汽车机械基础学习任务8

第1页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础任务目标主要内容本章小结重点难点第2页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础任务目标掌握平面机构运动简图的绘制方法和分析方法掌握平面连杆机构的曲柄存在条件熟悉平面连杆机构的基本类型、传动特性了解汽车常用机构的组成，凸轮机构与间歇运动机构的类型、特点第3页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础重点难点机构运动简图的绘制平面机构自由度的计算第4页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础主要内容第二节平面机构的自由度第一节汽车常用机构的组成第三节平面连杆机构第四节凸轮机构和间歇运动机构第5页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础第一节汽车常用机构的组成第6页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础主要了解汽车常用机构的组成、运动副的概念、平面机构运动简图以及绘制。本节任务目标第7页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础机构是用运动副连接起来的构件系统，用来传递运动和动力，还可用来改变运动形式。机构中各构件之间必须有确定的相对运动，任意拼凑起来的构件不一定具有确定运动。构件应如何组合，才具有确定的运动，这对分析汽车上的机构是非常重要的。一、汽车常用机构的组成第8页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础通常将机器和机构统称为机械。构件是运动的单元，而零件是制造的单元。通常把为协同完成某一功能而装配在一起的若干个零件的装配体称为部件，只在某些特定类型的机器中才使用的零件，称为专用零件。按照用途的不同，可把机器分为动力机器、工作机器和信息机器。现代机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵控制装置四个部分组成。此外，还有必要的辅助装置。1．机器组成的概念第9页学习任务8汽车常用机构汽车机械基础动力装置是机器的动力来源，有电动机、内燃机、燃气轮机、液压马达、气动马达等。现代机器大多采用电动机，而内燃机主要用于运输机械、工程机械和农业机械。传动装置将动力装置的运动和动力变换成执行装置所需的运动形式、运动和动力参数，并传递到执行部分。机器中的传动有机械传动、液压传动、气压传动和电力传动。其中，机械传动应用的最多。（1）动力装置第10页学习任务8汽车常用机构（2）传动装置执行装置是直接完成机器预定功能的工作部分，如车床的卡盘和刀架，汽车的车轮，船舶的螺旋桨，带式输送机的输送带等。第11页学习任务8汽车常用机构（3）执行装置操纵和控制装置是用以控制机器的起动、停车、正反转、运动和动力参数改变及各执行装置间的动作协调的。自动化机器的控制系统能使机器进行自动检测、自动数据处理和显示、自动控制和调节、故障诊断、自动保护等。辅助装置则有照明、润滑、冷却装置等。第12页学习任务8汽车常用机构（4）操纵、控制及辅助装置本课程的研究对象是汽车常用机构以及通用机械零部件。对于巨型、微型、以及高速、高温、高压或低温条件下工作的通用零部件，则在有关专门课程中研究。第13页学习任务8汽车常用机构二、运动副机构是具有确定相对运动的构件的组合，组成机构的目的是为了使机构按照预定的要求进行有规律的运动。所谓平面机构，是指组成机构的所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构；否则就称为空间机构。工程中常用的机构大多数属于平面机构。两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接方式称为运动副。1．运动副的概念第14页学习任务8汽车常用机构2．运动副的分类两个构件组成的运动副，通常是用三种接触形式联接起来，即点接触、线接触和面接触。按照接触的特性，通常把平面运动副分为低副和高副两大类。第15页学习任务8汽车常用机构（1）低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。低副又可分为转动副和移动副。①转动副组成运动副的两构件只能绕某一轴线在一个平面内做相对转动的运动副称为转动副，又称为铰链。如图所示。②移动副组成运动副的两个构件只能沿某一方向做相对直线运动，这种运动副称为移动副，如图所示。由于低副中两个构件之间的接触为面接触，因此，承受相同载荷时，压强较低，不易磨损。第16页学习任务8汽车常用机构（2）平面高副如图所示的齿轮副凸轮副都是高副，显然，构件2可以相对于构件1绕接触点A转动，同时又可以沿接触点的切线t—t方向移动，只有沿公法线n—n方向的运动受到限制。齿轮副螺旋副球面副由于高副中两个构件之间的接触为点或线接触，其接触部分的压强较高，故易磨损。除上述常见的平面运动副外，常用的运动副还有螺旋副和球面副，称为空间运动副。第17页学习任务8汽车常用机构三、平面机构运动简图表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。从机构运动简图可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目以及运动副的相对位置。利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理，可以进行机构的运动和动力分析。机构中的构件可分为以下三类：机架——机构中的固定构件称为机架，它的作用是支撑运动构件；主动件——由外界给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架相连；从动件——除主动件以外的全部活动构件称为从动件。1．机构运动简图及分类第18页学习任务8汽车常用机构2．机构运动简图的符号轴、杆、连杆通常用一根直线表示，两端画出运动副的符号，如图所示；若构件固联在一起，则涂以焊缝记号。（1）构件的表示方法第19页学习任务8汽车常用机构（2）运动副的表示方法两个构件组成的转动副和移动副的表示方法分别如下图所示。第20页学习任务8汽车常用机构3．平面机构运动简图的绘制机构运动简图一般可按以下步骤进行绘制：①分析机构运动的传递情况，找出固定件（机架）、原动件和从动件。②从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动副性质，从而确定有多少构件及运动副的类型和数目。③选择能够表达构件运动关系的视图平面。④选取合适的比例尺，确定各运动副之间的相对位置，用简单的线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。绘图时应当注意，机构中凡是与运动无关的结构，一律不要画出，使图形简单清晰。第21页学习任务8汽车常用机构本节思考与练习1、按照用途的不同，机器如何分类？2、运动副怎么分类？3、如何绘制平面机构运动简图？第22页汽车机械基础学习任务8汽车常用机构第二节平面机构的自由度第23页学习任务8汽车常用机构本节任务目标主要了解自由度的概念、平面机构具有确定运动的条件以及平面机构自由度计算应注意的问题。第24页学习任务8汽车常用机构一、自由度的概念机构的各构件之间必须具有确定的相对运动。显然，不能产生相对运动或作无规则运动的一堆构件难以用来传递运动。为了使组合起来的构件能产生相对运动并具有运动确定性，有必要探讨机构自由度。机构的自由度是指机构具有确定运动时所必须给予的独立运动的数目。第25页学习任务8汽车常用机构二、自由度的计算机构的自由度是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目。而从动件是不能独立运动的，原动件才能独立运动，故原动件数必定等于机构的自由度。第26页学习任务8汽车常用机构1．平面机构具有确定运动的条件运动链和机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。无相对运动的构件组合或着无规则乱动的运动链都不能实现预期的运动变换。将运动链的一个构件固定为机架，当运动链中一个或几个原动件位置确定时，其余从动件的位置也随之确定，这种运动链便成为机构。机构才具有确定的相对运动。那么究竟取一个还是几个构件作原动件，这取决于机构的自由度。机构的自由度就是机构具有独立运动参数的数目。因此，当机构的原动件数等于自由度数时，机构就具有确定的相对运动。第27页学习任务8汽车常用机构2．平面机构自由度计算应注意的问题两个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副称为复合铰链。如图所示为三构件在同一处构成的转动副，以及它的俯视图。可以看出，此三个构件共组成两个转动副。当由n个构件组成复合铰链时，则应当组成n-1个转动副。在计算自由度时，应仔细观察是否有复合铰链存在，以免影响计算。（1）复合铰链第28页学习任务8汽车常用机构（2）局部自由度机构中某些构件所具有的不影响机构输出与输入运动关系的自由度称为局部自由度。第29页学习任务8汽车常用机构（3）虚约束在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，它对机构运动不起任何限制作用。这种重复而对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算自由度时应先去除虚约束。第30页学习任务8汽车常用机构本节思考与练习1、如何计算自由度？2、平面机构具有确定运动的条件有哪些？3、平面机构自由度计算应注意哪些问题？第31页汽车机械基础学习任务8汽车常用机构第三节平面连杆机构第32页学习任务8汽车常用机构本节任务目标主要了解平面四杆机构的基本型式及演化以及平面四杆机构类型的判别方法及特性。第33页学习任务8汽车常用机构一、平面四杆机构的基本型式及演化如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆机构都可看作是在它的基础上演化而成的。如图所示为铰链四杆机构。1．铰链四杆机构根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构又可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。第34页学习任务8汽车常用机构（1）曲柄摇杆机构具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构一般以曲柄为主动件作等速转动，摇杆为从动件作往复摆动。如图所示。第35页学习任务8汽车常用机构（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。在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。若双曲柄机构中，两曲柄长度相等且平行，连杆与机架长度也相等且平行，则该机构称为平行四边形机构。第36页学习任务8汽车常用机构（3）双摇杆机构具有两个摇杆的的铰链四杆机构称为双摇杆机构，它常用于操纵机构、仪表机构等，如图所示飞机起落架机构。两摇杆长度相等的双摇杆机构称为等腰梯形机构，如图所示汽车前轮转向机构。第37页学习任务8汽车常用机构2．铰链四杆机构的演化一般生产中广泛应用各种四杆机构，这些机构虽然具有不同的外形和构造，但都具有相同的运动特性或一定的内在联系，并且都可看作是从铰链四杆机构演化而来的。演化的目的或是为了满足运动方面，或者是为了满足动力方面，或者是为了满足结构方面的要求。揭示各种平面四杆机构间的内在联系，可为其分析和设计提供很大的方便。通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，就可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。下面通过实例介绍铰链四杆机构的演化型式。第38页学习任务8汽车常用机构（1）曲柄滑块机构在如图所示的曲柄摇杆机构中，随着摇杆3长度的增加，C点的运动轨迹m-m逐渐趋于平缓。当摇杆3的长度增至无限大时，C点的运动轨迹则成为直线m-m，如图所示，于是构件3由摇杆演变成滑块，转动副D演化成移动副，于是曲柄摇杆机构深化成如曲柄滑块机构，直线m-m即为滑块导路的中心线。当滑块导路中心线m-m通过曲柄转动中心A时，则称该机构为对心式曲柄滑块机构，如图所示；若当滑块导路中心线m-m不通过曲柄回转中心A而有一偏距e时，则称该机构为偏置式曲柄滑块机构，如图所示。第39页学习任务8汽车常用机构（2）导杆机构导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构，如图所示的固定构件演化而来的。演化后在滑块中与滑块作相对移动的构件称为导杆。第40页学习任务8汽车常用机构（3）双滑块机构双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。第41页学习任务8汽车常用机构（4）偏心轮机构在曲柄滑块机构中，如果若要求滑块行程较小则必须减小曲柄长度。由于结构上的困难很难在较短的曲柄上制造出两个转动副，往往采用转动副中心与几何中心不重合的偏心轮来代替曲柄，如图所示。第42页学习任务8汽车常用机构二、平面四杆机构类型的判别方法及特性平面四杆机构的三种基本型式的区别主要取决于机构内是否存在曲柄，而机构中有无曲柄又与各构件间的相对尺寸有关，为此需要分析曲柄存在的条件，再结合“取不同构件为机架”的四杆机构演化原理，可推出曲柄存在的条件如下：①最长杆与最短杆的