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柴油機凸輪從動件特點和運動規(guī)律曲線圖
發(fā)布時間:2024-04-23 14:34:33  ▏閱讀:

 

 

新聞主題

康明斯柴油發(fā)動機凸輪軸從動件特點和運動規(guī)律曲線圖


摘要:凸輪機構(gòu)是一種柴油發(fā)動機中重要的機械傳動裝置,主要由凸輪,從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu),凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,一般為主動件作等速回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)直線運動。凸輪從動件的位移S、速度V和加速度A隨時間(或凸輪轉(zhuǎn)角)的變化變化規(guī)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(qū)動從動件沿著一定的軌跡進(jìn)行運動,從而實現(xiàn)柴油機配氣機構(gòu)傳動的功能。因此,從動件的運動規(guī)律特點及應(yīng)用是柴油機凸輪機構(gòu)設(shè)計的一個重要考慮因素。

 

一、凸輪機構(gòu)的分類

 

1、按凸輪的形狀

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

2、按從動件的形式

      滾子從動件、平底(或弧底)從動件、尖頂從動件等,如圖2所示。

(1)尖頂從動件:

      外形如圖2(a)所示。從動件的尖端能夠與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸,從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。這種從動件結(jié)構(gòu)簡單,但尖端處易磨損,故只適用于速度較低和傳力不大的場合。

(2)滾子從動件:

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

(3)平底從動件:

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

(4)曲面從動件:

       為了克服尖端從動件的缺點,可以把從動件的端部做成曲面,稱為曲面從動件。這種結(jié)構(gòu)形式的從動件在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

3、按封閉的方式不同

      為了保證凸輪機構(gòu)正常工作,必須使凸輪與從動件始終保持接觸,這種作用稱為封閉(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便,但凸輪經(jīng)常承受一個附加的壓力,所以只適用于小型和載荷不大的凸輪機構(gòu)。

(2)利用凸輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉

      這種封閉形式最簡單,但加大了凸輪的尺寸和重量。同時,在運動過程中,滾子往往與凸輪槽兩過交替接觸,滾子經(jīng)常變換轉(zhuǎn)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(gòu)。

 

凸輪軸輪廓形狀.png

圖1  柴油機凸輪軸輪廓形狀

柴油機凸輪從動件分類.png

圖2  柴油機凸輪從動件分類

 

二、凸輪軸從動件的優(yōu)缺點

 

      凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)的傳動特點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便,只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?,就可以使從動件實現(xiàn)預(yù)期運動規(guī)律的空間運動。

1、優(yōu)點

(1)構(gòu)件少,運動鏈短,結(jié)構(gòu)簡單緊湊

      為了使從動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件傳遞確定的運動,為確動凸輪的一種。一般情況下凸輪是主動的,但也有從動或固定的凸輪。多數(shù)凸輪是單自由度的,但也有雙自由度的劈錐凸輪。凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,最適用于要求從動件作間歇運動的場合。

(2)可塑性強

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

(3)操作安全

      凸輪的設(shè)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

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

2、缺點

(1)點、線接觸,易于磨損

      從動件與凸輪作點接觸或線接觸,有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸,可實現(xiàn)任意運動,但尖端易磨損,適用于傳力較小的低速機構(gòu)中。

(2)加工難度高

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

(3)運轉(zhuǎn)過程中的慣性力

      在凸輪高速旋轉(zhuǎn)時,會產(chǎn)生慣性力,使凸輪產(chǎn)生橫向振動,進(jìn)而影響機械設(shè)備的工作效果。

      綜合來看,盡管凸輪具有一些缺點,但其優(yōu)點仍然非常突出。對于柴油機來說,凸輪仍然是不可替代的重要機械元件之一。當(dāng)然,在實際應(yīng)用過程中,我們需要根據(jù)不同的工作條件和要求來對凸輪的使用進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),以提高其效率和使用壽命。

 

三、凸輪從動件運動規(guī)律

 

       凸輪從動件運動規(guī)律一般有四種,通常從動件的位移s、速度v和加速度a的變化規(guī)律,全面反映了從動件的運動特性和動力特性的變化規(guī)律,運行特性比較如表1所列。凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移、速度、加速度隨時間(或凸輪轉(zhuǎn)角)的變化(規(guī)律)情況。當(dāng)把位移、速度、加速度作為縱坐標(biāo),時間(或凸輪轉(zhuǎn)角)作為橫坐標(biāo),以曲線的形式來表達(dá)它們之間的關(guān)系時,就分別稱為位移線圖(如圖3所示)、速度線圖和加速度線圖。

表1    凸輪從動件運行規(guī)律特性比較

運動規(guī)律
Vmax
(hω/σ0)X
αmax
(hω/σ20)X
沖擊
推薦應(yīng)用范圍
等速
1.0
剛性
低速輕載
等加等減速
2.0
4.0
柔性
中速輕載
五次多項式
1.88
5.77
高速中載
余弦加速度
1.57
4.93
柔性
中速中載
正弦加速度
2.0
6.28
高速輕載
啓進(jìn)正弦加速度
1.76
5.53
高速重載

1、等速運動

      從動件在推程(回程)中的速度v=常數(shù)。修正方法如下:

      在運動規(guī)律的兩端,因為存在著嚴(yán)重的沖擊現(xiàn)象,雖然由于凸輪機構(gòu)材料本身的彈性,使這種運動規(guī)律在工作中能夠應(yīng)用,但由于沖擊的存在,工作的噪音大。所以,為改善這一狀況,可以改變運動線圖中的兩端,使其緩和過渡,以減少沖擊。修正的措施,就是在曲線的兩端加上兩段圓弧過渡,圓弧半徑通??梢匀/2,MN為兩圓弧的內(nèi)公切線(回程類同),如圖4所示。這樣加速度在曲線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、等減速運動規(guī)律,在前半程用等加速運動規(guī)律,后半程采用等減速運動規(guī)律,兩部分加速度絕對值相等。

3、余弦加速度運動

      余弦加速度運動規(guī)律的加速度曲線為1/2個周期的余弦曲線,位移曲線為簡諧運動曲線(又稱簡諧運動規(guī)律),如圖4所示。

4、正弦加速度

      運動規(guī)律的加速度曲線是連續(xù)的,沒有任何沖擊,可用于高速。

      從動件的運動規(guī)律特點主要表現(xiàn)在其運動形式、運動速度和加速度等方面。從動件的運動形式通常為直線運動或圓周運動,其運動速度和加速度的大小主要取決于凸輪的參數(shù)和從動件的特性。例如,當(dāng)凸輪的參數(shù)定死后,從動件的運動速度和加速度就可以通過調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來達(dá)到所需的目標(biāo)。 

 

柴油機凸輪從動件運動規(guī)律圖.png

柴油機凸輪從動件運動規(guī)律圖

凸輪修正后的等速運動位移線圖.png

凸輪修正后的等速運動位移線圖

柴油機凸輪轉(zhuǎn)角運動速度諾謨圖.png

柴油機凸輪轉(zhuǎn)角運動速度諾謨圖

柴油機凸輪轉(zhuǎn)角運動平衡諾謨圖.png

柴油機凸輪轉(zhuǎn)角運動平衡諾謨圖

 

 四、康明斯凸輪從動件零件圖

 

      凸輪是一種具有特殊形狀的旋轉(zhuǎn)零件,通常為圓柱體或圓盤狀。它在周向上具有不規(guī)則的突起部分,稱為凸起或凸面。凸輪通常由高強度材料制成,以保證其在高速旋轉(zhuǎn)時能夠承受較大的載荷。從動件是凸輪機構(gòu)中被凸輪驅(qū)動的部分,它通過與凸輪的接觸,實現(xiàn)往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運動。常見的從動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的裝置,它將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線或曲線運動。搖桿是一種通過與凸輪接觸并繞固定點旋轉(zhuǎn)的裝置,它將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為角度變化。

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

表2  凸輪軸從動件     Camshaft Follower    BP 4026

 凸輪從動件零件圖-柴油發(fā)電機組.png

級別
LV

零件號
Part Number

圖上標(biāo)號
Ref No

零件名稱Part Name

數(shù)量
Req

中文

英文

02

AR10627 CE

 

凸輪軸從動件

FOLLOWER,CAMSHAFT

6

03

205439

1

卡環(huán)

RING,RETAINING

2

03

AR10626

 

軸和管塞

SHAFT&PLUG

1

04

205227

11

碗形塞

PLUG,EXPANSION

2

04

205301

10

凸輪從動件軸

SHAFT,CAM FOLLOWER

1

03

3039163 B

 

凸輪從動件

LEVER,CAM FOLLOWER

1

04

205068

4

噴油凸輪從動件滾輪銷

PIN,CAM FOLLOWER

1

04

205438

 

滾輪鎖緊鋼絲

LOCKWIRE,CAM ROL

1

04

213559

6

凸輪軸從動件凹頭

SOCKET CAM FOLLOW

1

04

3016825

5

凸輪從動件滾輪

ROLLER,CAM FOLLOW

1

04

3655377

2

噴油凸輪從動件分總成

LEVER,CAM FOLLOWER

1

03

3039164 B

 

凸輪從動件

LEVER,CAM FOLLOWER

2

04

205071

8

氣門凸輪從動件滾輪銷

PIN,CAM FOLLOWER

1

04

205438

3

滾輪鎖緊鋼絲

LOCKWIRE,CAM ROL

1

04

213559

6

凸輪軸從動件凹頭

SOCKET CAM FOLLOW

1

04

3016826

9

凸輪從動件滾輪

ROLLER,CAM FOLLOWER

1

04

3655378

7

氣門凸輪從動件分總成

LEVER,CAM FOLLOW

1

02

MP 4987

 

凸輪從動件安裝

FOLLOWER,CAMSHAFT

6

03

127362

19

平墊圈

WASHER,PLAIN

2

03

3002886

13

凸輪從動件螺栓

SCREW,CAMFOLLOWER

2

03

3002993

16

定位環(huán)

DOWEL,RING

2

03

S 604

18

彈簧墊圈

WASHER,LOCK

2

02

3628755

12

凸輪從動件蓋

COVER CAMSHAFT

4

02

MP 5297

 

凸輪從動件蓋安裝

COVER,CAM FOLLOWER

6

03

S 602

19

平墊圈

WASHER,PLAIN

4

03

3010596

14

帶墊圈螺栓

SCREW,CAPTIVE WAS

2

03

3040721

17

凸輪從動件襯墊

GASKET,CAM FOL HOUSING

1

03

S 126

15

六角螺栓

SCREW,HEXAGON HEAD CAP

2

03

S 604

18

彈簧墊圈

WASHER,LOCK

2

02

205492

21

推桿

ROD,PUSH

12

02

3017961

20

噴油推桿

ROD,PUSH

6


總結(jié):

      凸輪機構(gòu)從動件的應(yīng)用非常廣泛,主要用于涉及到機械工程、發(fā)電柴油機等各個領(lǐng)域。從動件的設(shè)計和應(yīng)用,可以提高機械傳動的精度、效率和可靠性,從而滿足各種柴油機配氣機構(gòu)傳動的要求。總結(jié)起來,凸輪機構(gòu)從動件運動規(guī)律特點及應(yīng)用,對于實現(xiàn)柴油機傳動功能有著重要的作用。此外,在機械工程領(lǐng)域中,凸輪機構(gòu)從動件的應(yīng)用,還可以涉及到各種不同的機械工程領(lǐng)域。 


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