Yang Guang

汽车机械基础—凸轮机构

凸轮机构是一种高副机构,利用凸轮的旋转运动使从动件完成位移或摆动,实现速度或加速度按照预期的运动规律变化。汽车的配气机构,就是采用凸轮机构传递运动和动力的。

凸轮机构的组成

凸轮机构主要由凸轮、推杆(又常称从动件)、机架三个基本构件组成。凸轮运动方式主要是连续回转,也可以是往复运动或往复摆动。

凸轮机构的特点

优点:便于准确地实现给定的运动规律;结构简单紧凑,易于设计;凸轮机构可以高速起动,动作准确可靠。

缺点:凸轮机构属于高副机构,凸轮与从动件之间为点或线接触,不便润滑,易于磨损。因此凸轮机构多用于受力不大的控制机构和调节机构。另外,凸轮的轮廓曲线也不易加工。

凸轮机构的分类

1.按照形状分类

(1)盘形凸轮:它是绕固定轴线转动并且向内径变化的盘状构件。盘形凸轮是凸轮的基本形状,其他形状的凸轮均是盘形凸轮演化的结果。

(2)移动凸轮:当盘形凸轮的回转中心趋向于无穷远时,凸轮相对于机架作往复直线移动,这种凸轮称为移动凸轮。盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动,属于平面凸轮机构;而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动不在平行平面内,属于空间凸轮机构。

(3)圆柱凸轮:将移动凸轮卷在圆柱面上即成为圆柱凸轮。生产流水线上的送料机构中常见这种凸轮。

2.按从动件端部结构分类

(1)尖顶从动件:这种从动件构造最简单,尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触,因而能实现任意预期运动规律。但尖顶易磨损,所以只易用于受力不大的低速凸轮机构,多用于仪表机构中。

(2)滚子从动件:由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦,所以磨损较少,可用来承受较大的载荷,是最常用的一种从动件。

(3)平底从动件:这种从动件的优点是当不计凸轮与从动件间的摩擦时,凸轮与从动件间的作用力始终垂直于从动件的平底,传动效率高,且接触面容易形成油膜、润滑较好,可用于高速凸轮。但这种从动件不能与凹弧形的凸轮轮廓相接触。

从动件的运动规律

1.必须有推程和回程.

2.等速运动规律:当凸轮以等角速度转动时,从动件在推程和回程的速度为常数,这种运动规律叫做等速运动规律。由于加速度产生的惯性力在理论上也突变为无穷大,致使机构产生强烈的冲击,这种性质称为刚性冲击。因此,等速运动规律适用于低速、轻载、从动件质量较小的场合。

3.减少刚性冲击的方法:在启动之初和运动即将终了处修改凸轮的轮廓曲线;选择等加速、等减速运动规律。

4.等加速等减速运动规律(用于汽车进气门杆):这种运动规律是从动件在一个推程或者回程中,前半段做等加速运动,后半段做等减速运动;而且前后两段加速度的绝对值相等。因有限惯性力的突变而产生冲击,这种性质的冲击称为柔性冲击。因此,等加速等减速运动规律适用于中速的场合。

5.除这两种运动规律外,从动件还常用简谐运动规律(余弦加速度)、摆线运动规律(正弦加速度)、函数曲线运动规律等,或将这几种运动规律进行组合。

习题检测

判断题

1.凸轮与从动件之间的运动副是高副。(√)

2.尖顶从动件用于低速、轻载凸轮机构。(√)

3.从动件等速运动规律只能用在低速、轻载凸轮机构中,否则会对机构产生较大的刚性冲击。(√)

4.从动件等加速等减速运动规律可以减小凸轮机构的刚性冲击,适用于中速凸轮机构。(√)

5.凸轮机构与曲柄摇杆机构一样,其主、从动件都是可逆的。(×)

选择题

6.传动速度不高,承载能力较大的场合常应用的从动件结构形式为(B)

A.尖顶式          B.滚子式           C.平顶式           D.尖顶式或滚子式

7.下列属于凸轮机构的特点的是(BCD)

A.可以任意拟定主动件的运动规律

B.可以任意拟定从动件的运动规律

C.是高副机构,承载能力不大

D.可以用在要求从动件具有复杂运动规律的场合

8.等加速等减速运动规律的位移曲线形状是(D)

A.一段斜直线       B.两段斜直线      C.一段抛物线         D.两段抛物线

9.按等速运动规律工作的凸轮机构(AD)

A.绝对会产生刚性冲击

B.只产生较小的刚性冲击

C.适用于从动件质量较大的场合

D.适用于低速轻载的场合

填空题

10.按凸轮形状分,凸轮分为:盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮

11.按从动件端部结构,从动件分为:尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件

简答题

12.汽车气门开启的高度由什么决定?

解析:凸轮最大半径差。

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