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第十七章第十七章 凸轮机构凸轮机构第一节 汽车惯用凸轮机构及其从动件惯用运动规律 一、汽车惯用凸轮机构 二、从动件惯用运动规律第二节 其它凸轮机构及其从动件惯用运动规律 一、凸轮机构分类 二、其它凸轮机构及其从动件惯用运动规律第1页第十七章第十七章 凸轮机构凸轮机构第一节 汽车惯用凸轮机构及其从动件惯用运动规律 第2页一、汽车惯用凸轮机构 汽车中惯用凸轮机构，主要是汽车发动机中进排气门机构，即内燃机配气机构。图17-1所表示为内燃机配气机构。含有曲线外廓形状构件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弹力作用），使可燃物质进入气缸或使废气排出。这里含有曲线外廓形状构件1称为凸轮；与凸轮一直保持直接接触气门杆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。第3页 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高副机构，而且这种高副机构中最少有一个构件作往复移动（或摆动）；从动件位移s、速度v和加速度a随时间（或凸轮转角）改变改变规律（称为从动件运动规律）是由凸轮轮廓形状、凸轮尺寸决定。返回第4页 凸轮机构几乎能够实现从动件无限各种运动规律。它主要用于转换运动形式，能够把凸轮转动变换为从动件连续或间歇往复移动或摆动；或者将凸轮移动转变为从动件移动或摆动。另外，凸轮机构还含有结构简单、紧凑，设计方便等优点，所以广泛应用于各种自动机械、仪表以及自动控制装置中。但因为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、从动件行程不大场所。对于汽车发动机，要能正常工作，汽车发动机进排气门必须按要求运动规律按时打开或关闭，气门杆（从动件）运动规律是依据对汽车发动机性能等方面要求选择，最终是经过发动机凸轮轴上凸轮轮廓形状、凸轮尺寸决定实现。第5页 二、从动件惯用运动规律 下面首先以图17-2所表示尖顶移动从动件盘形凸轮机构为例，首先介绍从动件运动过程及相关名词术语。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第6页 通常，从动件位移s、速度v和加速度a改变规律，全方面反应了从动件运动特征和动力特征改变规律。凸轮机构从动件运动规律，就是指从动件位移、速度、加速度随时间（或凸轮转角）改变（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，以曲线形式来表示它们之间关系时，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）图所表示凸轮机构从动件位移线图。第7页 对于汽车发动机，气门打开和关闭不但要求按时，还要求气门打开时间要尽可能短，保持打开时间尽可能长，关闭要快，不过考虑到噪音问题，所以汽车发动机气门杆运动规律通常选取等速运动规律。但对于要求噪音更小高级车，比如轿车，其从动件运动规律是采取修正后等速运动规律。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速度为常数，这种运动规律称为等速运动规律。从动件推程运动方程为：运动线图如图17-3所表示。回程时，从动件运动方程与推程区分，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：这种运动规律只适适用于低速轻载凸轮机构。(17-1)第8页 2修正后等速运动规律 由上所述，在运动规律两端，因为存在着严重冲击现象，即使因为凸轮机构材料本身弹性，使这种运动规律在工作中能够应用，但因为冲击存在，工作噪音大。所以，为改进这一情况，能够改变运动线图中两端，使其缓解过渡，以降低冲击。修正办法，就是在曲线两端加上两段圆弧过渡，圆弧半径通常能够取h/2，如图17-4 所表示，MN为两圆弧内公切线（回程类同）。这么加速度在曲线两端就变成较小有限值，冲击也变成有限值。第9页第二节第二节 其它凸轮机构及其从动件惯用运动规律其它凸轮机构及其从动件惯用运动规律 一、凸轮机构分类 凸轮机构常见分类方法以下：按凸轮形状分 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接触方法分 为了确保凸轮机构正常工作，必须使凸轮与从动件一直保持接触，这种作用称为封闭（或锁合）。按封闭方式不一样，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压力，所以只适合用于小型和载荷不大凸轮机构。第12页 2）利用凸轮结构进行封闭 如图17-5所表示圆柱形凸轮2加工有曲线沟槽a、b，将从动件（摆杆）3和8滚子（图中，滚子被凸轮蔽住）置于槽中，依靠凹槽两侧轮廓曲线使从动件滚子一直保持与凸轮接触。这种封闭形式最简单，但加大了凸轮尺寸和重量。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，不利于滚子轮槽润滑，易于磨损。所以只适合用于中、低速轻载凸轮机构。另外，还有利用从动件特殊结构进行封闭方式，如采取等径凸轮、等宽凸轮和共轭凸轮等。第13页二、其它凸轮机构及其从动件惯用运动规律 1其它凸轮机构应用 图17-5所表示为车床主轴箱里主轴变速操纵机构。转动手柄1时，含有两条曲线沟槽a、b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，沟槽各处轴向位置不一样，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，经过拨叉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，使不一样齿轮进入啮合，以改变主轴转速。这里带有曲线沟槽圆柱形构件2称为凸轮；与凸轮曲线沟槽直接接触摆杆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主轴箱里主轴变速控制。移动凸轮机构在机加工中，能够作为靠模来加工一些复杂工件。总之，因为凸轮机构含有结构紧凑、可实现复杂运动规律等优点，所以在各种操纵机构、自动控制系统等各方面有着广泛应用，这里不一一列举。第23页 2从动件惯用其它运动规律 即使从理论上讲，从动件可实现任意运动规律，但从设计、加工制造等各方面考虑，凸轮机构从动件运动规律应在完成机构功效前提下，尽可能便于设计、加工。除上面讲等速运动规律外，等加速等减速运动规律也是一个惯用从动件运动规律，适合用于各种类型凸轮机构。等加速等减速运动规律加速度等于常数。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。通常这两段加速度和减速度绝对值相等。从动件作等加速度和作等减速度运动所占时间相等，即各为T/2；对应凸轮转角也相等，即各为0/2；对应行程也相等，即各为h/2。等加速段运动方程为（见下页）第25页 等加速段运动方程 式中，角改变范围为00/2。同理，在等加减速段运动方程为 式中，角改变范围为 0/20。等加速等减速运动在推程时运动线图如图17-6所表示。（17-2）（17-3）第26页 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。从这种运动规律加速度曲线能够看出，加速度在从动件向上运动开始，即线图上0点所对应位置，以及A、B两点所对应位置，加速度都有突变，尽管这种突变不是无穷大，但这种有限突变也产生一定惯性力，从而引发一定冲击，作用到凸轮机构上。这种有限作用力所引发冲击称为柔性冲击。因为这种凸轮机构存在柔性冲击，所以也只能用在中速轻载场所，不能用于高速场所。第28页返回首页结 束第29页
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