新能源汽车机械基础课件：凸轮机构的组成及应用

凸轮机构的组成及应用目录01凸轮机构的组成与特点02凸轮机构的分类03凸轮机构的基本参数04从动件的运动规律05凸轮机构的工程应用任务目标：1、了解配气机构的工作原理。2、掌握凸轮机构的组成和分类。3、熟悉从动件常用的规律。凸轮机构的组成与特点01核心组成与工作原理凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮通常为主动件，具有特殊曲线轮廓或凹槽；从动件受凸轮驱动做往复直线运动或摆动；机架则起到支撑作用。核心组成构件凸轮做等速转动或往复直线移动，通过与从动件的直接接触，驱使从动件按预定规律运动。例如在内燃机配气机构中，凸轮转动顶动气门弹簧座，使气门开启和关闭。协同工作方式凸轮与从动件之间一般为点或线接触，属于高副机构。这种接触方式使得运动传递精确，但也导致易磨损的特点。高副机构特性结构特点与应用场景只要适当地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件获得预定的运动规律，实现精确的运动控制。运动可控性凸轮机构在多个领域有广泛应用，如混动新能源汽车内燃机中的配气机构，通过凸轮控制气门的开启和关闭；还有凸轮自动送料机构，实现物料的周期性送料。典型应用场景凸轮机构结构简单紧凑，设计方便，占用空间小，有利于设备的小型化和集成化。结构紧凑性01、02、03、自动送料机构内燃机配气机构凸轮机构的分类02按凸轮形状分类盘形凸轮是绕固定轴线转动且具有变化半径的盘形构件，是凸轮的基本形式。结构简单，应用广泛，但从动件行程不能太大，否则结构庞大，如内燃机中控制气门开启和关闭的凸轮机构。盘形凸轮移动凸轮具有曲线轮廓并做往复直线运动，也可将凸轮固定，使从动件连同导路相对凸轮运动。凸轮和从动件都在平面内运动，属于平面凸轮机构。移动凸轮圆柱凸轮在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓，绕轴转动。从动件可获得较大行程，凸轮与从动件的相对运动是空间运动，属于空间凸轮机构，如凸轮自动送料机构。圆柱凸轮按从动件类型分类尖顶从动件尖顶从动件结构简单，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可使从动件实现复杂运动规律。但承载能力小，易磨损，适用于传力小、速度低的场合。滚子从动件滚子从动件一端铰接可自由转动的滚子，滚子和凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损小，可传递较大动力，应用广泛。平底从动件在润滑条件下，平底从动件与凸轮接触处易形成油膜，润滑良好，凸轮给从动件的作用力始终垂直于平底，传动效率高，适用于高速场合。凸轮机构的基本参数03基圆与运动过程以凸轮的最小直径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用r₀表示。图示位置凸轮转角为零，从动件位移为零，从动件尖端位于离轴心O最近的位置A，此为起始位置。基圆的定义1当凸轮以等角速度ω逆时针转过φ时，凸轮轮廓AB段按一定运动规律将从动件尖顶由起始位置A推到最远位置B，这一过程称为推程。与推程对应的凸轮转角φ称为推程运动角，从动件移动的距离h称为从动件的升程。推程运动角和升程的大小决定了从动件上升的速度和幅度。推程及其影响2基圆与运动过程凸轮继续转过φ’时，从动件在其重力或弹簧力作用下按一定运动规律沿CD段回到初始位置，这个过程成为回程，凸轮相应的转角φ’称为回程运动角。回程的运动规律影响从动件下降的速度和稳定性。回程的特点凸轮继续转过φs时，对应的凸轮轮廓BC段是以O为中心OB为半径的圆弧，从动件在最远位置静止不动，对应的凸轮转角φs称为远休止角。远休止角确保从动件在特定阶段保持静止，满足工作要求。远休止角的作用基圆与运动过程凸轮继续转过φ’s时，因凸轮轮廓DA段为以O为中心OD为半径的圆弧，从动件在最近位置静止不动，对应的凸轮转角φ’s称为近休止角。近休止角保证从动件在低位有一定的停留时间。近休止角的意义从动件的运动规律04等速与等加速运动在等速运动规律中，推程开始点和回程结束点速度突变，加速度理论上为无穷大，产生刚性冲击。如某等速运动的凸轮机构，在这两个位置因加速度突变，使机构受到强烈冲击。刚性冲击的成因刚性冲击只适用于低速、轻载及特殊要求的凸轮机构。因为在高速或重载情况下，这种强烈冲击会严重影响机构的寿命和稳定性。刚性冲击的适用场景从动件的运动规律等速与等加速运动等加速等减速运动等加速等减速运动规律中，在加速度线图上的特定点（如O、A、B三点）发生加速度的有限突变，产生有限的“柔性冲击”。柔性冲击适用于中速、轻载的场合。在中速情况下，这种有限的冲击对机构的影响相对较小，能满足一定的工作要求。柔性冲击的成因柔性冲击的适用场景等加速等减速运动余弦加速度运动01运动规律特点当凸轮等速转动时，从动件的加速度按余弦曲线变化，速度线图是正弦曲线，位移线图是简谐运动曲线。02有停歇时的情况在推程开始点或回程结束点，从动件有停歇（休止角不为零）时，该点存在柔性冲击，只能适用于中速场合。03无停歇时的情况当从动件做无停歇的往复运动（休止角为零），加速度曲线变成连续的余弦曲线，可消除柔性冲击，能用于高速场景，实现无冲击运动。凸轮机构的工程应用05内燃机配气机构案例四冲程发动机工作时，一个工作循环内需完成进气、压缩、做功、排气四个过程，要求气门迅速打开、迅速关闭并保持关闭不动，平面连杆机构难以实现该要求。配气机构工作要求当凸轮凸起部分转离时