新聞主題	康明斯柴油發(fā)動(dòng)機凸輪軸從動(dòng)件特點(diǎn)和運動(dòng)規律曲線(xiàn)圖

摘要：凸輪機構是一種柴油發(fā)動(dòng)機中重要的機械傳動(dòng)裝置，主要由凸輪，從動(dòng)件和機架三個(gè)基本構件組成的高副機構，凸輪是一個(gè)具有曲線(xiàn)輪廓或凹槽的構件，一般為主動(dòng)件作等速回轉運動(dòng)或往復直線(xiàn)運動(dòng)。凸輪從動(dòng)件的位移S、速度Ｖ和加速度A隨時(shí)間（或凸輪轉角）的變化變化規律是由凸輪輪廓的形狀、凸輪的尺寸決定的。凸輪的作用是驅動(dòng)從動(dòng)件沿著(zhù)一定的軌跡進(jìn)行運動(dòng)，從而實(shí)現柴油機配氣機構傳動(dòng)的功能。因此，從動(dòng)件的運動(dòng)規律特點(diǎn)及應用是柴油機凸輪機構設計的一個(gè)重要考慮因素。

 

一、凸輪機構的分類(lèi)

 

1、按凸輪的形狀

      凸輪具有曲線(xiàn)輪廓（如圖1所示）或凹槽，有盤(pán)形凸輪、圓柱凸輪和移動(dòng)凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線(xiàn)是空間曲線(xiàn)，因而屬于空間凸輪。

2、按從動(dòng)件的形式

      滾子從動(dòng)件、平底（或弧底）從動(dòng)件、尖頂從動(dòng)件等，如圖2所示。

（1）尖頂從動(dòng)件：

      外形如圖2（a）所示。從動(dòng)件的尖端能夠與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現任意的運動(dòng)規律。這種從動(dòng)件結構簡(jiǎn)單，但尖端處易磨損，故只適用于速度較低和傳力不大的場(chǎng)合。

（2）滾子從動(dòng)件：

       外形如圖2（b）所示。為減小摩擦磨損，在從動(dòng)件端部安裝一個(gè)滾輪，把從動(dòng)件與凸輪之間的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，因此摩擦磨損較小，可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力，故這種形式的從動(dòng)件應用很廣。

（3）平底從動(dòng)件：

      外形如圖2（c）所示。從動(dòng)件與凸輪輪廓之間為線(xiàn)接觸，接觸處易形成油膜，潤滑狀況好。此外，在不計摩擦時(shí)，凸輪對從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的平底，受力平穩，傳動(dòng)效率高，常用于高速場(chǎng)合。缺點(diǎn)是與之配合的凸輪輪廓必須全部為外凸形狀。

（4）曲面從動(dòng)件：

       為了克服尖端從動(dòng)件的缺點(diǎn)，可以把從動(dòng)件的端部做成曲面，稱(chēng)為曲面從動(dòng)件。這種結構形式的從動(dòng)件在生產(chǎn)中應用較多。

3、按封閉的方式不同

      為了保證凸輪機構正常工作，必須使凸輪與從動(dòng)件始終保持接觸，這種作用稱(chēng)為封閉（或鎖合）。

（1）力封閉

      利用重力、彈簧力或其它外力進(jìn)行封閉。這種封閉方式比較簡(jiǎn)便，但凸輪經(jīng)常承受一個(gè)附加的壓力，所以只適用于小型和載荷不大的凸輪機構。

（2）利用凸輪結構進(jìn)行封閉

      這種封閉形式最簡(jiǎn)單，但加大了凸輪的尺寸和重量。同時(shí)，在運動(dòng)過(guò)程中，滾子往往與凸輪槽兩過(guò)交替接觸，滾子經(jīng)常變換轉向，不利于滾子的輪槽的潤滑，易于磨損。所以只適用于中、低速輕載的凸輪機構。

 

圖1  柴油機凸輪軸輪廓形狀

圖2  柴油機凸輪從動(dòng)件分類(lèi)

 

二、凸輪軸從動(dòng)件的優(yōu)缺點(diǎn)

 

      凸輪機構結構的傳動(dòng)特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、緊湊、設計方便，只需設計適當的凸輪輪廓，就可以使從動(dòng)件實(shí)現預期運動(dòng)規律的空間運動(dòng)。

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）構件少，運動(dòng)鏈短，結構簡(jiǎn)單緊湊

      為了使從動(dòng)件與凸輪始終保持接觸，可采用彈簧或施加重力。具有凹槽的凸輪可使從動(dòng)件傳遞確定的運動(dòng)，為確動(dòng)凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動(dòng)的，但也有從動(dòng)或固定的凸輪。多數凸輪是單自由度的，但也有雙自由度的劈錐凸輪。凸輪機構結構緊湊，最適用于要求從動(dòng)件作間歇運動(dòng)的場(chǎng)合。

（2）可塑性強

      凸輪具有良好的可塑性和適應性，因此能夠滿(mǎn)足不同的工作條件，適用于各種機械設備。

（3）操作安全

      凸輪的設計能夠確保機械運行的安全，大大減少柴油機機械故障的發(fā)生。

（4）使用壽命長(cháng)

      凸輪制作材料可以是高強度合金，使其具有長(cháng)久的使用壽命和較高的耐磨損能力。

2、缺點(diǎn)

（1）點(diǎn)、線(xiàn)接觸，易于磨損

      從動(dòng)件與凸輪作點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸，有滾子從動(dòng)件、平底從動(dòng)件和尖端從動(dòng)件等。尖端從動(dòng)件能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現任意運動(dòng)，但尖端易磨損，適用于傳力較小的低速機構中。

（2）加工難度高

      凸輪的加工工藝比較復雜，需要高水平的加工技術(shù)和設備，因此制造成本較高。

（3）運轉過(guò)程中的慣性力

      在凸輪高速旋轉時(shí)，會(huì )產(chǎn)生慣性力，使凸輪產(chǎn)生橫向振動(dòng)，進(jìn)而影響機械設備的工作效果。

      綜合來(lái)看，盡管凸輪具有一些缺點(diǎn)，但其優(yōu)點(diǎn)仍然非常突出。對于柴油機來(lái)說(shuō)，凸輪仍然是不可替代的重要機械元件之一。當然，在實(shí)際應用過(guò)程中，我們需要根據不同的工作條件和要求來(lái)對凸輪的使用進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以提高其效率和使用壽命。

 

三、凸輪從動(dòng)件運動(dòng)規律

 

       凸輪從動(dòng)件運動(dòng)規律一般有四種，通常從動(dòng)件的位移s、速度v和加速度a的變化規律，全面反映了從動(dòng)件的運動(dòng)特性和動(dòng)力特性的變化規律，運行特性比較如表1所列。凸輪機構從動(dòng)件的運動(dòng)規律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨時(shí)間（或凸輪轉角）的變化（規律）情況。當把位移、速度、加速度作為縱坐標，時(shí)間（或凸輪轉角）作為橫坐標，以曲線(xiàn)的形式來(lái)表達它們之間的關(guān)系時(shí)，就分別稱(chēng)為位移線(xiàn)圖（如圖3所示）、速度線(xiàn)圖和加速度線(xiàn)圖。

表1    凸輪從動(dòng)件運行規律特性比較

1、等速運動(dòng)

      從動(dòng)件在推程(回程)中的速度v=常數。修正方法如下：

      在運動(dòng)規律的兩端，因為存在著(zhù)嚴重的沖擊現象，雖然由于凸輪機構材料本身的彈性，使這種運動(dòng)規律在工作中能夠應用，但由于沖擊的存在，工作的噪音大。所以，為改善這一狀況，可以改變運動(dòng)線(xiàn)圖中的兩端，使其緩和過(guò)渡，以減少沖擊。修正的措施，就是在曲線(xiàn)的兩端加上兩段圓弧過(guò)渡，圓弧半徑通?？梢匀/2，MN為兩圓弧的內公切線(xiàn)（回程類(lèi)同），如圖4所示。這樣加速度在曲線(xiàn)的兩端就變成較小的有限值，沖擊也變成有限值。

2、等加速-等減速

      如圖3所示，等加速、等減速運動(dòng)規律，在前半程用等加速運動(dòng)規律，后半程采用等減速運動(dòng)規律，兩部分加速度絕對值相等。

3、余弦加速度運動(dòng)

      余弦加速度運動(dòng)規律的加速度曲線(xiàn)為1/2個(gè)周期的余弦曲線(xiàn)，位移曲線(xiàn)為簡(jiǎn)諧運動(dòng)曲線(xiàn)（又稱(chēng)簡(jiǎn)諧運動(dòng)規律），如圖4所示。

4、正弦加速度

      運動(dòng)規律的加速度曲線(xiàn)是連續的，沒(méi)有任何沖擊，可用于高速。

      從動(dòng)件的運動(dòng)規律特點(diǎn)主要表現在其運動(dòng)形式、運動(dòng)速度和加速度等方面。從動(dòng)件的運動(dòng)形式通常為直線(xiàn)運動(dòng)或圓周運動(dòng)，其運動(dòng)速度和加速度的大小主要取決于凸輪的參數和從動(dòng)件的特性。例如，當凸輪的參數定死后，從動(dòng)件的運動(dòng)速度和加速度就可以通過(guò)調整機構的結構參數來(lái)達到所需的目標。 

 

柴油機凸輪從動(dòng)件運動(dòng)規律圖	凸輪修正后的等速運動(dòng)位移線(xiàn)圖
柴油機凸輪轉角運動(dòng)速度諾謨圖	柴油機凸輪轉角運動(dòng)平衡諾謨圖

 

 四、康明斯凸輪從動(dòng)件零件圖

 

      凸輪是一種具有特殊形狀的旋轉零件，通常為圓柱體或圓盤(pán)狀。它在周向上具有不規則的突起部分，稱(chēng)為凸起或凸面。凸輪通常由高強度材料制成，以保證其在高速旋轉時(shí)能夠承受較大的載荷。從動(dòng)件是凸輪機構中被凸輪驅動(dòng)的部分，它通過(guò)與凸輪的接觸，實(shí)現往復或旋轉運動(dòng)。常見(jiàn)的從動(dòng)件有凸輪追蹤器和搖桿。凸輪追蹤器是一種與凸輪接觸并沿其周向移動(dòng)的裝置，它將凸輪的旋轉運動(dòng)轉換為直線(xiàn)或曲線(xiàn)運動(dòng)。搖桿是一種通過(guò)與凸輪接觸并繞固定點(diǎn)旋轉的裝置，它將凸輪的旋轉運動(dòng)轉換為角度變化。

      以下為適用于KTA19-G2/ G3等柴油發(fā)動(dòng)機機型的康明斯凸輪從動(dòng)件零件清單。

表2  凸輪軸從動(dòng)件     Camshaft Follower    BP 4026

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