项目3凸轮与间歇运动机构要点详解.pdf

项目3 设计内燃机配气机构凸轮轮廓轮廓曲线 汽车上最常见的汽油机与柴油机都属于往复活塞式内燃机，内燃机工作时，气缸的内 空气与燃料的混合气在点火装置的引燃条件下，产生燃烧、膨胀，高压气体推动曲柄连杆机 构产生扭矩，再通过曲轴对外做功，使燃料的化学能转化为曲轴旋转的动能。往复活塞式内 燃机的工作周期被分为进气、压缩、做功、排气共四个过程。通过进气与排气，将燃料与工 作介质进行更换，执行和完成这一套动作的核心即是凸轮机构。本项目从了解内燃机配气凸 轮机构入手，解读凸轮机构的功能和结构特点，然后学习盘形凸轮的手工和电子制图，最后 学习关于其它间歇运动机构的知识。 任务 1 熟悉内燃机配气机构 1.1任务目标 【知识目标】 1.理解内燃机配气机构中凸轮机构的特点与功能原理； 2.理解凸轮与其它机构配合可实现的运动； 【技能目标】 1. 能够根据凸轮形状分析运动轨迹； 【课时建议】 4学时 1.2任务引入 内燃机车配气机构是凸轮机构运动副最典型的应用场景之一，通过凸轮的旋转，配合从 动件产生所需的规律性运动，有序控制适时开闭进气门和排气门，控制内燃机进气与排气。 那么凸轮到底是一种什么样的零件，如何组成一类运动机构实现运动轨迹控制的呢？ 图3.1 内燃机配气机构 1.3相关知识点 1.3.1 内燃机工作时进出气门的工作过程描述 当发动机启动，启动马达带动曲轴旋转，随着活塞正常运转后，凸轮轴随即通过链条 获得由曲轴输出的旋转动力，凸轮推动进、排气门上下往复式运动，形成开闭状态来吸入新 鲜空气或释放燃烧后的废气。由于在凸轮两侧布置着进、排气门，所以当凸轮每旋转一周则 会分别控制进、排气门各自开启一次，而当凸轮轴上的凸轮旋转脱离气门瞬间，气门就会失 去推动力然后自动由弹簧关闭严密。在我们常见的四冲程 （进气、压缩、做功、排气）发动 机中，进、排气门仅分别在进气和排气冲程时开启，而在每个进、排气循环过程中，控制进、 排气门的两根凸轮轴分别旋转1圈，带动它们的曲轴则需要旋转2 圈，即曲轴与凸轮轴的 传动比为2:1。 图3.2 内燃机配气机构工作示意图 上图所示的内燃机配气机构凸轮轴的布置位置是顶置式的，是内燃机凸轮轴主流的位 置布置方式。中置式和下置式在结构上距气门较远，所以通常辅以气门推杆对气门进行控制， 目前这两种布置方式仅在一些大型发动机或摩托车上能看到。凸轮轴顶置式配气机构，最常 见的组合就是双顶置凸轮轴16气门（Double Overhead Camshaft 16Valve，DOHC 16V）结 构，其特点是凸轮轴和进、排气门采用顶置式，每气缸4气门，进、排气门分别由两根独立 的凸轮轴分别控制开闭。由于凸轮轴和曲轴各自处于发动机的顶端和低端，而为了降低运转 噪音和维护成本，目前已有大多数轿车发动机都是采用这种配气机构，比如大众POLO、铃 木利亚纳、福特福克斯以及标致307。 1.3.2凸轮机构的组成 从动件 凸轮 机架 图3.3 凸轮机构示意图 凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架几个基本构件组成，其接触一般是线或点接触， 属于高副运动机构。凸轮是曲面形态，可连接的几何形状可有多种，因此可以实现和完成比 较复杂的运动。 1.3.3凸轮机构的分类与应用 凸轮机构应用广泛，根据其自身形状、从动件形状和接触方式可以做如下划分： 1.根据凸轮形状进行分类 （1）盘型凸轮 盘型凸轮呈现非规则盘状，在绕固定轴线转动时，具有不断变化的径向尺寸，可与从动 件配合实现设定动作。盘型凸轮结构简单，应用最为广泛，如内燃机配气机构、胶印机递纸 装置、间歇式自运动机械等。 应用举例： 图3.4 盘行凸轮与凸轮轴 平底从动件 滚子从动件 a)