机械设计中的曲轴和凸轮机构设计
产品机构-棘轮-槽轮-凸轮等机构工作原理汇总
3“飞”是一个内啮合棘轮机构，“飞壳”的外圈是小链轮，是一个内圈带棘齿的棘轮，当骑车人蹬踩脚踏板使小链轮顺时针转动时，通过棘爪、“飞体”和键驱动后轮轴及后轮转动，自行车向前进行。当骑车人停止蹬踩而自行车因惯性前进时，后轮轴及棘爪虽仍顺时针转动，但小链轮不会被带动；
5蜂窝煤机冲压部分主要有四根滑杆、滑梁、冲杆、冲杆座、冲头、活动压盘、活动模底、弹簧构成。当蜂窝煤机动转由两齿轮转动通过拉杆带动滑梁，冲头下行时，迫使冲头下移，活动盘上移弹簧紧缩，把煤压成型并把煤冲成，成型煤的松实，由弹簧压紧活动压盘，把煤压紧所决定。
6启动电源，下料机电机得电驱动主动带轮1转动，通过V带传动使从动带轮2与同轴蜗杆3同步转动，由蜗杆3和蜗轮4组成的减速机构对输出轴O1―O1实现减速。接着工作机构分两路传动实现定长送料和剪切下料；
2气缸盖中有进气道和排气道，内装进、排气门。新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮，通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。
课程思政方案及实施案例(机械原理与设计(一))
机械原理与设计（一）课程思政方案及实施案例
一、素质目标
1)具有追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神；
2)养成良好的自我学习和信息获取能力；
3)提升学生创新设计能力；
4)良好的交流、沟通、与人合作的能力
三、实施案例
案例1：机器与机构
以单缸四冲程内燃机为例，它属于动力机器，该机器内含三种机构：曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构。
其中由缸体、活塞、连杆、和曲轴组成曲柄滑块机构，当燃气在缸体内腔燃烧膨胀而推动活塞移动时，通过连杆带动曲轴围绕其轴线转动，从而实现了从移动到时转动运动形式的转换。
这三种机构按照一定的时间顺序相互协调、协同工作，将燃油燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能，从而使这台机器输出旋转运动和驱动力矩，成为能做有用功的机器。
通过该环节的教学实施，可以培养学生一丝不苟、互相配合、注重团队的工匠精神。
案例2：前段时间因为韩国部署萨德导弹事件引发空前的爱国热潮，我也在思考如何在课堂中引入这一事件，激发学生的爱国心，激发学生对机械专业的热爱。
萨德导弹就是军工机械，从机械大概念来说就是机械，在我教学的机械原理与设计课程中，在教学内容引入后，与学生一起讨论，一起学习，起到了良好的爱国主义教育效果，也促进了学生进一步学好机械专业的决心和信心。
机构运动简图
2
2
2
1
1
1
(a)
(b)
(c)
图 5 转动副的表示方法
2) 移动副
两构件组成移动副的表示方法如图6(a)、 (b)、 (c)所示。 移 动副的导路必须与相对移动方向一致。
1
2 1
2 (a)
1 2
1 2
(b)
21 1
2
(c)
图 6 移动副的表示方法
3) 平面高副 两构件组成高副的表示方法如图7所示。 其运动简图
中应画出两构件接触处的曲线轮廓。
凸轮副：
齿轮副：
2
2
1
1
图 7 高副的表示方法
了解：
2、 构件的表示方法
构件可用直线、 三角形或方块等图形表示。 图8(a)表示参与组成 两个转动副的构件; 图8(b)表示参与组成一个转动副和一个移动副 的构件； 图8(c)表示参与组成三个转动副的构件, 它一般用三角形 表示, 在三角形内加剖面线或在三个内角上涂上焊缝标记, 表明三 角形为一个构件； 若三个转动副在同一直线上, 则可用跨越半圆 符号来连接直线, 如图8(d)所示。
(2) 移动副: 若组成运动副的两个构件只能沿轴线 相对移动, 则称为移动副。
y
O 12
x
图 3 移动副
转动副、移动副实例
2）高副 两构件通过点、 线接触所构成的运动副称为高副。
图 4 高副
齿轮副实例
2、 构件
机 架——机构中的固定构件；一般机架相 对地面固定不动，但当机构安装在运动的机 械上时则是运动的。
对运动的性质, 确定构件的数目、 运动副的类型和数目。
(3) 合理选择视图平面： 选择多数构件所在的运动平面或平行于运动平面的平
机械设计基础第四章平面机构运动简图及自由度
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
《机械设计基础》分章复习题及标准答案
《机械设计基础》分章复习题及答案第1章绪论1．（机械）是机器与机构的总称。
2. ( D )是专用零件。
A）螺栓B）齿轮 C）滚动轴承 D）曲轴3．构件是机器的（运动）单元体，零件是机器的（制造）单元体。
4．机构由（构件）组合而成，它们之间具有确定的 (相对运动）。
5. 机构与机器相比，不具备下面（ C ）特征。
A. 人为的各个实物组合B. 各实物之间有确定的相对运动C. 做有用功或转换机械能D. 价格较高6. 在机械中属于制造单元的是 ( C ) 。
A）. 机构 B）. 构件 C）. 零件 D）. 部件7．把各部分之间具有确定相对运动构件的组合称为（ C ）。
A. 机器B. 机械C. 机构D. 机床8. 构件是加工制造的单元，零件是运动的单元。
（×）9. 同一构件中的零件相互之间没有相对运动。
（√）10. 机构与机器的区别是：机构的主要功用在于传递运动或转换运动形式，而机器的主要功用在于为了生产目的而利用或转换机械能。
（√）11. 两个构件之间的连接称为运动副。
（×）12. 指出并说明机械的各组成部分。
答：机械的各组成部分包括：原动机：提供动力；传动装置：传递运动和动力；工作机：执行部分；控制系统：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置。
13.机构的主要特征是什么？答：机构由构件组成，且各构件之间具有确定的相对运动。
第2章平面机构的运动简图及自由度1．运动副是使两构件直接接触而又能产生相对运动的连接，机构中各构件间运动和动力的传递都是由运动副来实现的。
2．按接触形式不同，运动副可分为高副和低副。
两构件之间以面接触所组成的运动副称为低副，两构件之间通过点或线接触所组成的运动副称为高副。
3. 对组成运动副两构件之间的相对运动所加的限制称为约束。
4. 当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为 2 个，至少为 1 个。
机械原理凸轮机构基本尺寸(1)
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
第9章 思考题
1。在设计直动推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线时，若 机构的最大压力角超出了许用值，试问可采用哪 几种措施来减小最大压力角或增大许用压力角？
2。设计凸轮基圆半径时应考虑哪些因素？
3。若用滚子推杆的凸轮机构，当出现运动失真时， 应采取哪些措施？
（3）图示位置时推杆位移？
8。图示为摆动滚子推杆盘形 凸轮机构：凸轮是一个半 径为R的偏心圆盘，滚子半 径为r,
（1）基圆半径r0? (2)当滚子从C到D点接触过 程中，凸轮转过多大角度？
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
9。为什么要对凸轮机构的压力角加以限制（应对推程和 回程分别讨论）？
10。当直动尖顶推杆盘形凸轮机构发生自锁现象时，应 采取哪些措施？
平底从动件也会出现运动失
真的情况：一方面，要保证从 动件平底 与凸轮总是相切接触，
则平底的尺寸需要足够大，否 则就会出现运动失真；另一方 面，具有平底从动件的凸轮机 构，其凸轮轮廓的向径不能变 化太快，否则也会出现运动失 真，可加大基圆半径来消除这 种失真。
平底尺寸：
l 2lmax (5 ~ 7)mm
讨论压力角：
（1）压力角是推杆与凸轮接触点处 凸轮法线方向与推杆该点的速度 方向所夹的锐角；
（2）当凸轮廓线的不同点与推杆接 触时，压力角也不同；
（3）压力角是对应于凸轮的理论廓 线的。
不同机构压力角的标定：
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
机械原理
第9章 凸轮机构及其设计
二、凸轮基圆半径的确定
基圆半径与压力角的关系：
机械设计-机器及其组成
排气门6 连杆3
凸轮8
一、机器与机构
主要组成：
①主运动部分 ----连杆机构
活塞、连杆、曲轴、汽缸体
功能： 往复直线 转动 ② 配气部分 ----凸轮机构
两套凸轮、气门推杆、机座
功能： 转动 往复直线 ③转速变换部分 ----齿轮机构
一对齿轮 9、10
功能： 转动 转动
进气门5
活塞4 推杆7 曲轴 2
3、机构的定义：
机构是一种变换或传递运动的可动 装置。
4、机构的特征：
1）是人为制造的实体组合； 2）各部分之间具有确定的相对运动。
机器与机构的主要区别？
直线运动 转动
连杆机构 凸轮机构
一、机器与机构
5、 机器与机构的区别 （有无机械能做功或能量的转换）
机器 主要功用是利用的机械能做功或实现能量的转换。 机构 主要功用在于传递或转变运动的形式，不能做机械功，也不 能实现能量转换。
若不考虑做功或实现能量转换，只从结构和运动的观点来看，机
器和机构没有区别-- 总称为机械 机械 -- 是机器和机构的总称
二、机器的组成
1、机器的组成
轿车的组成
二、机器的组成
一部完整的机器主要由四部分组成:
原动部分
传动部分
执行部分
控制部分
2、机器的运动部分组成：---各种的机构
任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。
二、机器的组成
2、机构的组成
（单一零件）
（1）构件：具有独立运动的单元体。 （不发生相对运动的几个零件）
连杆体
上轴瓦
螺母 下轴瓦
连杆盖
二、机器的组成
2、机构的组成
不可拆开
大功率曲轴箱体凸轮轴羽镗刀杆的设计与应用
综 上所 述 ，在排 除 “ 架 出现找 不 到选 定 位置 ” 刀
锁 紧信 号控 制 端 与 图样 标 示 的不 相 符 。即 图 样 标 示 的 Ｐ Ｃ锁 紧信 号输 入 端对 应 的是 Ｐ Ｃ程 序 中 的 １号 Ｌ Ｌ 刀 位信 号控 制端 ，图样所 示 的 Ｐ Ｃ Ｌ ４号 刀位 输 入端 对 应 的 是 Ｐ Ｃ 程 序 中 锁 紧 信 号 控 制 端 ，图 样 所 示 Ｌ
时 ，刀 架虽 能 工 作 ，但 所 选 刀位 与 实 际 刀 位 相 差 一 个 工位 。当选 ４号 刀 时 ，刀 架 开 始 不 停 转 动 。此 时 检 测 Ｐ Ｃ输 入端 的 刀位 信 号 ，未 见 异 常 。 由此 判 断 Ｌ 可能是 与 ４号 刀 位相 接 的 Ｐ Ｃ输 入 端 口损 坏 。但 查 Ｌ
～
结 构尺 寸 为 ：长 ２ １ ８５ ｍ，宽 ９ ０ ｍ，高 ７ ９ ２． ｍ ８ｍ ２ ｍｍ， 其 上有两 组 平 行 的 凸 轮 轴 孑 ，每组 凸 轮 轴 孑 是 由 ９ Ｌ Ｌ 挡 支 撑 组 成 的 同 轴 孔 ，每 组 凸 轮 轴 孔 直 径 均 为 ６ ８ ｍｉ，同 轴 度 要 求 为 ． ４ ｌ ｌ ０ ｍｍ、圆 度 要 求 为
法 判 别 ，所 以 当 磁 块 极 性 装 反 时 ， 不 会 被 发 现 ，但
Ｐ Ｃ 、２ Ｌ １ 、３号 刀位 信号 输入 端 分 别对 应 的 是 Ｐ Ｃ程 Ｌ
序中 ２ 、３、４号 刀 位 信 号 控 制 端 。 由此 分 析产 生 上 述现 象 的原 因是 图样 所 示 刀 位 信 号 输 入 端 和 锁 紧信
号输 入端 与 Ｐ Ｃ程 序 中刀 位信 号控 制 端 和 锁 紧信 号 Ｌ
控 制端 不符 所致 。
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机械设计中的曲轴和凸轮机构设计机械设计中，曲轴和凸轮机构是非常重要的组成部分。
它们被广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机、泵、压缩机等。
曲轴和凸轮机构的设计对机械设备的性能和效率有着重要影响。
本文将介绍机械设计中的曲轴和凸轮机构的设计原理和要点。
一、曲轴设计
曲轴是将往复运动转换为旋转运动的一种重要机构。
在曲轴的设计中，需要考虑以下几个方面：
1. 曲柄的长度和角度：曲柄的长度和角度决定了曲轴的输出特性。
较长的曲柄可以提供更大的输出力矩，但也会增加惯性力和阻力。
而较大的角度可以提高发动机的排量和性能。
2. 曲轴的材料和加工工艺：曲轴需要具备足够的强度和耐磨性，因此常使用高强度钢材制作。
同时，曲轴的加工工艺也需要保证其表面的光滑度和精度。
3. 主轴承和连杆轴承的设计：曲轴需要与主轴承和连杆轴承配合工作，因此其设计应考虑到与轴承的配合间隙和润滑等因素，以保证曲轴的运转平稳和寿命。
二、凸轮机构设计
凸轮机构是机械设备中常用的转动机构，其设计需要考虑以下几个要点：
1. 凸轮的形状和曲线：凸轮的形状和曲线决定了气门的开闭时间和
行程。
因此，在设计凸轮轴时，需要根据气门的工作要求和运动规律
选择合适的凸轮形状。
2. 凸轮轴的传动方式：凸轮轴与曲轴之间的传动方式一般采用齿轮
传动或皮带传动。
在选择传动方式时，需要考虑到传动效率、噪音和
寿命等因素。
3. 凸轮轴的材料和加工工艺：凸轮轴需要具备足够的强度和耐磨性，因此常使用高强度合金钢制作。
同时，凸轮轴的加工工艺也需要保证
其表面的光滑度和精度。
三、曲轴和凸轮机构的优化设计
在进行曲轴和凸轮机构的设计时，还需要考虑到结构的优化。
以下
是几个常用的优化设计方法：
1. 有限元分析：通过有限元分析，可以对曲轴和凸轮机构的受力分
布和变形进行模拟和分析，从而确定合理的结构参数。
2. 优化算法：利用优化算法，可以对曲轴和凸轮机构的结构参数进
行多目标优化，以达到最佳的性能和效率。
3. 材料选择：选择合适的材料可以提高曲轴和凸轮机构的强度和耐
磨性，同时减轻重量和惯性力。
结语
在机械设计中，曲轴和凸轮机构的设计是一个复杂而关键的环节。
通过合理的设计和优化，可以使机械设备具有更好的性能和效率。
因此，在进行机械设计时，对曲轴和凸轮机构的设计要给予足够的重视和思考。