汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)

1、電 子 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 論文題目汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心或辦學(xué)單位電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心 指導(dǎo)老師樊磊 職 稱 講師 學(xué)生姓名周勇 學(xué) 號(hào): V07642942153 專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 電子科技大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院 制 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 2009年 5月 1日 電 子 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書 題目汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求 本文是對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)論述其中對(duì)凸輪軸的凸輪設(shè)計(jì)做了 詳細(xì)講解要求對(duì)現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的性能更高通過設(shè)計(jì)來實(shí) 現(xiàn)它的性能。 時(shí)間 2009 年 2 月8 日 至 2009 年 5 月 10 日 共 13 周

2、 學(xué)習(xí)中心或辦學(xué)單位電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心 學(xué)生姓名周勇 學(xué) 號(hào)V07642942153 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 指導(dǎo)單位或教研室電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心 指導(dǎo)教師 樊磊 職 稱 講師 電子科技大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院 制 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 2009年 3月 20日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文進(jìn)度計(jì)劃表 日 期 工 作 內(nèi) 容 執(zhí) 行 情 況 指導(dǎo)教師 簽 字 2月8日 至 3月2日 確定題目 良好 3 月2日 至 3月25日 收集資料 良好 3月25日 至 4月1日 整理資料 良好 4月1日 至 4月8日 初步成稿 良好 4月8日 至 4月18日 請(qǐng)老師修改 良好 4月18日 至 4月28日 格式整理 良好

3、 4月28日 至 5月10日 校稿并交稿 良好 教師對(duì)進(jìn) 度計(jì)劃實(shí) 施情況總 評(píng) 簽名 年 月 日 本表作評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。 電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文中期檢查記錄表 學(xué)生填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名: 周勇 學(xué)號(hào)V07642942153 專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 層次:專升本 教學(xué)中心名稱: 電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心 指導(dǎo)教師姓名及職稱: 樊磊 老師 教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文時(shí)間及地點(diǎn):電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心 檢查 教師填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目工作量 飽滿 一般 不夠 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目難度 大 適中 不夠 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目涉及知識(shí)點(diǎn)

4、 豐富 比較豐富 較少 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目?jī)r(jià)值 很有價(jià)值 一般 價(jià)值不大 學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作 任務(wù) 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文工作進(jìn)度 填寫 情況 學(xué)生出勤情況及出勤的考核辦法 學(xué)生與指導(dǎo)教師見面接受指導(dǎo)次數(shù) 學(xué)生工作態(tài)度 認(rèn)真 一般 較差 教師畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文指導(dǎo)日志是否 齊全 其他檢查內(nèi)容 存在問題及采取措施: 檢查教師簽字 : 年 月 日 教學(xué)中心意見: 學(xué)院審核意見(加蓋公章: 年 月 日 摘要 內(nèi)燃機(jī)凸輪軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性可靠性振動(dòng)噪聲 與排放特性的好壞。凸輪軸的豐滿系數(shù)越大則進(jìn)氣量越多內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì) 性能越好排氣煙度與熱負(fù)荷越底凸輪形線的圓滑性越好內(nèi)

5、燃機(jī)的振動(dòng)與噪聲越小 凸輪軸與挺柱間的接觸應(yīng)力越小潤(rùn)滑特性越好內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的沖擊載荷及摩擦磨 損越小。隨著內(nèi)燃機(jī)不斷地向輕巧化高速化高性能與高壽命方向發(fā)展對(duì)配氣凸輪 軸設(shè)計(jì)與制造的要求越來越高。然而現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)大都采用多項(xiàng)動(dòng)力凸輪 n次諧波凸輪或復(fù)合擺線凸輪。但這些凸輪形線方程不僅計(jì)算復(fù)雜而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu) 參數(shù)無關(guān)有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對(duì)上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化 設(shè)計(jì)但其豐滿系數(shù)均達(dá)不到0.59還不能適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化與高性能的要求。顯然 研究出具有n 階導(dǎo)數(shù)連續(xù)自變量為內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)充氣性能好振動(dòng)小噪聲 低設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的新型配氣凸輪形線方程是一個(gè)極其重要的研究課題。

6、 凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動(dòng)化的一種主要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)。以在輕工、 紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)械中獲得廣泛 應(yīng)用。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。就凸輪而言必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平。在解 析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和推廣應(yīng)用。為適應(yīng)高速凸輪機(jī)構(gòu)分析和 設(shè)計(jì)的需要我在凸輪輪廓曲線方程試上對(duì)各指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了 設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性。同時(shí)還對(duì)各系統(tǒng)與凸輪輸出數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行了研 究掌握了某些基本規(guī)律對(duì)凸輪設(shè)計(jì)優(yōu)化起到了很好的效果。 關(guān)鍵詞 凸輪軸 發(fā)動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) Abstract I.C. engine cam th

7、e stalk be directly excellent to turn the good and bad of design to influence its motive, economy, credibility, vibration, the quality of the Zao voice and emissions characteristic.Cam the plentiful full coefficient of the stalk be more big and then enter tolerance more many, the motive function of

8、I.C. engine and economic function is more good, row spirit smoke degree and hot burden more bottom;The tactful of the cam form line is more good and vib ration and voice of I.C. engine are more small,Cam stalk with stand the contact of pillar more small in response to the dint,Lubricate characterist

9、ic more good, the I.C. engine goes together with impact of annoy the organization to carry lotus and friction to wear away more small.Along with I.C. engine constantly to agile turn, the high speed turn, high performance and high life span direction the development be more and more high to go togeth

10、er with the spirit cam request of stalk design and manufacturing.However, the modern I.C. engine goes together with spirit organization, mostly adopt several motive cams and n time the Xie wave cam or compound put a line cam.But these cam form line square distance not only compute complications, and

11、 with I.C. engine structure the parameter be irrelevant and have of the n rank don't in a row lead number.Though not a few researchers carried on to a few above-mentioned form line cams various excellent turn a design, it the plentiful full coefficient all could not reach 0.59, can't also ad

12、apt I.C. engine high speed to turn and the request of high performance.Obviously, the research submits a n rank to lead number continuous, from change to measure for the I.C. engine main structure parameter, Chong spirit function good, vibrate small, the voice is low and design in brief new go toget

13、her with spirit the cam form line square distance, is a very and important research topic. The cam organization is 1 kind that the engineering is convenient to carry out machine and automation to mainly drive with control organization.With acquire in the light work, spinning, food, medicine, printin

14、g, standard spare parts manufacturing, transportation etc. the realm the movement of the work machine extensively applied.For raising the quality and rate of production of product.Have to raise it to design level further in regard to cam.Open research and expansion application of the assistance desi

15、gn of the exhibition calculator in analyzing the foundation of method design.In order to adapt the demand of high-speed analysis and design of the cam organization, I carried on exterior an importation to each index number and the coefficient in trying the curve square distance of the cam outline.Ra

16、ised design work efficiency and design to compute accuracy thus.The contact which returns a to output the data to each system and the cam in the meantime carried on a research, controled some and basic regulation, excellent to cam design started to turn to arrive good effect. KEY WORD Convex axle De

17、liver motive design目錄 第一章 緒言 . 1 第一節(jié) 凸輪軸的作用 . 1 第二節(jié) 凸輪軸分類 . 1 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的配置 . 2 第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要標(biāo)志 . 2 第二節(jié) 凸輪軸配置 . 2 第三章 設(shè)計(jì)論述 . 4 第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計(jì) . 4 第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) . 4 結(jié)束語 . 12 謝辭 . 13 參考文獻(xiàn) . 14 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 1 第一章 緒言 第一節(jié) 凸輪軸的作用 凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分專門負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉作用是保 證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣并及時(shí)將燃燒后的廢氣

18、排出汽 缸。凸輪軸直接通過搖臂驅(qū)動(dòng)氣門很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高為 保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音多采用頂置式氣門 和頂置式凸輪軸這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性頂置式凸 輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計(jì)比較復(fù)雜維修起來也比較麻煩。但衡量利弊它還 是比較適合于汽車。 第二節(jié) 凸輪軸分類 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)按照頂置凸輪軸的數(shù)目分為頂置單凸輪軸和頂置雙凸輪軸。當(dāng)每缸采 用兩個(gè)以上氣門時(shí)氣門排列形式一般有兩種一是進(jìn)氣門和排氣門混合排列在一根凸 輪軸上即頂置單凸輪軸SOHC另一種是進(jìn)氣門與排氣門分列在兩根凸輪軸上。前 者的所有氣門由一根凸輪軸通過頂桿驅(qū)動(dòng)但

19、因氣門在進(jìn)氣道中所處位置不同所以不 能保持動(dòng)作的精確性效果要稍差一些而后者則無 此缺點(diǎn)可以獲得更好的性能但 需多配備一根凸輪軸這就是頂置式雙凸輪軸DOHC近年來推出的新型發(fā)動(dòng)機(jī)多采 用這種形式。一般來說DOHC的運(yùn)動(dòng)性比較高F1賽車應(yīng)用較多但是由于制造工藝 復(fù)雜成本較高SOHC的相對(duì)配置較簡(jiǎn)易、使用耐久性較好既可以適應(yīng)一般客戶的動(dòng) 力性要求也可以適應(yīng)其對(duì)經(jīng)濟(jì)性的要求。電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 2 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的配置 第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要標(biāo)志 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)冷卻系燃油系潤(rùn)滑系電氣系和機(jī) 體等組成大大小小零件有近千個(gè)它們之中最具有代表性

20、的就是凸輪軸了。在現(xiàn)代轎 車的技術(shù)規(guī)格表上經(jīng)?？梢钥匆姟巴馆嗇S”這個(gè)名詞出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能欄里面。 凸輪軸是屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)將新鮮的可 燃混合氣充入氣缸并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出氣缸的機(jī)構(gòu)。它由進(jìn)氣門排氣門氣 門挺桿挺柱搖臂凸輪軸等組成其中凸輪軸因其橫截面形狀近似桃子又稱桃子 軸或偏心軸是配氣機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)件專門驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉。各種車型發(fā)動(dòng)機(jī) 的凸輪軸的結(jié)構(gòu)大同小異主要差別在于安裝的位置凸輪的數(shù)目和形狀尺寸不盡相同 特別是凸輪軸的安裝位置被列為區(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。目前發(fā)動(dòng)機(jī)的凸 輪安裝位置分為下置中置頂置三種形式。 第二節(jié) 凸輪軸配置 發(fā)動(dòng)機(jī)上

21、凸輪軸的有幾個(gè)不同配置。我們來談?wù)剮讉€(gè)通用部件。你可能聽到過這些 術(shù)語頂置凸輪軸(SOHC、雙頂置式凸輪軸(DOHC、推桿。 一、頂置凸輪軸的配置 這一配置相當(dāng)于一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)每頭有一個(gè)凸輪。如果是一個(gè)單列式四氣缸或單列式六 氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)這里會(huì)有一個(gè)凸輪。如果是V-6或V-8發(fā)動(dòng)機(jī)這里會(huì)有二個(gè)凸輪。凸輪 開動(dòng)搖臂按到閥門上打開它們。彈簧使閥門回到它們閉合的位置。這些彈簧必須相當(dāng) 堅(jiān)固因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)速度很快閥門被按下很快彈簧必須使搖臂與這些閥門接觸。如果彈 簧不是很堅(jiān)固閥門可能會(huì)脫離搖臂同時(shí)迅速跳回。這將導(dǎo)致凸輪和搖臂額外的磨損。 在頂置凸輪軸和雙頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上凸輪由凸輪軸驅(qū)動(dòng)通過一根到皮帶或鏈條

22、稱為正時(shí)皮帶或正時(shí)鏈。這些皮帶和鏈子在固定間隔必須被更換或調(diào)整。如果正時(shí)皮帶 斷了凸輪會(huì)停止旋轉(zhuǎn)活塞會(huì)撞到排氣閥上。 二、雙頂置式凸輪軸的配置 一個(gè)雙頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)每頭有兩個(gè)凸輪。所以單 列式發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)凸輪V發(fā) 動(dòng)機(jī)有四個(gè)凸輪。通常雙頂置式凸輪軸用于每個(gè)氣缸有四個(gè)或更多閥門的發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè) 凸輪軸不能驅(qū)動(dòng)所有的閥門。采用雙頂置式凸輪軸的主要原因是可以使用更多的進(jìn)氣和 排氣閥。更多的閥門意味著進(jìn)氣和排氣流動(dòng)更自由因?yàn)樗懈嗫梢粤魍ǖ纳?。這 就增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。就像頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和雙頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在推桿發(fā)電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 3 動(dòng)機(jī)閥門位于頂部在氣缸

23、的上面。在推桿發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵區(qū)別是凸輪位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體 內(nèi)部而不是在氣缸的頂部。凸輪驅(qū)動(dòng)推桿經(jīng)過氣缸箱體并進(jìn)入氣缸頂部移動(dòng)搖臂。這些 推桿又增加了系統(tǒng)的質(zhì)量從而增加了閥門彈簧的載荷。這能限制推桿發(fā)動(dòng)機(jī)速度頂 置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)取消了推桿從而使更快速度的發(fā)動(dòng)機(jī)成為可能。推桿發(fā)動(dòng)機(jī) 中的凸輪通常由齒輪或短鏈驅(qū)動(dòng)。齒輪驅(qū)動(dòng)通常與皮帶驅(qū)動(dòng)相比不易斷裂所以在頂置 式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)?？吹?。 三、可變式氣門正時(shí) 這里有幾種凸輪制造商改變氣門正時(shí)的辦法。用在本田發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)稱為可 變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)VTEC 可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)VTEC是本田發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)電子機(jī)械系統(tǒng)它 能允許發(fā)動(dòng)機(jī)

24、有多個(gè)凸輪軸。VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)額外的進(jìn)氣凸輪并有一個(gè)與之相連的搖 臂。凸輪的形狀能使進(jìn)氣閥升程比其它凸輪形狀大。在發(fā)動(dòng)機(jī)速度較低時(shí)這個(gè)搖臂不 與任何閥門相連。在高速時(shí)活塞鎖住額外搖臂讓兩個(gè)搖臂控制兩個(gè)進(jìn)氣閥。 一些 汽車采用先進(jìn)的氣門正時(shí)裝置。這不會(huì)使閥門升程更大它打開和閉合它們更遲。它通 過旋轉(zhuǎn)凸輪幾度來實(shí)現(xiàn)。 如果進(jìn)氣閥通常在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC旋轉(zhuǎn)10度并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC后旋轉(zhuǎn) 90度關(guān)上總的持續(xù)時(shí)間為200度。打開和關(guān)閉的時(shí)間可以通過在凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)到前 面一點(diǎn)的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移。所以可以在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC旋轉(zhuǎn)10度并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC 后旋轉(zhuǎn)210度關(guān)上。在隨后20度時(shí)關(guān)閉

25、閥門是好的但如果它能在進(jìn)氣閥打開時(shí)增加 持續(xù)時(shí)間會(huì)更好。 但已經(jīng)有一個(gè)做到一點(diǎn)的好方法。凸輪在發(fā)動(dòng)機(jī)上有一個(gè)三維形狀可以隨凸輪的長(zhǎng) 度而變化。在凸輪的一端是一個(gè)較不靈巧的凸輪形狀而在另一端是一個(gè)靈巧的凸輪形 狀。凸輪平穩(wěn)地把這兩種形狀結(jié)合在一起。一個(gè)機(jī)構(gòu)能側(cè)面地滑動(dòng)整個(gè)凸輪從而使閥門 能采用凸輪的不同的部分。軸仍然像普通凸輪一樣旋轉(zhuǎn)但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)速度和載荷增 加逐漸側(cè)面地滑動(dòng)凸輪從而氣門正時(shí)被優(yōu)化。一些發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正在試驗(yàn)氣門正時(shí)無 限可變系統(tǒng)。比如想象每個(gè)閥門有一個(gè)電磁開關(guān)它能過計(jì)算機(jī)而不是凸輪控制打開 和關(guān)閉閥門。有了這類系統(tǒng)你就能在發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到最大的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。盼望 將來能實(shí)現(xiàn)的東

26、西。 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 4 第三章 設(shè)計(jì)論述 第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 內(nèi)燃機(jī)凸輪軸凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性可靠性振動(dòng) 噪聲與排放特性的好壞。凸輪的豐滿系數(shù)越大則進(jìn)氣量越多內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能與經(jīng) 濟(jì)性能越好排氣煙度與熱負(fù)荷越底凸輪形線的圓滑性越好內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)與噪聲越 小凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力越小潤(rùn)滑特性越好內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的沖擊載荷及摩擦 磨損越小。隨著內(nèi)燃機(jī)不斷地向輕巧化高速化高性能與高壽命方向發(fā)展對(duì)配氣凸 輪設(shè)計(jì)與制造的要求越來越高。然而現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)大都采用多項(xiàng)動(dòng)力凸輪 n次諧波凸輪或復(fù)合擺線凸輪。但這些凸輪形線方程不僅計(jì)算復(fù)雜而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)

27、 參數(shù)無關(guān)有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對(duì)上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化 設(shè)計(jì)但其豐滿系數(shù)均達(dá)不到0.59還不能適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化與高性能的要求。顯然 研究出具有n階導(dǎo)數(shù)連續(xù)自變量為內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)充氣性能好振動(dòng)小噪聲 低設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的新型配氣凸輪形線方程是一個(gè)極其重要的研究課題。 凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動(dòng)化的一種主要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)。就凸輪而 言必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平。在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和 推廣應(yīng)用。為適應(yīng)高速凸輪機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的需要我在凸輪輪廓曲線方程試上對(duì)各指 數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性。同時(shí)還對(duì)各系 統(tǒng)與凸輪輸出數(shù)

28、據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究掌握了某些基本規(guī)律對(duì)凸輪設(shè)計(jì)優(yōu)化起到 了很好的效果。詳細(xì)設(shè)計(jì)過程本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)凸輪曲線方程進(jìn)行求導(dǎo)處理然 后對(duì)得出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析用輔助工具如AutoCAD2004進(jìn)行會(huì)圖把凸輪輪廓 畫出來。 第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 凸輪軸上的圓柱凸輪如圖1的廓線雖屬空間曲線但由于圓柱面可展成平面 所以也可以借用平面盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)圓柱凸輪的展開輪廓。本節(jié)分別 介紹用幾何法和解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的原理和步驟。 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 5 圖1 凸輪軸 一、幾何法 一反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理 以尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)

29、凸輪和從動(dòng)件都在運(yùn) 動(dòng)。為了在圖紙上畫出凸輪輪廓曲線應(yīng)當(dāng)使凸輪與圖紙平面相對(duì)靜止為此可采用 如下的反轉(zhuǎn)法如圖2使整個(gè)機(jī)構(gòu)以角速度(-w繞O轉(zhuǎn)動(dòng)其結(jié)果是從動(dòng)件與凸輪的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不改變但凸輪固定不動(dòng)機(jī)架和從動(dòng)件一方面以角速度(-w繞O轉(zhuǎn)動(dòng)同 時(shí)從動(dòng)件又以原有運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種關(guān)系不難求出一系列從動(dòng)件 尖底的位置。由于尖底始終與凸輪輪廓接觸所以反轉(zhuǎn)后尖底的運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓 曲線。 圖2 反轉(zhuǎn)法 運(yùn)用反轉(zhuǎn)法繪制尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的方法和步驟如下 1以r0為半徑作基圓以e為半徑作偏距圓點(diǎn)K為從動(dòng)件導(dǎo)路線與偏距圓的切點(diǎn)電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)

30、計(jì) 6 導(dǎo)路線與基圓的交點(diǎn)B0(C0便是從動(dòng)件尖底的初始位置。 2將位移線圖s-f的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別作若干等分圖中各為四等分。 3自O(shè)C0開始沿w的相反方向取推程運(yùn)動(dòng)角(1800、遠(yuǎn)休止角(300、回程運(yùn)動(dòng)角 (1900、近休止角(600在基圓上得C4、C5、C9諸點(diǎn)。將推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分 成與從動(dòng)件位移線圖對(duì)應(yīng)的等分得C1、C2、C3和C6、C7、C8諸點(diǎn)。 4過C1、C2、C3等作偏距圓的一系列切線它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的一系列位 置。 5沿以上各切線自基圓開始量取從動(dòng)件相應(yīng)的位移量即取線段C1B1=11、C2B2=22 等得反轉(zhuǎn)后尖底的一系列位置B1、B2等。 7將B0

31、、B1、B2等連成光滑曲線B4和B5之間以及B9和B0之間均為以O(shè)為圓心 的圓弧便得到所求的凸輪輪廓曲線。 圖2 凸輪輪廓曲線 二滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 首先取滾子中心為參考點(diǎn)把該點(diǎn)當(dāng)作尖底從動(dòng)件的尖底按照上述方法求出一條 輪廓曲線h。再以h上各點(diǎn)為中心畫一系列滾子最后作這些滾子的內(nèi)包絡(luò)線h對(duì)于 凹槽凸輪還應(yīng)作外包絡(luò)線h如圖3所示。它便是滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的實(shí)際 輪廓曲線或稱為工作輪廓曲線而h稱為此凸輪的理論輪廓曲線。由作圖過程可知 在滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中r0是指理論輪廓曲線的基圓半徑。 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 7 圖3 凸輪的理論輪廓曲線 在以上兩例

32、中當(dāng)e=0 時(shí)即得對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。這時(shí)偏距圓的切線化 為過點(diǎn)O的徑向射線其設(shè)計(jì)方法與上述相同。 三平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪實(shí)際輪廓曲線如圖4所示的求法也與上述相仿。首先取平底與導(dǎo)路的交點(diǎn) B0為參考點(diǎn)將它看作尖底運(yùn)用尖底從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)方法求出參考點(diǎn)反轉(zhuǎn)后的一系 列位置B1、B2、B3等其次過這些點(diǎn)畫出一系列平底得一直線族最后作此直線 族的包絡(luò)線便可得到凸輪實(shí)際輪廓曲線。由于平底上與實(shí)際輪廓曲線相切的點(diǎn)是隨機(jī) 構(gòu)位置變化的為了保證在所有位置平底都能與輪廓曲線相切平底左右兩側(cè)的寬度必 須分別大于導(dǎo)路至左右最遠(yuǎn)切點(diǎn)的距離b'和b''。 從作圖過程不難看出對(duì)于平底

33、直動(dòng)從動(dòng)件只要不改變導(dǎo)路的方向無論導(dǎo)路對(duì) 心或偏置無論取哪一點(diǎn)為參考點(diǎn)所得出的直線族和凸輪實(shí)際輪廓曲線都是一樣的。 圖4 凸輪實(shí)際輪廓曲線 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 8 四擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 以尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖5為例。 圖5 尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知凸輪以等角速w順時(shí)針回轉(zhuǎn)凸輪基圓半徑為r0凸輪與擺動(dòng)從動(dòng)件的中心距 為a從動(dòng)件長(zhǎng)度l從動(dòng)件最大擺角ymax以及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移線圖y-f 求作此凸輪的輪廓曲線。 當(dāng)運(yùn)用反轉(zhuǎn)法給整個(gè)機(jī)構(gòu)以(-w繞O轉(zhuǎn)動(dòng)后凸輪不動(dòng)一方面機(jī)架上的支承A將 以(-w繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)另一方面從動(dòng)件仍按原有規(guī)律相對(duì)機(jī)架擺動(dòng)。因此

34、這種凸輪輪廓 曲線的設(shè)計(jì)可按下述步驟進(jìn)行 1將y-f線圖的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分為若干等分圖中各為四等分。 2根據(jù)給定的a定出O、A0的位置。以r0為半徑作基圓與以A0為中心及l(fā)為半 徑所作的圓弧交于點(diǎn)B0(C0如要求從動(dòng)件推程逆時(shí)針擺動(dòng)B0在OA0右方反之 則在左方它便是從動(dòng)件尖底的起始位置。 3以O(shè)為中心及OA0為半徑畫圓。沿(-w方向順次取1800、300、900、600。再將推 程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角各分為與圖b對(duì)應(yīng)的等分得A1、A2、A3等。它們便是反轉(zhuǎn)后 從動(dòng)件回轉(zhuǎn)軸心的一系列位置。 4以A1、A2、A3等為中心及l(fā)為半徑作一系列圓弧分別與基圓交于C1、C2、C3 等。自A1C1、

35、A2C2、A3C3等開始向外量取與位移線圖對(duì)應(yīng)的從動(dòng)件擺角y1、y2、y3電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 9 等得從動(dòng)件相對(duì)于凸輪的一系列位置A1B1、A2B2、A3B3等。 5將點(diǎn)B1、B2、B3等連 成光滑曲線便得到尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪 廓曲線。此輪廓曲線與直線AB在某些位置如A3B3等已經(jīng)相交故在考慮具體結(jié)構(gòu) 時(shí)應(yīng)將從動(dòng)件做成彎桿以避免干涉。 同前所述如采用滾子或平底從動(dòng)件那么上述B1、B2、B3等點(diǎn)即為參考點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)軌跡。過這些點(diǎn)作一系列滾子或平底最后作其包絡(luò)線便可得到實(shí)際輪廓曲線。 五擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪展開成平面后便成為移動(dòng)凸輪如圖6所示

36、因此可以用平面凸輪的 設(shè)計(jì)方法來繪制其展開輪廓曲線。 圖6 圓柱凸輪展開成平面圖 已知平均圓柱半徑rm從動(dòng)件長(zhǎng)度l滾子半徑rT從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律y=y(f及凸 輪回轉(zhuǎn)方向其展開輪廓曲線可近似繪制如下 1作OA線垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線作OAB0=ymax/2從而得出從動(dòng)件的初始位置 AB0。再根據(jù)yf線圖畫出從動(dòng)件的各個(gè)位置AB1'、AB2'、AB3'等。 2取線段B0B0之長(zhǎng)為2prm。沿(-v1方向?qū)0B0分為與從動(dòng)件位移線圖橫軸對(duì)應(yīng)的 等分得點(diǎn)C1、C2、C3等過這些點(diǎn)畫一系列中心在OA線上、半徑等于l的圓弧。 3自B1'作水平線交過C1的圓弧于點(diǎn)B1自B2

37、9;作水平線交過C2的圓弧于點(diǎn)B2等。電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 10 將B0、B1、B2等連成光滑曲線便得到展開圖的理論輪廓曲線。 4以理論輪廓曲線上諸點(diǎn)為圓心畫一系列滾子而后作兩條包絡(luò)線即得該凸輪展 開圖的實(shí)際輪廓曲線。 因圓柱凸輪輪廓凹槽位于圓柱面上當(dāng)與凹槽接觸的圓柱滾子隨從動(dòng)件作平面圓弧 運(yùn)動(dòng)時(shí)滾子將以不同深度插入凸輪槽中。由于上述設(shè)計(jì)過程未考慮滾子與凸輪之間在 從動(dòng)件擺動(dòng)軸線方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由此所得凸輪機(jī)構(gòu)其從動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律與預(yù)期運(yùn) 動(dòng)規(guī)律在理論上即存在偏差所以是一種近似設(shè)計(jì)方法。欲消除設(shè)計(jì)偏差必須對(duì)理論 輪廓曲線進(jìn)行修正或者根據(jù)滾子與凸輪間的相對(duì)空間運(yùn)動(dòng)關(guān)系采

38、用解析法對(duì)凸輪輪 廓曲面進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。 六為減小滾子插入凸輪槽深度的變化量可采用如下方法 1減小從動(dòng)件最大擺角 2使從動(dòng)件的中間位置AB與凸輪軸線交錯(cuò)垂直 3取從動(dòng)件擺動(dòng)軸線與凸輪軸線之間的距離為1式所示 2 cos1( 2 1max 1 直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可看作是擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的特例其凸輪輪廓曲 線的設(shè)計(jì)方法與上述類似但凸輪理論輪廓曲線無需修正。 二、解析法 一直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 偏置直動(dòng)滾子從 動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏距e、基圓半徑r0和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=s(f 均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)、從動(dòng)件推程運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閤軸正向建立右手直角坐標(biāo) 系。為獲得統(tǒng)一的計(jì)算公式引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)

39、h和從動(dòng)件偏置方向系數(shù)d并規(guī)定 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)h=1逆時(shí)針時(shí)h=-1經(jīng)過滾子中心的從動(dòng)件導(dǎo)路線偏于y軸正 側(cè)時(shí)d=1偏于y軸負(fù)側(cè)時(shí)d=-1與y軸重合時(shí)d=0。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角f時(shí) 滾子中心將自點(diǎn)B0外移s到達(dá)B'(s+s0,de。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理將點(diǎn)B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相 反方向繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)過角f即得凸輪理論輪廓曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)B其坐標(biāo)為: 式2即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。 二擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 電子科技大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì) 11 圖7 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基圓半徑r0、從動(dòng)件長(zhǎng)度l、中心距a和從動(dòng)件運(yùn) 動(dòng)規(guī)律y=

40、y(f均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為原點(diǎn)、OA為x軸正向建立右手直角坐 標(biāo)系。為使計(jì)算公式統(tǒng)一引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h和從動(dòng)件推程擺動(dòng)方向系數(shù)d并規(guī)定 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)h=1逆時(shí)針時(shí)h=-1從動(dòng)件推程擺動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)d=1逆 時(shí)針時(shí)d=-1。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角f時(shí)從動(dòng)件擺過角y滾子中心由B0到達(dá) B'a-lcosd(y0+y,lsind(y0+y。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理將點(diǎn)B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向 繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)過角f便可得到凸輪理論輪廓曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)B其坐標(biāo)為 式3即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。 o o oal rla 2 arccos222 4 式4中s0、e和a、l、y0均為常數(shù)s和y是f的函數(shù)顯然x和y也是凸 輪轉(zhuǎn)角f的函數(shù)。于是凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方