单元三任务二 汽车前轮转向机构分析2幻灯片.ppt

学习单元三汽车常用机构 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 任务描述 发动机中的活塞 连杆 曲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 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 计划与实施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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 动力转向器 5 汽车前轮转向机构 等腰梯形机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 平面连杆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 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 缺点 运动链长 累计误差大 效率降低存在连杆 惯性力不好平衡 不适合于高速机械 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 什么叫铰链 一物体A套在另一物体B的一部分C上 物体A的运动受到C的限制 但A可以绕C在平面或空间内 C为球形 转动 物体A与B就构成铰链 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 生活中的铰链 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 铰链四杆机构在生活 生产中广泛用于动力的传递或改变运动的形式 例如公共汽车门的开启 汽车前窗刮雨器等都是利用铰链四杆机构来完成工作任务的 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 刮雨器 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 汽车车门启闭系统 公共汽车车门启闭机构 公共汽车车门启闭机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 认识一下吧 认识一下吧 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构是将四个构件用四个转动副组成的机构 机构中固定不动的构件AD称为机架 与机架相连的构件AB CD为连架杆 连架杆若能做整周转动则称为曲柄 只能绕机架在小于360 的范围内做往复摆动则称为摇杆 与连接杆相连的构件BC称为连杆 图3 2 3铰链四杆机构 铰链四杆机构 全部用转动副相连的平面四杆机构 它是平面四杆机构的基本型式之一 其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的 O1 A B O2 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 连杆 连架杆 与机架用转动副相连接的构件 不直接与机架连接的构件 机架 机构的固定构件 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 摇杆 只能绕机架作小180 的某一角度摆动的连架杆 连架杆可分为 曲柄 能绕机架作整周转动的连架杆 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 铰链四杆机构的类型铰链四杆机构可分为三种基本形式 曲柄摇杆机构 双曲柄机构和双摇杆机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 如下图所示 图3 2 4曲柄摇杆机构 特点 连架杆 将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 如下图所示的汽车刮水器 当主动曲柄CD转动时 从动摇杆AB做往复运动 利用摇杆的延长部分实现刮水功能 图3 2 5汽车刮水器 搅拌机 汽车前窗刮雨器等 应用 以摇杆为主动件 曲柄为从动件 运动形式 把摇杆的往复摆动转化为曲柄的整周回转运动 破碎机 剪刀机 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 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 2 6双曲柄机构 主动曲柄匀速转 从动曲柄变速转 2 双曲柄机构 特点 连架杆 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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目的 图3 2 7惯性筛机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 2 8平行双曲柄机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 2 10车门启闭机构 1 一般双曲柄机构 不等长双曲柄机构 特点 两曲柄不相等 主动曲柄等速转动 从动曲柄变速转动 应用 惯性筛 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 2 平行双曲柄机构 特点 两曲柄相等 同向 角速度相等 应用 火车车轮联动装置 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 3 反向双曲柄机构 特点 两曲柄相等 反向 角速度不相等 应用 车门启闭机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 双曲柄机构的应用实例 主动曲柄AB匀速转动 从动曲柄CD做变速转动并通过附加连杆CE带动筛子作变速往复直线运动 以使被筛物料获得较好的筛分效果 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 惯性筛 挖掘机 平行四边形机构 车门启闭机构 反平行四边形机构 等 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 火车驱动轮连动机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 连杆与机架的长度相等且两曲柄长度相等 曲柄转向相同的双曲柄机构 机车车轮联动装置 平行双曲柄机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 传动特点 主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 天平 利用平行双曲柄机构双曲柄的旋转方向和角度均相同的特性 保证两天平盘始终保持水平状态 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 挖掘机 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 汽车门启闭机构 四杆机构成反向双曲柄机构 双曲柄的转向相反 角速度也不相同 牵动主动曲柄AB的延伸端E 能使两扇车门同时开启或关闭 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 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 2 11飞机起落架机构运动简图 两个连架杆均为摇杆 特点 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 车轮转向机构 四杆件构成等腰梯形 按箭头方向牵动摇杆AB的延伸端E 可使两摇杆AB CD同向摆动并带动两轮同时转向 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 飞机起落架 飞机起落架 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 汽车自卸翻斗装置 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 判断下图铰链四杆机构类型 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 四杆机构中 要有曲柄存在 必须同时满足下列两个条件 1 连架杆与机架中必有一个是最短杆 2 最长杆和最短杆的长度之和小于等于其他两杆长度之和 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 最短杆AB为机架 此时为 1 当a d c b时 a为最短杆 d为最长杆 与最短杆相对的杆CD为机架 此时为 与最短杆相邻的杆AD为机架 此时为 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 铰链四杆机构三种基本形式的判别方法 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 无论哪根杆为机架都为 双摇杆机构 2 当a d c b时 a为最短杆 d为最长杆 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 满足杆长之和条件 最短杆为机架 双曲柄机构 最短杆的相邻杆为机架 曲柄摇杆机构 最短杆的相对杆为机架 双摇杆机构 不满足杆长之和条件 无论以哪个杆作机架 均为双摇杆机构 铰链四杆机构类型的判别 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 只形成双摇杆机构 归纳 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 15 10 15 25 双摇杆机构 双曲柄机构 不满足杆长之和条件 满足杆长之和条件 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 例题 如下图所示 判断铰链四杆机构属于哪种基本形式 由已知可得 230mm 130mm 200mm 180mm即AD AB BC CD满足Lmax Lmin L1 L2 而且以最短杆相邻的杆为机架 因此 该机构属于曲柄摇杆机构 ADmax 230mm ABmin 130mm 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 解 1 分析 最短杆与最长杆长度之和 50 20 70 其余两杆长度之和 30 45 75 最短杆为AD 2 以AB或CD为机架 则最短杆AD为连架杆 机构为曲柄摇杆机构 以BC为机架 则最短杆AD为连杆 机构为双摇杆机构 以最短杆AD为机架 机构为双曲柄机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 三 铰链四杆机构的演化形式在实际的机械机构中 通过将铰链四杆机构的转动副转化为移动副或者选取不同为机架 可获得相应的派生的四杆机构 凡含有移动副的四杆机构 简称滑块四杆机构 曲柄滑块机构是汽车中常见的滑块机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 在曲柄摇杆机构中 将一个转动副转化为一个移动副时 该机构就转化为曲柄滑块机构 图3 20所示为汽车内燃机中的曲柄滑块机构 活塞连杆机构 连架杆AB可做整周转动 是曲柄 活塞在气缸中滑动 称为滑块 图3 2 13汽车内燃机中的曲柄滑块机构 活塞连杆机构 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 四 平面四杆机构的基本特性 图3 2 14曲柄摇杆机构的急回特性分析 1 急回特性如图3 21所示的曲柄摇杆机构 设曲柄AB为原动件 摇杆CD为从动件 在曲柄回转一周的过程中 曲柄AB与连杆BC有两次共线 这时摇杆CD分别处于左 右两个极限位置C1D和C2D 摆角为 当摇杆处于两极限位置时 曲柄在两极限相应位置时 曲柄在两相应位置所夹的锐角 称为极位夹角 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 由图3 21可知 当曲柄AB以角速度 1等速转过 1 180 时 摇杆C1D摆至C2D 称为工作行程 所需时间为t1 C点的平均速度为v1 当曲柄继续转过 2 180 时 摇杆由C2D摆回至C1D 称 图3 2 14曲柄摇杆机构的急回特性分析 为空回行程 所需时间为t2 C点的平均速度为v2 不难看出 由于 1 2 所以t1 t2 又由于摇杆上的C点到C1和从到C2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v1 v2 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 机构的急回特性常用形成速比系数K表示 即 3 2 1 由式 3 2 1 可知 K值的大小取决于极位夹角 当 0时 K 1 机构没有急回特性 当K 1时 K 1 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 因此应根据工作要求 恰当地选择K值 在一般机械中1 K 2 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 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 一 分析汽车前轮转向机构 学习单元三汽车常用机构 图3 2 15压力角与传动角 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