汽车机械基础教案 电子演示文稿 第17章 汽车常用凸轮机构及其从动件的常用运动规律

1、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 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1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 2一、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

2、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。3 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4 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。此外，凸轮机构还具有结构简单、紧凑，设计方便等优点，所以广泛应用于各

3、种自动机械、仪表以及自动控制装置中。但由于凸轮机构中凸轮与从动件属于高副接触，压强大，易磨损，凸轮轮廓线的制造精度对动力影响很敏感，所以凸轮机构只能用于传递功率不大、从动件行程不大的场合。 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翻开或关闭，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。 5 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

4、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36 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17-2b图为就是a图所示凸轮机构从动件的位移线图。7 对于汽车发动机，气门的翻开和关闭不仅要求准时，还要求气门翻开的时间要尽量短，保持翻开的时间尽量长，关闭要快，但是考虑到噪音问题，所以汽

5、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。 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。 (17-1)8 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

6、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。9图17-3返回10图17-4返回11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： 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 。 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。 按凸轮与从动件维持高副的接触方法分 为了保证凸轮机

7、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。12 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

8、载的凸轮机构。 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。13表 17-1 凸轮机构的分类返回看动画14图17-1返回15图17-5返回看动画16返回17返回尖顶移动盘形凸轮、尖顶摆动盘形凸轮滚子移动盘形凸轮、平底移动盘形凸轮移动圆柱凸轮、摆动圆柱凸轮移动凸轮18返回尖顶移动盘形凸轮尖顶摆动盘形凸轮19返回20返回21返回22二、其它凸轮机构及其从动件的常用运动规律 1其它凸轮机构的应用 图17-5所示为车床的主轴箱里的主轴变速操纵机构。转动手柄1时，具有两条曲线沟槽a、b的构件2一起转动。摆杆3和8各有一个销子分别插在两条沟槽内，沟槽各处的轴向位置不

9、同，所以构件2圆柱凸轮转动时带动摆杆3和8在一定范围内摆动，通过拨叉4和7分别拨动三联齿轮5和双联齿轮6在花键轴上滑动，使不同的齿轮进入啮合，以改变主轴的转速。这里带有曲线沟槽的圆柱形构件2称为凸轮；与凸轮曲线沟槽直接接触的摆杆3和8称为从动杆，凸轮、从动件和机架组成凸轮机构。 以上实例中凸轮为圆柱凸轮，从动件作摆动。这一凸轮机构用于车床的主轴箱里的主轴变速控制。 移动凸轮机构在机加工中，可以作为靠模来加工一些复杂的工件。 总之，由于凸轮机构具有结构紧凑、可实现复杂的运动规律等优点，所以在各种操纵机构、自动控制系统等各方面有着广泛的应用，这里不一一列举。23图17-5返回24 2从动件的常用其

10、他运动规律 虽然从理论上讲，从动件可实现任意的运动规律，但从设计、加工制造等各方面考虑，凸轮机构从动件的运动规律应在完成机构功能的前提下，尽可能便于设计、加工。除上面讲的等速运动规律外，等加速等减速运动规律也是一种常用的从动件运动规律，适用于各种类型的凸轮机构。 等加速等减速运动规律的加速度等于常数。所谓等加速运动和等减速运动，即从动件在一个推程h中，先作等加速运动，后作等减速运动。通常这两段的加速度和减速度的绝对值相等。从动件作等加速度和作等减速度运动所占的时间相等，即各为T/2；相应的凸轮转角也相等，即各为0/2；相应的行程也相等，即各为h/2。等加速段的运动方程为见下页25 等加速段的运动方程 式中，角的变化范围为00/2。 同理，在等加减速段的运动方程为 式中，角变化范围为 0/20。 等加速等减速运动在推程时的运动线图如图17-6所示。 （17-2）（17-3）26图17-6返回27 由图可知，加速度曲线为水平直线，速度曲线为斜直线，而位移曲线为两段在h/2处光滑相连的抛物线。所以这种运动规律又称为抛物线运动规律。 从这种运动规律的加速度曲线可以看出，加速度在