2汽车常见四杆机构

节目录2.1曲柄连杆机构2.2转向传动机构2.3四杆机构的特性菜单2.2汽车常见四杆机构1）掌握汽车机械中常用传动机构的工作原理、特点、选用及其设计计算方法。2）具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。3）了解使用、维护和管理机械设备的一些基础知识。本篇的学习目标•为什么汽车能转向自如？•为什么雨天刮雨器能把汽车前窗水滴刮干净？•为什么汽车转弯不与地面打滑？•为什么卡车能自卸翻斗？•为什么汽车车门能开关自如？•这就是汽车中存在许许多多的平面连杆机构。导入：概述连杆机构——用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形式之间的转换。连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基础。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。汽车的转向机构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。一、平面连杆传动机构是由若干个构件用低副联接并作平面运动的机构。二、平面连杆传动机构特点运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较长；表面形状简单，易于加工、成本较低。1曲柄机构平面连杆机构的应用：实例3：发动机活塞连杆机构实例2：汽车刮雨器实例1：机车车轮联动机构三、铰链四杆机构当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图1所示。2134连杆机架连架杆连架杆连杆机架图1曲柄:能做整周转动的连架杆。摇杆：仅能在某一角度摆动的连架杆。按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构铰链四杆机构基本型式：1、曲柄摇杆机构:铰链四杆机构中，若两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆。功能：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。图2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。图3所示为缝纫机的踏板机构。图2雷达天线俯仰角调整机构图3缝纫机的踏板机构曲柄为从动件，机构工作时会出现什么现象？2、双曲柄机构图4插床双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。固定轴大齿轮小齿轮DC123A图5平行四边形机构及其不确定性在双曲柄中常见的是平行四边形机构，但平行四边形会出现运动的不确定。B1C1B3C'3C2C3AD213B2平行四边形机构利用错列机构克服平行四边形机构不确定性状态机车联动机构CBAD机车驱动轮联动机构惯性筛机构利用辅助曲柄消除平行四边形机构的运动不确定状态车门启闭机构平行四边形机构的应用例子图7车门启闭机构CBAD机车驱动轮联动机构惯性筛机构惯性筛图8所示为起重机机构.3、双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。功能:将一种摆动转换成另一种摆动。图8港口起重机231EA4DB双摇杆机构应用实例：飞机起落架图9飞机起落架两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。2转向传动机构汽车前轮转向机构汽车转向机构方向盘是怎样把运动传递给车轮的呢？补充：一、铰链四杆机构类型的判别铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各杆的相对长度和机架的选择。如图10各杆长度以l1、l2、l3、l4表示。为了保证曲柄1整周回转，曲柄1必须能顺利通过与机架4共线的两个位置AB’和AB’’。图10曲柄存在的条件分析当曲柄处于AB’时，形成三角形B’C’D。根据三角形两边之和必大于第三边，可得l2≤（l4-l1）+l3l3≤（l4-L1）+l2即：l1+l2≤l3+l4l1+l3≤l2+l4当曲柄处于AB”位置时，形成三角形B”C”D。可写出以下关系式：l1+l4≤l2+l3将以上三式两两相加可得：l1≤l2l1≤l3l1≤l4曲柄存在的必要条件：(2)连架杆和机架中必有一个是最短杆。（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。根据以上分析可知：如何得到不同类型的铰链四杆机构？当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链四杆机构。（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时：为曲柄摇杆机构图11431BACrD432ABC（2）取最短杆为机架为双曲柄机构。其连架杆2和4均为曲柄BACDa（3）最短杆的对边（杆3）为机架（最短杆为连杆）两连架杆2和4都不能整周转动故图所示为双摇杆机构。2341BACDro铰链四杆机构存在曲柄的必要条件最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，为双摇杆机构。二、铰链四杆机构的演化1.回转副转化成移动副曲柄摇杆机构曲柄滑块机构演化：回转副D→移动副图12曲柄滑块机构的演化铰链四杆机构的演化：曲柄滑块机构类型偏置曲柄滑块机构，e≠0，滑块运动线与曲柄回转中心不共线；对心曲柄滑块机构，e=0，滑块运动线与曲柄回转中心共线；应用：活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。特点：曲柄等速回转，滑块具有急回特性。１２４３滑块导杆ＢＡＣ１２３ＢＡＣe•曲柄滑块机构的应用：自动送料机构2．导杆机构图a）所示为曲柄滑块机构。若取曲柄为机架，则为演变为导杆机构，如图b）所示。a.若L1L2，则为转动导杆机构。b.若L1L2，则为摆动导杆机构。图13牛头刨床的摆动导杆机构回转导杆机构（简易刨床的主运动机构）实例3．摇块机构图a）所示的为曲柄滑块机构。若取杆2为固定件，即可得图c）所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。图14自卸卡车翻斗机构及其运动简图摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如图16所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故称为摇块。4．定块机构若取块3为固定件，即可得图d）所示的固定滑块机构或称定块机构。图a）所示曲柄滑块机构。1234ABC()B()B4123BCA4123BCA4123BCA4123BCA图15所示为抽水唧筒机构及其运动简图5．偏心轮机构图示为偏心轮机构。A、B之间的距离e称为偏心距。e在图示的曲柄滑块机构中，将转动副B扩大，则图a所示的曲柄滑块机构，可等效为图b所示的机构。6．双滑块机构曲柄滑块机构演化为具有两个移动副的四杆机构，称为双滑块机构。曲柄移动导杆机构将圆弧槽mm的半径逐渐增至无穷大，则图2b所示机构就演化为图示的机构。此时连杆2转化为沿直线mm移动的滑块2；转动副c则变成为移动副，滑块3转化为移动导杆。（1）两个移动副不相邻，如图示。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。（2）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关连，如图示。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。（3）两个移动副相邻，且均不与机架相关连，如图示这种机构的主动件1与从动件3具有相等的角速度。滑块联轴器滑块联轴器就是这种机构的应用实例，它可用来连接中心线不重合的两根轴。（4）两个移动副都与机架相关连。所示椭圆仪就是这种机构的例子。当滑块1和3沿机架的十字槽滑动时，连杆2上的各点便描绘出长短不同的椭圆。椭圆仪曲柄摇杆机构的主要特性有。1.急回特性2.压力与传动角3.死点3四杆机构的特性1．急回运动如图27所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。图27曲柄摇杆机构的急回特性当曲柄由AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角1=180+，这时摇杆由C1D摆到C2D，摆角为；而当曲柄顺时针再转过角度2=180-时，摇杆由C2D摆回C1D，其摆角仍然是。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等(12);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1t2)，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程，这时铰链C的平均速度是v1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回至C1D为空回行程，这时C点的平均速度是v2=C1C2/t2，v1v2，表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复式运输机等机械就利用这种急回特性作用：来缩短非生产时间，提高生产率。急回特性可用行程速比系数K表示，即180180//212112122112tttCCtCCvvK整理后，可得极位夹角的计算公式：11180KKθ↑K↑急回特性越显著——导致机器动载↑冲击↑一般：K≤2，∴θ为锐角。1)压力角a(分析)从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。a愈小，Fn越小，机构传动性能愈好。Ft——有效分力Fn——有害分力CvtFnFFcostFFsinnFF2．压力角和传动角图28压力角与传动角2)传动角——连杆与从动件所夹的锐角=900-a。越大，机构的传动性能越好，一般min≥40°,高速大功率机械min≥50°。3)最小传动角的位置曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。是连杆机构的重要动力指标；在机构运转时是变化的；max＝900时，＝0→Ft=F太小易自锁，限制min，以保证机构正常工作。(分析)CvtFnFF3)最小传动角的位置曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。平面四杆机构的最小传动角位置：在曲柄摇杆机构，如以摇杆3为原动件，而曲柄1为从动件，连杆2与曲柄1共线，这种位置称为死点。机构处于压力角=90（传力角=0）的位置时，驱动力的有效力为0。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。3．死点死点的缺陷：死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象。可以利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的脚踏机构。死点的应用：如图所示工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F后，工件依然被可靠地夹紧。死点利用死点夹紧工件的夹具A1BC23DPN5