汽车机械基础第三版课件：项目三 汽车常用机构

1、项目三 汽车常用机构学习任务一 绘制内燃机运动简图 学习任务二 汽车常见四杆机构学习任务三 内燃机配气机构学习任务四 驻车制动锁止机构学习任务一 绘制内燃机运动简图 任务描述：汽车发动机通常采用的是内燃机，它的运动规律可以用运动简图的形式来进行描述。掌握内燃机运动简图的绘制方法，可以帮助学生理解内燃机的工作原理。那内燃机运动简图是怎样绘制的呢？ 学习目标：了解平面机构的组成掌握零件和构件的特点掌握运动副的形式和符号掌握机构中构件的分类具有绘制内燃机运动简图的能力一、机构简介都是人为的实体组合；各实体间具有确定的相对运动。能实现能量的转换或完成有用的机械功。 同时具备这三个特征的称为机器，而机构

2、仅具备前两个特征 。 机构就是多个实体的组合，能实现预期的机械运动。 图3-1-2 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 组成机械的各个相对运动的实体称为构件。构件可以是一个零件，（内燃机的曲轴），也可能是若干个零件的刚性组合体，如（内燃机的连杆） 构件是机器的运动单元。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。按使用特点，零件可分为两类：一类是在各种机器中都可能用到的零件，称为通用零件，如螺母、螺栓、凸轮、齿轮、键等；另一类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。二、运动副这种两个构件直接接触又能产生一定相对运动的联接称为运

3、动副。运动副中构件间的接触形式有点、线和面三种形式。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.低副两构件通过面接触而组成的运动副称为低副。转动副：若组成运动副的两构件之间只能绕着同一轴线作相对转动。如：内燃机的曲轴与连杆 移动副：若组成运动副的两构件之间只能沿着某一轴线方向作相对移动 。如：活塞与气缸 低副中两构件之间是面接触，承受相同载荷时，压强较低，不易磨损。2.高副两构件通过点接触或线接触而组成的运动副称为高副。高副中两构件之间是点或线接触，其接触部分的压强较高，故容易磨损。三、平面机构运动简图所有构件均在同一平面或平行平面内运动的机构称为平面机构。由于机构的运动特性只与

4、构件的数目、运动副的类型(低副或高副)、运动副的数目及相对位置(转动副中心、移动副的中心线和高副接触点的位置等)有关，而与构件的外形、截面尺寸、组成构件的零件数目及运动副的具体构造无关。因此，分析机构运动时，为了简化问题便于研究，可按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简单线条绘制出图形。这种表示机构运动特性的简单图形，称为机构运动简图。1平面机构的组成根据机构工作时构件的运动情况不同，可将构件分为机架、主动件和从动件三类 。机构中固定不动的构件称为机架，它用来支承其他活动构件；机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件或原动件，一般与机架相连；机构中随主动件而运

5、动的其他全部活动构件称为从动件。 2.机构运动简图的符号 3.机构运动简图的绘制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）、原动件和从动件。从原动件开始，按运动传递路线，分清构件间相对运动的性质，确定运动副的类型。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比例尺绘制在此平面上，得到的图形即为机构运动简图 。学习任务二 汽车常见四杆机构 任务描述：内燃机中的活塞、连杆、曲轴等组成了平面连杆机构，而汽车的转向机构、车门的启闭机构采用了铰链四杆机构，那这些铰链四杆机构是怎样实现汽车转向和车门启闭的呢？ 学习目标：了解铰链四杆机构的概念掌握铰链四杆机

6、构的基本类型熟悉平面四杆机构的性质了解铰链四杆机构的演化具有分析汽车常见四杆机构运动的能力 构件间全部由低副连接而成的机构，称为平面连杆机构。由4个构件组成的平面连杆机构称为平面四杆机构 。主要包括铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类 。一、铰链四杆机构铰链四杆机构是将4个构件用4个转动副组成的机构。机构中固定不动的构件4，称为机架；机构中与机架相联的构件1、3称为连架杆；连架杆若能绕机架作整周转动则称为曲柄；连架杆只能绕机架在小于360的范围内作往复摆动则称为摇杆；与连架杆相连的杆2称为连杆。 1.曲柄摇杆机构两个连架杆中一个是曲柄，另一个是摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。 曲柄摇杆机构将

7、曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动。汽车前窗刮水器，当主动曲柄AB转动时，从动摇杆CD做往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮水动作。也有摇杆作为主动件而曲柄作为从动件的情况，如图3-2-4所示的缝纫机踏板机构。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。通常其主动曲柄等速转动时，从动曲柄作变速转动。变速筛。 当两曲柄的长度相等而且平行时，称为平行双曲柄机构。这时4根杆组成了平行四边形，如下图所示。双曲柄机构如果对边杆长度相等，但互不平行，称为反平行双曲柄机构。公共汽车车门启闭机构。 3.双摇杆机构两个连架杆若都是摇杆，则称为双摇杆机构。如图3-2-8所示为飞机起落架机构 二

8、、铰链四杆机构中曲柄存在的条件(1)连架杆与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他两杆长度之和。推论：在铰链四杆机构中，最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和时，则：取与最短杆相邻的杆为机架时，此机构为曲柄摇杆机构，如图3-2-9a所示。取最短杆为机架时，此机构为双曲柄机构，如图3-2-9b所示。取与最短杆相对的杆为机架时，此机构为双摇杆机构，如图3-2-9c所示。若铰链四杆机构中，最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和，则无论取哪一杆件为机架，均为双摇杆机构。如图3-2-9d所示。三、铰链四杆机构的演化曲柄滑块机构 导杆机构四、平面四杆机构的性质1急

9、回运动特性平面连杆机构中，从动件空回行程的速度比工作行程的速度大的特性称为连杆机构的急回特性。行程速比系数K表明急回运动的相对程度。当曲柄摇杆机构在运动中出现极位夹角时，机构就具有急回运动特性。且夹角越大，K越大，机构的急回运动性质就越显著 。2压力角和传动角 作用于从动件上的力与其作用点C的绝对速度方向之间所夹的锐角，称为压力角。压力角的余角称为传动角。 3死点位置 在曲柄摇杆机构中，若摇杆CD为主动件时，当摇杆处于两个极限位置时，连杆和曲柄共线，连杆传给曲柄的作用力通过曲柄的转动中心A点，此时，机构的传动角为零，不能推动曲柄AB转动，机构的这种位置称为死点位置。 学习任务三 内燃机配气机构

10、任务描述：内燃机中的配气机构是发动机中的重要机构，工作时要求在一个工作循环内，气门要迅速打开，随即迅速关闭，然后保持关闭不动，这种要求用平面连杆机构是不能实现的，那么配气机构是如何实现气门启闭的？ 学习目标：了解配气机构的工作原理掌握凸轮机构的组成和分类掌握凸轮机构的基本参数掌握压力角的大小对传动效率的影响熟悉从动件常用的运动规律 一、 凸轮机构的组成、应用和特点凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮是一个具有特殊曲线轮廓或凹槽的构件，一般以凸轮为主动件，它通常作等速转动，但也有作往复摆动和往复直线移动的。通过凸轮与从动件的直接接触，驱使从动件作往复直线运动或摆动。只要适当地设

11、计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件获得预定的运动规律。 气门开启和关闭时间的长短和其速度变化，取决于凸轮轮廓曲线的形状。二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分类盘形凸轮机构：一个绕固定轴线转动并具有变化向径的盘形构件，它是凸轮的最基本形式，结构简单，应用最广，但从动件的行程不能太大 。移动凸轮机构：移动凸轮是一个具有曲线轮廓并作往复直线运动的构件 圆柱凸轮机构：圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓的构件，并绕其轴线旋转，它的从动件可以获得较大的行程。 2.按从动件的形状分类（1）尖顶从动件凸轮机构 （2）滚子从动件凸轮机构 （3）平底从动件凸轮机构 三、凸轮机构的基本参数及

12、运动过程1基圆以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用表示。 2推程及从动件的升程当凸轮以等角速度顺时针转过时，凸轮轮廓AB段按一定运动规律将从动件尖顶由起始位置推到最远位置，这一过程称为推程，与推程对应的凸轮转角称为推程运动角。从动件移动的距离称为从动件的升程。3.远休止角凸轮继续转过 时，对应的凸轮轮廓段是圆弧，故从动件在最高位置静止不动，对应的凸轮转角 称为远休止角。 4.回程凸轮继续转过 时，从动件在其重力或弹簧力作用下按一定运动规律沿 段回到初始位置，这个过程称为回程，凸轮相应的转角 称为回程运动角。 5.近休止角凸轮继续转过时，因凸轮轮廓段为圆弧，故从动件在最近位置静止不

13、动，对应的凸轮转角称为近休止角。凸轮继续转动时，从动件将重复上述过程。6. 位移曲线当凸轮逆时针转过角 时，从动件就会产生一个位移S，用横坐标代表凸轮的转角，纵坐标代表从动件的位移，把从动件位移随凸轮转角的变化关系，用曲线描绘出来，称为位移曲线，如图3-3-5b）所示。7压力角 压力角是在从动件与凸轮的接触点，从动件的受力方向线(凸轮轮廓曲线的法线)与速度方向之间的夹角。凸轮机构的压力角是随凸轮的转动不停地变化的 。四、从动件常用的运动规律1.等速运动等速运动是从动件上升或下降的速度为一常数的运动规律。例如：某凸轮机构与从动件作匀速运动，凸轮转角与从动件位移的对应关系如表3-3-1所示。2.等

14、加速等减速运动规律从动件在推程（或回程）的前半段行程作等加速运动，后半段行程作等减速运动。通常，等加速段和等减速段时间相等，加速度的绝对值也相等 。五、凸轮和滚子的材料凸轮机构工作时，往往要承受冲击载荷，同时凸轮表面有严重的磨损，凸轮轮廓磨损后将导致从动件运动规律发生变化。因此要求凸轮表面硬度要高且耐磨，而心部要有较好的韧性。凸轮：40、45钢调质 ；45或40Cr钢表面淬火或20Cr渗碳淬火滚子：45钢或T9、T10等工具钢 学习任务四 驻车制动锁止机构任务描述：汽车停在斜坡上不会下滑是因为驻车制动器在起作用，是什么装置保证驻车制动器工作可靠，不会失效呢？驻车制动器的锁止装置是哪种装置呢？

15、学习目标：了解间歇运动机构的特点掌握棘轮机构的组成掌握棘轮机构的工作原理熟悉棘轮机构的类型 一、 棘轮机构 1棘轮机构的组成和特点如图3-4-1所示的是一种齿式棘轮机构，它由棘轮、棘爪和机架组成。1-摇杆 2-棘爪 3-棘轮 4-止回棘爪 主动摇杆1空套在棘轮的中心支承轴上，当它向左摆动时，其上的棘爪2在自重或弹簧的作用下嵌入棘轮3的齿槽内，推动棘轮逆时针转过一定角度，而止回棘爪4在棘轮的齿背上滑过。当摇杆1向右摆动时，止回棘爪4借助弹簧嵌入到棘轮3的齿槽内，阻止棘轮顺时针转动，同时棘爪2在棘轮3齿背上滑过，棘轮则静止不动。当摇杆作往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。摇杆的摆动可通过曲柄摇杆机构

16、和凸轮机构来实现。棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，改变棘轮转角方便(如改变摇杆的摆角)。可实现步进运动、分度、超越运动和制动等 。2.棘轮机构的类型及应用 按工作原理可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构 。（1）外啮合棘轮机构 如图3-4-1所示，棘爪装在棘轮的外面，称为外啮合棘轮机构。 （2）内啮合棘轮机构 如图3-4-3所示的自行车后轴上的飞轮，棘爪2装在棘轮3的内部，称为内啮合棘轮机构。 （3）单动式棘轮机构 如图3-4-1所示的棘轮机构，原动件只能按某一方向（逆时针）摆动时，才能推动棘轮转动一个角度。（4）双动式棘轮机构 如图3-4-4所示，当主动摇杆往复摆动一次时，两个棘爪都能推动棘轮向同一个方向转动，故称为双动式。 （5）可变向棘轮机构前面所介绍的棘轮机构，棘轮只能向一个方向转动。当棘轮轮齿制成方形时，可实现棘轮作双向间歇运动，即成为可变向棘轮机构。 （6）摩擦式棘轮机构如图3-4-7