授课教案
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任务3.1 凸轮机构的认识一、复习10分钟
复习上次课学习内容
二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟
本项目以直动从动件的盘形凸轮机构为例，在从动件等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律条件下，分析了凸轮机构中存在的柔性冲击与刚性冲击。

教师介绍本任务的学习内容：凸轮机构的分类；常用术语；从动件的运动规律；凸轮机构的结构形式；常用材料及热处理
（2）分小组学习: 40分钟
3.1.1常用设备中的凸轮机构
1. 凸轮机构的组成
如图所示的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成的机构。

2.凸轮机构应用实例
自动钻床进给机构、冲床凸轮机构等。

3.1.2凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，按凸轮和从动件的形状及其运动形式的不同，凸轮机构的分类方法有以下几种：
1.按凸轮形状分类
(1）盘形凸轮（2）移动凸轮。

（3）圆柱凸轮
2.按从动件形式分类
（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件
从动件的结构形式
3.按从动件的运动形式分类学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No
（1）直动从动件
直动从动件指相对于机架作直线往复移动的从动件，如图3.1.1中所示。

直动从动件又分为对心直动从动件和偏置直动从动件。

（2）摆动从动件：绕某一固定转动中心摆动的从动件。

4.按凸轮与从动件的锁合方式分类 （1）力锁合
利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓保持接触，
（2）形锁合
利用从动件和凸轮特殊的几何形状来维持接触，例如圆柱凸轮机构是利用滚子与凸轮凹槽两侧面的配合来实现形锁合。

3.1.3凸轮机构的常用术语如下：
1.凸轮基圆与基圆半径b r
2.凸轮的转角δ
凸轮相对于某一位置转过的角度，称为凸轮转角δ。

具体包括推程运动角0δ、远停程运
动角S δ回程运动角0′δ和近停程运动角S
δ'。

3从动件行程：从动件在推程和回程中移动的距离h 。

3.1.4从动件的运动规律 1.从动件的运动线图
在上图所示凸轮机构中，以从动件位移s 为纵坐标，对应的凸轮转角δ为横坐标，描述s 与δ之间关系的线图，称为从动件的位移线图。

从动件有等速运动、等加速等减速和余弦加速度运动规律（简谐运
动规律）等常用运动规律。

1.等速运动规律
No
2.等加速等减速运动规律
3.余弦加速度运动规律（简谐运动规律）
3.1.4凸轮机构的结构形式
凸轮机构的结构形式具体包括凸轮的结构形式和滚子从动件的结
构形式。

1.凸轮的结构形式
常见凸轮的结构形式：对基圆小的凸轮，常常与轴做成一体，称为
凸轮轴。

对基圆较大的凸轮，则做成套装结构，即把凸轮开孔，套装在
轴上。

2.滚子从动件的结构形式
滚子从动件的滚子，可以是专门制造的圆柱体；也可以采用滚动轴
承。

滚子与从动件顶端可采用螺栓联接，也可以采用小(胀)轴联接，应
保证滚子相对从动件能灵活转动。

3.1.5凸轮机构的常用材料及热处理
对低速、轻载的盘形凸轮机构，可以选用HT250、HT300、QT900
－2等作为凸轮材料。

对中速、中载的凸轮机构，凸轮常使用45、40Cr、20Cr、20CrMn
等材料，从动件可以用20Cr等低碳合金钢，并经过表面淬火处理，低
碳合金钢主要应进行渗碳淬火。

对高速、重载凸轮机构，通常选用无冲击的从动件运动规律。

凸轮
可以选用40Cr等中碳合金钢。

No
No
授 课 内 容
任务3.2 直动从动件盘形凸轮轮廓的设计
一、复习10分钟
复习上次课学习内容 二、教师导课与课程学习：
（1）学习提示，教师介绍本任务的学习内容。

15分钟 根据从动件运动线图（运动规律），运用图解法设计滚子对心直动从动件盘形外凸轮轮廓。

教师介绍本任务的学习内容：盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理；尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计；滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计；偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计；对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计。

（2）分小组学习: 40分钟
3.2.1盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理
凸轮轮廓设计图解法的基本原理是“反转法”原理，根据这一原理可以做出盘形凸轮的轮廓曲线。

反转法原理
3.2.2尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 假设尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径为b
r ，凸轮的角速度为 ，方向为顺时针方向，从动件运动线图（运动规律）如图所示，则凸轮轮廓设计步骤如下：
1.选取适当比例μ1＝1，将从动件位移线图的推程转角180°和回程运动角90°所对应的范围分别作若干等分。

2.取相同的比例尺μ1＝1，以
b
r 为半径作基圆，基圆与导路的交点
()
00C B 即为从动件尖顶的起始位置。

学生发言汇报、记录学习笔记
学生发言汇报并记录学习笔记
阅读教材和PPT 、分组讨论、撰写发言提纲、学生发言汇报，课，记录学习笔记
No
从动件运动线图若干等分图 图解法设计尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓
3.在基圆上自0OC 开始，沿“ω-” 方向依次取0
0180=δ，
030=S δ，00
90='δ，060='S δ，并将0δ、0δ'分成与位移线图对应的若干等份，得1C ，2C ，…，9C 各点，连接1OC ，2OC ，…，9
OC 各个径向线并延长，得到从动件导路在反转过程中的一系列位置线。

4.沿着各个位置线自基圆的径向，向外量取C 1B 1=11′，C 2B 2=22′，…，
C 9B 9=99′，由此得到尖顶从动件反转过程中的一系列位置1B ，…，9B 。

5.将1B ，2B ，…，9B 各点依次连接成光滑的曲线，即得到所求的凸轮轮廓曲线。

3.2.3滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计
1.把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法做出一条轮廓曲线0η，称为凸轮的理论轮廓曲线，
是滚子中心相对于凸轮轮廓的运动轨迹。

2.以理论轮廓曲线0η上的点为圆心，以滚子半径T r 为半径作一系列
滚子圆（取与基圆相同的长度比例
尺），再作这些滚子圆的内包络线η，称为凸轮的实际轮廓曲线，η是滚子从动件直接接触的凸轮轮廓（凸轮的工作轮廓），故称之为凸轮的实际轮廓曲线。

3.2.4偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计
，从动件导路偏离凸轮回转中心的距离e 为偏心距（简称为偏距）。

以O 为圆心、偏距e 为半径所作的圆称为偏距圆。

应用反转法原理设计凸轮轮廓。

学生在老师的指导下分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报
No
3.2.5对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计
平底从动件凸轮轮廓曲线的绘制与滚子从动件相仿，如图3-21所
示，也要分两步进行图解法绘制：
1.把从动件的平底与从动件的导路中心线的交点0B 看作尖顶从动件的尖顶，按
照尖顶从动件凸轮轮廓曲线的画法，求出导路中心线与平底的各交点1B ，2B ，3B …； 2.过以上各交点1B ，2B ，3B …作一系列表示平底的直线，然后作此直线族的包络线，即得到盘形凸轮的轮廓曲线。

（3）任务实施10分钟
【任务内容】：已知凸轮的基圆半径为b r ，凸轮的角速度为 ，方向为顺时针方向，试运用图解法设计滚子对心直动从动件盘形外凸轮轮廓。

解法设计滚子从动件盘形外凸轮轮廓时，可以把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法做出一条轮廓曲线0η，以理论轮廓曲线0η上的点为圆心，以滚子半径T r 为半径作一系列滚子圆，再作这些滚子圆的内包络线η，η就是所求的外凸轮的实际轮廓曲线。

（4）教师点评任务实施情况并进行评价。

5分钟
（5）教师小结，解析本任务的重点和难点。

布置作业与下次课预习内容。

10分钟
盘形凸轮轮廓设计的“反转法”原理； 尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓设计； 对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计 三、课后任务
1.完成作业：课后练习。

2.让学生在生活中去发现本任务讲解的内容。

3.复习并预习下次课内容：任务
4.1
学生在老师的指导下
分组学习并进行小组学习成果汇报
以学生学习小组为单位进行任务实施汇报。