汽車發(fā)動機(jī)凸輪軸的設(shè)計【含CAD圖紙】

汽車發(fā)動機(jī)凸輪軸的設(shè)計【含CAD圖紙】,含CAD圖紙,汽車發(fā)動機(jī),凸輪軸,設(shè)計,cad,圖紙 摘要 內(nèi)燃機(jī)凸輪軸優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到其動力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動，噪聲與排放特性的好壞。凸輪軸的豐滿系數(shù)越大，則進(jìn)氣量越多，內(nèi)燃機(jī)的動力性能與經(jīng)濟(jì)性能越好，排氣煙度與熱負(fù)荷越底；凸輪形線的圓滑性越好，內(nèi)燃機(jī)的振動與噪聲越??；凸輪軸與挺柱間的接觸應(yīng)力越??；潤滑特性越好，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的沖擊載荷及摩擦磨損越小。隨著內(nèi)燃機(jī)不斷地向輕巧化，高速化，高性能與高壽命方向發(fā)展，對配氣凸輪軸設(shè)計與制造的要求越來越高。然而，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，大都采用多項動力凸輪，n次諧波凸輪或復(fù)合擺線凸輪。但這些凸輪形線方程不僅計算復(fù)雜，而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)，有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計，但其豐滿系數(shù)均達(dá)不到0.59，還不能適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化與高性能的要求。顯然，研究出具有n 階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，自變量為內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，充氣性能好，振動小，噪聲低，設(shè)計簡單的新型配氣凸輪形線方程，是一個極其重要的研究課題。 凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實現(xiàn)機(jī)械和自動化的一種主要驅(qū)動和控制機(jī)構(gòu)。以在輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷、標(biāo)準(zhǔn)零件制造、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域運(yùn)行的工作機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率。就凸輪而言，必須進(jìn)一步提高其設(shè)計水平。在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機(jī)輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。為適應(yīng)高速凸輪機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的需要，我在凸輪輪廓曲線方程試上對各指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了設(shè)計工作效率和設(shè)計計算準(zhǔn)確性。同時還對各系統(tǒng)與凸輪輸出數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究，掌握了某些基本規(guī)律，對凸輪設(shè)計優(yōu)化起到了很好的效果。 關(guān)鍵詞 凸輪軸 發(fā)動機(jī) 設(shè)計 Abstract I.C. engine cam the stalk be directly excellent to turn the good and bad of design to influence its motive, economy, credibility, vibration, the quality of the Zao voice and emissions characteristic.Cam the plentiful full coefficient of the stalk be more big and then enter tolerance more many, the motive function of I.C. engine and economic function is more good, row spirit smoke degree and hot burden more bottom;The tactful of the cam form line is more good and vibration and voice of I.C. engine are more small,Cam stalk with stand the contact of pillar more small in response to the dint,Lubricate characteristic more good, the I.C. engine goes together with impact of annoy the organization to carry lotus and friction to wear away more small.Along with I.C. engine constantly to agile turn, the high speed turn, high performance and high life span direction the development be more and more high to go together with the spirit cam request of stalk design and manufacturing.However, the modern I.C. engine goes together with spirit organization, mostly adopt several motive cams and n time the Xie wave cam or compound put a line cam.But these cam form line square distance not only compute complications, and with I.C. engine structure the parameter be irrelevant and have of the n rank don't in a row lead number.Though not a few researchers carried on to a few above-mentioned form line cams various excellent turn a design, it the plentiful full coefficient all could not reach 0.59, can't also adapt I.C. engine high speed to turn and the request of high performance.Obviously, the research submits a n rank to lead number continuous, from change to measure for the I.C. engine main structure parameter, Chong spirit function good, vibrate small, the voice is low and design in brief new go together with spirit the cam form line square distance, is a very and important research topic. The cam organization is 1 kind that the engineering is convenient to carry out machine and automation to mainly drive with control organization.With acquire in the light work, spinning, food, medicine, printing, standard spare parts manufacturing, transportation etc. the realm the movement of the work machine extensively applied.For raising the quality and rate of production of product.Have to raise it to design level further in regard to cam.Open research and expansion application of the assistance design of the exhibition calculator in analyzing the foundation of method design.In order to adapt the demand of high-speed analysis and design of the cam organization, I carried on exterior an importation to each index number and the coefficient in trying the curve square distance of the cam outline.Raised design work efficiency and design to compute accuracy thus.The contact which returns a to output the data to each system and the cam in the meantime carried on a research, controled some and basic regulation, excellent to cam design started to turn to arrive good effect. KEY WORD Convex axle Deliver motive design 目錄 第一章 緒言 1 第一節(jié) 凸輪軸的作用 1 第二節(jié) 凸輪軸分類 1 第二章 發(fā)動機(jī)凸輪軸的配置 2 第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動機(jī)的重要標(biāo)志 2 第二節(jié) 凸輪軸配置 2 第三章 設(shè)計論述 4 第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計 4 第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計 4 結(jié)束語 13 謝辭 14 參考文獻(xiàn) 15 第一章 緒言 第一節(jié) 凸輪軸的作用 凸輪軸是發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，專門負(fù)責(zé)驅(qū)動氣門按時開啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)動機(jī)在工作中定時為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣，并及時將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸直接通過搖臂驅(qū)動氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳動效率、簡化傳動機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點是由于部件的布置設(shè)計比較復(fù)雜，維修起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于汽車。 第二節(jié) 凸輪軸分類 汽車發(fā)動機(jī)按照頂置凸輪軸的數(shù)目，分為頂置單凸輪軸和頂置雙凸輪軸。當(dāng)每缸采用兩個以上氣門時，氣門排列形式一般有兩種：一是進(jìn)氣門和排氣門混合排列在一根凸輪軸上，即頂置單凸輪軸（SOHC），另一種是進(jìn)氣門與排氣門分列在兩根凸輪軸上。前者的所有氣門由一根凸輪軸通過頂桿驅(qū)動，但因氣門在進(jìn)氣道中所處位置不同，所以不能保持動作的精確性，效果要稍差一些，而后者則無此缺點，可以獲得更好的性能，但需多配備一根凸輪軸，這就是頂置式雙凸輪軸（DOHC），近年來推出的新型發(fā)動機(jī)多采用這種形式。一般來說，DOHC的運(yùn)動性比較高，F(xiàn)1賽車應(yīng)用較多，但是由于制造工藝復(fù)雜，成本較高；SOHC的相對配置較簡易、使用耐久性較好，既可以適應(yīng)一般客戶的動力性要求，也可以適應(yīng)其對經(jīng)濟(jì)性的要求。 15 第二章 發(fā)動機(jī)凸輪軸的配置 第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動機(jī)的重要標(biāo)志 汽車發(fā)動機(jī)是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)，冷卻系，燃油系，潤滑系，電氣系和機(jī)體等組成，大大小小零件有近千個，它們之中最具有代表性的就是凸輪軸了。在現(xiàn)代轎車的技術(shù)規(guī)格表上，經(jīng)?？梢钥匆姟巴馆嗇S”這個名詞出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)性能欄里面。 凸輪軸是屬于發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是保證發(fā)動機(jī)在工作中定時將新鮮的可燃混合氣充入氣缸，并及時將燃燒后的廢氣排出氣缸的機(jī)構(gòu)。它由進(jìn)氣門，排氣門，氣門挺桿，挺柱，搖臂，凸輪軸等組成，其中凸輪軸因其橫截面形狀近似桃子，又稱桃子軸或偏心軸，是配氣機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動件，專門驅(qū)動氣門按時開啟和關(guān)閉。各種車型發(fā)動機(jī)的凸輪軸的結(jié)構(gòu)大同小異，主要差別在于安裝的位置，凸輪的數(shù)目和形狀尺寸不盡相同，特別是凸輪軸的安裝位置，被列為區(qū)別發(fā)動機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。目前發(fā)動機(jī)的凸輪安裝位置分為下置，中置，頂置三種形式。 第二節(jié) 凸輪軸配置 發(fā)動機(jī)上凸輪軸的有幾個不同配置。我們來談?wù)剮讉€通用部件。你可能聽到過這些術(shù)語：頂置凸輪軸(SOHC)、雙頂置式凸輪軸(DOHC)、推桿。 一、頂置凸輪軸的配置 這一配置相當(dāng)于一個發(fā)動機(jī)每頭有一個凸輪。如果是一個單列式四氣缸或單列式六氣缸發(fā)動機(jī)，這里會有一個凸輪。如果是V-6或V-8發(fā)動機(jī)，這里會有二個凸輪。凸輪開動搖臂按到閥門上，打開它們。彈簧使閥門回到它們閉合的位置。這些彈簧必須相當(dāng)堅固因為發(fā)動機(jī)速度很快，閥門被按下很快，彈簧必須使搖臂與這些閥門接觸。如果彈簧不是很堅固，閥門可能會脫離搖臂同時迅速跳回。這將導(dǎo)致凸輪和搖臂額外的磨損。 在頂置凸輪軸和雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)上，凸輪由凸輪軸驅(qū)動，通過一根到皮帶或鏈條，稱為正時皮帶或正時鏈。這些皮帶和鏈子在固定間隔必須被更換或調(diào)整。如果正時皮帶斷了，凸輪會停止旋轉(zhuǎn)，活塞會撞到排氣閥上。 二、雙頂置式凸輪軸的配置 一個雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)每頭有兩個凸輪。所以單列式發(fā)動機(jī)有兩個凸輪，V發(fā)動機(jī)有四個凸輪。通常雙頂置式凸輪軸用于每個氣缸有四個或更多閥門的發(fā)動機(jī)上一個凸輪軸不能驅(qū)動所有的閥門。采用雙頂置式凸輪軸的主要原因是可以使用更多的進(jìn)氣和排氣閥。更多的閥門意味著進(jìn)氣和排氣流動更自由，因為它有更多可以流通的升程。這就增加了發(fā)動機(jī)的功率。就像頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)和雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)，在推桿發(fā)動機(jī)閥門位于頂部，在氣缸的上面。在推桿發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵區(qū)別是凸輪位于發(fā)動機(jī)氣缸體內(nèi)部而不是在氣缸的頂部。凸輪驅(qū)動推桿經(jīng)過氣缸箱體并進(jìn)入氣缸頂部移動搖臂。這些推桿又增加了系統(tǒng)的質(zhì)量，從而增加了閥門彈簧的載荷。這能限制推桿發(fā)動機(jī)速度；頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)在系統(tǒng)取消了推桿，從而使更快速度的發(fā)動機(jī)成為可能。推桿發(fā)動機(jī)中的凸輪通常由齒輪或短鏈驅(qū)動。齒輪驅(qū)動通常與皮帶驅(qū)動相比不易斷裂，所以在頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)經(jīng)常看到。 三、可變式氣門正時 這里有幾種凸輪制造商改變氣門正時的辦法。用在本田發(fā)動機(jī)上的一個系統(tǒng)稱為可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC） 可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC）是本田發(fā)動機(jī)上一個電子機(jī)械系統(tǒng)，它能允許發(fā)動機(jī)有多個凸輪軸。VTEC發(fā)動機(jī)有一個額外的進(jìn)氣凸輪并有一個與之相連的搖臂。凸輪的形狀能使進(jìn)氣閥升程比其它凸輪形狀大。在發(fā)動機(jī)速度較低時，這個搖臂不與任何閥門相連。在高速時，活塞鎖住額外搖臂，讓兩個搖臂控制兩個進(jìn)氣閥。 一些汽車采用先進(jìn)的氣門正時裝置。這不會使閥門升程更大，它打開和閉合它們更遲。它通過旋轉(zhuǎn)凸輪幾度來實現(xiàn)。 如果進(jìn)氣閥通常在活塞到達(dá)上止點(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(TDC)后旋轉(zhuǎn)90度關(guān)上，總的持續(xù)時間為200度。打開和關(guān)閉的時間可以通過在凸輪旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)到前面一點的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移。所以可以在活塞到達(dá)上止點(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(TDC)后旋轉(zhuǎn)210度關(guān)上。在隨后20度時關(guān)閉閥門是好的，但如果它能在進(jìn)氣閥打開時增加持續(xù)時間會更好。 但已經(jīng)有一個做到一點的好方法。凸輪在發(fā)動機(jī)上有一個三維形狀可以隨凸輪的長度而變化。在凸輪的一端是一個較不靈巧的凸輪形狀，而在另一端是一個靈巧的凸輪形狀。凸輪平穩(wěn)地把這兩種形狀結(jié)合在一起。一個機(jī)構(gòu)能側(cè)面地滑動整個凸輪從而使閥門能采用凸輪的不同的部分。軸仍然像普通凸輪一樣旋轉(zhuǎn)——但隨著發(fā)動機(jī)速度和載荷增加逐漸側(cè)面地滑動凸輪，從而氣門正時被優(yōu)化。一些發(fā)動機(jī)制造商正在試驗氣門正時無限可變系統(tǒng)。比如，想象每個閥門有一個電磁開關(guān)，它能過計算機(jī)而不是凸輪控制打開和關(guān)閉閥門。有了這類系統(tǒng)，你就能在發(fā)動機(jī)每個轉(zhuǎn)速時達(dá)到最大的發(fā)動機(jī)性能。盼望將來能實現(xiàn)的東西。 第三章 設(shè)計論述 第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計 內(nèi)燃機(jī)凸輪軸凸輪優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到其動力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動，噪聲與排放特性的好壞。凸輪的豐滿系數(shù)越大，則進(jìn)氣量越多，內(nèi)燃機(jī)的動力性能與經(jīng)濟(jì)性能越好，排氣煙度與熱負(fù)荷越底；凸輪形線的圓滑性越好，內(nèi)燃機(jī)的振動與噪聲越??；凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力越??；潤滑特性越好，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的沖擊載荷及摩擦磨損越小。隨著內(nèi)燃機(jī)不斷地向輕巧化，高速化，高性能與高壽命方向發(fā)展，對配氣凸輪設(shè)計與制造的要求越來越高。然而，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，大都采用多項動力凸輪，n次諧波凸輪或復(fù)合擺線凸輪。但這些凸輪形線方程不僅計算復(fù)雜，而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)，有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計，但其豐滿系數(shù)均達(dá)不到0.59，還不能適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化與高性能的要求。顯然，研究出具有n階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，自變量為內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，充氣性能好，振動小，噪聲低，設(shè)計簡單的新型配氣凸輪形線方程，是一個極其重要的研究課題。 凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實現(xiàn)機(jī)械和自動化的一種主要驅(qū)動和控制機(jī)構(gòu)。就凸輪而言，必須進(jìn)一步提高其設(shè)計水平。在解析法設(shè)計的基礎(chǔ)上開展計算機(jī)輔助設(shè)計的研究和推廣應(yīng)用。為適應(yīng)高速凸輪機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的需要，我在凸輪輪廓曲線方程試上對各指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了設(shè)計工作效率和設(shè)計計算準(zhǔn)確性。同時還對各系統(tǒng)與凸輪輸出數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究，掌握了某些基本規(guī)律，對凸輪設(shè)計優(yōu)化起到了很好的效果。詳細(xì)設(shè)計過程本系統(tǒng)的設(shè)計，主要是對凸輪曲線方程進(jìn)行求導(dǎo)處理，然后對得出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用輔助工具如：AutoCAD2004進(jìn)行會圖，把凸輪輪廓畫出來。 第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計 凸輪軸上的圓柱凸輪（如圖1）的廓線雖屬空間曲線，但由于圓柱面可展成平面，所以也可以借用平面盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法設(shè)計圓柱凸輪的展開輪廓。本節(jié)分別介紹用幾何法和解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線的原理和步驟。 圖1 凸輪軸 一、幾何法 （一）反轉(zhuǎn)法設(shè)計原理 以尖底偏置直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，凸輪機(jī)構(gòu)工作時，凸輪和從動件都在運(yùn)動。為了在圖紙上畫出凸輪輪廓曲線，應(yīng)當(dāng)使凸輪與圖紙平面相對靜止，為此，可采用如下的反轉(zhuǎn)法（如圖2）：使整個機(jī)構(gòu)以角速度(-w)繞O轉(zhuǎn)動，其結(jié)果是從動件與凸輪的相對運(yùn)動并不改變，但凸輪固定不動，機(jī)架和從動件一方面以角速度(-w)繞O轉(zhuǎn)動，同時從動件又以原有運(yùn)動規(guī)律相對機(jī)架往復(fù)運(yùn)動。根據(jù)這種關(guān)系，不難求出一系列從動件尖底的位置。由于尖底始終與凸輪輪廓接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖底的運(yùn)動軌跡就是凸輪輪廓曲線。 圖2 反轉(zhuǎn)法 運(yùn)用反轉(zhuǎn)法繪制尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的方法和步驟如下： （1）以r0為半徑作基圓，以e為半徑作偏距圓，點K為從動件導(dǎo)路線與偏距圓的切點，導(dǎo)路線與基圓的交點B0(C0)便是從動件尖底的初始位置。 （2）將位移線圖s-f的推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角分別作若干等分（圖中各為四等分）。 （3）自O(shè)C0開始，沿w的相反方向取推程運(yùn)動角(1800)、遠(yuǎn)休止角(300)、回程運(yùn)動角(1900)、近休止角(600)，在基圓上得C4、C5、C9諸點。將推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角分成與從動件位移線圖對應(yīng)的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8諸點。 （4）過C1、C2、C3等作偏距圓的一系列切線，它們便是反轉(zhuǎn)后從動件導(dǎo)路的一系列位置。 （5）沿以上各切線自基圓開始量取從動件相應(yīng)的位移量，即取線段C1B1=11、C2B2=22等，得反轉(zhuǎn)后尖底的一系列位置B1、B2等。 （7）將B0、B1、B2等連成光滑曲線（B4和B5之間以及B9和B0之間均為以O(shè)為圓心的圓?。?，便得到所求的凸輪輪廓曲線。 圖2 凸輪輪廓曲線 （二）滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 首先取滾子中心為參考點，把該點當(dāng)作尖底從動件的尖底，按照上述方法求出一條輪廓曲線h。再以h上各點為中心畫一系列滾子，最后作這些滾子的內(nèi)包絡(luò)線h（對于凹槽凸輪還應(yīng)作外包絡(luò)線h，如圖3所示）。它便是滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的實際輪廓曲線，或稱為工作輪廓曲線，而h稱為此凸輪的理論輪廓曲線。由作圖過程可知，在滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中，r0是指理論輪廓曲線的基圓半徑。 圖3 凸輪的理論輪廓曲線 在以上兩例中，當(dāng)e=0時，即得對心直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)。這時，偏距圓的切線化為過點O的徑向射線，其設(shè)計方法與上述相同。 （三）平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪實際輪廓曲線（如圖4所示）的求法也與上述相仿。首先取平底與導(dǎo)路的交點B0為參考點，將它看作尖底，運(yùn)用尖底從動件凸輪的設(shè)計方法求出參考點反轉(zhuǎn)后的一系列位置B1、B2、B3等；其次，過這些點畫出一系列平底，得一直線族；最后作此直線族的包絡(luò)線，便可得到凸輪實際輪廓曲線。由于平底上與實際輪廓曲線相切的點是隨機(jī)構(gòu)位置變化的，為了保證在所有位置平底都能與輪廓曲線相切，平底左右兩側(cè)的寬度必須分別大于導(dǎo)路至左右最遠(yuǎn)切點的距離b'和b''。 從作圖過程不難看出，對于平底直動從動件，只要不改變導(dǎo)路的方向，無論導(dǎo)路對心或偏置，無論取哪一點為參考點，所得出的直線族和凸輪實際輪廓曲線都是一樣的。 圖4 凸輪實際輪廓曲線 （四）擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 以尖底擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（如圖5）為例。 圖5 尖底擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知凸輪以等角速w順時針回轉(zhuǎn)，凸輪基圓半徑為r0，凸輪與擺動從動件的中心距為a，從動件長度l，從動件最大擺角ymax，以及從動件的運(yùn)動規(guī)律（位移線圖y-f），求作此凸輪的輪廓曲線。 當(dāng)運(yùn)用反轉(zhuǎn)法給整個機(jī)構(gòu)以(-w)繞O轉(zhuǎn)動后，凸輪不動，一方面機(jī)架上的支承A將以(-w)繞點O轉(zhuǎn)動，另一方面從動件仍按原有規(guī)律相對機(jī)架擺動。因此，這種凸輪輪廓曲線的設(shè)計可按下述步驟進(jìn)行： （1）將y-f線圖的推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角分為若干等分（圖中各為四等分）。 （2）根據(jù)給定的a定出O、A0的位置。以r0為半徑作基圓，與以A0為中心及l(fā)為半徑所作的圓弧交于點B0(C0)（如要求從動件推程逆時針擺動，B0在OA0右方；反之，則在左方），它便是從動件尖底的起始位置。 （3）以O(shè)為中心及OA0為半徑畫圓。沿(-w)方向順次取1800、300、900、600。再將推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角各分為與圖b對應(yīng)的等分，得A1、A2、A3等。它們便是反轉(zhuǎn)后從動件回轉(zhuǎn)軸心的一系列位置。 （4）以A1、A2、A3等為中心及l(fā)為半徑作一系列圓弧，分別與基圓交于C1、C2、C3等。自A1C1、A2C2、A3C3等開始，向外量取與位移線圖對應(yīng)的從動件擺角y1、y2、y3等，得從動件相對于凸輪的一系列位置A1B1、A2B2、A3B3等。 （5）將點B1、B2、B3等連成光滑曲線，便得到尖底擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。此輪廓曲線與直線AB在某些位置（如A3B3等）已經(jīng)相交，故在考慮具體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)將從動件做成彎桿以避免干涉。 同前所述，如采用滾子或平底從動件，那么上述B1、B2、B3等點即為參考點的運(yùn)動軌跡。過這些點作一系列滾子或平底，最后作其包絡(luò)線便可得到實際輪廓曲線。 （五）擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪展開成平面后便成為移動凸輪（如圖6所示），因此，可以用平面凸輪的設(shè)計方法來繪制其展開輪廓曲線。 圖6 圓柱凸輪展開成平面圖 已知平均圓柱半徑rm，從動件長度l，滾子半徑rT，從動件運(yùn)動規(guī)律y=y(f)及凸輪回轉(zhuǎn)方向，其展開輪廓曲線可近似繪制如下： （1）作O－A線垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線，作∠OAB0=ymax/2，從而得出從動件的初始位置AB0。再根據(jù)y－f線圖畫出從動件的各個位置AB1'、AB2'、AB3'等。 （2）取線段B0B0之長為2prm。沿(-v1)方向?qū)0B0分為與從動件位移線圖橫軸對應(yīng)的等分，得點C1、C2、C3等，過這些點畫一系列中心在O－A線上、半徑等于l的圓弧。 （3）自B1'作水平線交過C1的圓弧于點B1，自B2'作水平線交過C2的圓弧于點B2等。將B0、B1、B2等連成光滑曲線，便得到展開圖的理論輪廓曲線。 （4）以理論輪廓曲線上諸點為圓心畫一系列滾子，而后作兩條包絡(luò)線，即得該凸輪展開圖的實際輪廓曲線。 因圓柱凸輪輪廓凹槽位于圓柱面上，當(dāng)與凹槽接觸的圓柱滾子隨從動件作平面圓弧運(yùn)動時，滾子將以不同深度插入凸輪槽中。由于上述設(shè)計過程未考慮滾子與凸輪之間在從動件擺動軸線方向的相對運(yùn)動，由此所得凸輪機(jī)構(gòu)，其從動件實際運(yùn)動規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動規(guī)律在理論上即存在偏差，所以是一種近似設(shè)計方法。欲消除設(shè)計偏差，必須對理論輪廓曲線進(jìn)行修正，或者根據(jù)滾子與凸輪間的相對空間運(yùn)動關(guān)系，采用解析法對凸輪輪廓曲面進(jìn)行精確設(shè)計。 （六）為減小滾子插入凸輪槽深度的變化量，可采用如下方法： （1）減小從動件最大擺角 （2）使從動件的中間位置AB與凸輪軸線交錯垂直 （3）取從動件擺動軸線與凸輪軸線之間的距離為（1）式所示 （1） 直動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可看作是擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的特例，其凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法與上述類似，但凸輪理論輪廓曲線無需修正。 二、解析法 （一）直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，偏距e、基圓半徑r0和從動件運(yùn)動規(guī)律s=s(f)均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點、從動件推程運(yùn)動方向為x軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為獲得統(tǒng)一的計算公式，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h和從動件偏置方向系數(shù)d，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時h=1，逆時針時h=-1；經(jīng)過滾子中心的從動件導(dǎo)路線偏于y軸正側(cè)時d=1，偏于y軸負(fù)側(cè)時d=-1，與y軸重合時d=0。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角f時，滾子中心將自點B0外移s到達(dá)B'(s+s0,de)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角f，即得凸輪理論輪廓曲線上的對應(yīng)點B，其坐標(biāo)為: 式（2）即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。 （二）擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 圖7 擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，基圓半徑r0、從動件長度l、中心距a和從動件運(yùn)動規(guī)律y=y(f)均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為原點、O→A為x軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為使計算公式統(tǒng)一，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h和從動件推程擺動方向系數(shù)d，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向為順時針時h=1，逆時針時h=-1；從動件推程擺動方向為順時針時d=1，逆時針時d=-1。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過角f時，從動件擺過角y，滾子中心由B0到達(dá)B'{a-lcos[d(y0+y)],lsin[d(y0+y)]}。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點轉(zhuǎn)過角f，便可得到凸輪理論輪廓曲線上的對應(yīng)點B，其坐標(biāo)為： 式（3）即為凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程。 （4） 式（4）中，s0、e和a、l、y0均為常數(shù)，s和y是f的函數(shù)，顯然x和y也是凸輪轉(zhuǎn)角f的函數(shù)。于是凸輪理論輪廓曲線的直角坐標(biāo)參數(shù)方程一般可以表示為式（5）: （5） (三) 實際輪廓曲線方程 滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的實際輪廓曲線是滾子圓族的包絡(luò)線。由微分幾何可得，以f為參數(shù)的曲線族的包絡(luò)線方程為式（6）所示： 此即凸輪實際輪廓曲線的參數(shù)方程。式中：上面一組加、減號表示一條外包絡(luò)線，下面一組加、減號表示另一條內(nèi)包絡(luò)線；為滾子半徑；而dx/df、dy/df可求導(dǎo)得到。 結(jié)束語 本文在查閱諸多文獻(xiàn)以及老師幫助下完成，我也多次仔細(xì)構(gòu)思本文，力圖有所收獲。我認(rèn)為發(fā)動機(jī)的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式，汽車發(fā)動機(jī)由于轉(zhuǎn)速較快，每分鐘轉(zhuǎn)速可達(dá)5000轉(zhuǎn)以上，為保證進(jìn)排氣效率，都采用進(jìn)氣門和排氣門倒掛的形式，即頂置式氣門裝置。這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。但是，如果采用下置式或者中置式的凸輪軸，由于氣門與凸輪軸的距離較遠(yuǎn)，需要氣門挺桿和挺柱等輔助零件，造成氣門傳動機(jī)件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動機(jī)體積大，而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下還容易產(chǎn)生噪聲，而采用頂置式凸輪軸則可以改變這種現(xiàn)象。所以，現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)一般都采用了頂置式凸輪軸，將凸輪軸配置在發(fā)動機(jī)的上方，縮短了凸輪軸與氣門之間的距離，省略了氣門的挺桿和挺柱，簡化了凸輪軸到氣門之間的傳動機(jī)構(gòu)，將發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝方式可以減少整個系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動的質(zhì)量，提高了傳動效率。 謝辭 本論文設(shè)計在論文指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著論文指導(dǎo)老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，論文指導(dǎo)老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向論文指導(dǎo)老師表示深深的感謝和崇高的敬意。在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)順利完成畢業(yè)論文。同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 參考文獻(xiàn) [1]王明武編，內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪的研究與應(yīng)用[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.4：30-51. [2]崔國華編，計算方法[M]，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.5：12-53. [3]鄭人杰、殷人昆編，實用軟件工程[M]，北京：清華大學(xué)出版社，1997.9：23-49. [4]石永剛編，凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計[M]，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1995.5：39-83. [5]彭玉芳編，線性代數(shù)[M]，北京：高等教育出版社，1993.6：50-103. [6]盛祥耀編，高等數(shù)學(xué)(上,下) [M]，北京：高等教育出版社，1992.6：42-93. [7]吳宗澤編，機(jī)械設(shè)計使用手冊[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.3：145-152. [8]鄒慧君、傅祥志等編，機(jī)械原理[M]，北京：高等教育出版社,1999.3：125-134. [9]楊柯楨、程光蘊(yùn)編，機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M]，北京:高等教育出版社,1999.4：89-93.