偏置凸轮式进气控制机构的优化设计方法

摘要

本发明涉及一种偏置凸轮式进气控制机构的优化设计方法，其特征是：采用凸轮和凸轮轴呈一体的偏置凸轮式结构，通过凸轮曲面驱动顶针沿导槽作直线运动，优化凸轮偏心距和顶针接触曲面，使凸轮曲面驱动顶针满足推力等效及偏载均衡原则，实现小力臂大力矩功能，便于在狭窄空间内安装。有益效果：本方法可通过优化顶针接触曲面，使曲面‑曲面接触获得与曲面‑平面接触相同的推力，满足推力等效原则，并且能够使顶针接触曲面适应顶针圆柱半径的改变，得到合理的顶针圆柱半径尺寸；选择凸轮偏心距及顶针接触曲面半径，使压力角变化幅度最小，且沿顶针轴心线对称分布，满足偏载均衡原则；满足小力臂大力矩功能和结构紧凑性要求，便于在狭窄空间内安装。

主权项

一种偏置凸轮式进气控制机构的优化设计方法，其特征是：采用凸轮和凸轮轴呈一体的偏置凸轮式结构，通过凸轮曲面驱动顶针沿导槽作直线运动，优化凸轮偏心距和顶针接触曲面，使凸轮曲面驱动顶针满足推力等效及偏载均衡原则，实现小力臂大力矩功能，便于在狭窄空间内安装，具体设计方案如下：一.确定顶针最大行程1)根据结构受力大小及空间要求确定凸轮轴圆柱半径R1、凸轮基圆半径R2，凸轮为偏心轮，顶针接触面初定为平面,顶针圆柱半径待定；2)凸轮和顶针对心分布，使凸轮轴心点O、凸轮基圆圆心O、凸轮曲面圆心O₁分布在同一条直线上，且凸轮基圆、凸轮曲面、顶针接触平面相切于点A；3)凸轮曲面推动顶针接触平面向下运动，接触点由A滑动到B，则点A与点B之间的垂向距离，即顶针最大行程L，确定凸轮曲面半径R3，将R1、R2、R3作为已知条件，当凸轮转角范围为0°～90°时，使顶针最大行程L满足：L＝R3‑R2；当凸轮转角范围为0°～180°时，顶针最大行程为2L；二.确定凸轮偏心距1)当凸轮曲面圆心O₁绕凸轮基圆圆心O旋转90°时，令两圆心OO₁之间的距离为2e，OO₁的中垂线为偏置凸轮机构的实际顶针轴心线，则凸轮的偏心距为e，e＝L/2，接触点垂向行程等于顶针最大行程L；2)点A与点B之间的水平距离是顶针接触平面最小尺寸，即若顶针接触面为平面，则顶针圆柱半径须≥L/2；3)两圆心O、O₁之间的距离与顶针最大行程L相等，将线段OO₁的中垂线作为确定的顶针轴心线位置，则凸轮轴心点O与顶针轴心线的偏心距e＝L/2；三.确定顶针曲面半径1)设计顶针接触曲面：顶针圆柱半径为R4，且R4＜L/2，则将90°位置时的顶针圆柱右边缘线向上延伸至凸轮曲面，其交点作为接触面右极限位置B，连接O₁B并延长至顶针轴心线，交点O₂即为顶针接触曲面圆心，O₂B即为对应顶针接触曲面半径R5，以O₂为圆心、O₂B为半径作圆弧，则顶针圆柱两边缘线之间的圆弧即为实际与凸轮曲面接触的顶针接触曲面；或，将0°位置时的顶针圆柱左边缘线向上延伸至凸轮曲面，作为接触面左极限位置A，连接O₁A并延长至顶针轴心线，交点O₂即为顶针接触曲面圆心O₂A，O₂A＝O₂B；2)根据顶针圆柱半径R4确定顶针接触曲面半径R5，使顶针接触曲面与凸轮曲面相切，接触面法线通过凸轮曲面圆心O₁和顶针接触曲面圆心O₂；四.确定最大压力角当凸轮曲面绕凸轮基圆O旋转至90°时，顶针最大行程为L，O₁O₂与顶针轴心线形成的压力角最大，为θ，在0°时对应的压力角也为θ；0°～90°范围内，凸轮曲面推动顶针接触平面向下运动，接触点由起始位置A点滑动到终点位置B点，达到顶针最大行程L，在此过程中，O₁O₂与顶针轴心线形成的压力角始终≤θ；当凸轮曲面绕凸轮基圆O旋转至180°时，顶针最大行程为2L，O₁O₂与顶针轴心线形成的压力角仍为θ，在0°～180°范围内，当凸轮曲面推动顶针下行时，凸轮曲面与顶针接触曲面的接触点由起始点A滑动到B点，再由B点滑回终点A，达到最大行程2L，在此过程中，O₁O₂与顶针轴心线形成的压力角始终≤θ。