第3章--汽车常用机构

第3章汽车常用机构知识目标1.掌握机构及运动副的概念；2.掌握平面连杆机构的基本形式及应用特点；3.掌握凸轮机构的基本形式及应用特点。能力目标1.能够描述汽车中常用到的平面连杆机构和凸轮机构的具体形式及特点；2.能够对汽车中的连杆机构和凸轮机构进行运动分析；3.培养学生具体分析常用机构应用的能力。第3章汽车常用机构主要内容3.1汽车常用机构的组成3.2平面连杆机构3.3凸轮机构3.1汽车常用机构的组成3.1.1机器与机构1.机器组成机器就其生产制造而言是由若干个零件组装而成的，是用来产生、转换或利用机械能的装置。它能减轻或替代人类劳动，是人类文明的标志，在人们的生产和生活中广泛使用着各种机器。例如，飞机、轮船、火车、各种机床、计算机等。3.1汽车常用机构的组成•机器组成•机器由动力部分、传动部分、控制部分和执行部分4部分组成。•动力部分：为机器提供运动和动力源；•执行部分：直接实现机器预定的运动；•控制部分：控制机器的其他各部分，随时实现或重置各种预定的功能；•传动部分：用来传递运动和动力，并改变运动大小和运动形式。典型轿车构造图3.1汽车常用机构的组成2.机器与机构•机器的三个特征•1）由多个构件组成；•2）各构件间具有确定的相对运动；•3）能够完成有效的机械功或变换机械能。•机构只具有机器的前两个特征齿轮9、齿轮10组成的齿轮机构；由曲轴6、连杆5、活塞2组成的曲柄滑块机构；由凸轮7、挺杆8组成的凸轮机构等3.1汽车常用机构的组成3.1.2构件与零件•构件：机器最小的运动单元体•零件：机器不可再分的最小制造单元体构件可以是一个零件，如曲轴；也可以是有多个零件组成的刚性连接体如连杆。内燃机的连杆连杆体螺栓螺母连杆盖•通用零件：在各种机器中经常使用的零件。如：螺栓、螺母•专用零件：仅在特定类型机器中使用的零件，如：内燃机用的活塞，曲轴。零件分类3.1.3运动副1.低副两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。转动副（或铰链）两构件只能在一个平面内作相对转动移动副两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。2.高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。3.2平面连杆机构3.2.1铰链四杆机构的类型3.2.2铰链四杆机构的基本特性在此机构中，AD固定不动，称为机架；AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆；BC称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。是平面四杆机构的基本型式，其它四杆机构都是由它演变得到的。构件之间都是转动副连接的平面四杆结构称为铰链四杆机构3.2.1铰链四杆机构的类型曲柄摇杆机构☆两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。摇杆为主动件时，则可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。1.铰链四杆机构的基本型式曲柄为主动件时，可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。图7-3缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构牛头刨床进给机构(a)局部结构图;(b)曲柄摇杆机构运动简图1—主动齿轮;2—从动齿轮;3—连杆;4—摇杆（棘爪）;5—棘轮;6—丝杠;7—机架正平行四边形机构蒸汽机车的车轮联动机构双曲柄机构两个连架杆都能作整周回转运动振动筛（也称为惯性筛）在双曲柄机构中，如果组成四边形的对边长度分别相等，即，则根据曲柄相对位置的不同，可得到正平行四边形机构和反平行四边形机构。反平行四边形机构车门启闭机构ADBCCDAB,双摇杆机构两连架杆均为摇杆飞机起落架机构起重机中重物平移机构汽车前轮转向机构(等腰梯形机构)汽车转向传动机构1—转向器2—转向摇臂3—转向直拉杆4—转向节臂5—梯形臂6—转向横拉杆双摇杆机构双摇杆机构应用实例：2．基本类型判断铰链四杆机构存在曲柄的条件：•①最短杆与最长杆的长度之和，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是最短杆。四杆机构类型判断条件：•①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则有：•取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆件为机架时，得双摇杆机构。•②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，因无曲柄存在则不论取何杆为机架，得到均是双摇杆机构。（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D432ABC431BACr（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（3）取最短杆的对边（杆3）为机架（即最短杆为连杆）两连架杆2和4都不能整周转动，为双摇杆机构3．汽车机械常见其他形式的四杆机构（1）曲柄滑块机构曲柄滑块机构活塞连杆机构（改变构件的形状和长度）☆一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块（2）摇块机构摇块机构则是由曲柄滑块机构改变机架的位置演化而得摇块机构自卸汽车翻斗机构3.2.2铰链四杆机构的基本特性1．四杆机构运动特性曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件作等速回转运动时，摇杆为从动件作往复变速摆动，曲柄在回转一周过程中有2次与连杆共线，这时摇杆分别处在左、右两个极限位置、。在此两极限位置时曲柄所在的直线间所夹的锐角为极位夹角。当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回时速度相对较大，这种性质称为机构的急回特性。急回运动急回特性可用行程速比系数K表示，即可得极位夹角的计算公式：：2．四杆机构传力特性压力角：从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。传动角连杆与从动件所夹的锐角g=900-a。gCvtFnFFggmax＝900时，＝0→Ft=Fg太小易自锁，限制gmin，以保证机构正常工作。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。死点在曲柄摇杆机构，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g=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。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。死点的应用工件夹紧装置：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。3.3凸轮机构3.3.1凸轮机构的组成和特点3.3.2凸轮机构的常见类型3.3.3从动件常用运动规律3.3.4凸轮结构凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。内燃机凸轮式内燃机配气机构3.3.1凸轮机构的组成和特点自动车床上的走刀机构1、组成：凸轮，从动件，机架2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动3、特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律(1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计；(2)高副接触，易磨损4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构3.3.2凸轮机构的常见类型1、按凸轮的形状和运动分类(1)、盘形回转凸轮(2)、平板移动凸轮(3)、圆柱回转凸轮2、按从动件的形状分类(1)、尖顶从动件(2)、滚子从动件(2)、平底从动件3、按从动件的运动形式摆动从动件移动从动件3.3.3常用的从动件运动规律1.凸轮传动的工作过程★基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。★推程、推程运动角：★推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角δ变化）的规律。★远休、远休止角：★回程、回程运动角：★近休、近休止角：★行程：h'ss0★位移：s=r-r0's'02、常用的从动件运动规律等速运动规律0//110dtdvaCdtdsvCCs运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚性冲击。推程运动线图：适用场合：低速、轻载。等加速等减速运动规律22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs★运动方程式一般表达式：运动特性：当采用等加速等减速运动规律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为柔性冲击。适用场合：中速、轻载。简谐运动规律（余弦加速度运动规律）：简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。运动特性：这种运动规律的加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击。适用场合：中速、中载。小结：等速运动规律：有刚性冲击低速轻载等加速等减速运动：柔性冲击中速轻载余弦加速度运动规律：柔性冲击中低速重载运动规律运动特性适用场合3.3.4凸轮结构1．凸轮机构材料主要失效形式为：磨损、疲劳点蚀性能要求：工作表面硬度高、耐磨、有足够的表面接触强度、凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr滚动轴承钢3.3.4凸轮结构2．凸轮结构凸轮轴整体式凸轮