汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第3版 課件 第7章 汽車常用機(jī)構(gòu)

第7章汽車常用機(jī)構(gòu)主講教師：目錄本章學(xué)習(xí)目標(biāo)01027.2平面連桿機(jī)構(gòu)及其在汽車中的應(yīng)用03047.1機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動簡圖本章小結(jié)057.3凸輪機(jī)構(gòu)及其在汽車中的應(yīng)用本章學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的概念、特點(diǎn)及類型；掌握凸輪機(jī)構(gòu)的組成、類型及在汽車中的應(yīng)用；理解凸輪從動件運(yùn)動常見規(guī)律。掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及在汽車中的應(yīng)用；理解機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件的區(qū)別及聯(lián)系；能力目標(biāo)能識讀機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；能正確分析汽車中應(yīng)用的平面連桿機(jī)構(gòu)的工作原理；能正確分析汽車中應(yīng)用的凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理。7.1機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動簡圖認(rèn)識機(jī)器與機(jī)構(gòu)汽車單缸發(fā)動機(jī)洗衣機(jī)汽車起動機(jī)汽車發(fā)電機(jī)日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中的很多機(jī)器的作用都是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功代替人的勞動。一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)在工作時，由燃?xì)饣旌蠚馊紵苿踊钊?在氣缸中作往復(fù)移動，通過連桿3帶動曲軸2轉(zhuǎn)動，從而將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。其中，活塞、連桿、曲軸和氣缸體的構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可將活塞的往復(fù)移動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動，兩個齒輪的組成的齒輪機(jī)構(gòu)可以改變轉(zhuǎn)速的大小和轉(zhuǎn)動方向，由凸輪、推桿、氣門等構(gòu)成了配氣機(jī)構(gòu)將凸輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的往復(fù)移動，定時打開和關(guān)閉氣門。說說汽車發(fā)動機(jī)的組成及工作過程？1.機(jī)器的定義定義1機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動、用來變換或傳遞能量、物料、信息的裝置。定義2由零件裝成，能運(yùn)轉(zhuǎn)、能變換能量或產(chǎn)生有用功的裝置。機(jī)器可以作為生產(chǎn)工具，能減輕人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。定義3具有確定相對運(yùn)動、可進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或做機(jī)械功的一種實(shí)體組合。舉出你知道的機(jī)器的實(shí)例？討論2.機(jī)構(gòu)用來傳遞運(yùn)動和力的、有一個構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對運(yùn)動的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)。在一般情況，為了傳遞運(yùn)動和力，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間應(yīng)具有確定的相對運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的實(shí)例齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)二、零件與構(gòu)件零件：組成機(jī)械的各個制造單元，如螺釘、螺母、軸等。構(gòu)件：組成機(jī)械的各個運(yùn)動單元（可以是單獨(dú)加工的單元體，如車床的主軸；也可是多個零件的組合體，如連桿）。三、運(yùn)動副及其分類運(yùn)動副：兩個零件或構(gòu)件間既相接觸又有相對運(yùn)動的一種聯(lián)接形式，如車輪與鋼軌、一對輪齒以及軸與軸承之間的聯(lián)接。根據(jù)組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件間的接觸形式不同，運(yùn)動副分為高副和低副。兩構(gòu)件以面接觸組成的運(yùn)動副，稱為低副。兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸而形成的運(yùn)動副，稱為高副。低副轉(zhuǎn)動副螺旋副移動副兩構(gòu)件的相對運(yùn)動形式的不同，低副可分為：轉(zhuǎn)動副、移動副、螺旋副。高副齒輪副移動副凸輪副兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸而形成的運(yùn)動副。構(gòu)件只是構(gòu)成機(jī)構(gòu)的一個要素，只有構(gòu)件而沒有運(yùn)動副，也不能構(gòu)成一個完整的機(jī)構(gòu)，所以說運(yùn)動副是構(gòu)成機(jī)構(gòu)的另一個要素。因此，機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接而成的。四、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)示意圖用國標(biāo)規(guī)定的簡單符號和線條代表運(yùn)動副和構(gòu)件，并按比例定出各運(yùn)動副的位置，說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡化圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。不嚴(yán)格按比例來繪制簡圖，這樣的簡圖通常稱為機(jī)構(gòu)示意圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法1.分析機(jī)構(gòu)的實(shí)際構(gòu)造和運(yùn)動情況，明確三類構(gòu)件：固定件——機(jī)架；主動件——機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動力或力矩的構(gòu)件；從動件——機(jī)構(gòu)中隨主動件運(yùn)動而運(yùn)動的可動構(gòu)件。在任何機(jī)構(gòu)中必須有也只能有一個構(gòu)件為固定件，即機(jī)架，在可動構(gòu)件中必定有一個或幾個為主動件，一般和固定件相連，其余為從動件。2.要明確機(jī)構(gòu)由多少個構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間通過何種運(yùn)動副聯(lián)接。3.按照國標(biāo)規(guī)定的常用運(yùn)動副及構(gòu)件的圖示符號繪制該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖常見符號（GB/T4460-2013）單缸發(fā)動機(jī)的示意圖與機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖示意圖總結(jié)：零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)器之間的關(guān)系零件：一個獨(dú)立加工的制造單元構(gòu)件-----相對運(yùn)動的單元體。機(jī)器-----若干機(jī)構(gòu)組成。機(jī)構(gòu)-----若干構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成。機(jī)械——機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。7.2平面連桿機(jī)構(gòu)及其在汽車中的應(yīng)用復(fù)習(xí)：說明下列運(yùn)動副的類型？低副：轉(zhuǎn)動副高副：齒輪副低副：螺旋副低副：移動副一、平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)是指由若干剛性構(gòu)件（簡稱“桿”）通過低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，且機(jī)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件的相對運(yùn)動都在同一平面內(nèi)或相互平行的平面內(nèi)。平面連桿機(jī)構(gòu)是一種低副機(jī)構(gòu)，具有以下主要特點(diǎn)：（1）由于低副是面接觸，因此壓強(qiáng)小、便于潤滑，磨損輕；（2）運(yùn)動副接觸面為圓柱面或平面，形狀簡單，制造容易；（3）平面連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，能滿足多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求；（4）不適用于高速傳動；（5）對于多桿機(jī)構(gòu)，因構(gòu)件和運(yùn)動副數(shù)目多，傳動精度較低且設(shè)計困難。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1、定義：由四個構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副連接而成的平面連桿機(jī)構(gòu)。2、組成3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩個連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能完成兩種運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換，即：（1）將曲柄整周的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的往復(fù)擺動；（2）將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動。分析：圖示碎石機(jī)的工作原理，說明主動件與從動件。碎石機(jī)是一種曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，它可以把主動件AB桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹﨏D桿的擺動，從而破碎石塊。3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式雙曲柄機(jī)構(gòu)兩個連架桿均作整周旋轉(zhuǎn)，即兩個連架桿都是曲柄，這種機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩曲柄長度相等，連桿與機(jī)架的長度也相等的雙曲柄機(jī)構(gòu)，工作時，兩曲柄回轉(zhuǎn)方向相同，角速度相等。3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式反向雙曲柄機(jī)構(gòu)：雙曲柄機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作中還存在一種特別的情況，主動曲柄回轉(zhuǎn)方向不變時，各構(gòu)件恰好位于同一直線上時，則從動曲柄的回轉(zhuǎn)方向不確定，有可能變?yōu)榉聪螂p曲柄機(jī)構(gòu)，即：兩曲柄回轉(zhuǎn)方向相反，角速度不等。汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)即是反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。分析圖示自卸翻斗車的工作原理。自卸翻斗車是一種雙搖桿機(jī)構(gòu)，AD桿為車架，當(dāng)油缸中的活塞向右運(yùn)動時，帶動雙搖桿AB、CD向右擺動，使車卸貨。4、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例分析縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)的工作原理?？p紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)屬于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，它可以將主動件（踏板）的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹ㄇ┑霓D(zhuǎn)動4、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例分析汽車刮水器的機(jī)構(gòu)形式及工作過程。汽車雨刮機(jī)構(gòu)屬于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)的組合。4、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例分析起重機(jī)的機(jī)構(gòu)形式及工作過程。起重機(jī)屬于雙搖桿機(jī)構(gòu)。三、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1、組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由滑塊、連桿、曲柄和機(jī)架四個構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副和移動副連接而成。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1–機(jī)架2–曲柄3-滑塊4-連桿2、運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換當(dāng)滑塊為主動件時，機(jī)構(gòu)將滑塊的往復(fù)移動轉(zhuǎn)變?yōu)榍男D(zhuǎn)運(yùn)動；當(dāng)曲柄為主動件時，機(jī)構(gòu)將曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)移動。四、平面連桿機(jī)構(gòu)的特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動件，曲柄為從動件時，連桿BC與曲柄AB共線時，連桿BC施加在曲柄AB上的力恰好通過轉(zhuǎn)動中心A，無論作用力多大，其轉(zhuǎn)動力矩都為零，不能推動曲柄轉(zhuǎn)動，稱為死點(diǎn)位置。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)也具有相同特性。1、死點(diǎn)位置為了使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，常采用安裝飛輪加大慣性的方法，如在汽車發(fā)動機(jī)中，為了使曲軸順利通過死點(diǎn)位置，在曲軸末端安裝了飛輪，利用飛輪的慣性帶動曲軸通過死點(diǎn)位置，使曲軸連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。討論：存在死點(diǎn)位置的條件？從動件是否與連桿共線。1、死點(diǎn)位置2、急回特性曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件做勻速回轉(zhuǎn)時，從動件搖桿的往返擺動行程和往返速度不同，返程要快，這種運(yùn)動特性稱為急回特性。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性1–曲柄2–連桿3-搖桿4-機(jī)架2、急回特性當(dāng)曲柄AB是主動件，搖桿CD是從動件時，曲柄在轉(zhuǎn)動一周的過程中有兩次與連桿BC共線，兩個共線位置分別為B1AC1和AB2C2，此時曲柄AB分別位與AB1和AB2，搖桿CD的位置分別為C1D和C2D，C1D和C2D叫做搖桿CD的極限位置，∠C1DC2=稱為搖桿的最大擺角。搖桿處于兩個極限位置的時候，對應(yīng)的曲柄AB1和AB2之間所夾的銳角叫做極位夾角，用θ表示。若曲柄AB沿順時針方向以等角速度轉(zhuǎn)動，當(dāng)曲柄從AB1位置轉(zhuǎn)到AB2位置的時候，曲柄轉(zhuǎn)過的角度為：180?+θ，當(dāng)曲柄順時針從AB2位置再轉(zhuǎn)到AB1位置時，曲柄轉(zhuǎn)角為：180?-θ，兩個過程搖桿的最大擺角相同，由于曲柄是等角速度轉(zhuǎn)動的，因此從AB1位置轉(zhuǎn)到AB2位置所用的時間比從AB2位置再轉(zhuǎn)到AB1位置用的時間要長，即搖桿CD從C2回到C1所用的時間比從C1到C2用的時間要短，從而使返回行程時間小于工作行程時間，呈現(xiàn)出急回特性。2、急回特性急回特性廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中，使工作行程平均速度小，工作行程平穩(wěn)，非工作行程速度加快，縮短非工作時間，達(dá)到提高工作效率的目的。討論：機(jī)構(gòu)存在急回特性的條件？極位夾角不為零死點(diǎn)位置應(yīng)用：飛機(jī)起落架的收放的不同設(shè)計分析：飛機(jī)起落架收放的不同設(shè)計的原理？思政：對不同的起落架收放設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，提示學(xué)生在學(xué)習(xí)中要多思考，才能有所創(chuàng)新！7.3凸輪機(jī)構(gòu)及其在汽車中的應(yīng)用汽車中的凸輪機(jī)構(gòu)圖示為發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，在這個機(jī)構(gòu)中具有曲線外廓形狀的構(gòu)件1轉(zhuǎn)動時，其輪廓將迫使氣門桿2作斷續(xù)的往復(fù)移動，從而控制氣門有規(guī)律的開啟和關(guān)閉（氣門的關(guān)閉借助氣門彈簧3的彈力作用實(shí)現(xiàn)），使可燃混合氣進(jìn)入氣缸或使燃燒后的廢氣排出。在這個配氣機(jī)構(gòu)中具有曲線外廓形狀的構(gòu)件1稱為凸輪；與凸輪始終保持直接接觸的氣門2稱為從動件。一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動件和機(jī)架三個構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。1-凸輪2-從動件3-機(jī)架二、常用凸輪機(jī)構(gòu)的類型1、按凸輪形狀分盤形凸輪

移動凸輪圓柱凸輪二、常用凸輪機(jī)構(gòu)的類型2、按從動件分尖頂從動件：尖頂可以與任何形狀凸輪輪廓保持點(diǎn)接觸，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。但是尖頂從動件易磨損，僅適用于速度較低和作用力不大的場合；滾子從動件：磨損較小，可傳遞較大的力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些；平底從動件：受力情況較好，結(jié)構(gòu)簡單，便于潤滑，常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)尖頂從動件凸輪機(jī)構(gòu)平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)三、凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例1、插齒機(jī)切深機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動時，拉動絲杠5向右側(cè)運(yùn)動，則刀架4和插齒刀3一起向毛坯件移動，直到將齒輪切到需要深度為止。三、凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例2、自動車床的走刀機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)圓柱凸輪1轉(zhuǎn)動時，利用凸輪的凹槽帶動擺桿2繞固定軸往復(fù)擺動，再通過扇形齒輪3與齒條的嚙合傳動，使刀架5按一定規(guī)律運(yùn)動，完成進(jìn)刀和退刀的動作。三、凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例3、火柴自動裝盒機(jī)構(gòu)工作原理：火柴從進(jìn)料口4裝入，當(dāng)插板3在凸輪1推動下插入進(jìn)料口下部時，火柴就不能落下來。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)回時，在彈簧2的作用下插板3退出，火柴便落入盒7中，隨后插板5插入，阻止火柴落下，使火柴盒裝滿。四、從動件的運(yùn)動規(guī)律1、凸輪的基本概念基圓：以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用rmin表示；推程：推程運(yùn)動角δt；遠(yuǎn)休止、遠(yuǎn)休止角δs；回程、回程運(yùn)動角δh；近休止、近休止角δsˊ；行程:從動件在推程或回程中移動的距離，用h表示。凸輪的各參數(shù)影響著從動件的位移、速度和加速度，因此從動件的運(yùn)動規(guī)律是由凸輪的輪廓曲線的形狀決定的。四、從動件的運(yùn)動規(guī)律2、凸輪機(jī)構(gòu)從動件的常用運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律：等速運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)是當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)時，從動件推程或回程中的速度為常數(shù)。等速運(yùn)動規(guī)律的速度曲線四、從動件的運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律的位移曲線等速運(yùn)動規(guī)律的位移曲線討論：等速運(yùn)動規(guī)律的加速度的特點(diǎn)？四、從動件的運(yùn)動規(guī)律加速度方程為：a=0從動件在運(yùn)動開始和停止的瞬時，速度由零突變到v0，或由v0突變到零，其加速度在理論上為∞和－∞，所產(chǎn)生的慣性力在理論上也達(dá)到無窮大，對機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。實(shí)際上由于材料的彈性變形，加速度和慣性力都不會達(dá)到無窮大，但是剛性沖擊仍會引起機(jī)構(gòu)的強(qiáng)烈震動，對構(gòu)件的工作極為不利。因此，等速運(yùn)動規(guī)律只適用于低速輕載或從動件質(zhì)量小的場合。等速運(yùn)動規(guī)律的加速度曲線四、從動件的運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律從動件的等加速等減速運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)是：從動件在一個推程或者回程中，前半段作等加速運(yùn)動，后半段作等減速運(yùn)動。通常加速度和減速度的絕對值相