汽车机械基础模块三

汽车机械基础模块三汽车常用构件知识点一机构的组成及运动简图知识点三凸轮机构知识点二平面连杆机构知识点四棘轮机构和螺旋机构知识点五回转件的运动分析能力目标•••••棘轮机构及螺旋机构在汽车及实际生活中的典型应用。模块三汽车常用构件模块三汽车常用构件案列导入早期的汽车是比较纯粹的机械系统，汽车发展到今天，其基体仍然是机械。机械是人类在生产中用以减轻或代替体力（脑力）劳动和提高生产率的主要工具，是机器和机构的总称。1—推杆；2—配气凸轮；3—配气齿轮；4—正时齿轮；5—曲轴；6—连杆；7—活塞；8—气缸体机器的共同特征（1）机器是人为的多个实体的组合。（2）各实体之间具有确定的相对运动。（3）能够变化或传递能量、物料和信息。模块三汽车常用构件模块三汽车常用构件机器的组成原始机部分执行部分传动部分控制部分机构的组成一、机器是由机构和零件组成的；机构是机器的基本组成部分，包含若干个零件；零件也是机器的基本组成部分，是从运动角度来分析，可以把机器看成是由若干个构件组成的。构件是机器运动的最小单元。构件可以是单个的零件，也可以是若干个零件的刚性组合体。知识点一机构的组成及运动简图1—连杆衬套；2—连杆体；3—连杆轴承；4—连杆盖；5—连杆螺栓知识点一机构的组成及运动简图1.运动副的概念运动副的概念和分类二、为使构件组成具有确定运动的机构，它们之间必须以某种方式连接起来。这种连接不应使它们只成为一个运动的单元体，而应保证机构之间仍能产生某些相对运动。由两构件直接接触组成的可动连接称为运动副。它限制了两构件之间的某些相对运动，而又允许有一些相对运动。知识点一机构的组成及运动简图2.运动副的分类1、2—构件知识点一机构的组成及运动简图机构中构件的分类和组成三、机构中固定于参考系的构件称为机架。它用来支承机构中的可动构件（机构中相对于机架运动的构件），并以它作为参考坐标系来研究其他可动构件的运动。1.机构2.主动件3.从动件机构中驱动力、驱动力矩或运动规律已知的构件称为主动件或原动件。它是机构中输入运动或动力的构件，又称为输入构件。机构中除了主动件和机架外，随着主动件的运动而运动的其余构件皆称为从动件。知识点一机构的组成及运动简图机构运动简图四、知识点一机构的组成及运动简图名称简图符号杆轴构件固定构件同一构件二副元素三副元素平面中所有构件间的相对运动均为平面运动且平面连杆机构被广泛用于汽车中的工作机构和控制机构。在平面连杆机构中具有四个构件（包含机架）的连杆机构称为四杆机构，具有五个构件的机构称为五杆机构，以此类推。其中平面四杆机构是最简单、最基本的平面连杆机构，不仅应用广泛，而且也是其他平面连杆机构的基础。知识点二平面连杆机构铰链四杆机构的组成一、构件间用四个转动副相连的平面四杆机构称为铰链四杆机构。其中固定不动的杆4称为机架；以转动副与机架相连的杆1和杆3称为连架杆；不与机架相连的杆2称为连杆。用转动副与机架相连并能绕机架旋转整圈的连架杆称为曲柄；用转动副与机架相连但不能绕机架旋转整圈的连架杆称为摇杆。1、3—连架杆；2—连杆；4—机架知识点二平面连杆机构铰链四杆机构的基本类型二、1.曲柄摇杆机构1—摇杆；2—连杆；3—曲柄1—摇杆；2—连杆；3—曲柄知识点二平面连杆机构2.双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。惯性筛机构知识点二平面连杆机构摄影车的升降机构正平行四边形机构知识点二平面连杆机构车门启闭机构逆平行四边形机构知识点二平面连杆机构3.双摇杆机构具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图（a）所示的港口起重机应用了双摇杆机构，其运动简图如图（bAB和CD摆动时，使连杆BC的延长点E在近似水平的直线上运动，可以避免因重物升降而引起的能量消耗。港口起重机及其运动简图知识点二平面连杆机构ABCD为双摇杆机构。两个前轮分别与两个摇杆AB、CD固接在一起，AD是车架，BC受驾驶员控制而左、右移动，为主动件。当BC左、右移动时，则带动摇杆AB、CD及与其固接在一起的车轮绕A、B两点转动，从而实现汽车的转向。汽车前轮转向机构的示意图知识点二平面连杆机构铰链四杆机构的基本特性三、1.曲柄存在的条件铰链四杆机构ABCD铰链四杆机构ABCD中，AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD为机架，各杆的长度分别为a、b、c、d。曲柄AB在回转一圈的过程中一定可以实现与机架AD共直线两次，即直线B1AD；也可重叠共线，即直线AB2D知识点二平面连杆机构知识点二平面连杆机构曲柄存在的条件（1）最长杆和最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（2）连架杆和机架中必有一个为最短杆。知识点二平面连杆机构根据曲柄存在的条件还可以做出如下的推论：如果铰链四杆机构中，最短杆与最长杆长度之和小于或（1（2）最短杆的相邻杆为机架时，该机构是曲柄摇（3）最短杆的对面杆为机架时，该机构是双摇杆机构。知识点二平面连杆机构2.急回运动特性图示的曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动件并作等速回转时，摇杆CD为从动件并作往复变速摆动，曲柄AB在回转一周的过程中有两次与连杆BC共线。知识点二平面连杆机构摇杆来回摆动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。K:急回特性系数θ:极位夹角，摇杆位于两极限位置时，曲柄所夹的锐角知识点二平面连杆机构3.传力特性1）压力角和传动角曲柄摇杆机构压力角和传动角衡量机构传力性能的特性参数是压力角。在不计摩擦力、惯性力和杆件的重力时，从动件上受力点的速度方向间所夹的锐角称为机构的压力角，用α表示。它的余角γ称为传动角。知识点二平面连杆机构2）死点位置曲柄摇杆机构的死点位置如图所示的曲柄摇杆机构，当摇杆CD为主动件，在曲柄与连杆共线的位置时（AB2C2位置），这时不论连杆BC对曲柄AB的作用力有多大，都不能使AB转动，机构的这种位置称为死点。知识点二平面连杆机构四杆机构中是否存在死点取决于从动件是否与连杆共线。对曲柄摇杆机构而言，当曲柄为主动件时，摇杆与连杆无共线位置，不出现死点；当以摇杆为主动件时，曲柄与连杆有共线位置，出现死点。知识点二平面连杆机构利用死点实现一定的工作知识点二平面连杆机构铰链四杆机构的演化四、1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构由曲柄摇杆机构演化而来。它是由曲柄、滑块和连杆通过移动副和转动副组成的平面四杆机构。当曲柄摇杆机构中的摇杆的长度趋于无穷大时，沿圆弧做往复运动的摇杆的外端点变成沿直线的往复运动，因此摇杆变成了沿导轨往复运动的滑块，曲柄摇杆机构就演化成曲知识点二平面连杆机构知识点二平面连杆机构曲柄滑块机构及其简图曲柄滑块机构的死点位置曲柄滑块机构的最小传动角示意图知识点二平面连杆机构2.偏心轮机构知识点二平面连杆机构偏心轮机构当要求滑块的行程H很小时，曲柄长度必须很小。此时，出于结构的需要，常将曲柄做成偏心轮，用e来替代曲柄的长度，曲柄滑块机构演化成偏心轮机构。在偏心轮机构中，滑块的行程等于偏心距的两倍，即H=2e，且一般以偏心轮为主动件。凸轮机构的应用一、凸轮机构在机械工业中是一种常用机构，例如，汽车发动机的配气机构通过凸轮机构来控制气门的开闭；柴油机的喷油泵供油、汽油泵的供油、分电器的配电等都要通过凸轮机构来控制。凸轮机构在机械自动化生产中应用更为广泛。知识点三凸轮机构1—凸轮；2—气门1—从动件；2—凸轮曲柄滑块机构的最小传动角示意图知识点三凸轮机构凸轮机构的传动特点二、（1）凸轮机构结构紧凑，只需改变凸轮的轮廓形状，就可以改变从动件的运动规律，容易实现复杂的运动规律，且可以实现高速启动，工作可靠、准确。（2）凸轮轮廓和从动件是点接触或线接触，容易磨损，多用于传递动力不大的场合。知识点三凸轮机构凸轮机构的分类三、1.按凸轮形状分类盘形凸轮圆柱凸轮移动凸轮知识点三凸轮机构2.按从动件的形式分类顶尖式从动件滚子式从动件平底式从动件知识点三凸轮机构凸轮与从动件的运动关系四、通常主动凸轮等速转动，从动杆做往复移动或摆动。从动杆的运动直接与凸轮轮廓曲线上各点向径的变化有关，而轮廓曲线上各点向径大小随凸轮转角的变化而变化，这种运动关系称为从动杆的运动规律。根据运动方程或运动线图即可绘制出凸轮的轮廓曲线。知识点三凸轮机构凸轮与从动件的关系知识点三凸轮机构凸轮从动件的常用运动规律五、1.等速运动规律等速运动规律当凸轮以等角速度ω转动时，从动杆在升程或回程的速度v为一常数，这种运动规律称为等速运动规知识点三凸轮机构2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律是从动杆在一个升程或回程中，前半段做等加速运动，后半段做等减速运动，通常加速度和减速度的绝对值相等。知识点三凸轮机构3.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律的加速度按余弦曲线变化。加速度曲线是余弦曲线，速度曲线是正弦曲线，而位移曲线是简谐运动曲线，故这种运动规律又称为简谐运动规律（质点在圆周上做等速运动，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动为变速运动，称为简谐运动）。知识点三凸轮机构知识点四棘轮机构和螺旋机构等速运动规律棘轮机构一、棘轮机构的主要功用是将主动件的连续转动转化为周期性的间歇运动，即时动时停。汽车的手制动（停车制动）以及各种单向离合器均使用了棘轮机构。知识点四棘轮机构和螺旋机构1.棘轮机构的工作原理和特点1—主动摇杆；2—棘爪；3—棘轮；4—制动棘爪；5—弹簧知识点四棘轮机构和螺旋机构2.棘轮机构的类型与应用知识点四棘轮机构和螺旋机构知识点四棘轮机构和螺旋机构汽车上常用的一种单向离合器汽车上常用的一种单向离合器可以看作是一种将棘轮做成槽形的棘轮机构。此机构由爪轮1、套筒2、弹簧顶杆3和滚柱4等知识点四棘轮机构和螺旋机构螺旋机构二、最基本的螺旋机构构件通过螺旋副连接的机构称为螺旋机构，用知识点四棘轮机构和螺旋机构1.螺旋机构的分类和应用（1）起重螺旋（2）传动螺旋（3）调整螺旋知识点四棘轮机构和螺旋机构3.螺旋机构的特点（1）当螺杆转过一周时，螺母只移动一个导程，而导程可以做得很小。故螺旋机构可以得到很大的减速比。（2）由于减速比大，当在主动件上施加一个不大的扭矩时，在从动件上可获得一个很大的推力，即螺旋机构具有很大的机械利益。（3）选择合适的螺旋升角可以使螺旋机构具有自锁性。（4）结构简单、传动平稳、无噪声等。（5）滑动螺旋的效率较低，特别是自锁螺旋的效率都低于50％。知识点四棘轮机构和螺旋机构3.螺旋传动的运动形式（1）螺母不动，螺杆转动并做直线运动。常用于（2）螺杆不动，螺母回转并做直线运动。常用于螺（3）螺杆原位转动，螺母做直线运动。常用于汽（4）螺母原位转动，螺杆往复运动。常用于游标卡尺的微调装置。知识点四棘轮机构和螺旋机构滚动螺旋机构在数控机床、直线电机、汽车转向和飞机起落架等机构中有着广泛应用。为了提高螺旋机构的传动效率，在螺杆与螺母的螺纹滚道间装上滚动体（常为滚珠，也有少数用滚子）。知识点四棘轮机构和螺旋机构回转件的平衡一、知识点五回转件的运动条件1.静平衡静平衡的条件是：回转件的质心与回转轴线重合。2.动平衡对于动不平衡的回转件，必须选择两个垂直于轴线的校正平面，并在这两个面上适当附加（去除）各自的平衡质量，使各质量产生的离心力与力偶矩都达到平衡，这种平衡称为动平衡（双面平衡）。回转件的平衡试验二、1.回转件的静平衡实验由静平衡原理可知，静不平衡的回转件的质心将偏离回转轴线，产生静力矩。利用静平衡架可测定回转件不平衡质径积的大小和方向，并由此确定平衡质量的大小和位置（根据回转件的特点，加平衡质量或在其相反方向减去质量），从而使其质心移到回转轴线上，即使其质心偏距为零，以达到静平衡的方法称为静平衡试验。知识点五回转件的运动条件常用的导轨式静平衡架静平衡试验原理图知识点五回转件的运动条件圆盘式静平衡架圆盘式静平衡架的主要部分为一对由两个圆盘组成的支承，圆盘又分别由滚动轴承支承于机架上。当回转件的轴搁置在圆盘支承上时，因圆盘可绕其几何中心转动，故回转件可以绕自己的轴心自由转动。该试验方法与导轨式静平衡架相同。这种静平衡架优点是有一端的支承高度可以调节，以适应两端轴径不等的回转体进行静平衡试验