《机械设计基础》教案 第5课 用图解法设计凸轮轮廓曲线.docx

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课题

用图解法设计凸轮轮廓曲线

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

（1）掌握凸轮轮廓曲线设计的基本原理。

（2）掌握常用凸轮轮廓曲线的设计。

（3）理解凸轮轮廓尺寸的确定。

素质目标：

通过学习常用凸轮轮廓曲线的设计，认识到想要学到真本领，必须坚定信心，勤于学习，不畏险阻，踔厉奋发。

教学重难点

教学重点：凸轮轮廓曲线设计的基本原理，常用凸轮轮廓曲线的设计，凸轮轮廓尺寸的确定

教学难点：凸轮轮廓曲线设计的基本原理，常用凸轮轮廓曲线的设计

教学方法

多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学设计

第1节课：考勤（2min）→任务引入（5min）→传授新知（28min）→实践探索（10min）

第2节课：问题引入（3min）→传授新知（15min）→实践探索（22min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）

教学过程

主要教学内容及步骤

设计意图

第一节课

考勤

（2min）

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况

任务引入

（5min）

【教师】讲述“任务引入”的相关内容

通过学习凸轮机构的基础知识，小王了解到凸轮机构在生活、生产中有着广泛的应用。例如，洗衣机中的凸轮机构主要用于控制洗衣机的进水、搅拌、脱水、排水等，印刷机中的凸轮机构主要用于控制印刷机的进纸、印刷、出纸等，纺织机中的凸轮机构主要用于控制纺织机的进纱、织布、出布等，机床中的凸轮机构主要用于控制机床的进给、切削、退刀等。同时，他也知道凸轮的轮廓曲线决定了机器的运转方式。那么，如何设计凸轮的轮廓曲线，才能使从动件获得所需的运动规律呢？

【学生】聆听、思考

借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度

传授新知

（28min）

【教师】讲解新知

一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理

凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。其中，图解法简单、直观，使用该方法设计的凸轮轮廓曲线虽然精确度较低，但能满足一般机械的设计要求；解析法虽然精确度较高，但是工作量大。

【教师】展示“对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计”图片（详见教材），讲解新知

如图?3-15（a）所示，当对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构中的凸轮以角速度绕凸轮轴心?O?按顺时针方向转动时，从动件的尖顶沿凸轮轮廓曲线相对其导路按预定的运动规律移动，位移线图如图?3-15（b）所示。若给整个机构加上公共角速度，根据相对运动原理，则凸轮将静止不动，而从动件一方面随导路以角速度绕凸轮轴心?O?转动，另一方面又在导路中按预定的运动规律移动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓相接触，故整个机构反转后，尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。这种以凸轮作为动参考系，按相对运动原理设计凸轮轮廓曲线的方法称为反转法。

二、常用凸轮轮廓曲线的设计

（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

设计要求：已知在图?3-15（a）所示的对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构中，从动件处于上升的起始位置，凸轮以角速度?ω?按顺时针方向转动，凸轮的基圆半径为，从动件的位移线图如图3-15（b）所示。试设计此凸轮轮廓曲线。

【教师】展示“对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计”图片（详见教材），讲解并演示设计步骤

设计步骤：

（1）确定从动件上升的起始位置。

（2）计算从动件在反转运动中的预期位移量。

（3）确定从动件导路的位置。

（4）确定从动件在复合运动中占据的位置。

（5）画出凸轮轮廓曲线。

……详见教材

【教师】讲述“小贴士”的相关内容

在凸轮转动过程中，从动件在远休止角和近休止角处均停留不动，故点和点、点和点之间均为以点O为圆心的圆弧。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

（二）对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

【教师】展示“对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计”图片（详见教材），讲解并演示设计步骤

对心滚子直动从动件盘形凸轮机构工作时，滚子中心始终与从动件保持相同的运动规律，并且滚子与凸轮轮廓接触点到滚子中心的距离始终等于滚子的半径。因此，可将滚子中心看作尖顶从动件的尖顶。按给定的运动规律，用绘制对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的方法画出一条理论轮廓曲线，在此轮廓曲线上选取一系列的点作为圆心，以为半径画一系列圆，最后画出这些圆的内包络线，即得凸轮的实际轮廓曲线。

【教师】讲述“小贴士”的相关内容

在几何学上，某个曲线族（即一些有着特定关系的曲线的无穷集）的包络线是指跟该曲线族的每条曲线都有至少一点相切的一条曲线。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

（三）对心平底移动从动件盘形凸轮轮