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'凸轮机构 课程导入1.单缸内燃机中配气阀门的开启与关闭是靠什么机构？2.凸轮机构的组成是什么？3.气阀门的开启与关闭时间长短对内燃机工作有何影响？设计单缸内燃机中配气机构的盘形凸轮机构。首先请同学们观察单缸内燃机的工作原理，尤其注意仔细观察单缸内燃机中气门的开启与关闭工作过程。提出问题：提出设计任务： 任务导入设计单缸内燃机中的盘形凸轮机构新知识点简介了解凸轮机构的组成、类型掌握凸轮机构的特点、应用掌握凸轮机构常用的运动规律和选择了解尖顶直动从动件盘形凸轮机构轮廓的绘制方法明确凸轮机构运动中的注意的问题动手操制作：盘形凸轮机构的制作 示例三分度转位机构 2凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合 按从动件形状分类（1）尖顶从动件尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但因为尖顶磨损快，所以只宜用于受力不大的低速凸轮机构中。（2）滚子从动件在从动件的尖顶处安装一个滚子从动件，可以克服尖顶从动件易磨损的缺点。滚子从动件耐磨损，可以承受较大载荷，是最常用的一种从动件型式。 （3）平底从动件这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，所以它不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。优点是：当不考虑摩擦是，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高，且接触面易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。 3凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承 凸轮机构设计的基本任务是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式、从动杆的运动规律和有关的基本尺寸，然后根据选定的从动杆运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。所以根据工作要求选定从动杆的运动规律，乃是凸轮轮廓曲线设计的前提。（二）常用的从动件运动规律 1平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升—停—降—停的运动循环。从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。 基圆(r0)：以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆.推程运动角()：从动件被凸轮推动，以一定运动规律，从最近位置到达最远位置，从动件在这过程中经过的距离h称为推程[升程]，对应的凸轮转角称为推程运动角。 回程运动角(h):凸轮再继续回转，从动件以一定运动规律从最远位置回到最近位置，这段行程称为回程，对应的凸轮转角h称为回程运动角。近休止角(s,)：当凸轮继续回转时，从动件在最近位置停留不动。此时凸轮转过的角度s,，称为近休止角。 行程h:从动杆在推程或回程中移动的距离h。位移线图:描述位移s与凸轮转角φ之间关系的图形。偏心距e:导路与转动中心的垂直距离偏心圆:以转动中心O为圆心,以e为半径所作的圆从动件的常用运动规律所谓从动杆的运动规律是指从动杆在运动时，其位移s、速度v和加速度a随时间t变化的规律。因凸轮一般为等速运动，即其转角φ与时间t成正比，所以从动杆的运动规律更常表示为从动杆的运动参数随凸轮转角φ变化的规律。 2常用的从动件运动规律等速运动运动开始，v由0突变为加速度a为同理，运动结束由于存在刚性冲击，如果单独使用这种运动规律，只适用于低速场合a=-∞ S=vt=h/*/=h/*V=h/T=h/a=0等速运动 等加速—等减速运动等加速运动S=1/2at2=(2h/2)2其中:S=h/2T=/2*1/a=2s/t2=2*h/2*1/(/2*1/)2=4h2/2 等加速—等减速运动 余弦加速度运动 正弦加速度运动由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。 3从动件运动规律的选择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。对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而使推杆相对于凸轮作反转运动；同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。（三）盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法 1反转法原理加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。 2解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为上式即为凸轮理论廓线方程实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出式中取“—”号时为内等距曲线，取“＋”号时为外等距曲线 摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标其中 3作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 4凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。 （四）主要参数1凸轮机构的压力角从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角a称为压力角。由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。当a角大到某一数值时，必将会出现Fyrr时r">0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)r=rr时r"=0，实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3)r