汽车机械基础第九章 凸轮机构

第九章凸轮机构

能力目标：

1．能根据发动机工作特点选用凸轮机构类型

2．能正确使用汽车凸轮机构

3．会按机器工作要求选用运动规律并设计凸轮轮廓

知识要求：

1．凸轮机构组成、类型、原理

2．凸轮机构传动特性及应用

3．凸轮结构、失效、材料及工艺

4．汽车运动构件的摩擦分析

5．凸轮轮廓设计（拓展知识）

6．其他常用机构（棘轮、槽轮、不完全齿轮）简介（拓展知识）

重点：

凸轮机构的类型和特点及应用

难点：

从动件运动规律及运动特性，凸轮结构及失效分析

学习指导：通过实际机构观察及多媒体教学，掌握凸轮机构的基本知识及应用。

一、凸轮机构的组成

1、凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。从动件是被凸轮直接推动的构件。凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。

2、凸轮机构的特点

1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。

2)缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

二、凸轮分类：

凸轮机构的类型很多，常就凸轮和从动杆的端部形状及其运动形式的不同来分类。

(1) 按凸轮的形状分

1)盘形凸轮(盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转)

2)移动凸轮(移动凸轮可看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它作往复直线移动。)

3)圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。)

4)曲面凸轮

按锁合方式的不同凸轮可分为：力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。

2) 按从动杆的端部形状分

1) 尖顶

这种从动杆的构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合(如用于仪表等机构中)。

2) 滚子

滚子从动杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。

3) 平底

平底从动杆的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。

(3)按推杆的运动形式分

1)移动

往复直线运动。在移动从动杆中，若其轴线通过凸轮的回转中心，则称其为对心移动从动杆，否则称为偏置移动从动杆。

2)摆动

作往复摆动。

三、凸轮与从动杆的运动关系

1、基本尺寸及主要参数： (以一对心移动尖顶从动杆盘形凸轮机构为例加以说明)

基圆——以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。r0称为凸轮的基圆半径。

推程——当凸轮以等角速度ω逆时针转动时，从动杆在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置时，从动杆运动的这一过程。而相应的凸轮转角Φ称为推程运动角。

远休——凸轮继续转动，从动杆将处于最高位置而静止不动时的这一过程。与之相应的凸轮转角Φs 称为远休止角。

回程——凸轮继续转动，从动杆又由最高位置回到最低位置的这一过程。相应的凸轮转角Φ'称为回程运动角。

近休——当凸轮转过角Φs'时，从动杆与凸轮廓线上向径最小的一段圆弧接触，而将处在最低位置静止不动的这一过程。Φs'称为近休止角。

行程——从动杆在推程或回程中移动的距离h 。

位移线图——描述位移s与凸轮转角φ之间关系的图形。

2、从动件的常用运动规律

所谓从动杆的运动规律是指从动杆在运动时，其位移s、速度v 和加速度a 随时间t 变化的规律。又因凸轮一般为等速运动，即其转角φ与时间t成正比，所以从动杆的运动规律更常表示为从动杆的运动参数随凸轮转角φ变化的规律。

四、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。如机床中控制刀架进刀的凸轮机构，要求刀架进刀时作等速运动，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。对于高速凸轮机构，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律或其它改进型的运动规律。