汽车机械基础-第四章

汽车机械基础——第四章机构的组成及汽车常用机构一、机构的组成与运动简图二、汽车常用四杆机构三、凸轮机构四、螺旋机构本章内容第一节机构的组成与运动简图一、机构的组成及相关概念构件：运动单元体零件：制造单元体构件可由一个或几个零件组成。第一节机构的组成与运动简图机械：机械和机构的统称一、机构的组成及相关概念构件：运动单元体零件：制造单元体构件可由一个或几个零件组成。第一节机构的组成与运动简图机械：机械和机构的统称第一节机构的组成与运动简图图4.3组成内燃机的机构a）曲柄连杆机构b）齿轮机构c）凸轮机构第一节机构的组成与运动简图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9机构能实现运动变换和动力传递的零件、构件的组合。机器能代替或减轻人的劳动、能完成有用机械功的机构与构件的组合。构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。二、运动副及其分类运动副：例如，轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接、两啮合齿轮的联接等。平面运动副分平面低副和平面高副两种基本类型。空间运动副常见的有螺旋副和球面副。1、平面低副两构件面接触构成的运动副。又分为(1)转动副(也称铰链)，(2)移动副。平面运动副(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。平面运动副(2)移动副：只允许两构件作相对移动。图4-1平面高副a)车轮与钢轨b)两轮齿间c)凸轮与推杆间2、平面高副两构件点接触或线接触所构成的运动副。平面运动副低副与高副的对比：低副接触压强低，承载大、磨损慢、寿命长，且构件的形状简单，容易制造，成本低。高副接触压强高，材料和加工要求高，但能实现某些复杂精确的运动。1螺旋副球面副空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。三、机构运动简图图4-2机械中的运动转换a)钉鞋机的进针b)气动门的开关c)脚踏缝纫机1.机械中的机构机构能实现运动转换和动力传递的零件、构件组合。2.机构中的三类构件机构中的构件分为以下三种类型。图4-3液体搅拌机1—机架2—曲柄3—连杆4—摇杆(1)机架机构中被视为固定不动的构件。机构中其他构件在它的支承下运动。图4-3中的构件1是机架。(2)原动件机构中由外部给定其运动的构件，也称为输入构件。机构中其他构件的运动由它驱动。图4-3中曲柄2的转动由外部输入，是原动件。(3)从动件机构中由原动件驱动的其他构件。若从动件直接实现机构的功能，称为执行件；若从动件把运动输出本机构，称为输出构件。图4-3中连杆3、摇杆4都是从动件。13.机构运动简图(1)机构运动简图及其作用图4-4横截面形状不同的连杆机构中各构件间的相对运动，取决于运动副的类型、数目、所在平面内的构件尺寸等几个因素。而与构件外形、断面尺寸、组成构件的零件数、运动副的结构形式等无关。如连杆机构中的连杆，与构件间运动关系有关的只是“连杆长度”，而与截面形状、是单个还是多个零件组成无关。机构运动简图排除实际机构中与运动关系无关的因素，用一定比例的简单线条和规定的符号，来表示运动副及构件间运动关系的图形。(2)运动副的表示方法①转动副用一个小圆圈表示。转动副的表示方法在代表转动副中机架（固定件）的线条上，需画上一列斜线。②移动副用与移动方向一致的一条直线或两条平行线表示。移动副的表示方法(2)运动副的表示方法1③平面高副简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。④球面副与螺旋副平面高副的表示方法球面副和螺旋副的表示方法a）球面副b）螺旋副(3)构件的表示方法构件简图的表示方法是：在构件的相应位置上将运动副用符号标出，再用简单线条连成一体以表明是同一构件即可。图4-5a是几种二运动副构件（指一个构件上有两个运动副）的示例，图4-5b是几种三运动副构件（指一个构件上有三个运动副）的示例。图4-5的部分图形中，在线条交接的内角涂以形如“◢、◣、◤、◥”的焊缝标记，或在一个封闭的图形内画上斜向“剖面线”，这是表示同一构件的两种符号。图4-5运动简图中构件的表示方法a)二运动副构件示例b)三运动副构件示例机构运动简图的一般绘制步骤如下：①分析机构，确定机架、原动件、从动件。②从原动件开始，按照运动传递的顺序，分析构件间的运动关系，确定从动件的个数、运动副的类型和数目。③在表示机构运动的投影平面内选择适当的比例尺，根据构件和运动副的位置关系和构件尺寸，以规定的符号绘制出运动简图。④绘制机构运动简图的通行习惯还有：ⅰ以大写英文字母A、B、C、…依次标注各转动副，ⅱ以阿拉伯数字1、2、3、…依次标注各构件，ⅲ用箭头表示原动件的运动方向。(4)机构运动简图的绘制步骤例绘制图4-6a所示抽水唧筒的机构运动简图。图4-6抽水唧筒及其机构简图a)抽水唧筒b)抽水唧筒的机构运动简图1—手柄2—连杆3—活塞杆4—抽水筒绘制说明(1)唧筒的机构分析：①机架是抽水筒4；②原动件是手柄1；③其余连杆2和活塞杆3为从动件。(2)运动与运动副分析①操作手柄1以转动副A为中心摆动，依次带动连杆2和活塞杆3运动；②该机构在A、B、C三处有三个转动副，活塞杆3与抽水筒4形成移动副。(3)绘制运动简图取转动副A点为基准点，选择合适比例尺，根据图4-6a中构件的尺寸和几个运动副的位置，绘制出抽水唧筒的运动简图如图4-6b所示。例试绘制内燃机的机构运动简图四、机构具有确定运动的条件•平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。1.构件自由度一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。2.计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2Pl-Ph计算实例n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph=3×3-2Pl-Ph=3×3-2×4-0=1计算实例n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph=3×5–2×7–0=1解：第二节汽车常用四杆机构概述1.平面连杆机构：若干构件通过低副连接而成的平面机构。2.平面连杆机构的特点：具有运动可逆性。3.平面连杆机构主要优点ADCB（1）低副压力小，制造简单，制造精度较高。（2）实现转动、摆动和移动等基本运动形式转换。（3）实现多种运动规律。一、概述1）低副存在间隙，产生运动误差。2）不易精确实现复杂运动规律。4.平面连杆机构主要缺点平面四杆机构铰链四杆机构(全转动副)含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构曲柄导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构1.铰链四杆机构图4-10铰链四杆机构1、3—连架杆2—连杆4—机架以4个铰链联接4个构件而成的机构。铰链四杆机构有三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。二、铰链四杆机构的基本型式及应用曲柄—作整周定轴回转的构件；连杆—与其他构件链接的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；周转副—能作360相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。曲柄连杆摇杆铰链四杆机构有三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。二、铰链四杆机构的基本型式及应用一为摇杆一为曲柄连架杆(1)曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆之一是曲柄、另一是摇杆，为曲柄摇杆机构。（1）将转动变为摆动图4-8破碎机的破碎机构将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。（1）雷达(1)曲柄摇杆机构(2)搅拌器:曲柄主动(1)曲柄摇杆机构(3)汽车玻璃窗雨刷:转动变换为摆动(1)曲柄摇杆机构（2）将摆动变为转动(4)缝纫机踏板机构：摆动变换为转动将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动(1)曲柄摇杆机构脱粒机及其机构运动简图a—脚踏脱粒机b—机构运动简图摇杆为原动件：脚踏缝纫机脚踏脱粒机（2）将摆动变为转动图4-13缝纫机踏板机构(2)双曲柄机构铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。双曲柄机构中的任一个曲柄均可作为原动件，带动从动曲柄旋转。图4-14惯性筛但双曲柄机构具有如下运动特性：原动曲柄匀速转动时，从动曲柄以每圈为周期作变速转动。图4-14所示的惯性筛中，原动曲柄匀速转动，从动曲柄则在每一圈转动中周期性地变换快慢，从而达到筛分物料的目的。平行双曲柄机构或平行四边形机构两曲柄长度相等，且连杆机架的长度也相等的双曲柄机构。图4-15平行四边形机构的运动特性及其应用示例a)平行双曲柄机构b)机车车轮联动机构平行四边形机构运动有两个特性：①原动从动曲柄的转动保持同步。②运动中两曲柄保持平行，连杆与“机架”也保持平行。它因此获得广泛应用，如火车车轮的联动机构。平行双曲柄机构(2)双曲柄机构1）两曲柄等长且平行，ω1=ω2(2)双曲柄机构当两曲柄共线时，有可能成为反向双曲柄机构:ω1≠ω2反平行双曲柄机构车门反平行四边形机构公共汽车的车门开关机构1—主动曲柄2—连杆3—从动曲柄4—机架5—右车门6—左车门7—活塞门8—气缸(2)双曲柄机构插床双曲柄机构(2)双曲柄机构摄影台升降机构(2)双曲柄机构电风扇摇头机构示意图(3)双摇杆机构双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。双摇杆机构中的任一个活动件（摇杆或连杆）均可作为原动件，使两个摇杆均实现往返摆动。如电风扇的一种摇头机构。起重机机构汽车转向机构(3)双摇杆机构飞机起落架机构ABDCEABDCEABDCE（4）铰链四杆机构的类型判别1、铰链四杆机构曲柄存在条件为：1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄在满足杆长和的条件下，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链四杆机构。（1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；（2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；（3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。三、铰链四杆机构的演化演化方法：转动副移动副（滑块四杆机构）；选取不同构件作为机架（一）、转动副转化成移动副1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副11.滑块四杆机构图4-12曲柄滑块机构a）对心曲柄滑块机构b）偏置曲柄滑块机构1—曲柄2—连杆3—滑块4—机架含有移动副四杆机构称为滑块四杆机构，简称滑块机构。其基本形式有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。1曲柄滑块机构应用很广泛，如内燃机里的曲柄滑块机构和自动送料机构等。图4-21曲柄滑块机构的应用示例a)内燃机中的曲柄滑块机构b)自动送料机构1—曲轴2—连杆3—活塞4—滑块5—曲柄2、摇块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。(2)、应用泵3、导杆机构曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。4、定块机构曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。第三节凸轮机构ηv=M/M0M——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。一、发动机配气机构的工作过程在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。配气机构的布置型式目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。凸轮轴的布置型式凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置凸轮轴的传动方式传动方式图示应用齿轮传动凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动凸轮轴上置式配气机构齿形带传动凸轮轴上置式配气机构气门数目及排列方式每缸四气门的布置凸轮机构1.凸轮机构的组成、特点(1)凸轮机构的组成图7-25凸轮机构及其组成示例a)内燃机配气机构b)冲床送料机构c)机床进退刀机构1—凸轮2