中职高二工信版机械设计基础电子教案模块五凸轮机构与齿轮机构

教学目标 知识目标：认知凸轮机构的类型与应用；理解凸轮机构的运动规律，了解这些规律在工程实际中的应用；掌握凸轮轮廓设计的基本原理与方法；了解齿轮机构的类型与应用，掌握渐开线齿廓的分析方法和齿轮尺寸的计算。 能力目标：能够根据机构要实现的运动，选择凸轮机构的类型；能够设计凸轮的轮廓机构，分析其能实现的运动特性；能够根据使用要求选用齿轮机构的类型，并能设计选择标准直齿圆柱齿轮的主要参数。 素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风 教学重点 凸轮轮廓设计的基本原理与方法 教学难点 齿轮尺寸的计算 教学手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学学时 6 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 模块五 凸轮机构与齿轮机构 〖相关知识〗 学习情境一 凸轮机构的组成和类型 一、凸轮机构的组成与应用 凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构件及锁合装置组成，是一种高副机构。 优点：只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单。 缺点：是凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。 广泛应用于机械、仪器、操纵控制装置和自动生产线中，是自动化生产中主要的驱动和控制机构。 二、凸轮机构的类型 1.按凸轮形状分类 1）盘形凸轮2）移动凸轮3）圆柱凸轮 2.按从动件末端形状分类 1）尖顶从动件凸轮机构 其特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因而理论上可实现任意预期的运动规律。 2）滚子从动件凸轮机构 滚子从动件凸轮机构中从动件的端部装有滚子，由于从动件与凸轮之间可形成滚动摩擦，因而磨损显著减少，能承受较大载荷，应用较广。但从动件端部重量较大，又不易润滑，故仍不宜用于高速。 3）平底从动件凸轮机构 若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速。其缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。 4）球面底从动件凸轮机构 在实际机构中，从动件不仅有不同的结构形式，而且有不同的运动形式。如作往复直线运动的从动件称为直动从动件；作往复摆动的从动件称为摆动从动件。 3.按锁合形式分类 1）力锁合凸轮机构 2）形锁合凸轮机构。 学习情境二 从动件运动规律 一、凸轮机构的运动过程 图5-7 凸轮机构的运动过程 二、等速运动规律 根据数学知识可知，由于速度v为常数，从动件的位移s=vt，其位移线图为一斜直线，又称为直线运动规律。从动件等速运动时，加速度为零。但在开始和终止运动的瞬间，速度突变，加速度趋于无穷大，理论上机构会产生无穷大的惯性力，使从动件与凸轮产生冲击（称为刚性冲击）。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的凸轮机构。 三、等加速等减速运动规律 等加速等减速运动规律是指从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。其运动规律线图如图5-10所示，位移曲线为两段光滑相连、开口相反的抛物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。 图5-10 等加速、等减速运动规律线图 四、余弦加速度运动规律 余弦加速度运动规律是指从动件加速度按余弦规律变化的运动规律。位移曲线为简谐曲线，故又称为简谐运动规律，速度曲线为正弦曲线，加速度曲线为余弦曲线。由加速度线图可知，这种运动规律在开始和终止两点处加速度有突变，也会产生柔性冲击，只适用于中速场合。只有当加速度曲线保持连续时，才能避免柔性冲击。 五、从动件运动规律的选择 在选择从动件运动规律时，首先要满足机构的工作要求，同时要考虑使凸轮机构具有良好的工作性能。在满足工作要求的前提下，还应考虑凸轮轮廓曲线的加工制造。常用从动件运动规律的特性比较见表5-1，供选择时参考。 学习情境三 凸轮轮廓设计分析 一、 盘形凸轮轮廓设计的基本原理 图5-12 尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构 二、对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 1.尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 2.对心直动滚子推杆盘形凸轮轮廓设计 （1）将滚子中心看作尖顶推杆的尖顶，按前述方法设计出轮廓线，这一轮廓线称为理论廓线。 （2）以理论廓线上的各点为圆心、以滚子半径为半径作一系列的圆，这些圆的内包络线即为所求凸轮的实际廓线。 3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计 三、凸轮机构设计中应注意的几个问题 1.凸轮机构的压力角 压力角的大小反映了机构传力性能的好坏，是机构设计的重要参数。为使凸轮机构工作可靠，受力情况良好，必须对压力角加以限制。 压力角的检验：在凸轮轮廓曲线画出以后，在轮廓曲线较陡、变化较大的地