机械零部件设计教学课件作者张金美学习情境二任务四（出版社）课件.ppt

《机械零部件设计》情境二设计内燃机中的常用机构 1、了解内燃机的组成及工作原理，学会进行内燃机结构分析。 2、掌握平面机构运动简图绘制与自由度计算。 3、掌握平面连杆机构的设计。 4、掌握凸轮机构设计。 5、培养学生分析和解决工程实际问题的能力，勇于创新、敬业 乐业的工作作风和良好的职业道德以及团队协作精神。 1、掌握凸轮机构的组成、分类、特点及应用； 2、掌握从动件的常用运动规律； 3、掌握用反转法原理设计凸轮轮廓曲线的一般方法； 4、明确凸轮机构设计中应注意的问题。 1、凸轮机构的组成、分类； 2、从动件的常用运动规律； 3、尖顶对心和对心滚子移动从动件盘形凸轮设计； 4、凸轮机构设计中的几个问题； 5、凸轮的材料选择。 3、凸轮机构的特点： 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;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。 缺点: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。 凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。 2.按从动件末端形状分： （1）尖顶从动件凸轮机构 其从动 件的端部呈尖点，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。只 能用于轻载低速的场合。 等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。 加速度曲线：从动件在等加速上升时，加速度a不变，因此从动件的a-δ曲线为一水平直线。a-δ曲线在速度转折处发生突变，则惯性力突变，但加速度不再是无穷大，由此将对机构造成有限大小的冲击，这种冲击称为“柔性冲击”或“软冲”。在高速情况下，柔性冲击仍会引起相当严重的振动、噪声和磨损，因此这种运动规律只适用于中速、中载的场合。 反转法原理：设想给凸轮机构加上一个绕凸轮轴心并与凸轮角速度等值反向的角速度。根据相对运动原理，机构中各构件间的相对运动并不改变，但凸轮已视为静止，而从动件则被看成随同导路以角速度绕点转动，同时沿导路按预定运动规律作往复移动。从动件尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓。这就是图解法绘制凸轮轮廓曲线的原理，称为“反转法”。 1、尖顶对心直动从动件盘形凸轮 2、对心滚子移动从动件盘形凸轮 滚子从动件与尖顶从动件的不同点，只是从动件端部不是尖顶，而是装了半径为rT的小滚子。由于滚子的中心是从动件上的一个定点，此点的运动就是从动件的运动。在应用反转法绘制凸轮轮廓曲线时， 滚子中心的轨迹与尖顶从动件尖端的轨迹完全相同， 可参照前述方法绘制凸轮轮廓。 2、对心滚子移动从动件盘形凸轮 1. 滚子半径 滚子从动件有摩擦及磨损小的优点， 若仅从强度和耐磨性考虑， 滚子的半径宜大些， 但滚子的半径rT受到凸轮轮廓曲线曲率半径的限制。 （1） 内凹的轮廓曲线 （2） 外凸的轮廓曲线 可得： ρa＝ρmin- rT （1）当ρmin＞rT时，ρa＞0，实际轮廓曲线为光滑曲线。 （2） 当ρmin ＝rT时，ρa ＝0，实际轮廓曲线出现尖点，凸轮轮廓在尖点处极易磨损而因之改变原定的运动规律。 （3）当ρmin＜rT时，ρa＜0，实际轮廓曲线相交，其交点以外的部分（图中的阴影部分）加工时将被切去，这就使得从动件达不到预期的工作位置，一部分运动规律难以实现。这种现象称为“运动失真”。 （2）外凸的轮廓曲线 2.压力角 将力P分解成两个分力： （1）与从动件速度v方向一致的分力：P1=P cosα； （2）与速度v方向垂直的分力：P2=P sinα。 P1是推动从动件运动的有效分力。当α增大时，P1减小，有害分力P2增大，摩擦阻力也增大。当α增大到某一数值时，从动件无法运动而被卡住，这种现象称为自锁。因此，设计中常对凸轮机构的压力角的最大值加以限制，推荐值如下： 移动从动件的推程： α≤30°； 摆动从动件的推程： α≤35°~ 45° 。 4.凸轮的材料、加工及固定 （1）凸轮的材料 凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表面承受强烈磨损。因此，要求凸轮和滚子的工作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料，并经表面淬火或滲碳淬火，使硬