7目7-3 汽车常用凸轮机构及其从动件的常用运动规律

第七章凸轮机构第一节汽车常用凸轮机构及其从动件的常用运动规律一、汽车常用凸轮机构二、从动件的常用运动规律第二节其它凸轮机构及其从动件的常用运动规律一、凸轮机构的分类二、其它凸轮机构及其从动件的常用运动规律汽车平面连杆机构第十七章凸轮机构第一节汽车常用凸轮机构及其从动件的常用运动规律汽车平面连杆机构滚子对心移动从动件盘形凸轮机构机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，滚子接触,摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。汽车平面连杆机构平底移动从动件盘形凸轮机构机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，压力角始终为零度，传力特性好，结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力较小，适用于高速，但凸轮轮廓不允许呈下凹，因此实现准确的运动规律受到限制。汽车平面连杆机构移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动凸轮，一般作往复移动，多用于靠模仿形机械中。汽车平面连杆机构形锁合凸轮为保证凸轮机构能正常工作，必须保持凸轮轮廓与从动件相接触，该机构是靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保持两者的接触。汽车平面连杆机构滚子摆动从动件盘形凸轮机构机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复摆动，滚子接触，摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。汽车平面连杆机构一、汽车常用凸轮机构汽车中常用的凸轮机构，主要是汽车发动机中的进排气门机构，即内燃机的配气机构。图17-1所示为内燃机的配气机构。具有曲线外廓形状的构件1转动时，其轮廓将迫使气门杆2断续往复移动，控制气门有规律地开启和关闭（关闭是借弹簧3的弹力作用），使可燃物质进入气缸或使废气排出。这里具有曲线外廓形状的构件1称为凸轮；与凸轮始终保持直接接触的气门杆2称为从动杆，或称为推杆。凸轮、从动件和机架组合在一起就称为凸轮机构。汽车平面连杆机构可见：凸轮机构主要是由凸轮、从动件和机架三个构件所组成的高副机构，并且这种高副机构中至少有一个构件作往复移动（或摆动）；从动件的位移s、速度v和加速度a随时间（或凸轮转角）的变化变化规律（称为从动件的运动规律）是由凸轮轮廓的形状、凸轮的尺寸决定的。返回汽车平面连杆机构凸轮机构的特点在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛的应用着各种形式的凸轮机构。优点：构件少，运动链短，结构简单紧凑；易使从动件得到各种预期的运动规律。缺点：点、线接触，故易于磨损。所以凸轮机构多用在传递动力不大的场合。汽车平面连杆机构凸轮机构几乎可以实现从动件的无限多种运动规律。它主要用于转换运动形式，可以把凸轮的转动变换为从动件的连续的或间歇的往复移动或摆动；或者将凸轮的移动转变为从动件的移动或摆动。对于汽车发动机，要能正常工作，汽车发动机的进排气门必须按规定的运动规律准时的打开或关闭，气门杆（从动件）的运动规律是根据对汽车发动机性能等方面的要求选择的，最终是通过发动机凸轮轴上的凸轮的轮廓的形状、凸轮的尺寸决定实现的。汽车平面连杆机构二、从动件的常用运动规律下面首先以图17-2所示的尖顶移动从动件盘形凸轮机构为例，首先介绍从动件的运动过程及有关名词术语。基圆、凸轮基圆半径rb起始位置：A点推程、升程或行程h推程运动角￠0。远停程远停程角（远休止角）￠1回程、回程运动角￠2近停程近停程角（近休止角）￠3汽车平面连杆机构通常，从动件的位移s、速度v和加速度a的变化规律，全面反映了从动件的运动特性和动力特性的变化规律。凸轮机构从动件的运动规律，就是指从动件的位移、速度、加速度随时间（或凸轮转角）的变化（规律）情况。当把位移、速度、加速度作为纵坐标，时间（或凸轮转角）作为横坐标，以曲线的形式来表达它们之间的关系时，就分别称为位移线图、速度线图和加速度线图。图17-2（b）图为就是（a）图所示凸轮机构从动件的位移线图。汽车平面连杆机构对于汽车发动机，气门的打开和关闭不仅要求准时，还要求气门打开的时间要尽量短，保持打开的时间尽量长，关闭要快，但是考虑到噪音问题，所以汽车发动机气门杆的运动规律通常选用等速运动规律。但对于要求噪音更小的高级车，例如轿车，其从动件的运动规律是采用修正后的等速运动规律。汽车平面连杆机构图17-3返回1．等速运动规律当凸轮等速回转时，从动件推程或回程过程中的速度为常数，这种运动规律称为等速运动规律。从动件推程的运动方程为：运动线图如图17-3所示。回程时，从动件的运动方程与推程的区别，只是位移s由最大值h等速降至零，且速度为负值。刚性冲击：这种运动规律只适合用于低速轻载的凸轮机构。oohΦhvΦ0as(17-1)汽车平面连杆机构2．修正后的等速运动规律由上所述，在运动规律的两端，因为存在着严重的冲击现象，虽然由于凸轮机构材料本身的弹性，使这种运动规律在工作中能够应用，但由于冲击的存在，工作的噪音大。所以，为改善这一状况，可以改变运动线图中的两端，使其缓和过渡，以减少冲击。修正的措施，就是在曲线的两端加上两段圆弧过渡，圆弧半径通常可以取h/2，如图17-4所示，MN为两圆弧的内公切线（回程类同）。这样加速度在曲线的两端就变成较小的有限值，冲击也变成有限值。汽车平面连杆机构第二节其它凸轮机构及其从动件的常用运动规律一、凸轮机构的分类凸轮机构常见的分类方法如下：⒈按凸轮的形状分有盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮等（表17-1）。⒉按从动件的形式分滚子从动件、平底（或弧底）从动件、尖顶从动件等（表17-1）。⒊按凸轮与从动件维持高副的接触方法分为了保证凸轮机构正常工作，必须使凸轮与从动件始终保持接触，这种作用称为封闭（或锁合）。按封闭的方式不同，可分为：1）力封闭利用重力、弹簧力（图17-1）或其它外力进行封闭。这种封闭方式比较简便，但凸轮经常承受一个附加的压力，所以只适用于小型和载荷不大的凸轮机构。汽车平面连杆机构2）利用凸轮结构进行封闭如图17-5所示圆柱形凸轮2加工有曲线沟槽a、b，将从动件（摆杆）3和8的滚子（图中，滚子被凸轮蔽住）置于槽中，依靠凹槽两侧的轮廓曲线使从动件滚子始终保持与凸轮接触。这种封闭形式最简单，但加大了凸轮的尺寸和重量。同时，在运动过程中，滚子往往与凸轮槽两过交替接触，滚子经常变换转向，不利于滚子的轮槽的润滑，易于磨损。所以只适用于中、低速轻载的凸轮机构。汽车平面连杆机构此外，还有利用从动件的特殊结构进行封闭的方式，如采用等径凸轮、等宽凸轮和共轭凸轮等。汽车平面连杆机构凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮廓曲线设计方法的基本原理如图所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。当凸轮以角速度ω绕袖O转动时，推杆在凸轮的高副元素(轮廓曲线)的推动下实现预期的运动。图7-8汽车平面连杆机构凸轮廓曲线设计方法的基本原理现设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-ω，使其绕轴心O转动。显然这时凸轮与推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨以角速度—ω绕轴心O转动，一方面又在导轨内作预期的往复移动。显然，推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。汽车平面连杆机构凸轮廓曲线设计方法的基本原理根据上述分析，在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而使推杆相对于凸轮作反转运动；同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的基本原理，称之为反转法。图7-9汽车平面连杆机构用作图法设计凸轮廓线对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构a所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径r0=15，凸轮以等角速度ω沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如下表所示。汽车平面连杆机构返回首页结束汽车平面连杆机构