汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)教案 電子演示文稿 第17章 汽車(chē)常用凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1、第十七章 凸輪機(jī)構(gòu)第一節(jié) 汽車(chē)常用凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、汽車(chē)常用凸輪機(jī)構(gòu) 二、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第二節(jié) 其它凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 二、其它凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1第十七章 凸輪機(jī)構(gòu)第一節(jié) 汽車(chē)常用凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2一、汽車(chē)常用凸輪機(jī)構(gòu) 汽車(chē)中常用的凸輪機(jī)構(gòu)，主要是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的進(jìn)排氣門(mén)機(jī)構(gòu)，即內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。圖17-1所示為內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。具有曲線(xiàn)外廓形狀的構(gòu)件1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其輪廓將迫使氣門(mén)桿2斷續(xù)往復(fù)移動(dòng)，控制氣門(mén)有規(guī)律地開(kāi)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(xiàn)外廓形狀的構(gòu)件

2、1稱(chēng)為凸輪；與凸輪始終保持直接接觸的氣門(mén)桿2稱(chēng)為從動(dòng)桿，或稱(chēng)為推桿。凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組合在一起就稱(chēng)為凸輪機(jī)構(gòu)。3 可見(jiàn)：凸輪機(jī)構(gòu)主要是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)構(gòu)件所組成的高副機(jī)構(gòu)，并且這種高副機(jī)構(gòu)中至少有一個(gè)構(gòu)件作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)；從動(dòng)件的位移s、速度v和加速度a隨時(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角的變化變化規(guī)律稱(chēng)為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)幾乎可以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的無(wú)限多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它主要用于轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式，可以把凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為從動(dòng)件的連續(xù)的或間歇的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)；或者將凸輪的移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的移動(dòng)或擺動(dòng)。此外，凸輪機(jī)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各

3、種自動(dòng)機(jī)械、儀表以及自動(dòng)控制裝置中。但由于凸輪機(jī)構(gòu)中凸輪與從動(dòng)件屬于高副接觸，壓強(qiáng)大，易磨損，凸輪輪廓線(xiàn)的制造精度對(duì)動(dòng)力影響很敏感，所以凸輪機(jī)構(gòu)只能用于傳遞功率不大、從動(dòng)件行程不大的場(chǎng)合。 對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，要能正常工作，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門(mén)必須按規(guī)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律準(zhǔn)時(shí)的翻開(kāi)或關(guān)閉，氣門(mén)桿從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是根據(jù)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能等方面的要求選擇的，最終是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸上的凸輪的輪廓的形狀、凸輪的尺寸決定實(shí)現(xiàn)的。 5 二、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 下面首先以圖17-2所示的尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)為例，首先介紹從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及有關(guān)名詞術(shù)語(yǔ)?；鶊A、凸輪基圓半徑rb起始位置： A點(diǎn)推程、升程或行程h推程運(yùn)

4、動(dòng)角0。遠(yuǎn)停程遠(yuǎn)停程角遠(yuǎn)休止角1回程、回程運(yùn)動(dòng)角2 近停程近停程角近休止角36 通常， 從動(dòng)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性的變化規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨時(shí)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(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)，以曲線(xiàn)的形式來(lái)表達(dá)它們之間的關(guān)系時(shí)，就分別稱(chēng)為位移線(xiàn)圖、速度線(xiàn)圖和加速度線(xiàn)圖。圖17-2b圖為就是a圖所示凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位移線(xiàn)圖。7 對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，氣門(mén)的翻開(kāi)和關(guān)閉不僅要求準(zhǔn)時(shí)，還要求氣門(mén)翻開(kāi)的時(shí)間要盡量短，保持翻開(kāi)的時(shí)間盡量長(zhǎng)，關(guān)閉要快，但是考慮到噪音問(wèn)題，所以汽

5、車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常選用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但對(duì)于要求噪音更小的高級(jí)車(chē)，例如轎車(chē)，其從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是采用修正后的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件推程或回程過(guò)程中的速度為常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱(chēng)為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 從動(dòng)件推程的運(yùn)動(dòng)方程為： 運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖如圖17-3所示?；爻虝r(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律只適合用于低速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。 (17-1)8 2修正后的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 由上所述，在運(yùn)動(dòng)規(guī)律的兩端，因?yàn)榇嬖谥鴩?yán)重的沖擊現(xiàn)象，雖然由于凸輪機(jī)構(gòu)材料本身的彈性，使這種運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖中的兩端，使其緩和過(guò)渡，以減少?zèng)_擊。 修正的措施，就是在曲線(xiàn)的兩端加上兩段圓弧過(guò)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(xiàn)回程類(lèi)同。這樣加速度在曲線(xiàn)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(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 凸輪機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的分類(lèi)方法如下： 按凸輪的形狀分 有盤(pán)形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪等表17-1 。 按從動(dòng)件的形式分 滾子從動(dòng)件、平底或弧底從動(dòng)件、尖頂從動(dòng)件等表17-1。 按凸輪與從動(dòng)件維持高副的接觸方法分 為了保證凸輪機(jī)

7、構(gòu)正常工作，必須使凸輪與從動(dòng)件始終保持接觸，這種作用稱(chēng)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(jiǎn)便，但凸輪經(jīng)常承受一個(gè)附加的壓力，所以只適用于小型和載荷不大的凸輪機(jī)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(xiàn)溝槽a、b，將從動(dòng)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(xiàn)使從動(dòng)件滾子始終保持與凸輪接觸。這種封閉形式最簡(jiǎn)單，但加大了凸輪的尺寸和重量。同時(shí)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滾子往往與凸輪槽兩過(guò)交替接觸，滾子經(jīng)常變換轉(zhuǎn)向，不利于滾子的輪槽的潤(rùn)滑，易于磨損。所以只適用于中、低速輕

8、載的凸輪機(jī)構(gòu)。 此外，還有利用從動(dòng)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(jī)構(gòu)的分類(lèi)返回看動(dòng)畫(huà)14圖17-1返回15圖17-5返回看動(dòng)畫(huà)16返回17返回尖頂移動(dòng)盤(pán)形凸輪、尖頂擺動(dòng)盤(pán)形凸輪滾子移動(dòng)盤(pán)形凸輪、平底移動(dòng)盤(pán)形凸輪移動(dòng)圓柱凸輪、擺動(dòng)圓柱凸輪移動(dòng)凸輪18返回尖頂移動(dòng)盤(pán)形凸輪尖頂擺動(dòng)盤(pán)形凸輪19返回20返回21返回22二、其它凸輪機(jī)構(gòu)及其從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1其它凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 圖17-5所示為車(chē)床的主軸箱里的主軸變速操縱機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1時(shí)，具有兩條曲線(xiàn)溝槽a、b的構(gòu)件2一起轉(zhuǎn)動(dòng)。擺桿3和8各有一個(gè)銷(xiāo)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(dòng)時(shí)帶動(dòng)擺桿3和8在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，通過(guò)撥叉4和7分別撥動(dòng)三聯(lián)齒輪5和雙聯(lián)齒輪6在花鍵軸上滑動(dòng)，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(xiàn)溝槽的圓柱形構(gòu)件2稱(chēng)為凸輪；與凸輪曲線(xiàn)溝槽直接接觸的擺桿3和8稱(chēng)為從動(dòng)桿，凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成凸輪機(jī)構(gòu)。 以上實(shí)例中凸輪為圓柱凸輪，從動(dòng)件作擺動(dòng)。這一凸輪機(jī)構(gòu)用于車(chē)床的主軸箱里的主軸變速控制。 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)加工中，可以作為靠模來(lái)加工一些復(fù)雜的工件。 總之，由于凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)，所以在各種操縱機(jī)構(gòu)、自動(dòng)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(dòng)件的常用其

10、他運(yùn)動(dòng)規(guī)律 雖然從理論上講，從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但從設(shè)計(jì)、加工制造等各方面考慮，凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)在完成機(jī)構(gòu)功能的前提下，盡可能便于設(shè)計(jì)、加工。除上面講的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律外，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律也是一種常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于各種類(lèi)型的凸輪機(jī)構(gòu)。 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度等于常數(shù)。所謂等加速運(yùn)動(dòng)和等減速運(yùn)動(dòng)，即從動(dòng)件在一個(gè)推程h中，先作等加速運(yùn)動(dòng)，后作等減速運(yùn)動(dòng)。通常這兩段的加速度和減速度的絕對(duì)值相等。從動(dòng)件作等加速度和作等減速度運(yùn)動(dòng)所占的時(shí)間相等，即各為T(mén)/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(yùn)動(dòng)方程為見(jiàn)下頁(yè)25 等加速段的運(yùn)動(dòng)方程 式中，角的變化范圍為00/2。 同理，在等加減速段的運(yùn)動(dòng)方程為 式中，角變化范圍為 0/20。 等加速等減速運(yùn)動(dòng)在推程時(shí)的運(yùn)動(dòng)線(xiàn)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(xiàn)為水平直線(xiàn)，速度曲線(xiàn)為斜直線(xiàn)，而位移曲線(xiàn)為兩段在h/2處光滑相連的拋物線(xiàn)。所以這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律又稱(chēng)為拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 從這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度曲線(xiàn)可以看出，加速度在