《汽车机械基础》项目七-凸轮机构和其他常用机构

12返回项目七凸轮机构和其他常用机构7.1凸轮机构的应用和分类7.2常用的从动件运动规律７.１凸轮机构的应用和分类７.１.１凸轮机构的特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件所组成的一种高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。当它运动时。通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触。使从动件获得预期的运动。图７-１所示为内燃机的配气机构。原动件凸轮１是一个具有变化向径的盘形构件。当它作匀速回转时。迫使从动件推杆２在固定导路３内按预期运动规律作往复运动。从而实现气阀的开启和关闭。以控制燃气在适当的时间进入气缸或排出废气。图７-２所示为单轴转塔车床上的刀架进给凸轮机构。当具有凹槽的原动件凸轮１匀速转动时。其凹槽的侧面迫使从动件扇形齿轮２按预期运动规律绕Ｏ轴往复摆动。带动与刀架固定在一起的齿条３作往复进给运动。控制刀架作进刀和退刀运动。下一页返回７.１凸轮机构的应用和分类７.１.２凸轮机构的分类在工程实际中。凸轮机构的形式多种多样。常用的分类方法有以下三种:１.按凸轮形状分类(１)盘形凸轮机构凸轮是绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件。当凸轮绕其固定轴转动时。从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。它是凸轮的基本形式。结构简单。应用广泛。(２)移动凸轮机构凸轮是具有曲线轮廓且只能作相对往复直线移动的构件。它可看作是轴心在无穷远处的盘形凸轮。如图７-３所示。下一页返回上一页７.１凸轮机构的应用和分类(３)圆柱凸轮机构凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上并绕圆柱轴线旋转的凸轮称为圆柱凸轮。它可以看作是把移动凸轮卷成圆柱体而得。２.按从动件形状分类(１)尖底从动件如图７-４(ａ)所示。这种从动件以尖顶与凸轮接触。结构简单。能与任何曲线的凸轮轮廓保持高副连接。故可使从动件实现任意的运动规律。但是尖底易磨损。所以这种从动件只使用于传力不大的低速凸轮机构中。(２)滚子从动件如图７-４(ｂ)所示。这种从动件的顶端铰接一个滚子并以滚子与凸轮轮廓保持接触。由于滚子与凸轮之间是滚动摩擦。故磨损小而且均匀。可承受较大载荷。因而应用普遍。下一页返回上一页７.１凸轮机构的应用和分类(３)平底从动件如图７-４(ｃ)所示。这种从动件以平底与凸轮轮廓接触。在不考虑摩擦时。凸轮对这种从动件的作用力始终垂直于平底。传动效率最高。另外。凸轮与平底之间易形成楔形油膜。便于润滑和减少磨损。所以这种从动件常用于高速凸轮机构中。但是这种从动件的缺点是不能用于具有内凹曲线轮廓的凸轮机构。各种形式的从动件中。既有作直线往复移动的从动件。也有绕定轴摆动的从动件。前者称为直动从动件(图７-１、图７-３)。后者称为摆动从动件(图７-２)。在直动从动件中。若尖底或滚子中心的轨迹通过凸轮的轴心。称为对心直动从动件[图７-４(ａ)]。否则称为偏置直动从动件[图７-４(ｂ)]。下一页返回上一页７.１凸轮机构的应用和分类３.按从动件与凸轮保持接触的方式分类(１)力锁和的凸轮机构依靠从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触。如图７-１和图７-３所示。(２)几何锁和的凸轮机构依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮接触。图７-５列出了常用的几何锁和凸轮机构。其中图７-５(ａ)为沟槽凸轮机构。图７-５(ｂ)为等宽凸轮机构。图７-５(ｃ)为等径凸轮机构。图７-５(ｄ)为共轭凸轮机构。将不同形式的从动件和凸轮组合起来。就可得到各种不同类型的凸轮机构。如图７-１所示的凸轮机构可命名为对心移动平底从动件盘型凸轮机构。返回上一页７.２常用的从动件运动规律７.２.１平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数图７-６(ａ)所示为一对心直动尖底从动件盘形凸轮机构。图中以凸轮轮廓最小向径ｒｂ为半径所作的圆称为凸轮的基圆。ｒｂ称为基圆半径。图７-６(ｂ)所示为对应于凸轮转动一周从动件的位移线图。横坐标代表凸轮的转角φ。纵坐标代表从动件的位移ｓ。在该位移线图上。由ａ到ｂ是从动件上升的那段曲线。与这段曲线相对应的从动件的运动。是远离凸轮轴心的运动。我们把从动件的这一行程称为推程。从动件所移动过的距离称为行程。用ｈ表示。相应的凸轮转角∠ＡＯＢ称为推程运动角。用Φ０表示。由ｂ到ｃ是从动件在最远处静止不动的曲线。对应的凸轮转角∠ＢＯＣ称为远休止角。用Фｓ表示。由ｃ到ｄ是从动件由最远位置回到初始位置的曲线。下一页返回７.２常用的从动件运动规律这一行程称为回程。对应的凸轮转角∠ＣＯＤ称为回程运动角。用Φ′０表示。由ｄ到ａ是从动件在最近处静止不动的曲线。对应的凸轮转角∠ＤＯＡ称为近休止角。用Ф′ｓ表示。当凸轮连续转动时。从动件将重复上述的“升－停－降－停”的运动循环。７.２.２常用的从动件运动规律从动件的运动规律很多。下面以直动从动件盘形凸轮机构为例。介绍几种常用的运动规律。１.等速运动规律从动件运动的速度为常数时的运动规律。称为等速运动规律。这种运动规律。从动件的位移ｓ与凸轮的转角φ成正比。其推程的运动线图如图７-７(ａ)所示。从动件运动时速度保持常数。但在行程始末两端速度有突变。加速度在理论上应有从＋∞到－∞的突变。下一页返回上一页７.２常用的从动件运动规律因而会产生非常大的惯性力。导致机构的剧烈冲击。这种冲击称为刚性冲击。因此。若单独采用此运动规律时。仅适用于低速轻载的场合。２.等加速等减速运动规律从动件在一个行程中。先做等加速运动。后做等减速运动。且通常加速度与减速度的绝对值相等。这样的运动规律。称为等加速等减速运动规律。其推程运动线图如图７-７(ｂ)所示。这种运动规律的速度曲线是连续的。不会产生刚性冲击。但在加速度曲线中。Ａ、Ｂ、Ｃ三处加速度存在有限突变。使从动件的惯性力也随之发生突变。从而与凸轮轮廓间产生一定的冲击。这种冲击称为柔性冲击。它比刚性冲击要小得多。因此。此运动规律一般可用于中速轻载的场合。下一页返回上一页７.２常用的从动件运动规律３.余弦加速度运动规律从动件运动时。其加速度是按余弦规律变化的。这种运动规律称为余弦加速度运动规律。也称为简谐运动规律。其推程运动线图如图７-７(ｃ)所示。这种运动规律在行驶的始末两点加速度发生有限突变。故也会引起柔性冲击。因此。在一般情况下。它也仅适用于中速中载的场合。当从动件作升—降—升运动循环时。若在推程和回程中。均采用此运动规律。则可获得包括始末点的全程光滑连续的加速度曲线。在此情况下。不会产生冲击。故可用于高速凸轮机构。４.正弦加速度运动规律下一页返回上一页７.２常用的从动件运动规律从动件运动时。其加速度是按正弦规律变化的。这种运动规律称为正弦加速度运动规律。也称为摆线运动规律。其推程运动线图。如图７-７(ｄ)所示。从动件在整个行程中无速度和加速度的突变。不会使机构产生冲击。所以适用于高速场合。常用从动件运动规律的运动方程及其性质见表７-１。７.２.３从动件运动规律的选择在选择从动件的运动规律时。应根据机器工作时的运动要求来确定。为了获得更好的运动特性。下一页返回上一页７.２常用的从动件运动规律可以把多种基本运动规律组合起来加以应用。如机床中控制刀架进刀的凸轮机构。要求刀架进刀时作速运动。所以应选择从动件作等速运动的运动规律。至于行程始末端。可以通过拼接其他运动规律的曲线来消除冲击。对无一定运动要求。只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。如夹紧、送料等凸轮机构。可只考虑加工方便。采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。对于高速机构。应减小惯性力所造成的冲击。多选择从动件作正弦加速度运动规