《汽車機械基礎(chǔ)》項目七-凸輪機構(gòu)和其他常用機構(gòu)

12返回項目七凸輪機構(gòu)和其他常用機構(gòu)7.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類7.2常用的從動件運動規(guī)律７.１凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類７.１.１凸輪機構(gòu)的特點凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件所組成的一種高副機構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。當(dāng)它運動時。通過其上的曲線輪廓與從動件的高副接觸。使從動件獲得預(yù)期的運動。圖７-１所示為內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)。原動件凸輪１是一個具有變化向徑的盤形構(gòu)件。當(dāng)它作勻速回轉(zhuǎn)時。迫使從動件推桿２在固定導(dǎo)路３內(nèi)按預(yù)期運動規(guī)律作往復(fù)運動。從而實現(xiàn)氣閥的開啟和關(guān)閉。以控制燃氣在適當(dāng)?shù)臅r間進入氣缸或排出廢氣。圖７-２所示為單軸轉(zhuǎn)塔車床上的刀架進給凸輪機構(gòu)。當(dāng)具有凹槽的原動件凸輪１勻速轉(zhuǎn)動時。其凹槽的側(cè)面迫使從動件扇形齒輪２按預(yù)期運動規(guī)律繞Ｏ軸往復(fù)擺動。帶動與刀架固定在一起的齒條３作往復(fù)進給運動?？刂频都茏鬟M刀和退刀運動。下一頁返回７.１凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類７.１.２凸輪機構(gòu)的分類在工程實際中。凸輪機構(gòu)的形式多種多樣。常用的分類方法有以下三種:１.按凸輪形狀分類(１)盤形凸輪機構(gòu)凸輪是繞固定軸轉(zhuǎn)動且具有變化向徑的盤形構(gòu)件。當(dāng)凸輪繞其固定軸轉(zhuǎn)動時。從動件在垂直于凸輪軸的平面內(nèi)運動。它是凸輪的基本形式。結(jié)構(gòu)簡單。應(yīng)用廣泛。(２)移動凸輪機構(gòu)凸輪是具有曲線輪廓且只能作相對往復(fù)直線移動的構(gòu)件。它可看作是軸心在無窮遠處的盤形凸輪。如圖７-３所示。下一頁返回上一頁７.１凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類(３)圓柱凸輪機構(gòu)凸輪的輪廓曲線位于圓柱面上并繞圓柱軸線旋轉(zhuǎn)的凸輪稱為圓柱凸輪。它可以看作是把移動凸輪卷成圓柱體而得。２.按從動件形狀分類(１)尖底從動件如圖７-４(ａ)所示。這種從動件以尖頂與凸輪接觸。結(jié)構(gòu)簡單。能與任何曲線的凸輪輪廓保持高副連接。故可使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。但是尖底易磨損。所以這種從動件只使用于傳力不大的低速凸輪機構(gòu)中。(２)滾子從動件如圖７-４(ｂ)所示。這種從動件的頂端鉸接一個滾子并以滾子與凸輪輪廓保持接觸。由于滾子與凸輪之間是滾動摩擦。故磨損小而且均勻?？沙惺茌^大載荷。因而應(yīng)用普遍。下一頁返回上一頁７.１凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類(３)平底從動件如圖７-４(ｃ)所示。這種從動件以平底與凸輪輪廓接觸。在不考慮摩擦?xí)r。凸輪對這種從動件的作用力始終垂直于平底。傳動效率最高。另外。凸輪與平底之間易形成楔形油膜。便于潤滑和減少磨損。所以這種從動件常用于高速凸輪機構(gòu)中。但是這種從動件的缺點是不能用于具有內(nèi)凹曲線輪廓的凸輪機構(gòu)。各種形式的從動件中。既有作直線往復(fù)移動的從動件。也有繞定軸擺動的從動件。前者稱為直動從動件(圖７-１、圖７-３)。后者稱為擺動從動件(圖７-２)。在直動從動件中。若尖底或滾子中心的軌跡通過凸輪的軸心。稱為對心直動從動件[圖７-４(ａ)]。否則稱為偏置直動從動件[圖７-４(ｂ)]。下一頁返回上一頁７.１凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類３.按從動件與凸輪保持接觸的方式分類(１)力鎖和的凸輪機構(gòu)依靠從動件的重力、彈簧力或其他外力使從動件與凸輪保持接觸。如圖７-１和圖７-３所示。(２)幾何鎖和的凸輪機構(gòu)依靠凸輪與從動件的特殊結(jié)構(gòu)來保持從動件與凸輪接觸。圖７-５列出了常用的幾何鎖和凸輪機構(gòu)。其中圖７-５(ａ)為溝槽凸輪機構(gòu)。圖７-５(ｂ)為等寬凸輪機構(gòu)。圖７-５(ｃ)為等徑凸輪機構(gòu)。圖７-５(ｄ)為共軛凸輪機構(gòu)。將不同形式的從動件和凸輪組合起來。就可得到各種不同類型的凸輪機構(gòu)。如圖７-１所示的凸輪機構(gòu)可命名為對心移動平底從動件盤型凸輪機構(gòu)。返回上一頁７.２常用的從動件運動規(guī)律７.２.１平面凸輪機構(gòu)的基本尺寸和運動參數(shù)圖７-６(ａ)所示為一對心直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)。圖中以凸輪輪廓最小向徑ｒｂ為半徑所作的圓稱為凸輪的基圓。ｒｂ稱為基圓半徑。圖７-６(ｂ)所示為對應(yīng)于凸輪轉(zhuǎn)動一周從動件的位移線圖。橫坐標(biāo)代表凸輪的轉(zhuǎn)角φ。縱坐標(biāo)代表從動件的位移ｓ。在該位移線圖上。由ａ到ｂ是從動件上升的那段曲線。與這段曲線相對應(yīng)的從動件的運動。是遠離凸輪軸心的運動。我們把從動件的這一行程稱為推程。從動件所移動過的距離稱為行程。用ｈ表示。相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角∠ＡＯＢ稱為推程運動角。用Φ０表示。由ｂ到ｃ是從動件在最遠處靜止不動的曲線。對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角∠ＢＯＣ稱為遠休止角。用Фｓ表示。由ｃ到ｄ是從動件由最遠位置回到初始位置的曲線。下一頁返回７.２常用的從動件運動規(guī)律這一行程稱為回程。對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角∠ＣＯＤ稱為回程運動角。用Φ′０表示。由ｄ到ａ是從動件在最近處靜止不動的曲線。對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角∠ＤＯＡ稱為近休止角。用Ф′ｓ表示。當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時。從動件將重復(fù)上述的“升－停－降－?！钡倪\動循環(huán)。７.２.２常用的從動件運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律很多。下面以直動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例。介紹幾種常用的運動規(guī)律。１.等速運動規(guī)律從動件運動的速度為常數(shù)時的運動規(guī)律。稱為等速運動規(guī)律。這種運動規(guī)律。從動件的位移ｓ與凸輪的轉(zhuǎn)角φ成正比。其推程的運動線圖如圖７-７(ａ)所示。從動件運動時速度保持常數(shù)。但在行程始末兩端速度有突變。加速度在理論上應(yīng)有從＋∞到－∞的突變。下一頁返回上一頁７.２常用的從動件運動規(guī)律因而會產(chǎn)生非常大的慣性力。導(dǎo)致機構(gòu)的劇烈沖擊。這種沖擊稱為剛性沖擊。因此。若單獨采用此運動規(guī)律時。僅適用于低速輕載的場合。２.等加速等減速運動規(guī)律從動件在一個行程中。先做等加速運動。后做等減速運動。且通常加速度與減速度的絕對值相等。這樣的運動規(guī)律。稱為等加速等減速運動規(guī)律。其推程運動線圖如圖７-７(ｂ)所示。這種運動規(guī)律的速度曲線是連續(xù)的。不會產(chǎn)生剛性沖擊。但在加速度曲線中。Ａ、Ｂ、Ｃ三處加速度存在有限突變。使從動件的慣性力也隨之發(fā)生突變。從而與凸輪輪廓間產(chǎn)生一定的沖擊。這種沖擊稱為柔性沖擊。它比剛性沖擊要小得多。因此。此運動規(guī)律一般可用于中速輕載的場合。下一頁返回上一頁７.２常用的從動件運動規(guī)律３.余弦加速度運動規(guī)律從動件運動時。其加速度是按余弦規(guī)律變化的。這種運動規(guī)律稱為余弦加速度運動規(guī)律。也稱為簡諧運動規(guī)律。其推程運動線圖如圖７-７(ｃ)所示。這種運動規(guī)律在行駛的始末兩點加速度發(fā)生有限突變。故也會引起柔性沖擊。因此。在一般情況下。它也僅適用于中速中載的場合。當(dāng)從動件作升—降—升運動循環(huán)時。若在推程和回程中。均采用此運動規(guī)律。則可獲得包括始末點的全程光滑連續(xù)的加速度曲線。在此情況下。不會產(chǎn)生沖擊。故可用于高速凸輪機構(gòu)。４.正弦加速度運動規(guī)律下一頁返回上一頁７.２常用的從動件運動規(guī)律從動件運動時。其加速度是按正弦規(guī)律變化的。這種運動規(guī)律稱為正弦加速度運動規(guī)律。也稱為擺線運動規(guī)律。其推程運動線圖。如圖７-７(ｄ)所示。從動件在整個行程中無速度和加速度的突變。不會使機構(gòu)產(chǎn)生沖擊。所以適用于高速場合。常用從動件運動規(guī)律的運動方程及其性質(zhì)見表７-１。７.２.３從動件運動規(guī)律的選擇在選擇從動件的運動規(guī)律時。應(yīng)根據(jù)機器工作時的運動要求來確定。為了獲得更好的運動特性。下一頁返回上一頁７.２常用的從動件運動規(guī)律可以把多種基本運動規(guī)律組合起來加以應(yīng)用。如機床中控制刀架進刀的凸輪機構(gòu)。要求刀架進刀時作速運動。所以應(yīng)選擇從動件作等速運動的運動規(guī)律。至于行程始末端。可以通過拼接其他運動規(guī)律的曲線來消除沖擊。對無一定運動要求。只需要從動件有一定位移量的凸輪機構(gòu)。如夾緊、送料等凸輪機構(gòu)?？芍豢紤]加工方便。采用圓弧、直線等組成的凸輪輪廓。對于高速機構(gòu)。應(yīng)減小慣性力所造成的沖擊。多選擇從動件作正弦加速度運動規(guī)