机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
《凸轮机构》教学设计
凸轮机构——教学设计（一）教学目标1、了解凸轮机构的各种应用类型。
2、掌握凸轮机构的基本分类方法。
3、掌握各类凸轮的优缺点及其应用场合。
4、能根据需要的运动规律选用合适的凸轮机构。
教学重点：了解凸轮机构的各种应用类型。
教学难点：能根据需要的运动规律选用合适的凸轮机构。
（二）内容分析本作品主要介绍凸轮机构的分类和应用的基础知识，通过动画演示、文字解说和课堂练习互动来完成教学任务。
（三）学生分析通过以前的学习，学生已经认识了机构的意义和一些机构在机器中的应用，通过对凸轮机构的学习，学生要掌握凸轮机构的分类和应用，并能够根据需要运用不同种类的凸轮机构。
（四）教学策略设计1．教学方法设计本节课的重点学习的内容是凸轮机构的分类和应用，并通过课堂练习掌握运用不同种类的凸轮机构。
通过教师的讲解、动画的演示和课堂练习等互动环节，完成教学任务。
2．关于教学流程和教学活动的设计思路依据学习内容及学生情况的分析，本课件主要采用以教师演示讲解为主，学生课堂练习为辅的教学策略。
课堂的基本结构是“教师讲解”——“动画演示”——“课堂练习――师生互动”四个环节。
由浅入深，循序渐进，让学生掌握凸轮机构的应用、分类和简单选用的内容。
三、教与学的实际过程描述1．教与学的过程描述教学环节教师活动学生活动对学生学习过程的观察和考查媒体运用预期效果复习机构的意义（15分钟）1、教师提问：“什么是机构”2、教师打开“凸轮机构”课件与学生共同学习凸轮机构的定义。
1、学生回答机构的定义。
2、学生复习前面已学习的机构。
上课前的知识、技能温习可以促使学生良好习惯的养成。
多媒体出示“凸轮机构”通过学习凸轮机构的内容，加强学对机构的了解和选用。
进行教学学习教师讲解相关的知识。
学生做笔记并提问。
观察学生的反应，结合应用实例进行深入学习多媒课件这一环节是要学生掌握并灵活运用。
课堂练习教师提出要求1、独立完成练习。
2、小组讨论适时培养学生的积极性。
理解和灵活运用凸轮机构。
凸轮机构教学设计方案
一、教学目标1. 知识目标：- 了解凸轮机构的基本概念、类型和应用。
- 掌握凸轮机构的结构特点、工作原理和设计方法。
- 熟悉凸轮机构的传动比、速度和加速度的计算。
2. 能力目标：- 能够分析凸轮机构的运动特性，设计简单的凸轮机构。
- 提高动手能力和创新意识，能够运用所学知识解决实际问题。
3. 情感目标：- 培养学生对机械原理的兴趣和热爱。
- 增强学生的团队协作精神和实践能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的基本概念和类型：- 凸轮机构简介- 凸轮机构的类型：圆柱凸轮、圆锥凸轮、圆弧凸轮等2. 凸轮机构的结构特点和工作原理：- 凸轮的形状和尺寸对机构性能的影响- 凸轮机构的工作原理和运动规律3. 凸轮机构的设计方法：- 凸轮轮廓的设计- 凸轮机构的强度计算- 凸轮机构的运动学分析4. 凸轮机构的实例分析：- 常见凸轮机构的实例介绍- 分析实例中的设计要点和注意事项三、教学方法1. 讲授法：- 结合多媒体课件，系统讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法。
2. 案例分析法：- 通过实际案例，分析凸轮机构的设计要点和注意事项，提高学生的分析能力。
3. 实验法：- 利用实验设备，让学生亲自动手操作，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
4. 讨论法：- 组织学生进行小组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，培养学生的团队协作精神。
四、教学过程1. 导入：- 以实际应用为例，引入凸轮机构的概念，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：- 讲解凸轮机构的基本概念、类型、工作原理和设计方法，并结合多媒体课件进行演示。
3. 案例分析：- 分析实际案例，让学生了解凸轮机构在实际应用中的设计要点和注意事项。
4. 实验操作：- 学生分组进行实验，观察凸轮机构的运动特性，加深对理论知识的理解。
5. 讨论与总结：- 学生分组讨论，分享对凸轮机构设计的见解，教师进行总结和点评。
6. 课后作业：- 布置相关设计题目，让学生运用所学知识进行设计，巩固所学知识。
机械原理凸轮机构设计
凸轮机构的设计一、简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。
凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。
因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。
凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。
二、凸轮机构的工作原理由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。
凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。
从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。
尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。
为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。
具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。
多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。
凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。
它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。
但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。
一、工作过程和参数在凸轮机构中最常见的运动形式为凸轮机构作等速回转运动，从动件往复移动。
以图6-8为例（对心外轮廓盘形凸轮机构）。
首先介绍一下本图中各构件的名称。
1，运动分析：从动件运动状态凸轮运动凸轮转过的角度ϕ升AB1停BCϕ22ϕ3降CD3ϕ停CA42、参数①推程（升程）-- 从动件自最低位置升到最高位置的过程②推程角（升程角）--推动从动件实现推程时的凸轮转角（ϕ1）③回程 -- 从动件自最高位置升到最低位置的过程④回程角 --从动件从最高位置回到最低位置时的凸轮转角（ϕ3）⑤远停角（远休止角）从动件在最高位置停止不动，与此对应的凸轮转角。
机械设计课程设计凸轮
机械设计课程设计凸轮一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握凸轮的基本概念、类型和设计方法，培养学生运用机械设计的基本原理解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解凸轮的定义、分类和应用范围；（2）掌握凸轮的轮廓线方程及其设计方法；（3）熟悉凸轮制造和安装的基本要求。
2.技能目标：（1）能够运用凸轮设计原理，分析并解决实际工程问题；（2）具备初步的凸轮轮廓线设计能力；（3）学会使用相关软件进行凸轮设计。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对机械设计的兴趣和热情，提高学生对工程实践的认知；（2）培养学生团队协作、创新思维和解决问题的能力；（3）强化学生的工程责任感，使其意识到机械设计在工程技术领域的重要性。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.凸轮的基本概念和分类：凸轮的定义、凸轮的分类及特点；2.凸轮的轮廓线设计：凸轮轮廓线方程的推导、凸轮设计方法及步骤；3.凸轮制造和安装：凸轮的材料选择、加工方法及安装要求；4.凸轮应用实例分析：结合实际工程案例，分析凸轮在机械设计中的应用。
三、教学方法为实现本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解凸轮的基本概念、分类和设计方法；2.案例分析法：分析实际工程案例，让学生了解凸轮在机械设计中的应用；3.实验法：安排凸轮设计实验，培养学生动手能力和实际操作技能；4.讨论法：分组讨论凸轮设计过程中遇到的问题，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为实现本节课的教学目标，将准备以下教学资源：1.教材：《机械设计基础》；2.参考书：相关凸轮设计方面的论文和书籍；3.多媒体资料：凸轮设计原理和应用的PPT、视频等；4.实验设备：凸轮设计实验器材、测量工具等；5.软件：凸轮设计相关软件（如CAD、SolidWorks等）。
五、教学评估本节课的评估方式包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式评估学生的学习态度和积极性；2.作业：布置相关凸轮设计的练习题，评估学生对知识的掌握和应用能力；3.考试：安排期末考试，全面测试学生对凸轮设计知识的掌握程度。
机械原理_第4章__凸轮机构及其设计
图4.1 内燃机配气凸轮机构
图4.2
绕线机排线凸轮机构
图4.3所示为录音机卷带装置中的凸轮机构。工作时，凸 轮1处于图示最低位置，在弹簧5的作用下，安装于带轮轴上 的摩擦轮3紧靠卷带轮4，从而将磁带卷紧。停止放音时，凸 轮1随按键上移，其轮廓迫使从动件顺时针方向摆动，使摩 擦轮与卷带轮分离，从而停止卷带。
1. 多项式运动规律
多项式运动规律的一般形式为
s = C 0 + C 1δ + C 2 δ 2 + C 3δ 3 + L + C n δ n
式中， δ 为凸轮转角；s为从动件位 为凸轮转角；s C C C C C 移； 0 ， 1 ， 2 ， 3 ，…， n 为待定常数，可利用边 界条件来确定。 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律) 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律)；二次 (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律)；五次(n=5) 多项式运动规律。
图4.10 改进等速 运动规律
图4.11 改进等加速等减速 运动规律
【例4.1】 直动从动件凸轮机构。已知：从动件行程 h=20mm，推程运动角 δ t = 150° ，远休止角 δ s = 60°，回程 运动角 δ h = 120° ，近休止角 δ 's = 30° ；从动件推程、回程分 别采用简谐运动规律和摆线运动规律。试写出从动件一 个运动循环的位移、速度和加速度方程。 解：(1) 从动件推程运动方程。 推程段采用简谐运动规律，故将推程运动角 δ t = 150° 5π /6、行程h=20mm代入简谐运动规律推程运 = 动方程式，可推出
● 4.4 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 曲线的设计—— ●4.4.1 滚子直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.2 滚子摆动从动件盘形凸轮机构理论轮廓 曲线方程 ●4.4.3 平底直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.4 滚子直动从动件圆柱凸轮机构 ● 4.5 凸轮机构基本尺寸的确定 ●4.5.1 凸轮机构的压力角和自锁 ●4.5.2 凸轮基圆半径的确定 ●4.5.3 滚子半径的选择 ●4.5.4 平底从动件的平底尺寸的确定 ● 小结
机械原理课件-6凸轮机构及其设计.
0 h VH [1 cos( 2 / 0 )] 0 2 2h aT sin( 2 / 0 ) 2 0 2h 2 ) aH sin( 2 / 0 2 0
S
δ O
δ0
V δ O a δ O δ0/2
图6－7 正弦加速度运动 曲线
δ0
V
δ
O a
δ
O
图6-5
五次多项式运动曲线
6.3.4 余弦加速度运动规律(简谐运动规律)
ST 0.5h[1 cos( / 0 )] )] S H 0.5h[1 cos( / 0 VT h sin( / 0 ) /( 2 0 ) ) /( 2 0 ) VH h sin( / 0
二次多项式运动规律的通式为 S = C0 + C1δ + C2δ2 V = dS / dt = C1ω + 2C2ωδ a = dV / dt = 2 C2ω2 边界条件为 推程始点处 δ = 0、S = 0、V = 0； 推程中点处 δ = δ0 / 2、S = h / 2。 将其代入式 (6-3) 得 C0 = 0、C1 = 0、C2 = 2h /δ20 (6-4)
6.4.1 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
1 2 3 A 0 ω
D 20
4
5 6 -ω 7 8 9
r0 O
B
17
10
19 18
16
11
15 14 13 12 C
(b) 作图过程
图6－8 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计
6.4.2 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
1 2 3
03
2
60h
机械基础教案凸轮机构
课时计划
年月日课题§8 凸轮机构授课人柳长生
教学目的：
1.了解凸轮机构的结构及其应用
2.了解凸轮机构的分类和特点
重点凸轮机构的种类、结构、特点及其应用
难点
关键
课堂类型单一教学方法讲授
教（学）具教学手段
教学进程：
（一）组织教学：
（二）内容回顾：
（三）讲授新课：
§8 凸轮机构
一、凸轮机构概述
1．凸轮机构应用举例：内燃机配气机构、自动车床走刀机构
2．结构：
1)凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件
2)从动件
3)机架组成的高副机构
3．应用特点：通过高副接触使从动件得到预期的运动规律。
二、凸轮机构的分类与特点
1．按凸轮形状分
2．按从动件端部形状
3．按从动件的运动形式摆动
移动
（一）板书设计（二）小结：（三）课后作业盘形凸轮
移动凸轮
柱体凸轮
端面凸轮
圆柱凸轮
尖顶从动件滚子从动件平底从动件
（四）课后分析。
机械原理第九章凸轮机构及设计
机械原理第九章凸轮机构及设计凸轮机构是一种非常常见且重要的机械原理，广泛应用于各种机械、自动化设备以及机械工程中。
凸轮机构主要由凸轮、从动件和工作件组成，通过凸轮的转动，从动件与工作件之间的运动关系被确定，从而实现特定的机械工作。
在凸轮机构的设计过程中，需要考虑凸轮的形状、尺寸和运动规律，以及从动件与工作件的连接方式和相对运动关系等因素。
凸轮的形状通常是基于工作要求和约束条件而确定的，常见的凸轮形状包括圆形凸轮、倒头凸轮、冷凸轮等。
凸轮机构的设计需要根据具体的工作要求和条件来确定凸轮的运动规律。
常见的凸轮运动规律包括简谐运动、等角速度运动和等距离运动等。
在设计过程中，需要根据工作要求来选择合适的凸轮运动规律，以确保机构的工作稳定性和精度。
凸轮机构设计的关键是确定从动件与工作件之间的连接方式和相对运动关系。
常见的从动件与工作件的连接方式包括滑块连接、摆杆连接和球头连接等。
这些连接方式的选择需要考虑凸轮运动规律、工作要求和机构的设计要求等因素。
而从动件与工作件之间的相对运动关系则可以通过凸轮的形状和凸轮运动规律来确定。
凸轮机构设计还需要考虑诸如凸轮的材料、强度和润滑等问题。
凸轮的材料通常选择硬度高、耐磨性好的材料，以保证凸轮的使用寿命和稳定性。
凸轮的强度可以通过强度计算和有限元分析等方法来确定，以确保凸轮在工作过程中不会发生破坏。
润滑问题也需要考虑，选择合适的润滑方式和润滑剂，以减少凸轮机构的摩擦和磨损。
总之，凸轮机构的设计是一个综合考虑凸轮形状、尺寸、运动规律、连接方式、相对运动关系、材料、强度和润滑等多方面因素的过程。
只有充分考虑这些因素，并结合具体的工作要求和条件，才能设计出稳定、高效的凸轮机构。
凸轮机构的设计不仅需要具备丰富的机械原理知识和设计经验，还需要进行大量的实验和验证，以确保机构的可靠性和性能。
机械原理课程设计凸轮机构
Part Three
机械原理课程设计 凸轮机构方案
设计目的和要求
设计目的：掌握凸轮机构的基本原 理和设计方法
设计内容：包括凸轮机构的设计、 制造、装配和调试
添加标题
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设计要求：满足凸轮机构的运动要 求，如速度、加速度、行程等
设计步骤：明确设计任务、选择设 计方案、进行设计计算、绘制设计 图纸、制作模型、进行实验验证等
凸轮轮廓曲线的设计方法包括解析法、图 解法和计算机辅助设计等。
凸轮轮廓曲线的设计需要满足凸轮机构 的运动规律、负载、速度、加速度等要 求，同时需要考虑到凸轮的制造工艺和 成本等因素。
凸轮机构压力角计算
压力角定义：凸轮与从动件接触点 处法线与凸轮轮廓线之间的夹角
压力角影响因素：凸轮轮廓线形状、 从动件形状、凸轮半径、从动件半 径
凸轮机构工作原理
凸轮机构通过凸轮与从动件 的接触，实现从动件的位移 和运动
凸轮机构由凸轮、从动件和 机架组成
凸轮机构的工作原理是利用 凸轮的轮廓曲线，使从动件
产生预定的运动
凸轮机构的应用广泛，如汽 车、机床、机器人等领域
凸轮机构分类
按照凸轮运动规律分类：等 速运动凸轮、等加速运动凸 轮、等减速运动凸轮等
Part Six
凸轮机构运动仿真 与优化
运动仿真模型的建立
确定凸轮机构的类型和参数 建立凸轮机构的三维模型 设定运动仿真的初始条件和边界条件 设定运动仿真的时间步长和仿真时间 设定运动仿真的输出变量和观察点 运行运动仿真，观察仿真结果，并进行优化
运动仿真结果分析
凸轮机构运动仿 真结果：包括位 移、速度、加速 度等参数
凸轮从动件的类 型：滚子从动件、 滑块从动件、圆 柱从动件等
凸轮机构教学设计
教学反思
1.本节课思路清晰流畅，任务设计合理，重视重点、难点知识学习，效果较为显著。
2.有待改进的是深入了解学生、把握学生的学习进度，更好更合理的安排课堂时间。
最后，凸轮机构还能按照凸轮与从动件之间的锁合方式分类。
总结一下凸轮机构的优缺点：
1、优点：凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，凸轮机构的结构简单、紧凑、设计方便，只要做出适当的凸轮轮廓，就能使从动杆得到任意预定的运动规律。因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中被大量应用。
2、缺点凸轮机构的凸轮为高副接触，压力较大，且点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难，费用较高；凸轮机构的行程不大。
PPT课件、微视频、动画图片等
教学步骤与内容
提问、演示、重点、难点、教具、时间分配、教法等
一、引入
大家在机械设备中是不是见过很多直线往复运动的机构呢？那么这些机构是怎么实现这样的运动方式的呢？今天我们就来揭晓这个答案。其实在机械设备当中要实现直线往复的运动方式就要用到我们今天所学习的凸轮机构。那我们接下来一起来了解一下凸轮机构。凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。同样，凸轮机构在生产实际当中运用也是相当的广泛。比如凸轮机构广泛地应用于机械传动、轻工、纺织、食品、交通运输等领域。
教学设计
课题名称
凸轮机构
学科名称
机械基础
授课类型
理论
设计者
吕中凯
授课课时
1课时
教学目标
一、知识目标
1.凸轮机构的应用和分类
二、能力目标
1.了解凸轮机构的类型、应用
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机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
一、教学目标及基本要求
1.了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。
2.了解凸轮机构的设计过程，对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。
3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。
4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向，摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。
5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线，学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。
二、教学内容及学时分配
第一节概述
第二节凸轮机构基本运动参数设计
第三节凸轮机构基本尺寸设计（第一、二、三节共2学时）
第四节凸轮轮廓曲线设计（1.5学时）
第五节凸轮机构从动件设计（1学时）
第六节凸轮机构的计算机辅助设计（0.5学时）
三、教学内容的重点和难点
重点：
1.凸轮机构的型式选择。
2.从动件运动规律的选择及设计。
3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计，凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。
4.从动件的设计，包括高副元素形状选择，滚子半径和平底宽度的确定。
难点：
凸轮轮廓曲线设计的图解法
四、教学内容的深化与拓宽
空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题
充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参
数的概念及其选用设计；应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度，要注意从动件反转方向；正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所
依次占据的位置线；滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。
要注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
六、主要参考书目
1黄茂林，秦伟主编．机械原理．北京：机械工业出版社，2010
2申永胜主编．机械原理教程（第2版）．北京：清华大学出版社，2005
3孙桓，陈作模、葛文杰主编．机械原理（第七版）．北京：高等教育出版社，2006
4石永刚，徐振华．凸轮机构设计．上海：上海科学技术出版社，1995
七、相关的实践性环节
凸轮机构运动参数测试实验。
八、课外学习要求
学生通过自学了解空间凸轮机构的应用特点和高速凸轮机构设计应注意的问题。