汽車機械基礎(chǔ)教案 電子演示文稿 第17章 汽車常用凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律

1、第十七章 凸輪機構(gòu)第一節(jié) 汽車常用凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律 一、汽車常用凸輪機構(gòu) 二、從動件的常用運動規(guī)律第二節(jié) 其它凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律 一、凸輪機構(gòu)的分類 二、其它凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律1第十七章 凸輪機構(gòu)第一節(jié) 汽車常用凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律 2一、汽車常用凸輪機構(gòu) 汽車中常用的凸輪機構(gòu)，主要是汽車發(fā)動機中的進(jìn)排氣門機構(gòu)，即內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)。圖17-1所示為內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)。具有曲線外廓形狀的構(gòu)件1轉(zhuǎn)動時，其輪廓將迫使氣門桿2斷續(xù)往復(fù)移動，控制氣門有規(guī)律地開啟和關(guān)閉關(guān)閉是借彈簧3的彈力作用，使可燃物質(zhì)進(jìn)入氣缸或使廢氣排出。這里具有曲線外廓形狀的構(gòu)件

2、1稱為凸輪；與凸輪始終保持直接接觸的氣門桿2稱為從動桿，或稱為推桿。凸輪、從動件和機架組合在一起就稱為凸輪機構(gòu)。3 可見：凸輪機構(gòu)主要是由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)，并且這種高副機構(gòu)中至少有一個構(gòu)件作往復(fù)移動或擺動；從動件的位移s、速度v和加速度a隨時間或凸輪轉(zhuǎn)角的變化變化規(guī)律稱為從動件的運動規(guī)律是由凸輪輪廓的形狀、凸輪的尺寸決定的。返回4 凸輪機構(gòu)幾乎可以實現(xiàn)從動件的無限多種運動規(guī)律。它主要用于轉(zhuǎn)換運動形式，可以把凸輪的轉(zhuǎn)動變換為從動件的連續(xù)的或間歇的往復(fù)移動或擺動；或者將凸輪的移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動。此外，凸輪機構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便等優(yōu)點，所以廣泛應(yīng)用于各

3、種自動機械、儀表以及自動控制裝置中。但由于凸輪機構(gòu)中凸輪與從動件屬于高副接觸，壓強大，易磨損，凸輪輪廓線的制造精度對動力影響很敏感，所以凸輪機構(gòu)只能用于傳遞功率不大、從動件行程不大的場合。 對于汽車發(fā)動機，要能正常工作，汽車發(fā)動機的進(jìn)排氣門必須按規(guī)定的運動規(guī)律準(zhǔn)時的翻開或關(guān)閉，氣門桿從動件的運動規(guī)律是根據(jù)對汽車發(fā)動機性能等方面的要求選擇的，最終是通過發(fā)動機凸輪軸上的凸輪的輪廓的形狀、凸輪的尺寸決定實現(xiàn)的。 5 二、從動件的常用運動規(guī)律 下面首先以圖17-2所示的尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例，首先介紹從動件的運動過程及有關(guān)名詞術(shù)語。基圓、凸輪基圓半徑rb起始位置： A點推程、升程或行程h推程運

4、動角0。遠(yuǎn)停程遠(yuǎn)停程角遠(yuǎn)休止角1回程、回程運動角2 近停程近停程角近休止角36 通常， 從動件的位移s、速度v和加速度a的變化規(guī)律，全面反映了從動件的運動特性和動力特性的變化規(guī)律。凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律，就是指從動件的位移、速度、加速度隨時間或凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律情況。當(dāng)把位移、速度、加速度作為縱坐標(biāo)，時間或凸輪轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)，以曲線的形式來表達(dá)它們之間的關(guān)系時，就分別稱為位移線圖、速度線圖和加速度線圖。圖17-2b圖為就是a圖所示凸輪機構(gòu)從動件的位移線圖。7 對于汽車發(fā)動機，氣門的翻開和關(guān)閉不僅要求準(zhǔn)時，還要求氣門翻開的時間要盡量短，保持翻開的時間盡量長，關(guān)閉要快，但是考慮到噪音問題，所以汽

5、車發(fā)動機氣門桿的運動規(guī)律通常選用等速運動規(guī)律。但對于要求噪音更小的高級車，例如轎車，其從動件的運動規(guī)律是采用修正后的等速運動規(guī)律。 1等速運動規(guī)律 當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)時，從動件推程或回程過程中的速度為常數(shù)，這種運動規(guī)律稱為等速運動規(guī)律。 從動件推程的運動方程為： 運動線圖如圖17-3所示?；爻虝r，從動件的運動方程與推程的區(qū)別，只是位移s由最大值h等速降至零，且速度為負(fù)值。 剛性沖擊 ：這種運動規(guī)律只適合用于低速輕載的凸輪機構(gòu)。 (17-1)8 2修正后的等速運動規(guī)律 由上所述，在運動規(guī)律的兩端，因為存在著嚴(yán)重的沖擊現(xiàn)象，雖然由于凸輪機構(gòu)材料本身的彈性，使這種運動規(guī)律在工作中能夠應(yīng)用，但由于沖擊的存

6、在，工作的噪音大。所以，為改善這一狀況，可以改變運動線圖中的兩端，使其緩和過渡，以減少沖擊。 修正的措施，就是在曲線的兩端加上兩段圓弧過渡，圓弧半徑通?？梢匀/2，如圖17-4 所示，MN為兩圓弧的內(nèi)公切線回程類同。這樣加速度在曲線的兩端就變成較小的有限值，沖擊也變成有限值。9圖17-3返回10圖17-4返回11第二節(jié) 其它凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律 一、凸輪機構(gòu)的分類 凸輪機構(gòu)常見的分類方法如下： 按凸輪的形狀分 有盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪等表17-1 。 按從動件的形式分 滾子從動件、平底或弧底從動件、尖頂從動件等表17-1。 按凸輪與從動件維持高副的接觸方法分 為了保證凸輪機

7、構(gòu)正常工作，必須使凸輪與從動件始終保持接觸，這種作用稱為封閉或鎖合。按封閉的方式不同，可分為： 1力封閉 利用重力、彈簧力圖17-1或其它外力進(jìn)行封閉。這種封閉方式比較簡便，但凸輪經(jīng)常承受一個附加的壓力，所以只適用于小型和載荷不大的凸輪機構(gòu)。12 2利用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉 如圖17-5所示圓柱形凸輪2加工有曲線溝槽a、b，將從動件擺桿3和8的滾子圖中，滾子被凸輪蔽住置于槽中，依靠凹槽兩側(cè)的輪廓曲線使從動件滾子始終保持與凸輪接觸。這種封閉形式最簡單，但加大了凸輪的尺寸和重量。同時，在運動過程中，滾子往往與凸輪槽兩過交替接觸，滾子經(jīng)常變換轉(zhuǎn)向，不利于滾子的輪槽的潤滑，易于磨損。所以只適用于中、低速輕

8、載的凸輪機構(gòu)。 此外，還有利用從動件的特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉的方式，如采用等徑凸輪、等寬凸輪和共軛凸輪等。13表 17-1 凸輪機構(gòu)的分類返回看動畫14圖17-1返回15圖17-5返回看動畫16返回17返回尖頂移動盤形凸輪、尖頂擺動盤形凸輪滾子移動盤形凸輪、平底移動盤形凸輪移動圓柱凸輪、擺動圓柱凸輪移動凸輪18返回尖頂移動盤形凸輪尖頂擺動盤形凸輪19返回20返回21返回22二、其它凸輪機構(gòu)及其從動件的常用運動規(guī)律 1其它凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 圖17-5所示為車床的主軸箱里的主軸變速操縱機構(gòu)。轉(zhuǎn)動手柄1時，具有兩條曲線溝槽a、b的構(gòu)件2一起轉(zhuǎn)動。擺桿3和8各有一個銷子分別插在兩條溝槽內(nèi)，溝槽各處的軸向位置不

9、同，所以構(gòu)件2圓柱凸輪轉(zhuǎn)動時帶動擺桿3和8在一定范圍內(nèi)擺動，通過撥叉4和7分別撥動三聯(lián)齒輪5和雙聯(lián)齒輪6在花鍵軸上滑動，使不同的齒輪進(jìn)入嚙合，以改變主軸的轉(zhuǎn)速。這里帶有曲線溝槽的圓柱形構(gòu)件2稱為凸輪；與凸輪曲線溝槽直接接觸的擺桿3和8稱為從動桿，凸輪、從動件和機架組成凸輪機構(gòu)。 以上實例中凸輪為圓柱凸輪，從動件作擺動。這一凸輪機構(gòu)用于車床的主軸箱里的主軸變速控制。 移動凸輪機構(gòu)在機加工中，可以作為靠模來加工一些復(fù)雜的工件。 總之，由于凸輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律等優(yōu)點，所以在各種操縱機構(gòu)、自動控制系統(tǒng)等各方面有著廣泛的應(yīng)用，這里不一一列舉。23圖17-5返回24 2從動件的常用其

10、他運動規(guī)律 雖然從理論上講，從動件可實現(xiàn)任意的運動規(guī)律，但從設(shè)計、加工制造等各方面考慮，凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律應(yīng)在完成機構(gòu)功能的前提下，盡可能便于設(shè)計、加工。除上面講的等速運動規(guī)律外，等加速等減速運動規(guī)律也是一種常用的從動件運動規(guī)律，適用于各種類型的凸輪機構(gòu)。 等加速等減速運動規(guī)律的加速度等于常數(shù)。所謂等加速運動和等減速運動，即從動件在一個推程h中，先作等加速運動，后作等減速運動。通常這兩段的加速度和減速度的絕對值相等。從動件作等加速度和作等減速度運動所占的時間相等，即各為T/2；相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角也相等，即各為0/2；相應(yīng)的行程也相等，即各為h/2。等加速段的運動方程為見下頁25 等加速段的運動方程 式中，角的變化范圍為00/2。 同理，在等加減速段的運動方程為 式中，角變化范圍為 0/20。 等加速等減速運動在推程時的運動線圖如圖17-6所示。 （17-2）（17-3）26圖17-6返回27 由圖可知，加速度曲線為水平直線，速度曲線為斜直線，而位移曲線為兩段在h/2處光滑相連的拋物線。所以這種運動規(guī)律又稱為拋物線運動規(guī)律。 從這種運動規(guī)律的加速度曲線可以看出，加速度在