟采用哪种型式，这要取决于整个内燃机的总体布置要求、使用场合，以及传统的生产方式等。

3.凸轮轴总成凸轮轴总成由凸轮轴，凸轮型线和信号轮组成；如下图示；凸轮轴总成图4.凸轮轴工作环境：凸轮与从动件在高接触应力下循环工作，因此要有足够的抗接触疲劳和抗擦伤能力。

内燃机配气机构凸轮的设计
内燃机配气机构中，凸轮是最重要的零件之一，负责控制气门的
开启和关闭。

其设计需要考虑诸多因素，如气门开启角度、开启时间、开启速度等。

凸轮的形状通常为椭圆形或者正弦型，具体的形状与气门的开启
方式有关。

在设计凸轮时，需要分析气门的运动规律以及发动机的性
能要求，确定凸轮的最佳形状。

此外，凸轮的位置和大小也需要设计。

凸轮的位置通常与曲轴的
角度有关，而凸轮的大小则取决于发动机的排量和功率等因素。

在设
计时，需要根据实际情况进行具体的计算和调整。

总之，内燃机配气机构凸轮的设计复杂而关键，需要综合考虑多
种因素，以确保发动机的性能和可靠性。

第1篇摘要：机械工艺设计是机械制造领域的重要组成部分，它涉及到机械产品的设计、制造、装配和维修等全过程。

本文主要介绍了机械工艺设计的基本概念、设计原则、设计方法和设计步骤，并对机械工艺设计在机械制造中的应用进行了分析。

一、引言随着科技的不断发展，机械制造行业在我国国民经济中的地位日益重要。

机械工艺设计作为机械制造的核心环节，对提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率具有重要意义。

本文旨在探讨机械工艺设计的基本概念、设计原则、设计方法和设计步骤，以期为机械制造企业提供有益的参考。

二、机械工艺设计的基本概念1. 机械工艺设计：机械工艺设计是指根据机械产品的设计要求，运用科学的方法，对产品的加工、装配、检测等工艺过程进行合理规划和设计。

2. 机械工艺过程：机械工艺过程是指将原材料或半成品通过一系列的加工、装配、检测等工序，制成符合设计要求的机械产品的全过程。

3. 机械工艺系统：机械工艺系统是指完成机械工艺过程的各个设备、工具、夹具、量具等组成的整体。

三、机械工艺设计原则1. 确保产品质量：机械工艺设计应确保产品质量符合设计要求，提高产品可靠性。

2. 优化工艺流程：在满足产品质量的前提下，尽量简化工艺流程，提高生产效率。

3. 降低生产成本：通过合理的设计和优化，降低生产成本，提高经济效益。

4. 确保安全生产：在设计过程中，充分考虑安全生产，避免发生事故。

5. 易于操作与维护：设计应考虑操作人员的技术水平和设备维护要求，确保设备易于操作和维护。

四、机械工艺设计方法1. 传统设计方法：根据设计要求，采用经验、类比等方法进行工艺设计。

2. 计算机辅助设计（CAD）：利用计算机软件进行工艺设计，提高设计效率和准确性。

3. 有限元分析（FEA）：利用有限元分析方法对机械产品进行结构强度、刚度和稳定性等分析，为工艺设计提供依据。

4. 模拟仿真：通过模拟仿真，预测工艺过程的效果，为工艺设计提供参考。

五、机械工艺设计步骤1. 收集设计资料：收集产品设计要求、材料性能、加工设备等信息。

1. (3分)在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是（）。

C. 防松2.(3分)带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为（）。

A. 带存在弹性滑动3.(3分)补鞋机的凸轮机构选用的是（）凸轮机构。

A. 盘形4.(3分)设计键连接的几项主要内容是:a)按轮毂长度选择键的长度；b)按使用要求选择键的主要类型；c)按轴的直径选择键的剖面尺寸；d)对连接进行必要的强度校核。

在具体设计时，一般顺序是（）。

B. b→c→a→d5.(3分)在下列平面四杆机构中，无急回性质的机构是（）。

C. 对心曲柄滑块机构6.(3分)当轴的转速较低，且只承受较大的径向载荷时，宜选用( )。

C. 圆柱滚子轴承7.(3分)一般转速的滚动轴承计算准则是( )。

C. 进行疲劳寿命计算8.(3分)柴油机曲轴中部的轴承应采用( )。

B. 剖分式滑动轴承9.(3分)齿轮传动时瞬时传动比变化情况，称为（）精度。

B. 工作平稳性(3分)一般V带传动的主要失效形式是带的打滑及带的（）。

C. 疲劳破坏11.(3分)轴肩与轴环的作用是（）。

A. 对零件轴向定位和固定12.(3分)闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是（）。

A. 齿面点蚀13.(3分)带传动中，υ1为主动轮圆周速度，υ2为从动轮圆周速度，υ为带速，这些速度之间存在的关系是（）。

B. υ1＞υ＞υ214.(3分)由于齿轮传动会产生齿面磨损，所以齿轮箱内润滑油一般（）年或按说明书要求更换一次。

A.15.(3分)V带的标准件，在标准系列之中规定（）是公称长度。

B. 基准长度16.(3分)滚动轴承在一般转速下的主要失效形式是（）。

C. 疲劳点蚀17.(3分)齿面接触疲劳强度设计准则针对的齿轮失效形式是（）。

A. 齿面点蚀(3分)一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是（）。

D. 两齿轮的模数和压力角分别相等19.(3分)温度升高时，润滑油的粘度（）。

C. 随之降低20.(3分)带传动有许多优点，但还不能（）。

凸轮轴与曲轴的运动关系凸轮轴和曲轴是现代发动机中两个重要的零部件。

它们之间的运动关系是发动机正常运行的重要前提。

本文将从凸轮轴和曲轴的定义、结构、运动规律、运动关系和相互作用等方面探讨凸轮轴和曲轴的运动关系。

一、凸轮轴和曲轴定义及结构凸轮轴是一根呈圆柱形的轴，它是由凸轮或者几组凸轮组成的。

凸轮轴上的凸轮数量是由发动机的设计需求决定的。

凸轮上的曲线可以是椭圆形、圆形、三角形等形状。

发动机的进气、排气、供油、点火等运动都是依靠凸轮轴来完成的。

凸轮轴的结构也很简单，是由整个圆柱体、一些凸轮接口、凸轮位置和曲线组成。

曲轴是一种能够将往复运动转化为旋转运动的机械装置。

曲轴通常呈一种类似于"∏"字形的造型，因为这种形状可以更好地分摊转动力矩。

发动机的活塞上下运动，就是靠曲轴来将往复运动的动力转化为旋转运动。

曲轴上有几个主轴承、散热器平衡块、凸轮轴齿、油道等构成。

曲轴的结构比凸轮轴要复杂，需要制造工艺非常精湛，以确保各个部件的同时工作。

二、凸轮轴和曲轴的运动规律凸轮轴和曲轴的运动规律也是非常重要的。

凸轮轴的运动规律与曲轴是相互关联的。

凸轮轴旋转一周，对应着曲轴旋转两周。

凸轮轴的凸轮设计好后，进入运动阶段，使凸轮轴旋转，根据凸轮的形状和位置，就可以控制阀门的运动和点火部件的工作。

曲轴与凸轮轴之间的转换是在活塞工作过程中进行的。

活塞在上下作往复运动的同时，曲轴通过活塞销转动，将往复运动的动力转化为旋转运动，并输出到发动机的传动系上。

三、凸轮轴和曲轴的运动关系凸轮轴和曲轴之间的运动关系是非常紧密的，两者可以互相影响，也可以相互制约。

凸轮轴的运动不依赖于曲轴，但是曲轴的运动却完全依赖于凸轮轴。

凸轮轴的运动与曲轴的运动是有规律的，只有两个轴都按照规定的规律转动，发动机才能正常工作。

如果其中一个轴的规律出现了问题，那么整个发动机都会受到影响，甚至无法正常工作。

四、凸轮轴和曲轴相互作用凸轮轴和曲轴之间的相互作用主要是靠连杆来完成的。

机械设计基础凸轮反转法在机械设计中，凸轮机构是一种重要的传动系统组成部分。

它广泛应用于各种机械系统中，如内燃机、压缩机、打字机等，用于控制复杂的运动模式。

其中，凸轮反转法是一种设计凸轮机构的重要方法，它通过反转凸轮的运动方向，从而实现更为精准的运动控制。

凸轮反转法是基于牛顿第二定律，通过改变凸轮的转动方向来改变从动杆的运动方向。

具体来说，当凸轮向某个方向转动时，从动杆向相反的方向移动；而当凸轮向相反的方向转动时，从动杆则向相同的方向移动。

这就是凸轮反转法的原理。

凸轮反转法在机械设计中有着广泛的应用。

例如，在汽车的内燃机中，通过使用凸轮反转法，可以将活塞的运动方向与曲轴的转动方向相反，从而使得活塞在气缸中的运动更为平稳，提高了内燃机的效率。

在打字机中，凸轮反转法也被用于控制打印头的运动，从而实现了高精度的打印。

凸轮反转法的优点在于它可以实现高精度的运动控制。

由于凸轮机构具有结构简单、紧凑、运动准确等优点，因此在使用凸轮反转法时，可以更好地利用这些优点，从而实现更为精准的控制。

凸轮反转法还可以有效地减小机构的冲击和振动，提高了机构的稳定性和可靠性。

随着科技的不断发展，对机械设计的要求也越来越高。

未来，凸轮反转法将会得到更广泛的应用和发展。

例如，在机器人领域中，凸轮反转法可以用于控制机器人的关节运动，从而实现更为精准的动作控制。

随着数字化制造技术的发展，凸轮反转法的应用也将更加广泛和深入。

凸轮反转法是机械设计中一种重要的方法，它具有广泛的应用前景和重要的实际意义。

随着科技的不断进步和发展，我们相信凸轮反转法将会在未来的机械设计中发挥更加重要的作用。

本文针对反转式共轭凸轮蔬菜钵苗移栽机构进行设计与仿真，旨在提高移栽效率、降低劳动强度，为现代化农业发展提供技术支持。

通过文献综述，总结出反转式共轭凸轮机构的优点和不足。

在此基础上，提出了一种新型的蔬菜钵苗移栽机构，并对其进行了仿真分析。

结果表明，该机构在移栽效率和精度方面均表现出较好的性能，为相关领域的实际应用提供了参考。

凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。

它的作用是控制气门的开启和闭合动作。

虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。

由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。

目前，大部分发动机制造企业都采用整体式凸轮轴，其材料有的采用中碳低合金锻钢(经高频淬火)，有的采用球墨铸铁。

整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。

生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较高。

而装配式凸轮轴只需半精加工和精加工，凸轮、齿轮、轴套可采用不同的材料，因此产品质量可减轻30％~50％；可柔性化生产，设备投资小，生产线占地面积少，生产成本较低。

1 装配式凸轮轴工艺流程装配式凸轮轴工艺流程为校直→加工两端面中心孔、螺纹孔、驱动孔(2台加工中心并行加工)→车轴颈、齿轮毛坯、前止端面及导向轮毂→磨轴颈及导向轮毂→滚齿→压销→磨凸轮(3台磨床并行加工)→凸轮淬火→去毛刺→校直轴颈→凸轮轴颈及凸轮抛光→清洗→综合检测。

装配式凸轮轴内凸轮、轴套、偏心环、齿轮等零部件先后联成完整凸轮轴。

装配过程是人工将所有凸轮轴组装。

部件包括凸轮、主轴颈、齿坯放到安装上料盒中，钢管穿到各部件孔中，在安装上料盒中进行初定位。

启动设备后，该上料盒进入设备中，首先用工装测头进行部件到位检测，并验证凸轮放置位置是否正确。

验证通过后，使用机械手将凸轮轴上料到凸轮轴压球工位，然后各部件定位块启动以精确定位凸轮、轴颈、齿轮。

到位后同时夹紧各部件，并伸出顶杆将直径超过管子内径的钢球穿过整个钢管内径，钢管外的凸轮轴部件在受到钢管膨胀伸展作用力下和钢管相互弹性变形最终形成装配式凸轮轴，这种凸轮轴组合工艺称为管内滚压扩张法。