学习单元3 汽车常用机构

1、学习单元三学习单元三 汽车常用机构汽车常用机构本单元的学习任务可以分为：学习任务一 绘制单缸内燃机机构运动简图学习任务二 分析汽车前轮转向机构学习任务三 分析内燃机配气机构学习任务四 分析驻车制动锁止机构学习任务一 绘制单缸内燃机机构运动简图任务描述任务描述 下图的内燃机结构简图虽然较为清晰地显示了单缸内燃机内部的结构零件，但是在反映机构的运动情况时，显得较为复杂，不利于分析机构的运动规律。因此，为了便于分析理解，可以把下图中的结构图画成内燃机的机构运动简图。学习目标学习目标1.学习运动副的定义与分类；2.学习运动副的表示方法；3.学会绘制机构运动简图。计划与实施计划与实施在教师的引导下分组，

2、以小组为单位绘制内燃机机构运动简图。1.带着一下问题观察内燃机实物、模型或者结构图，并回答问题。内燃机的结构组成中包含了哪些机构，这些机构中哪些构件是机架，哪些是原动件，哪些是从动件。2.分析运动传递路线和相对运动性质，确定运动副的类型。3.准备绘制简图的工具，包括直尺、铅笔、纸张等等。4.判断内燃机主要运动机构是否为平面机构。5.选择其运动平面为视图平面，选择适当的绘图比例尺。6.根据构件的相对位置和构件的大小，用规定的符号和线条画出所有构件和运动副。7.内燃机机构运动简图绘制完成。如图3-2所示。图3-2 内燃机结构与机构运动简图学习参考书学习参考书学习单元三学习单元三 汽车常用机构汽车常

3、用机构学习任务一学习任务一 绘制单缸内燃机机构运动简图绘制单缸内燃机机构运动简图一、机构常识人类为了提高生产率，创造和发展了各种各样的机器。我们经常见到的汽车、飞机、轮船、推土机，还有日常生活中接触到的洗衣机、电风扇、电冰箱等，都是机器。可见，机器的种类繁多，其结构原理，功能作用也各不相同，但是从机器的组成来看，他们有着共同之处：（1）都是人为的实体组合；（2）各实体间具有确定的相对运动；（3）能实现变换或者传递能量、物料和信息。 同时具备以上三个特征的称为机器。机构仅有机器的前两个特征，即机构是人为的实体组合，并且各个实体间具有确定的相对运动。图3-1所示内燃机由曲柄连杆机构、凸轮机构和齿轮

4、机构组成，见图3-3。（a） （b） （c）图3-3 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 从制造角度来分析，机器是由若干零件组成的，零件是机器组成中不可再拆的最小单元，是机器的制造单元。按照使用特点，零件可以分为两种：一种是在各种机器中都可能用到的零件，称为通用零件，如螺钉、螺栓、齿轮、带轮、卡环等；另一种是在特定的机器中才能用到的零件，称为专用零件，如内燃机的曲轴、活塞等。 从运动角度分析，机器是由若干构件组成的。“构件”是指机器的运动单元。构件可以是一个零件，如内燃机的曲轴，见图3-1；也可能是若干个零件的刚性组合体，如内燃机的连杆，是由连杆、螺母、连杆盖和

5、螺栓等零件组成的一个构件整体，如图3-2所示。二、运动副 机构是由若干构件组成的。当由构件组成机构时，需要以一定的方式把各个构件彼此联接起来，而且每个构件至少必须与另一构件相联接，并且这种联接不能是刚性联接（如铆接、焊接）。我们把两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的联接称为运动副。按照构件间的接触特性，一般运动副可分为低副和高副两类。1、低副。 两构件之间通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，又可以分为转动副和移动副。（a） （b） 图3-4 低副 （a）转动副 （b）移动副2、高副两构件通过点接触或者线接触而组成的运动副称为高副。图3-5a中凸轮1与从动件

6、2，图3-5b中齿轮1与齿轮2都在其接触处分别组成高副。（a）齿轮副 （b）凸轮副 图3-5 高副三、机构运动简图由于机构的运动仅与机构中运动副的性质（低副或者高副等）、运动副的数目及相对位置（转动副中心、移动副中心、高副接触点的位置等）、构件的数目有关，而与构件的外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造等因素无关，因此，可以按照一定的长度比例尺确定运动副的位置，并用特定的构件和运动副符号及线条绘制出图形，这种表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图简明地表达了实际机构的运动情况，此外，还可以通过该图进行运动和动力分析。1、机构的组成组成机构的构件，根据运动副性质可

7、分为三类。（1）机架。机构中固定不动的构件称为机架，它用来支撑机构中的其他活动构件。（2）主动件（原动件）。机构中作用了驱动力或力矩的构件，或运动规律已知的构件称为主动件或原动件。2、机构运动简图的符号3、机构运动简图绘制的方法（1）观察机构的实际结构，分析机构的运动情况，找出机构的固定件（机架）、主动件和从动件。（2）从主动件开始，按照运动传递路线，分清构件间相对运动的性质，确定运动副的类型。（3）以与机构运动平面相平行的平面作为绘制运动简图的平面，用规定的符号和线条按照比例绘制在此平面上，得到的图形即为机构运动简图。学习任务二 分析汽车前轮转向机构任务描述任务描述 发动机中的活塞、连杆、曲

8、轴等组成了平面连杆机构，汽车的转向机构采用了铰链四杆机构，结合平面连杆机构的相关知识对发动机的转向机构进行分析。学习目标学习目标1.学习铰链四杆机构的概念；2.学习铰链四杆机构的基本类型及性质；3.学会分析汽车常见四杆机构的运动。1、引导学生观察汽车前轮转向机构，回答以下问题。（1）转向机构各个杆件之间是通过什么连接的？（2）转向机构属于铰链四杆机构么？（3）在转向机构中哪个零件是机架？哪个是连杆？哪个是连架杆？（4）汽车左右两前轮的转角相等么？2、根据对汽车前轮转向机构的分析，基于上述问题的回答，判断汽车前轮转向机构是属于双曲柄机构、双摇杆机构还是曲柄摇杆机构。（1）测量转向机构中四个杆件的

9、长度，计算并比较最短杆与最长杆之和与其他两杆长度之和的关系。（2）根据铰链四杆机构类型的判断方法以及上一步的计算与比较结论，判断出汽车前轮转向机构为双摇杆机构。计划与实施计划与实施3、总结 汽车前轮转向机构是等长摇杆的双摇杆机构，又称等腰梯形机构。它能使与摇杆相连的两前轮转过的角度不同，这样就能保证汽车转向时所有车轮的轴线都相交于一点，以此实现转向时所有车轮的纯滚动，从而避免了轮胎由于滑动所引起的磨损，增加了车轮转向的稳定性。如图所示。图3-7 轿车转向机构1、转向盘；2、转向轴；3、转向臂；4、吸油管；5、叶片泵；6、高压油管；7、低压油管；8、储油罐；9、左横拉杆；10、右横拉杆；11、动

10、力转向器学习参考书学习参考书学习单元三学习单元三 汽车常用机构汽车常用机构学习任务二学习任务二 分析汽车前轮转向机构分析汽车前轮转向机构 平面连杆机构是由若干构件以低副（转动副和移动副）连接而成的机构，也称平面低副机构。其主要优点是：（1）容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛的应用；（2）由于运动副全部为低副，是面接触，压强小，磨损轻，机构的寿命较长；（3）低副接触表面形状简单，是平面或者圆柱面，易于加工，成本较低。它的主要缺点是低副中存在的间隙使机构的运动误差不可避免，使其运动精度降低。此外，它不容易实现复杂的运动规律，所以只应用于运动精度要求不高、运动规律不复杂的场合。 平面连杆

11、机构通常以其所含的构件（杆）数来命名，如四杆机构、五杆机构、六杆机构等。最常见的平面连杆机构是平面四杆机构。当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构中最基本的形式。一、铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。图3-9 铰链四杆机构1、曲柄摇杆机构 两个连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图3-8所示。图3-10 曲柄摇杆机构 曲柄摇杆的作用是将曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动，或者将摇杆的往复摆动转换成曲柄的整周回转运动。如图3-11所示的汽车刮水器，当主动曲柄CD转动时，从动摇杆AB做往

12、复运动，利用摇杆的延长部分实现刮水功能。图3-11 汽车刮水器2、双曲柄机构两个连架杆都为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图3-12所示。在双曲柄机构中，当主动曲柄作匀速转动时，从动曲柄做周期性的变速运动，也可以作等速转动。双曲柄机构能将主动曲柄的整周旋转运动，转换为从动曲柄的整周旋转运动。图3-12 双曲柄机构 在双曲柄机构中，若两曲柄的长度不相等，则连杆与机架的长度也不相等，此时主动曲柄做匀速运动时，从动曲柄做周期性的变速运动。图3-13所示的惯性筛机构就是采用了双曲柄机构的这个特点。当主动曲柄CD等速回转时，从动曲柄AB变速回转，使筛子具有所要求的加速度，筛子中的物料靠惯性达到筛分的

13、目的。图3-13 惯性筛机构简图 双曲柄机构中，若连杆与机架的长度相等，则两个曲柄的长度也相等，组成平行四边形，称平行四边形机构或者平行双曲柄机构。如图3-15a所示的平行双曲柄机构，两曲柄AB和CD长度相等，始终做等速、同向转动，连杆也始终做平动。图3-15 平行双曲柄机构若双曲柄机构的对边构件长度相等而不平行，则称为反向双曲柄机构。图3-17所示的公共汽车的车门启闭机构即为反向曲柄机构实际应用的实例。图3-17 车门启闭机构3、双摇杆机构 两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图3-18所示的飞机起落架机构运动简图即为双摇杆机构的运用实例。在飞机起落机构中，连架杆AB和CD为摇杆

14、，飞机起飞后，AB逆时针转动，CD连接的轮子收起；飞机降落时，AB顺时针转动，CD连接的轮子放下。图3-18 飞机起落架机构二、铰链四杆机构类型的判别铰链四杆机构三种基本类型的主要区别在于连架杆是否为曲柄以及有几个曲柄存在。铰链四杆机构有曲柄存在的条件是：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆长度之和；（2）在机架和连架杆当中必有一杆是最短杆。根据以上条件，一般可以按照下面的方法判断铰链四杆机构的基本类型：1、当最短杆与最长杆长度之和，小于或者等于另外两杆长度之和时，则：（1）如果最短杆为连架杆，该机构一定是曲柄摇杆机构；（2）如果最短杆为机架，该机构一定是双曲柄机构；（3）如果最短杆

15、为连杆，该机构一定是双摇杆机构。2、当最短杆与最长杆长度之和，大于另外两杆长度之和时，机构无曲柄存在，此时机构为双摇杆机构。例3-1 如图所示的铰链四杆机构中，现分别以AB、BC、CD和AD各杆为机架时，试判别其各属何种机构?解：（1）分析：最短杆与最长杆长度之和=50+20=702，所以t1t2。又由于摇杆上的C点从到和从到的摆角相同，而所用时间却不同，所以往返的平均速度也不同，即v1v2。这种空回行程的平均速度比工作行程的平均速度大的运动特性称为曲柄摇杆机构的急回特性。图3-21 曲柄摇杆机构的急回特性分析机构的急回特性常用形成速比系数K表示，即（3-1）由式（3-1）可知，K值的大小取决

16、于极位夹角。当=0时，K=1，机构没有急回特性；当K1时，K1，则机构具有急回特性。K值的大小反映了机构的急回剧烈程度，K值愈大，机构的急回特性越明显。在实际工程中，常利用机构的急回特性来缩短空回行程的时间，提高生产效率。2、压力角与传动角实际生产要求连杆机构不仅能够实现预定的运动规律，还必须具有较好的传力性能，以使机构运转灵活、轻便、高效。机构的传力性能与压力角有关。在图3-22所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为原动件，摇杆CD为从动件。若忽略各构件的质量和运动副中的摩擦，则曲轴通过连杆作用于摇杆上C点的力F沿BC方向，它与受力点C的绝对速度vc之间所夹的锐角称为压力角，力F沿vc方向的分力

17、Ft=Fcos，是推动从动件运动的有效分力；而沿摇杆轴心线方向的分力Fn=Fsin会增大运动副中的摩擦和磨损，对传动机构不利，故称为有害分力。显然压力角越越小，有效分力Ft越大，Fn越小，机构的传动性能越好。压力角的余角称为传动角。压力角越小，传动角越大，机构的传力效果越好。压力角和传动角是反映机构传动性能的重要标志。图3-22 压力角与传动角3、死点位置 如图3-23a所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆CD为原动件，曲柄AB为从动件，则当摇杆CD处于两极限位置时，从动曲柄AB与连杆BC共线，主动摇杆CD通过连杆BC传给从动曲柄AB的作用力通过曲柄的转动中心A。此时，曲柄的压力角=90，传动角=0，

18、连杆作用于曲柄上的力对转动中心A点不产生力矩，无法推动曲柄传动，所以曲柄不能转动，曲柄摇杆机构所处的这个位置，称为死点位置。当机构处于死点位置时，从动件将出现不能转动或运动方向不确定的现象。为使机构能通过死点位置继续运动，需对从动曲轴施加外力或采用安装飞轮以增大从动件的惯性力，使机构顺利通过死点位置。例如，缝纫机的踏板机构在运动过程中，依靠具有较大质量的大带轮的转动惯性，使机构顺利通过死点位置。单缸发动机的曲轴在运动过程中，是依靠具有较大质量的飞轮惯性，顺利通过死点位置。 a）曲柄连杆机构的死点位置 b)曲柄滑块机构的死点位置 图3-23 死点位置学习任务三 分析汽车发动机配气机构任务描述任务

19、描述配气机构是发动机中的两大机构之一。配气机构按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门。汽车的配气机构主要采用了凸轮机构，结合凸轮机构的相关知识对汽车发动机配气机构进行分析。学习目标学习目标1.学习凸轮机构的组成和分类；2.学习凸轮机构的基本参数以及从动件的运动规律；3.学会分析汽车凸轮机构的运动。计划与实施计划与实施学生观察汽车配气机构实物、模型，回答以下问题。（1）配气机构的凸轮是哪种形式？（2）配气机构中从动件属于哪种类型？（3）凸轮在机构中是主动件吗？（4）凸轮机构的压力角是常数吗？（5）为什么要采用凸轮轴而不将轴和凸轮分开加工制造？（6）

20、凸轮机构压力角的大小对其工作有什么影响？学习参考书学习参考书学习单元三学习单元三 汽车常用机构汽车常用机构学习任务三学习任务三 分析汽车发动机配气机构分析汽车发动机配气机构一、凸轮机构的组成及特点凸轮机构通常由凸轮1（主动件），从动件2和机架3三个构件组成，它的作用是将凸轮的连续转动或者移动，转化成从动件的往复移动或者摆动，如图3-24所示。图3-24 凸轮机构凸轮机构是机械中的一种常用的高副机构，当要求从动件实现复杂的运动规律时，多采用凸轮机构。图3-25所示为汽车发动机中采用的配气机构，当凸轮等速回转时，带动气门杆上、下移动，从而实现气门的开启和关闭。图3-25 内燃机配气机构二、凸轮机构

21、的分类根据凸轮和从动件的不同形状和运动方式，凸轮机构有下面几种分类方式。1、按照凸轮的形状分类（1）盘形凸轮（2）平板移动凸轮（3）圆柱凸轮2、按照从动件的形状分类（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件3、按照从动件的运动形式分类（1）移动从动件（2）摆动从动件三、凸轮机构的基本参数及运动过程1、基圆2、推程及从动件的升程3、远休止角4、回程5、近休止角6、位移曲线7、压力角图3-32 凸轮机构的运动过程a）尖顶移动盘形凸轮机构 b）从动件位移曲线四、凸轮轴在汽车发动机配气机构中，凸轮尺寸小而且紧接轴径时，凸轮与轴做成一体，称为凸轮轴，如图3-34所示。凸轮轴的作用是按照发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律驱动和控制气门的开起和关闭。图3-34 汽车发动机配气机构的凸轮轴学习任务四 分析驻车制动锁止机构任务描述任务描述 驻车制动器在车辆停稳后用于稳定车辆，避免车辆在斜坡路面停车时由于溜车造成事故。轿车的驻车制动器手柄采用了棘轮机构做为锁止机构。结合棘轮机构的相关知识对汽车驻车制动器的锁止机构进行分析。学习目标学习目标1.