汽车机械基础 第3版 课件 第7章 汽车常用机构

第7章汽车常用机构主讲教师：目录本章学习目标01027.2平面连杆机构及其在汽车中的应用03047.1机构的组成及其运动简图本章小结057.3凸轮机构及其在汽车中的应用本章学习目标知识目标掌握平面连杆机构的概念、特点及类型；掌握凸轮机构的组成、类型及在汽车中的应用；理解凸轮从动件运动常见规律。掌握铰链四杆机构和曲柄滑块机构的特点及在汽车中的应用；理解机器、机构、构件、零件的区别及联系；能力目标能识读机构运动简图；能正确分析汽车中应用的平面连杆机构的工作原理；能正确分析汽车中应用的凸轮机构的工作原理。7.1机构的组成及其运动简图认识机器与机构汽车单缸发动机洗衣机汽车起动机汽车发电机日常生活和生产实践中的很多机器的作用都是实现能量转换或完成有用的机械功代替人的劳动。一、机器与机构发动机在工作时，由燃气混合气燃烧推动活塞4在气缸中作往复移动，通过连杆3带动曲轴2转动，从而将燃料燃烧的热能转换为机械能。其中，活塞、连杆、曲轴和气缸体的构成了曲柄滑块机构，可将活塞的往复移动转变为曲轴的连续转动，两个齿轮的组成的齿轮机构可以改变转速的大小和转动方向，由凸轮、推杆、气门等构成了配气机构将凸轮的转动转变为推杆的往复移动，定时打开和关闭气门。说说汽车发动机的组成及工作过程？1.机器的定义定义1机器是执行机械运动、用来变换或传递能量、物料、信息的装置。定义2由零件装成，能运转、能变换能量或产生有用功的装置。机器可以作为生产工具，能减轻人的劳动强度，提高生产效率。定义3具有确定相对运动、可进行能量转换或做机械功的一种实体组合。举出你知道的机器的实例？讨论2.机构用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构。在一般情况，为了传递运动和力，机构各构件间应具有确定的相对运动。机构的实例齿轮机构连杆机构凸轮机构二、零件与构件零件：组成机械的各个制造单元，如螺钉、螺母、轴等。构件：组成机械的各个运动单元（可以是单独加工的单元体，如车床的主轴；也可是多个零件的组合体，如连杆）。三、运动副及其分类运动副：两个零件或构件间既相接触又有相对运动的一种联接形式，如车轮与钢轨、一对轮齿以及轴与轴承之间的联接。根据组成运动副的两构件间的接触形式不同，运动副分为高副和低副。两构件以面接触组成的运动副，称为低副。两构件通过点或线接触而形成的运动副，称为高副。低副转动副螺旋副移动副两构件的相对运动形式的不同，低副可分为：转动副、移动副、螺旋副。高副齿轮副移动副凸轮副两构件通过点或线接触而形成的运动副。构件只是构成机构的一个要素，只有构件而没有运动副，也不能构成一个完整的机构，所以说运动副是构成机构的另一个要素。因此，机构是由若干构件通过运动副联接而成的。四、机构的运动简图机构运动简图机构示意图用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按比例定出各运动副的位置，说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。不严格按比例来绘制简图，这样的简图通常称为机构示意图。机构运动简图的绘制方法1.分析机构的实际构造和运动情况，明确三类构件：固定件——机架；主动件——机构中作用有驱动力或力矩的构件；从动件——机构中随主动件运动而运动的可动构件。在任何机构中必须有也只能有一个构件为固定件，即机架，在可动构件中必定有一个或几个为主动件，一般和固定件相连，其余为从动件。2.要明确机构由多少个构件组成，各构件之间通过何种运动副联接。3.按照国标规定的常用运动副及构件的图示符号绘制该机构的运动简图。机构运动简图常见符号（GB/T4460-2013）单缸发动机的示意图与机构运动简图机构运动简图示意图总结：零件、构件、机构、机器之间的关系零件：一个独立加工的制造单元构件-----相对运动的单元体。机器-----若干机构组成。机构-----若干构件通过运动副连接而成。机械——机器与机构的总称。7.2平面连杆机构及其在汽车中的应用复习：说明下列运动副的类型？低副：转动副高副：齿轮副低副：螺旋副低副：移动副一、平面连杆机构平面连杆机构是指由若干刚性构件（简称“杆”）通过低副（转动副和移动副）联接而成的机构，且机构内各构件的相对运动都在同一平面内或相互平行的平面内。平面连杆机构是一种低副机构，具有以下主要特点：（1）由于低副是面接触，因此压强小、便于润滑，磨损轻；（2）运动副接触面为圆柱面或平面，形状简单，制造容易；（3）平面连杆机构结构简单、工作可靠，能满足多种运动规律和运动轨迹的要求；（4）不适用于高速传动；（5）对于多杆机构，因构件和运动副数目多，传动精度较低且设计困难。二、铰链四杆机构1、定义：由四个构件通过转动副连接而成的平面连杆机构。2、组成3、铰链四杆机构的基本形式曲柄摇杆机构两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构能完成两种运动形式的转换，即：（1）将曲柄整周的转动转换为摇杆的往复摆动；（2）将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动。分析：图示碎石机的工作原理，说明主动件与从动件。碎石机是一种曲柄摇杆机构，它可以把主动件AB杆的转动转变为从动件CD杆的摆动，从而破碎石块。3、铰链四杆机构的基本形式双曲柄机构两个连架杆均作整周旋转，即两个连架杆都是曲柄，这种机构称为双曲柄机构。平行双曲柄机构：两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等的双曲柄机构，工作时，两曲柄回转方向相同，角速度相等。3、铰链四杆机构的基本形式反向双曲柄机构：双曲柄机构在实际工作中还存在一种特别的情况，主动曲柄回转方向不变时，各构件恰好位于同一直线上时，则从动曲柄的回转方向不确定，有可能变为反向双曲柄机构，即：两曲柄回转方向相反，角速度不等。汽车车门启闭机构即是反向双曲柄机构。3、铰链四杆机构的基本形式双摇杆机构铰链四杆机构中，如两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。分析图示自卸翻斗车的工作原理。自卸翻斗车是一种双摇杆机构，AD杆为车架，当油缸中的活塞向右运动时，带动双摇杆AB、CD向右摆动，使车卸货。4、铰链四杆机构的应用实例分析缝纫机踏板机构的工作原理。缝纫机踏板机构属于曲柄摇杆机构，它可以将主动件（踏板）的摆动转变为从动件（曲柄）的转动4、铰链四杆机构的应用实例分析汽车刮水器的机构形式及工作过程。汽车雨刮机构属于曲柄摇杆机构与双摇杆机构的组合。4、铰链四杆机构的应用实例分析起重机的机构形式及工作过程。起重机属于双摇杆机构。三、曲柄滑块机构1、组成曲柄滑块机构由滑块、连杆、曲柄和机架四个构件通过转动副和移动副连接而成。曲柄滑块机构1–机架2–曲柄3-滑块4-连杆2、运动形式的转换当滑块为主动件时，机构将滑块的往复移动转变为曲柄的旋转运动；当曲柄为主动件时，机构将曲柄的旋转运动转变为滑块的往复移动。四、平面连杆机构的特性曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，曲柄为从动件时，连杆BC与曲柄AB共线时，连杆BC施加在曲柄AB上的力恰好通过转动中心A，无论作用力多大，其转动力矩都为零，不能推动曲柄转动，称为死点位置。曲柄滑块机构也具有相同特性。1、死点位置为了使机构能顺利通过死点继续正常运转，常采用安装飞轮加大惯性的方法，如在汽车发动机中，为了使曲轴顺利通过死点位置，在曲轴末端安装了飞轮，利用飞轮的惯性带动曲轴通过死点位置，使曲轴连续不断地转动。讨论：存在死点位置的条件？从动件是否与连杆共线。1、死点位置2、急回特性曲柄连杆机构中，当曲柄为主动件做匀速回转时，从动件摇杆的往返摆动行程和往返速度不同，返程要快，这种运动特性称为急回特性。曲柄摇杆机构的急回特性1–曲柄2–连杆3-摇杆4-机架2、急回特性当曲柄AB是主动件，摇杆CD是从动件时，曲柄在转动一周的过程中有两次与连杆BC共线，两个共线位置分别为B1AC1和AB2C2，此时曲柄AB分别位与AB1和AB2，摇杆CD的位置分别为C1D和C2D，C1D和C2D叫做摇杆CD的极限位置，∠C1DC2=称为摇杆的最大摆角。摇杆处于两个极限位置的时候，对应的曲柄AB1和AB2之间所夹的锐角叫做极位夹角，用θ表示。若曲柄AB沿顺时针方向以等角速度转动，当曲柄从AB1位置转到AB2位置的时候，曲柄转过的角度为：180˚+θ，当曲柄顺时针从AB2位置再转到AB1位置时，曲柄转角为：180˚-θ，两个过程摇杆的最大摆角相同，由于曲柄是等角速度转动的，因此从AB1位置转到AB2位置所用的时间比从AB2位置再转到AB1位置用的时间要长，即摇杆CD从C2回到C1所用的时间比从C1到C2用的时间要短，从而使返回行程时间小于工作行程时间，呈现出急回特性。2、急回特性急回特性广泛应用于生产实际中，使工作行程平均速度小，工作行程平稳，非工作行程速度加快，缩短非工作时间，达到提高工作效率的目的。讨论：机构存在急回特性的条件？极位夹角不为零死点位置应用：飞机起落架的收放的不同设计分析：飞机起落架收放的不同设计的原理？思政：对不同的起落架收放设计进行总结，提示学生在学习中要多思考，才能有所创新！7.3凸轮机构及其在汽车中的应用汽车中的凸轮机构图示为发动机的配气机构，在这个机构中具有曲线外廓形状的构件1转动时，其轮廓将迫使气门杆2作断续的往复移动，从而控制气门有规律的开启和关闭（气门的关闭借助气门弹簧3的弹力作用实现），使可燃混合气进入气缸或使燃烧后的废气排出。在这个配气机构中具有曲线外廓形状的构件1称为凸轮；与凸轮始终保持直接接触的气门2称为从动件。一、凸轮机构的组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。1-凸轮2-从动件3-机架二、常用凸轮机构的类型1、按凸轮形状分盘形凸轮

移动凸轮圆柱凸轮二、常用凸轮机构的类型2、按从动件分尖顶从动件：尖顶可以与任何形状凸轮轮廓保持点接触，能实现复杂的运动规律。但是尖顶从动件易磨损，仅适用于速度较低和作用力不大的场合；滚子从动件：磨损较小，可传递较大的力，结构复杂一些；平底从动件：受力情况较好，结构简单，便于润滑，常用于高速凸轮机构中。滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构三、凸轮机构应用实例1、插齿机切深机构工作原理：当凸轮1转动时，拉动丝杠5向右侧运动，则刀架4和插齿刀3一起向毛坯件移动，直到将齿轮切到需要深度为止。三、凸轮机构应用实例2、自动车床的走刀机构工作原理：当圆柱凸轮1转动时，利用凸轮的凹槽带动摆杆2绕固定轴往复摆动，再通过扇形齿轮3与齿条的啮合传动，使刀架5按一定规律运动，完成进刀和退刀的动作。三、凸轮机构应用实例3、火柴自动装盒机构工作原理：火柴从进料口4装入，当插板3在凸轮1推动下插入进料口下部时，火柴就不能落下来。当凸轮转回时，在弹簧2的作用下插板3退出，火柴便落入盒7中，随后插板5插入，阻止火柴落下，使火柴盒装满。四、从动件的运动规律1、凸轮的基本概念基圆：以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用rmin表示；推程：推程运动角δt；远休止、远休止角δs；回程、回程运动角δh；近休止、近休止角δsˊ；行程:从动件在推程或回程中移动的距离，用h表示。凸轮的各参数影响着从动件的位移、速度和加速度，因此从动件的运动规律是由凸轮的轮廓曲线的形状决定的。四、从动件的运动规律2、凸轮机构从动件的常用运动规律等速运动规律：等速运动规律的特点是当凸轮等速回转时，从动件推程或回程中的速度为常数。等速运动规律的速度曲线四、从动件的运动规律等速运动规律的位移曲线等速运动规律的位移曲线讨论：等速运动规律的加速度的特点？四、从动件的运动规律加速度方程为：a=0从动件在运动开始和停止的瞬时，速度由零突变到v0，或由v0突变到零，其加速度在理论上为∞和－∞，所产生的惯性力在理论上也达到无穷大，对机构将产生强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。实际上由于材料的弹性变形，加速度和惯性力都不会达到无穷大，但是刚性冲击仍会引起机构的强烈震动，对构件的工作极为不利。因此，等速运动规律只适用于低速轻载或从动件质量小的场合。等速运动规律的加速度曲线四、从动件的运动规律等加速等减速运动规律从动件的等加速等减速运动规律的特点是：从动件在一个推程或者回程中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。通常加速度和减速度的绝对值相