汽车机械基础（微课版） 课件 4.汽车常用机构

汽车机械基础

（微课版）新编21世纪职业教育精品教材适用于职业院校、技工院校汽车类专业目录CONTENTS汽车机械识图汽车常用材料汽车常用机械传动汽车常用连接01030507公差配合与技术测量汽车常用机构汽车支承零部件汽车液压传动与气压传动

02040608绪论第一节

平面四杆机构第二节

凸轮机构第三节

间歇运动机构汽车常用机构Part04运动副平面机构的运动简图0102第一节平面四杆机构平面机构的自由度03平面四杆机构与铰链四杆机构04一、运动副4.1平面四杆机构（一）运动副的概念机构是具有确定相对运动的构件的组合体。为了传递运动和力,需要以一定方式将各个构件彼此连接起来,这种连接既要对彼此连接的两构件的运动加以限制,使得构件间不发生各自独立的自由运动,又要允许它们之间能产生一定的相对运动。这种允许两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的活动连接称为运动副。两构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副元素。一、运动副4.1平面四杆机构（二）运动副的分类1.低副两构件之间通过面接触组成的运动副称为低副,也称为铰链.根据组成低副的两构件间的相对运动形式不同,低副又可分为转动副和移动副。（1）转动副。若组成运动副的两构件之间只能在平面内做相对转动,则这种运动副称为转动副。（2）移动副。若组成运动副的两构件之间只能做相对直线移动,则这种运动副称为移动副。一、运动副4.1平面四杆机构（二）运动副的分类2.高副两构件之间通过点或线接触组成的运动副称为高副。由于高副是点或线接触,所以可实现多种形式的运动规律,传递较复杂的运动；但接触处的压强大,易磨损,承载能力差,制造和维修困难。若机构中所有的运动副均为低副,则该机构称为低副机构；若机构中至少有一个运动副是高副,则该机构称为高副机构。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（一）机构中构件的分类1.机架机构中固定不动或相对固定位置不发生变化的构件称为机架,如机床床身、汽车底盘、飞机机身等,用于支承机构中的可动构件（相对于机架运动的构件）。通常以机架作为参考坐标系,来分析研究其他可动构件的运动特性。在机构运动简图中,机架的表示方法是在代表机架的杆件上绘制若干条均匀的短斜线。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（一）机构中构件的分类2.主动件机构中接受外部给定运动规律的,作用有驱动力或驱动力矩的可动构件称为主动件或原动件,是机构中输入运动或动力的构件,一般与机架相连。在机构运动简图中,常用带箭头的构件表示主动件。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（一）机构中构件的分类3.从动件机构中除主动件以外,随着主动件运动而运动的其余可动构件称为从动件。从动件的运动规律取决于主动件的运动规律和机构的组成。由此可知,机构可由机架、主动件及所有的从动件组成。同一机构中,在不同情况下,某些构件既可作为主动件,又可作为从动件。例如,在发动机起动时,曲轴为主动件,连杆与活塞即为从动件；当发动机工作时,活塞为主动件,连杆与曲轴即为从动件。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（二）机构运动简图的概念工程实际中的机构一般由外形和结构都比较复杂的构件组成,机构的运动特性只与构件的数目、运动副的数目和类型以及它们之间的相对位置有关,而与构件的形状、组成构件的零件数目和运动副的具体构造及组成材料等因素无关。因此,在分析现有机构或设计新机构时,为了更加直观地表示机构的运动情况,便于进行运动和动力分析,可按一定的比例尺确定各运动副之间的相对位置,并用国家标准规定的简单符号及线条代表运动副和构件,由此绘制出的图形称为机构运动简图。颚式破碎机结构示意图及机构运动简图。颚式破碎机的机构运动分析：运动由皮带轮5输入,通过偏心轴2带动活动颚板3及肘板4运动,构件1为机架,起支撑作用。在结构上,皮带轮5和偏心轴2可以看作一个构件,其作用是将外部输入的旋转运动转变成偏心轴2绕A点的旋转运动。活动颚板3工作时可绕偏心轴2的几何中心B点做相对转动,肘板4在C、D两点分别与活动颚板3及机架通过铰链连接。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（三）机构运动简图的表示符号1.运动副的表示符号（1）转动副。转动副一般用一个小圆圈来表示，圆圈的圆心表示两构件相对转动的轴线。（2）移动副。移动副表示滑块在直线或槽中移动，其导路与构件的相对移动方向一致。（3）平面高副。平面高副一般用两构件接触时的轮廓曲线来表示。2.构件的表示符号绘制构件时,通常将该构件参与构成的运动副按照它们的位置用符号表示出来。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（四）机构运动简图的绘制1.分析机构的组成,确定构件的类型和数目（1）曲柄连杆机构：活塞1为主动件，连杆2、曲轴3为从动件，气缸体8为机架（2）齿轮机构：与曲轴固连的齿轮4为主动件，齿轮5为从动件，气缸体8为机架。（3）凸轮机构：与齿轮5固连的凸轮6为主动件，气门顶杆7为从动件，气缸体8为机架。二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（四）机构运动简图的绘制2.从主动件开始,依次分析构件间的相对运动形式,确定运动副的类型和数目根据组成运动副构件的相对运动关系可知，活塞1与气缸体8组成移动副；活塞1与连杆2组成转动副；连杆2与曲轴3组成转动副；曲轴3与齿轮4固连成一个构件，它与气缸体8组成一个转动副；凸轮6与齿轮5固连成一个构件，它与气缸体8组成一个转动副；而齿轮4与齿轮5组成齿轮副，凸轮6与气门顶杆7组成凸轮副，它们都是高副；气门顶杆7与气缸体8组成移动副。所以内燃机的主体机构共有B个运动副，其中移动副2个，转动副4个，高副2个。优缺点对比二、平面机构的运动简图4.1平面四杆机构（四）机构运动简图的绘制3.选择适当的视图平面和主动件位置,通常选择与构件运动平行的平面作为投影为内燃机的整个主体机构为平面机构,所以取连杆的运动平面作为投影面。4.选择适当的比例尺,按照各运动副间的距离和相对位置,以规定的线条和符号进行绘制三个机构皆选定相同比例尺,确定各运动副的位置,然后用规定的构件和运动副符号绘出机构运动简图。三、平面机构的自由度4.1平面四杆机构（一）自由度和约束1.构件的自由度构件的自由度是指构件可以进行的独立运动的数目。一个在平面Oy内自由运动的构件，它除了能沿：轴和y轴方向自由移动外，还可以绕垂直于平面rOy的：轴转动，因此，一个在平面自由运动的构件具有3个自由度。在力学里，自由度指力学系统的独立坐标的个数，可用图示的三个独立的运动参数x、y、θ表示。2.平面运动副的约束若将A点与地面铰接，形成转动副，则该构件在z轴方向和y轴方向的移动受到了限制，只能绕A点在平面.Oy内转动，自由度由3变成1。因此，在引人运动副后，构件的自由运动将受到限制，通常把对构件运动的限制称为约束。在平面机构中，每个低副（转动副、移动副）引人2个约束，使构件失去2个自由度，只保留1个自由度；而每个高副（凸轮副、齿轮副）引人1个约束，使构件失去1个自由度，只保留2个自由度。三、平面机构的自由度4.1平面四杆机构（二）平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动,是指机构中所有的从动件,在主动件的驱动下,都能按照一定的规律运动,在任意瞬间其位置都是完全确定的。由上述可知,机构的自由度数目表明机构可以进行的独立运动的数目。换言之,机构要运动,自由度必须大于零,而机构中主动件对于机架只有一个独立运动。因此,平面机构具有确定运动的条件是该机构的自由度F>0,并且主动件的数目与机构的自由度数目相等。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（一）平面四杆机构的概念及特点1.基本概念各构件间的相对运动均在同一平面或在相互平行的平面内的机构称为平面机构。若组成该平面机构的构件全部用低副连接,则这样的机构称为平面连杆机构,因此平面连杆机构又称为低副机构。平面四杆机构是指由四个杆件组成的平面连杆机构,是结构最简单、应用最广泛的平面连杆机构。平面四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类。前者是平面四杆机构的基本形式,后者是由前者演化而来。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（一）平面四杆机构的概念及特点2.主要特点在平面四杆机构中，各构件组成的运动副为转动副或移动副，其主要特点如下：（1）各构件以低副连接，接触面的压强小，容易进行润滑，机构的磨损较小，因此寿命较长。（2）接触面为平面或者圆柱面，结构简单，制造方便，加工精度高。（3）可进行远距离操纵控制，能实现多样化的运动轨迹及运动规律，在汽车领域有着广泛的应用，如汽车发动机曲柄连杆机构、汽车雨刮器及汽车转向机构等。（4）低副接触面之间存在间隙，会在机构工作过程中产生不可避免的误差，产生的惯性力难以平衡，降低了传动精度，且连杆机构的设计和计算比较复杂，难以精确地实现复杂运动，不适用于高速的场合。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（二）铰链四杆机构1.铰链四杆机构的基本类型及应用（1）曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中,若两个连架杆一个为曲柄,另一个为摇杆,则这种机构称为曲柄摇杆机构。（2）双曲柄机构。在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则这种机构称为双曲柄机构。其作用是将主动曲柄的等速转动转变为从动曲柄的等速或变速转动。在双曲柄机构中,若连架与机架长度相等,且两个曲柄的长度也相等,则该双曲柄机构又称为平行四边形机构。（3）双摇杆机构。铰链四杆机构中,若两个连架杆均为摇杆,则这种机构称为双摇杆机构。其作用是将主动摇杆的往复摆动转变为从动摇杆的往复摆动。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（二）铰链四杆机构2.铰链四杆机构基本类型的判别（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（2）连架杆与机架中必有一个是最短杆。当满足以上条件时,还需要根据机架的位置分情况讨论：（1）取最短杆的相邻杆为机架时,该机构为曲柄摇杆机构。（2）取最短杆为机架时,该机构为双曲柄机构。（3）取与最短杆相对的杆件为机架时,得到双摇杆机构。当不满足以上条件时,说明机构中不存在曲柄,那么不管取哪个构件为机架,该机构都一定为双摇杆机构。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（三）铰链四杆机构的演化1.曲柄滑块机构在图（a）所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕A点转动时，摇杆3上C点的轨迹为一段圆弧。摇杆长度越长，℃点的轨迹圆弧就越平直。当摇杆长度增加到无穷大时，C点的轨迹就变成一条直线。这时可以用滑块代替摇杆，转动副D将演化为移动副，所得机构称为曲柄滑块机构（b）所示。曲柄滑块机构在汽车领域有着广泛的应用,如汽车发动机的活塞连杆机构、车载空调压缩机等。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（三）铰链四杆机构的演化2.导杆机构若将与滑块相对的构件1固定为机架，此时滑块3可相对构件4滑动并一起绕A点转动，构件4称为导杆，所得机构为导杆机构。当机架1的长度小于构件2时，构件2和导杆4均能做整周转动，此机构称为转动导杆机构，如图所示。小型刨床就是转动导杆机构的应用实例。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（三）铰链四杆机构的演化3.移动导杆机构若将滑块3固定为机架，此时导杆4可相对滑块做往复移动，所得机构为移动导杆机构，也叫定块机构，如图（a）所示。图（b）中的抽水唧简就是移动导杆机构的应用实例，其中，活塞由提手AB带动在唧筒中上下往复移动。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（三）铰链四杆机构的演化4.曲柄摇块机构若将与滑块相连的构件2固定为机架，此时构件1可绕机架做整周转动，滑块3可绕机架上C点做往复摆动，所得机构为曲柄摇块机构，如图（a）所示。图（b）中的货车自动卸货机构就是摇块机构的应用实例，其中，活塞杆2在液压缸3（相当于摇块）中往复移动，推动车厢1绕车身的C点转动，从而达到自动卸货的目的。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（四）平面四杆机构的运动特性1.急回特性在图所示的曲柄摇杆机构中，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线，摇杆CD分别到达极限位置CD和CD。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角，用表示。摇杆CD处于两个极限位置时，曲柄相应的两个位置AB、AB,所夹的锐角称为极位夹角，用0表示。曲柄摇杆机构运动过程中，从动件摇杆的往返摆动行程和往返速度是不一样的，返程比往程要快，曲柄摇杆机构的这种运动特性称为急回特性。除曲柄摇杆机构外,具有急回运动特性的四杆机构还有曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构。在牛头刨床、插床等机械设备中,通常利用机构的急回特性来缩短空回行程的时间,以提高生产加工效率。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（四）平面四杆机构的运动特性2.压力角和传动角作用于从动件上的力与该力作用点的速度方向所夹的锐角α称为压力角，压力角的余角γ称为传动角，如图所示。压力角α越小，传动角γ越大，机构的传力性能越好。因此，压力角α和传动角γ是判断机构传力性能的重要参数。四、平面四杆机构与铰链四杆机构4.1平面四杆机构（四）平面四杆机构的运动特性3.死点位置在图所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆为主动件，则当摇杆处于两个极限位置CD、C₂D时，连杆BC均与曲柄共线。这时，主动摇杆CD通过连杆作用于从动曲柄AB上的力，恰好通过曲柄的回转中心A，此时机构的传动角γ=0°，压力角a=90°所以理论上（在不计构件的重力、惯性力和运动副中摩擦阻力的条件下）不论用多大的力，都不能使曲柄转动，出现“卡死”或运动方向不确定的现象。机构的这种位置称为死点位置。机构是否存在死点位置，取决于连杆是否与从动件共线。为克服死点对传动的不利影响,可以通过对从动曲柄施加外力、加飞轮或利用构件自身重量以增大从动件的惯性作用及采用机构错位排列的方法使机构顺利通过死点位置。凸轮机构的概念及特点凸轮机构的分类0102第二节凸轮机构凸轮机构的工作过程03一、凸轮机构的概念及特点4.2凸轮机构凸轮机构是由主动件凸轮、从动件摆杆（或推杆）和支撑它们的机架组成的高副机构。其中,凸轮是一个具有特殊曲线轮廓或凹槽的构件,当它运动时,通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触,使从动件获得预期的运动规律,因此凸轮通常为主动件。它具有以下特点：（1）结构简单紧凑,设计方便,可以准确地实现预定的运动规律。（2）凸轮与从动件之间为点或者线接触,属于高副,润滑不便,容易磨损。（3）凸轮机构一般用于传递动力不大的场合。二、凸轮机构的分类4.2凸轮机构（一）按凸轮的形状分类1.盘形凸轮机构盘形凸轮机构具有变化向径且能绕固定轴转动的盘形零件，能使从动件在垂直于凸轮轴线上做往复直线运动。它是最基本的凸轮形式，结构简单，应用广泛，适用于从动件行程较短的场合。2.移动凸轮机构移动凸轮机构相当于回转中心趋于无穷远时的盘形凸轮机构，外形呈板状，工作时相对机架做往复直线运动，从动件也在同一平面内做往复运动。3.圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构相当于将移动凸轮机构卷成圆柱形，其轮曲线位于圆柱面上，它与从动件之间的运动为空间运动，可用于从动件行程较长的传动机构中。二、凸轮机构的分类4.2凸轮机构（二）按从动件的形式分类1.尖顶从动件凸轮机构尖顶从动件的顶部十分尖锐，能够与各种轮形状的凸轮保持接触，可实现任意规律的运动，尖顶从动件虽然结构简单，但容易损，故只适用于低速、传力不大的场合。2.滚子从动件凸轮机构从动件顶通过滚子与凸轮接触，由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，磨损小、承载能力强、应用广泛，故适用于传递较大动力的场合。3.平底从动件凸轮机构从动件与凸轮之间为线接触，在接触面间容易形成油膜，润滑条件较好；而且平底的受力平稳，传动效率高，故适用于高速凸轮机构。三、凸轮机构的工作过程4.2凸轮机构（一）凸轮机构的基本参数在凸轮机构中，以凸轮转动中心为圆心，凸轮轮最小向径04所作的圆称为凸轮的基圆，其半径用r表示。从动件在位置A的时候，离圆心O的距离最近，为初始位置，从动件从最近位置A到最远位置B之间的距离称为升程，用符号h表示。为了方便观察从动件的运动过程,以从动件的位移s、速度ω、凸轮转过的角度δ等作为参数,绘制出凸轮机构从动件的运动线图和从动件的位移线图。其中运动线图直观地反映了从动件的运动规律,是设计凸轮轮廓曲线的重要依据。三、凸轮机构的工作过程4.2凸轮机构（一）凸轮机构的基本参数1.推程凸轮以等角速度ω按逆时针方向转动角度δ0时,从动件按一定规律由位置A移动到位置B,这一过程称为推程。凸轮转过的角度δ0称为推程运动角。2.远停程凸轮继续转过角度8。时，从动件与凸轮的BC圆弧段接触并停在离凸轮圆心O最远的位置B'，这一过程称为远停程。凸轮转过的角度8。称为远休止角。三、凸轮机构的工作过程4.2凸轮机构（一）凸轮机构的基本参数3.回程凸轮继续转过角度8。时，由于凸轮CD段的轮廓向径逐渐变小，从动件在重力或弹簧力的作用下，以一定的规律从位置B'返回位置A，这一过程称为回程。凸轮转过的角度

称为回程运动角。4.近停程凸轮继续转过角度8。时，从动件与凸轮的BC圆弧段接触并停在离凸轮圆心O最远的位置B'，这一过程称为远停程。凸轮转过的角度8。称为远休止角。凸轮机构工作时,凸轮每转过一圈,从动件经历推程、远停程、回程、近停程四个运动阶段,这时凸轮不断旋转,从动件重复升、停、降、停的运动循环。三、凸轮机构的工作过程4.2凸轮机构（二）从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律有等速运动、等加速等减速运动、简谐运动等,下面介绍最简单的等速运动规律。等速运动规律是指凸轮做等速转动时，从动件上升或下降的速度为一常数。由于凸轮机构工作时，凸轮一般做等速转动，所以其转动角度就反映了运动时间。用位移s与转角δ的关系代替等速运动中位移与时间的关系，可以画出凸轮每转过一定角度与从动件对应的位移量的关系曲线图，称为从动件位移曲线图。由于等速运动中位移量与时间成正比，所以等速运动规律的位移曲线是一条斜直线。等速运动的从动件在开始上升的一瞬间和上升转为下降的一瞬间都会产生很大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。随着凸轮的不断旋转，这种冲击所引发的振动是很大的，所以等速运动规律只适用于低速和从动件质量较小的场合。间歇运动机构的概念常见的间歇运动机构0102第三节间歇运动机构一、间歇运动机构的概念4.3间歇运动机构间歇运动机构是指有些机械需要其构件周期地运动和停歇。能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和停歇的机构。例如,牛头刨床工作台的横向进给运动,电影放映机的送片运动等都用的有间歇运动机构。常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、连杆机构和不完全齿轮机构。二、常见的间歇运动机构4.3间歇运动机构（一）棘轮机构1.棘轮机构的组成和特点棘轮机构由棘轮、主动棘爪、制动棘爪和摇杆等组成，常与曲柄摇杆机构、凸轮机构、液压装置等配套应用。棘轮机构具有结构简单，棘轮和棘爪制造方便，运动可靠等优点，但棘爪在棘轮轮齿表面滑过时会引起较大的噪声，且容易造成机构的磨损，故齿形棘轮机构多用于低速轻载的间歇运动场合。二、常见的间歇运动机构4.3间歇运动机构（一）棘轮机构2.棘轮机构的工作原理在棘轮机构中,当曲柄推动摇杆向左摆动时,主动棘爪嵌入棘轮齿槽,推动棘轮沿逆时针方向转过一个角度；当曲柄推动摇杆向右摆动时,主动棘爪可在棘轮的齿上滑过,但制动棘爪由于插入棘轮齿槽中,将阻止棘轮顺时针转动,从而使棘轮保持静止。因此,当摇杆做连续往复摆动时,棘轮将做单向间歇转动。二、常见的间歇运动机构4.3间歇运动机构（一）棘轮机构3.棘轮机构的分类和应用棘轮机构的类型很多，主要有以下几种分类方法。（1）根据制动原理不同，棘轮机构分为两种：齿啮合式棘轮机构、摩擦式