汽车机械基础（第二版）课件：凸轮机构

◆掌握凸轮机构的组成、类型、应用和特点。◆掌握凸轮机构的工作过程。◆了解凸轮的材料。课题一凸轮机构的应用和类型图5—1—1汽车发动机的配气机构1—凸轮轴2—气门杆3—弹簧4—凸轮5—活塞6—齿形带7—曲轴

凸轮机构在机械中是一种常用机构。汽车发动机的配气机构，就是通过凸轮机构来控制气门的开闭、柴油机的喷油泵供油、汽油泵的供油、分电器的配电等。凸轮机构在自动化机械生产中有更为广泛的应用。那么凸轮机构是怎样控制这些机构来实现所需的运动规律和要求的呢?

一、凸轮机构的工作过程

当凸轮轴1转动时，其轮廓将迫使气门杆2向下移动打开气门，可燃混合气进入气缸；当凸轮的最小半径处于与气门杆接触时，气门保持关闭。这样气门即按预定时间打开或关闭，以完成内燃机的配气功能。图5—1—1汽车发动机的配气机构1—凸轮轴2—气门杆3—弹簧4—凸轮5—活塞6—齿形带7—曲轴二、凸轮机构的组成、特点及应用凸轮机构主要由凸轮、从动杆、机架三个部分组成。凸轮为主动件，做定轴等速转动，从动件做相应的运动，随凸轮轮廓的变化得到不同的运动规律，从动件按一定规律做往复移动或摆动，其特点及应用场合见下表。三、凸轮机构的类型四、凸轮的材料通常凸轮用45号钢或40Cr钢制造，表面淬火硬度至52～58HRC；要求更高时，可用15号钢、20Cr钢、20CrMnTi钢渗碳并淬火至56～62HRC，渗碳层深度一般为0.8～1.5mm；或采用可进行氮化处理的钢材，经氮化处理后，使表面硬度达到60～67HRC，以增强凸轮表面的耐磨性。◆了解凸轮机构的相关参数。◆了解等速运动规律和等加速等减速运动规律。◆能绘制等速运动规律和等加速等减速运动规律的位移曲线。课题二凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构能否按预期的运动规律正常工作，主要取决于凸轮的轮廓曲线，因此在设计凸轮轮廓曲线之前，应首先根据工作要求确定从动件的运动规律，加工凸轮的依据就是确定凸轮的轮廓曲线。那么凸轮轮廓与从动件的运动有什么样的关系呢?从动件的运动规律又有哪些?一、凸轮轮廓曲线的基本参数：1.基圆半径rb凸轮轮廓上的最小半径rb称为基圆半径，以凸轮的最小半径rb所作的圆称为凸轮的基圆。基圆半径受到以下三方面的限制：

（1）基圆半径rb应大于凸轮轴的半径；

（2）应使机构的最大压力角αmax小于或等于许用压力角[α]；

（3）应使凸轮实际廓线的最小曲率半径大于许用值，即ρsmin≥[ρs]

。2.行程h和转角δ行程h：从动件上升或下降的最大位移。推程：当凸轮转过角度δ0时，其AB段轮廓将从动件按一定规律推至最高位置B′。从动件的这一过程称为推程，δ0称为推程运动角。

远停程角：当凸轮继续δ1转时，其间凸轮的径向尺寸不变，从动件在最远位置静止不动，δ1称为远停程角。

回程运动角：当凸轮继续转动δ2时，从动件按一定的运动规律回到起始位置，这一过程称为回程，其对应的凸轮转角δ2称为回程运动角。

近停程角：凸轮继续转过δ3时，从动件在最近位置静止不动，δ3称为近停程角。3.压力角α（1）压力角的概念作用力Fn与从动杆速度v所夹的锐角α称为凸轮机构在图示位置的压力角。（2）凸轮机构的压力角与凸轮基圆半径的关系如图所示，其他条件相同时，若rb取得较大，则压力角较小，受力情况良好，但机构的尺寸较大；反之，基圆半径rb取得越小,结构越紧凑,但压力角越大，机构的传力性能将越差。滚子半径的选择采用滚子从动件时,凸轮的轮廓曲线形状与滚子半径rT的大小直接相关。设凸轮实际轮廓线曲率半径为ρ',理论轮廓线曲率半径为ρ,滚子半径为rT。如图5—2—4a所示,对于凸轮内凹部分,ρ'=ρ+rT,无论rT大小如何,实际轮廓线总可以画出来。而对于凸轮外凸部分,若ρ>rT,如图5—2—4b所示,实际轮廓线可以画出来;若ρ=rT,如图5—2—4c所示,此处实际轮廓线变尖,凸轮容易磨损;若ρ<rT,如图5—2—4d所示,图中阴影部分表示此处实际轮廓线相交,在加工时将被切去,使从动件不能与这部分轮廓线接触,因而从动件将不能实现预期的运动规律,这种现象称为运动失真。为了避免凸轮工作轮廓线变尖或运动失真,一般要求rT<0.8ρmin,凸轮工作轮廓线的最小曲率半径一般不小于3~5mm。二、从动件常用运动规律1.等速运动规律特点：从动件运动的起始和终止位置速度有突变，使加速度达到无穷大，产生刚性冲击，适用于凸轮作低速回转、从动件质量小的场合。2.等加速等减速运动规律特点：速度曲线连续，避免了刚性冲击。加速度曲线在运动的起始、中点和终止位置发生有限突变，产生柔性冲击，适用于凸轮作中速回转、从动件质量不大的场合。一、填空题1．以凸轮的_______半径所做的圆，称为基圆。2．在凸轮机构中，从动杆的_________________________________称为行程。3．等加速等减速运动凸轮机构，能避免传动中突然的_______，消除强烈的_______提高机构的工作平稳，因此多用于凸轮转速_______和从动杆质量_______的场合。二、选择题1．等速运动规律的位移曲线是（）A.一段斜直线B.一段抛物线C.二段抛物线2．等加速等减速运动规律的s--δ曲线形状是（）A.一段斜直线B.一段抛物线C.二段抛物线3．按等速运动规律工作的凸轮机构（）A.会产生刚性冲击B.