图 2-4. 等加速 - 等速型缓冲段
图 2-5. 余弦 型缓 冲段 - 等速 型缓 冲段在现 -
在以上两种缓冲段类型中，通过比较等加速
代汽车发动机中更为常用，特别是在高速发动机中基本采用等加速 等速型缓冲段凸轮。 其主要是由于安装误差、 加工误差以及气门变化 方面的原因，实际气门开启时刻或挺柱开始移动时刻不能准确的保证 在缓冲段结束，工作段开始 的时 刻。采用等加速 - 等速 型缓 冲段时， 只需要将气门间隙合理的控制， 就能保证气门的开启加速度和落座加
迟。 由于以上方面的原因， 没有缓冲段的凸轮， 会使气门气门初速度由零 在短时间内变的很大， 这样会产生很大的冲击力， 容易导致零件变形， 损坏零件。 （ 2）凸轮缓冲段参数的确定 1）缓冲段高度 H 0 进气门开启 H 0 进气门关闭 H0 排气门开启
H0
L0
L0
F0
F 0
C0
i
C 0
（ 2-12 ）
力比 速
度小，正惯性
较小，不易发生 飞脱 现象，凸轮桃尖 处的 接触应力也比其他方式
设计出来的型线小。②加速 度曲 线为连续曲线，它的冲 击力 小，可以 适用于高 速发 动机。③方程形式比 较简 单， 可以用于非对称凸 轮设 计。 ④负家虚 度曲 线平缓，与气门弹簧的适应性好。正加速度值很大 c. 低次方组合多项式型线。它的特点有①时间断面较大，各段 宽度可调节的范围很大，设计时可以灵活改动，更为方便。②三阶以 上导数不连续，对平稳性有很大影响。 ③它只适用于对称凸轮的设计。 圆弧凸轮也需要设置缓冲段。 通常是将基圆半径减掉一个缓冲段 高度即可， 得到的实际基圆 r 0，然后让实际基圆与工作段平滑的连接 在一起，这个过渡段即为凸轮缓冲段。 由于圆弧凸轮设计的凸轮丰满系数较高， 为简单，所以本次设计选用圆弧凸轮进行设计。 对于圆弧凸轮，如图所示，它一般由时段圆弧和六段圆弧组成，
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重庆理工大学
第二十四届“开拓杯”学生课外学术科技作品竞赛 参赛作品
作品名称：
配气凸轮型线设计
作品类别：
A
类别：
A B C 自然科学类学术论文 科技发明制作 哲学社会科学类学术论文与社会调查报告
2016 年重庆理工大学研究生开拓杯
配气凸轮型线设计 摘要： 配气机构是内燃机重要组成部分， 它控制着内燃机的换气过程， 其设计优劣直接影响着内燃机的动力性， 经济性和排放性以及工作可 靠性。今年来随着内燃机的高速化，低排放化的趋势，人们对其配气 机构的性能要求越来越高。 而凸轮型线配气机构的核心部分， 其设计 的合理性影响着配气机构的各个性能指标。 凸轮型线的设计既要保证 又要保证加速度 68 获得尽可能的大时面值和丰满系数以提高换气效率， 的配气凸轮，并对其性能做出相应的评价。 关键词 ：配气机构 凸轮升程 凸轮型线 Abstract: Air distribution process of the internal has a direct the internal as well as work reliability. mechanismis an important part of the combustion engine, the design of which This year, with of the gas distribution the high speed of agencies are of its air design
曲线连续，、无突变。本次论文针对以上情况，设计出一款缸径为
internal combustion engine, which controls the gas exchange impact on the engine power, economy and emissions combustion engine, the trend of low emission, the
2
2* （ 13-5.3-15*
=427.3mm
排气凸轮腹弧半径：
R1
13
2
15.8
2
2*13 * 15.8* cos 60 -4.9 cos 60 ）
2
2* （ 13-4.9-15.8*
=473.1mm
算出腹弧半径后，即可根据图（ 2-15 ）所示的符号规则，按照下列式 子计算任意时刻的圆弧凸轮的平面挺柱运动规律。
hti D0i cos hti hti
,, ,
ci
ri D0i sin D0i cos
预紧 时刻
在发动机设计中
第一种方法更为较多的被采用，本次设计也将采用第一种方法。
R，通过查阅设计手册其值一般在
R=
13mm 。
，
力后才能开始 正 常运动。
3）由于气缸内存 在气 压力，气压 力的 作用和气门弹簧预紧力的作用 有一定的相似性， 它们都是阻止气门的开启， 使气门开启有一定的延
2
2016 年重庆理工大学研究生开拓杯
t c 2
缓冲段包角 Φ0 30°
等加速段包 角Φ 01 20°
等速段保 包角Φ 02 10°
（ 2-16 ）
01
上式中， c 为二 次项 系数，可通过边 界调 节确定；Φ 段的包角。其中： 等速段： ht =vo（ψ c- Φ 01） +h01 其中：Φ 0=30° 在式（ 2-17 ）中，有边界条件：ψ vo=0.01mm/( ° ) 据此可以得到：
c
为凸 轮等 加速
Φ 01 = 20 ° Φ 01 ≤ψ c≤Φ 0 （ 2-17 ）
=30°时 ht = H0=0.20mm 。 且已知
h01 =ht - v o（ψ c - Φ 01 ） =0.2-0.01* （ 30-10 ） =0.1mm 在式（ 2-16 ）中，有边界条件： Φ 01=20°； h01 =0.1mm 据此可以得到： c=h / Φ =0.1/20 2 =0.00025mm/(° ) 2
7. 缓冲段等速段凸轮升程曲线
凸轮型线工作段的设计方法目前有三种方式： a. 圆弧 凸轮 设计方法。 它 的特 点有：加速 度曲 线近似为矩形， 凸轮 型线丰满系数 &fm 高，但它 的缺 点是加速度曲线不 连 续，冲击也 比较 严 重，这种设计方 法 不适合用于高 速发 动机。 b. 高次方多项 式凸 轮型线。它的特点有①负加
evaluation on its performance. Key word: Valve train Cam lift Cam profile 1. 凸轮设计的基本原则
1
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凸轮的设计即凸轮外 轮廓 线的设计，凸轮 廓 线有两种表示方法： （ 1）型线式， 给出 凸轮对应的挺柱升程曲线以及基圆半径， （ 2）外型式，给出轮廓形的几何形状和曲线方程。两种方法的都能 清楚的表示出凸轮的轮廓。 它们没有什么本质的区别， 外型线能直接 反映出凸轮的轮廓， 看起来更为直接方便， 而型线式的优点是可以直 接反映出气门等从动件的运动规律， 在设计配气机构是， 需要对配气 机构的性能进行计算， 这时就需要气门开启和关闭的规律， 在生产过 程也需要的是气门的运动规律， 因此，型线式具备方便加工和计算简 介的优点， 在一般的设计中也常被采用， 所以本文将按照型线式的方 式表示。 2. 配气凸轮的外形设计的两种方法 （ 1）先选定凸轮与挺柱的形式，然后求出挺柱和气门的升程、 加速度、速度以及时间面值， 再根据这些参数所选的凸轮的几何形状 进行校核。 （ 2）从保证较大的时间面积值和较好的配气机构动力学特性出 发，先预定挺柱的生成规律然后再求出其几何形状。 3. 基圆半径的确定 凸轮型线是从基圆开始绘制的， 从保证配气机构能够具备的刚性 条件出发选择它的基圆半径 （ 1.5~2.5 ） xhmax 的范围。 基圆半径： R=(1.5~2.5)x8=12~20mm 基圆的设定可根据具体结构大小而定，本次设计设定为 4. 凸轮缓冲段设计 （ 1）缓冲段的设计的基本要求 1） 由于存在气门间隙 L0， 气 门实 际开启时刻要落后于挺柱运动 所以必须设计一段缓冲段减少冲击。 2） 由于气 门弹 簧具备一定的预紧力 F0， 机 构在 一开始要压缩弹簧 使其 变形，等弹性变形力克服了气门弹簧
排气凸轮：弧顶圆与基圆圆心距：
， 0
- r 2=7.7+13-4.9=15.8mm
2r=
r0
2
D02
2 r0 （
，
2
r2
2
r2
D02 cos θ ）
（ 2-18 ）
将以上参数代入公式可得： 进气凸轮腹弧半径：
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R1
13
2
15
2
2*13 * 15* cos 60 -5.3 cos 60 ）
mechanism. The design of
that the face value and fullness coefficient are obtained as much as possible to improve the ventilation efficiency, but also to ensure that the acceleration curve is continuous, and there is no mutation. design This paper, in view of the above situation, cam, and make the corresponding a bore 68 of the
顶弧 r 2（排气凸轮） 凸轮最大升程 气） hm（进
4.9mm
缓冲段高度 H0
0.2mm
7.3mm
工作半包角θ 顶弧 r 2 （进气凸 轮）
60° 5.3mm
凸轮最大升程 气）
hm（排