汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)

電 子 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）論文題目：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心（或辦學(xué)單位）：電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)老師：樊磊 職 稱： 講師 學(xué)生姓名：周勇 學(xué) 號(hào): V07642942153專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院制網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2009年 5月 1日電 子 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求： 本文是對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)論述，其中對(duì)凸輪軸的凸輪設(shè)計(jì)做了 詳細(xì)講解，要求對(duì)現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的性能更高，通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí) 現(xiàn)它的性能。時(shí)間： 2009 年 2 月8 日 至 2009 年 5 月 10 日 共 13 周學(xué)習(xí)中心：（或辦學(xué)單位）電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心學(xué)生姓名：周勇 學(xué) 號(hào)：V07642942153專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化指導(dǎo)單位或教研室：電子科技大學(xué)重慶學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)教師： 樊磊 職 稱： 講師電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院制網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院2009年 3月 20日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字2月8日至3月2日確定題目良好3月2日 至 3月25日收集資料良好3月25日至 4月1日整理資料良好4月1日 至 4月8日初步成稿良好4月8日 至 4月18日請(qǐng)老師修改良好4月18日至 4月28日格式整理良好4月28日至 5月10日校稿并交稿良好教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評(píng) 簽名 年 月 日 本表作評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期檢查記錄表學(xué)生填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 周勇 學(xué)號(hào)：V07642942153專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 層次:專升本教學(xué)中心名稱: 電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)教師姓名及職稱: 樊磊 老師教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)時(shí)間及地點(diǎn):電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育重慶學(xué)習(xí)中心檢查教師填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目工作量飽滿一般不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目涉及知識(shí)點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目?jī)r(jià)值很有價(jià)值一般價(jià)值不大學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度填寫(xiě)情況學(xué)生出勤情況及出勤的考核辦法學(xué)生與指導(dǎo)教師見(jiàn)面接受指導(dǎo)次數(shù)學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差教師畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)日志是否齊全其他檢查內(nèi)容：存在問(wèn)題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日教學(xué)中心意見(jiàn):學(xué)院審核意見(jiàn)(加蓋公章):年 月 日摘要內(nèi)燃機(jī)凸輪軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動(dòng)，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(dòng)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(dòng)與噪聲越小；凸輪軸與挺柱間的接觸應(yīng)力越?。粷?rùn)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(duì)配氣凸輪軸設(shè)計(jì)與制造的要求越來(lái)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(xiàng)動(dòng)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(jì)算復(fù)雜，而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)關(guān)，有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對(duì)上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(dòng)小，噪聲低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的新型配氣凸輪形線方程，是一個(gè)極其重要的研究課題。凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動(dòng)化的一種主要驅(qū)動(dòng)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(jì)水平。在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)的需要，我在凸輪輪廓曲線方程試上對(duì)各指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性。同時(shí)還對(duì)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(duì)凸輪設(shè)計(jì)優(yōu)化起到了很好的效果。關(guān)鍵詞 凸輪軸 發(fā)動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)AbstractI.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(dòng)機(jī)凸輪軸的配置2第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動(dòng)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(jì)論述4第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計(jì)4第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)4結(jié)束語(yǔ)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(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，專門負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣，并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸直接通過(guò)搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，發(fā)動(dòng)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(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，維修起來(lái)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(dòng)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(gè)以上氣門時(shí)，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(guò)頂桿驅(qū)動(dòng)，但因氣門在進(jìn)氣道中所處位置不同，所以不能保持動(dòng)作的精確性，效果要稍差一些，而后者則無(wú)此缺點(diǎn)，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(lái)推出的新型發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種形式。一般來(lái)說(shuō)，DOHC的運(yùn)動(dòng)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(duì)配置較簡(jiǎn)易、使用耐久性較好，既可以適應(yīng)一般客戶的動(dòng)力性要求，也可以適應(yīng)其對(duì)經(jīng)濟(jì)性的要求。第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的配置第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要標(biāo)志汽車發(fā)動(dòng)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(rùn)滑系，電氣系和機(jī)體等組成，大大小小零件有近千個(gè)，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?jiàn)“凸輪軸”這個(gè)名詞出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能欄里面。 凸輪軸是屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)將新鮮的可燃混合氣充入氣缸，并及時(shí)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(dòng)件，專門驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉。各種車型發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。目前發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)上凸輪軸的有幾個(gè)不同配置。我們來(lái)談?wù)剮讉€(gè)通用部件。你可能聽(tīng)到過(guò)這些術(shù)語(yǔ)：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(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)每頭有一個(gè)凸輪。如果是一個(gè)單列式四氣缸或單列式六氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，這里會(huì)有一個(gè)凸輪。如果是V-6或V-8發(fā)動(dòng)機(jī)，這里會(huì)有二個(gè)凸輪。凸輪開(kāi)動(dòng)搖臂按到閥門上，打開(kāi)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(jiān)固因?yàn)榘l(fā)動(dòng)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(jiān)固，閥門可能會(huì)脫離搖臂同時(shí)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(dòng)機(jī)上，凸輪由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)一根到皮帶或鏈條，稱為正時(shí)皮帶或正時(shí)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(shí)皮帶斷了，凸輪會(huì)停止旋轉(zhuǎn)，活塞會(huì)撞到排氣閥上。 二、雙頂置式凸輪軸的配置一個(gè)雙頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)每頭有兩個(gè)凸輪。所以單列式發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)凸輪，V發(fā)動(dòng)機(jī)有四個(gè)凸輪。通常雙頂置式凸輪軸用于每個(gè)氣缸有四個(gè)或更多閥門的發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)凸輪軸不能驅(qū)動(dòng)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(dòng)更自由，因?yàn)樗懈嗫梢粤魍ǖ纳獭＿@就增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。就像頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和雙頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，在推桿發(fā)動(dòng)機(jī)閥門位于頂部，在氣缸的上面。在推桿發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵區(qū)別是凸輪位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體內(nèi)部而不是在氣缸的頂部。凸輪驅(qū)動(dòng)推桿經(jīng)過(guò)氣缸箱體并進(jìn)入氣缸頂部移動(dòng)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(dòng)機(jī)速度；頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)取消了推桿，從而使更快速度的發(fā)動(dòng)機(jī)成為可能。推桿發(fā)動(dòng)機(jī)中的凸輪通常由齒輪或短鏈驅(qū)動(dòng)。齒輪驅(qū)動(dòng)通常與皮帶驅(qū)動(dòng)相比不易斷裂，所以在頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)?？吹健?三、可變式氣門正時(shí) 這里有幾種凸輪制造商改變氣門正時(shí)的辦法。用在本田發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)稱為可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC） 可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC）是本田發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)電子機(jī)械系統(tǒng)，它能允許發(fā)動(dòng)機(jī)有多個(gè)凸輪軸。VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)額外的進(jìn)氣凸輪并有一個(gè)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(dòng)機(jī)速度較低時(shí)，這個(gè)搖臂不與任何閥門相連。在高速時(shí)，活塞鎖住額外搖臂，讓兩個(gè)搖臂控制兩個(gè)進(jìn)氣閥。 一些汽車采用先進(jìn)的氣門正時(shí)裝置。這不會(huì)使閥門升程更大，它打開(kāi)和閉合它們更遲。它通過(guò)旋轉(zhuǎn)凸輪幾度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如果進(jìn)氣閥通常在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)后旋轉(zhuǎn)90度關(guān)上，總的持續(xù)時(shí)間為200度。打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間可以通過(guò)在凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)到前面一點(diǎn)的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移。所以可以在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)后旋轉(zhuǎn)210度關(guān)上。在隨后20度時(shí)關(guān)閉閥門是好的，但如果它能在進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)增加持續(xù)時(shí)間會(huì)更好。但已經(jīng)有一個(gè)做到一點(diǎn)的好方法。凸輪在發(fā)動(dòng)機(jī)上有一個(gè)三維形狀可以隨凸輪的長(zhǎng)度而變化。在凸輪的一端是一個(gè)較不靈巧的凸輪形狀，而在另一端是一個(gè)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(gè)機(jī)構(gòu)能側(cè)面地滑動(dòng)整個(gè)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(dòng)機(jī)速度和載荷增加逐漸側(cè)面地滑動(dòng)凸輪，從而氣門正時(shí)被優(yōu)化。一些發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正在試驗(yàn)氣門正時(shí)無(wú)限可變系統(tǒng)。比如，想象每個(gè)閥門有一個(gè)電磁開(kāi)關(guān)，它能過(guò)計(jì)算機(jī)而不是凸輪控制打開(kāi)和關(guān)閉閥門。有了這類系統(tǒng)，你就能在發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到最大的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。盼望將來(lái)能實(shí)現(xiàn)的東西。第三章 設(shè)計(jì)論述第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)凸輪軸凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動(dòng)，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(dòng)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(dòng)與噪聲越小；凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力越?。粷?rùn)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(duì)配氣凸輪設(shè)計(jì)與制造的要求越來(lái)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(xiàng)動(dòng)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(jì)算復(fù)雜，而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)關(guān)，有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對(duì)上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(dòng)小，噪聲低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的新型配氣凸輪形線方程，是一個(gè)極其重要的研究課題。凸輪機(jī)構(gòu)是工程中用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動(dòng)化的一種主要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)。就凸輪而言，必須進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)水平。在解析法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)的需要，我在凸輪輪廓曲線方程試上對(duì)各指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了外部輸入。從而提高了設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性。同時(shí)還對(duì)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(duì)凸輪設(shè)計(jì)優(yōu)化起到了很好的效果。詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)凸輪曲線方程進(jìn)行求導(dǎo)處理，然后對(duì)得出來(lái)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(huì)圖，把凸輪輪廓畫(huà)出來(lái)。第二節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(jì)方法設(shè)計(jì)圓柱凸輪的展開(kāi)輪廓。本節(jié)分別介紹用幾何法和解析法設(shè)計(jì)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(jì)原理以尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪和從動(dòng)件都在運(yùn)動(dòng)。為了在圖紙上畫(huà)出凸輪輪廓曲線，應(yīng)當(dāng)使凸輪與圖紙平面相對(duì)靜止，為此，可采用如下的反轉(zhuǎn)法（如圖2）：使整個(gè)機(jī)構(gòu)以角速度(-w)繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)果是從動(dòng)件與凸輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不改變，但凸輪固定不動(dòng)，機(jī)架和從動(dòng)件一方面以角速度(-w)繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)從動(dòng)件又以原有運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種關(guān)系，不難求出一系列從動(dòng)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(dòng)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(dòng)從動(dòng)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(diǎn)K為從動(dòng)件導(dǎo)路線與偏距圓的切點(diǎn)，導(dǎo)路線與基圓的交點(diǎn)B0(C0)便是從動(dòng)件尖底的初始位置。 （2）將位移線圖s-f的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別作若干等分（圖中各為四等分）。 （3）自O(shè)C0開(kāi)始，沿w的相反方向取推程運(yùn)動(dòng)角(1800)、遠(yuǎn)休止角(300)、回程運(yùn)動(dòng)角(1900)、近休止角(600)，在基圓上得C4、C5、C9諸點(diǎn)。將推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分成與從動(dòng)件位移線圖對(duì)應(yīng)的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8諸點(diǎn)。 （4）過(guò)C1、C2、C3等作偏距圓的一系列切線，它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的一系列位置。 （5）沿以上各切線自基圓開(kāi)始量取從動(dòng)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?。愕玫剿蟮耐馆嗇喞€。 圖2 凸輪輪廓曲線（二）滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)首先取滾子中心為參考點(diǎn)，把該點(diǎn)當(dāng)作尖底從動(dòng)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(diǎn)為中心畫(huà)一系列滾子，最后作這些滾子的內(nèi)包絡(luò)線h（對(duì)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(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的實(shí)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(guò)程可知，在滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，即得對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。這時(shí)，偏距圓的切線化為過(guò)點(diǎn)O的徑向射線，其設(shè)計(jì)方法與上述相同。 （三）平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪實(shí)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(diǎn)B0為參考點(diǎn)，將它看作尖底，運(yùn)用尖底從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)方法求出參考點(diǎn)反轉(zhuǎn)后的一系列位置B1、B2、B3等；其次，過(guò)這些點(diǎn)畫(huà)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(shí)際輪廓曲線。由于平底上與實(shí)際輪廓曲線相切的點(diǎn)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(diǎn)的距離b'和b''。 從作圖過(guò)程不難看出，對(duì)于平底直動(dòng)從動(dòng)件，只要不改變導(dǎo)路的方向，無(wú)論導(dǎo)路對(duì)心或偏置，無(wú)論取哪一點(diǎn)為參考點(diǎn)，所得出的直線族和凸輪實(shí)際輪廓曲線都是一樣的。 圖4 凸輪實(shí)際輪廓曲線（四）擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 以尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（如圖5）為例。 圖5 尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知凸輪以等角速w順時(shí)針回轉(zhuǎn)，凸輪基圓半徑為r0，凸輪與擺動(dòng)從動(dòng)件的中心距為a，從動(dòng)件長(zhǎng)度l，從動(dòng)件最大擺角ymax，以及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(gè)機(jī)構(gòu)以(-w)繞O轉(zhuǎn)動(dòng)后，凸輪不動(dòng)，一方面機(jī)架上的支承A將以(-w)繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面從動(dòng)件仍按原有規(guī)律相對(duì)機(jī)架擺動(dòng)。因此，這種凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)可按下述步驟進(jìn)行： （1）將y-f線圖的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)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(diǎn)B0(C0)（如要求從動(dòng)件推程逆時(shí)針擺動(dòng)，B0在OA0右方；反之，則在左方），它便是從動(dòng)件尖底的起始位置。 （3）以O(shè)為中心及OA0為半徑畫(huà)圓。沿(-w)方向順次取1800、300、900、600。再將推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角各分為與圖b對(duì)應(yīng)的等分，得A1、A2、A3等。它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)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(kāi)始，向外量取與位移線圖對(duì)應(yīng)的從動(dòng)件擺角y1、y2、y3等，得從動(dòng)件相對(duì)于凸輪的一系列位置A1B1、A2B2、A3B3等。 （5）將點(diǎn)B1、B2、B3等連成光滑曲線，便得到尖底擺動(dòng)從動(dòng)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(shí)，應(yīng)將從動(dòng)件做成彎桿以避免干涉。 同前所述，如采用滾子或平底從動(dòng)件，那么上述B1、B2、B3等點(diǎn)即為參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。過(guò)這些點(diǎn)作一系列滾子或平底，最后作其包絡(luò)線便可得到實(shí)際輪廓曲線。 （五）擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪展開(kāi)成平面后便成為移動(dòng)凸輪（如圖6所示），因此，可以用平面凸輪的設(shè)計(jì)方法來(lái)繪制其展開(kāi)輪廓曲線。 圖6 圓柱凸輪展開(kāi)成平面圖已知平均圓柱半徑rm，從動(dòng)件長(zhǎng)度l，滾子半徑rT，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律y=y(f)及凸輪回轉(zhuǎn)方向，其展開(kāi)輪廓曲線可近似繪制如下： （1）作OA線垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線，作OAB0=ymax/2，從而得出從動(dòng)件的初始位置AB0。再根據(jù)yf線圖畫(huà)出從動(dòng)件的各個(gè)位置AB1'、AB2'、AB3'等。 （2）取線段B0B0之長(zhǎng)為2prm。沿(-v1)方向?qū)0B0分為與從動(dòng)件位移線圖橫軸對(duì)應(yīng)的等分，得點(diǎn)C1、C2、C3等，過(guò)這些點(diǎn)畫(huà)一系列中心在OA線上、半徑等于l的圓弧。 （3）自B1'作水平線交過(guò)C1的圓弧于點(diǎn)B1，自B2'作水平線交過(guò)C2的圓弧于點(diǎn)B2等。將B0、B1、B2等連成光滑曲線，便得到展開(kāi)圖的理論輪廓曲線。 （4）以理論輪廓曲線上諸點(diǎn)為圓心畫(huà)一系列滾子，而后作兩條包絡(luò)線，即得該凸輪展開(kāi)圖的實(shí)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(dòng)件作平面圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾子將以不同深度插入凸輪槽中。由于上述設(shè)計(jì)過(guò)程未考慮滾子與凸輪之間在從動(dòng)件擺動(dòng)軸線方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此所得凸輪機(jī)構(gòu)，其從動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律在理論上即存在偏差，所以是一種近似設(shè)計(jì)方法。欲消除設(shè)計(jì)偏差，必須對(duì)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(duì)空間運(yùn)動(dòng)關(guān)系，采用解析法對(duì)凸輪輪廓曲面進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。 （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(dòng)件最大擺角 （2）使從動(dòng)件的中間位置AB與凸輪軸線交錯(cuò)垂直 （3）取從動(dòng)件擺動(dòng)軸線與凸輪軸線之間的距離為（1）式所示 （1）直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可看作是擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的特例，其凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法與上述類似，但凸輪理論輪廓曲線無(wú)需修正。 二、解析法 （一）直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，偏距e、基圓半徑r0和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=s(f)均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)、從動(dòng)件推程運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閤軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為獲得統(tǒng)一的計(jì)算公式，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h和從動(dòng)件偏置方向系數(shù)d，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)h=1，逆時(shí)針時(shí)h=-1；經(jīng)過(guò)滾子中心的從動(dòng)件導(dǎo)路線偏于y軸正側(cè)時(shí)d=1，偏于y軸負(fù)側(cè)時(shí)d=-1，與y軸重合時(shí)d=0。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過(guò)角f時(shí)，滾子中心將自點(diǎn)B0外移s到達(dá)B'(s+s0,de)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點(diǎn)B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)角f，即得凸輪理論輪廓曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 圖7 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，基圓半徑r0、從動(dòng)件長(zhǎng)度l、中心距a和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律y=y(f)均已給定。以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為原點(diǎn)、OA為x軸正向建立右手直角坐標(biāo)系。為使計(jì)算公式統(tǒng)一，引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)h和從動(dòng)件推程擺動(dòng)方向系數(shù)d，并規(guī)定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)h=1，逆時(shí)針時(shí)h=-1；從動(dòng)件推程擺動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)d=1，逆時(shí)針時(shí)d=-1。當(dāng)凸輪自初始位置轉(zhuǎn)過(guò)角f時(shí)，從動(dòng)件擺過(guò)角y，滾子中心由B0到達(dá)B'a-lcosd(y0+y),lsind(y0+y)。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將點(diǎn)B'沿凸輪回轉(zhuǎn)相反方向繞原點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)角f，便可得到凸輪理論輪廓曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(shí)際輪廓曲線方程 滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)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(shí)際輪廓曲線的參數(shù)方程。式中：上面一組加、減號(hào)表示一條外包絡(luò)線，下面一組加、減號(hào)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(yǔ)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(dòng)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(dòng)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?dú)忾T挺桿和挺柱等輔助零件，造成氣門傳動(dòng)機(jī)件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)一般都采用了頂置式凸輪軸，將凸輪軸配置在發(fā)動(dòng)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(jiǎn)化了凸輪軸到氣門之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將發(fā)動(dòng)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(gè)系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，提高了傳動(dòng)效率。謝辭本論文設(shè)計(jì)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(xiě)作過(guò)程，無(wú)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(xiě)作期間，論文指導(dǎo)老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)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(huì)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(lái)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(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)順利完成畢業(yè)論文。同時(shí)，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)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(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)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(guó)華編，計(jì)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(shí)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(jì)M，上海：上海科學(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) 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