汽车机械基础学习任务8.ppt

第1页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础任务目标主要内容本章小结重点难点第2页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础任务目标掌握平面机构运动简图的绘制方法和分析方法掌握平面连杆机构的曲柄存在条件熟悉平面连杆机构的基本类型、传动特性了解汽车常用机构的组成，凸轮机构与间歇运动机构的类型、特点第3页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础重点难点机构运动简图的绘制平面机构自由度的计算第4页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础主要内容第二节 平面机构的自由度第一节 汽车常用机构的组成第三节 平面连杆机构第四节 凸轮机构和间歇运动机构第5页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础第一节 汽车常用机构的组成第6页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础 主要了解汽车常用机构的组成、运动副的概念、平面机构运动简图以及绘制。本节任务目标第7页学习任务8 汽车常用机构机器与机构的区别？机器与机构的区别:机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用功，而机构没有这种功能机构只产生运动的转换，目的是传递或变换运动。第8页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础机构是用运动副连接起来的构件系统，用来传递运动和动力，还可用来改变运动形式。机构中各构件之间必须有确定的相对运动，任意拼凑起来的构件不一定具有确定运动。构件应如何组合，才具有确定的运动，这对分析汽车上的机构是非常重要的。一、汽车常用机构的组成第9页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础 通常将机器和机构统称为机械。构件是运动的单元，而零件是制造的单元。通常把为协同完成某一功能而装配在一起的若干个零件的装配体称为部件，只在某些特定类型的机器中才使用的零件，称为专用零件。按照用途的不同，可把机器分为动力机器、工作机器和信息机器。现代机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵控制装置四个部分组成。此外，还有必要的辅助装置。1机器组成的概念第10页学习任务8 汽车常用机构汽车机械基础 动力装置是机器的动力来源，有电动机、内燃机、燃气轮机、液压马达、气动马达等。现代机器大多采用电动机，而内燃机主要用于运输机械、工程机械和农业机械。传动装置将动力装置的运动和动力变换成执行装置所需的运动形式、运动和动力参数，并传递到执行部分。机器中的传动有机械传动、液压传动、气压传动和电力传动。其中，机械传动应用的最多。（1）动力装置第11页学习任务8 汽车常用机构（2）传动装置 执行装置是直接完成机器预定功能的工作部分，如车床的卡盘和刀架，汽车的车轮，船舶的螺旋桨，带式输送机的输送带等。第12页学习任务8 汽车常用机构（3）执行装置 操纵和控制装置是用以控制机器的起动、停车、正反转、运动和动力参数改变及各执行装置间的动作协调的。自动化机器的控制系统能使机器进行自动检测、自动数据处理和显示、自动控制和调节、故障诊断、自动保护等。辅助装置则有照明、润滑、冷却装置等。第13页学习任务8 汽车常用机构（4）操纵、控制及辅助装置 本课程的研究对象是汽车常用机构以及通用机械零部件。对于巨型、微型、以及高速、高温、高压或低温条件下工作的通用零部件，则在有关专门课程中研究。第14页学习任务8 汽车常用机构二、运动副构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。运动副：第15页学习任务8 汽车常用机构按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。a)固定铰链一、平面运动副第16页学习任务8 汽车常用机构b)活动铰链转动副机构的组成第17页学习任务8 汽车常用机构第18页学习任务8 汽车常用机构(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副机构的组成第19页学习任务8 汽车常用机构2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副机构的组成第20页学习任务8 汽车常用机构齿轮副机构的组成第21页学习任务8 汽车常用机构二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副 球面副第22页学习任务8 汽车常用机构三、平面机构的运动简图 第23页学习任务8 汽车常用机构运动副及构件的表示方法1.构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。第24页学习任务8 汽车常用机构2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。第25页学习任务8 汽车常用机构平面机构的运动简图 3.移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。第26页学习任务8 汽车常用机构4.平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。第27页学习任务8 汽车常用机构绘制机构运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。第28页学习任务8 汽车常用机构例 试绘制内燃机的机构运动简图第29页学习任务8 汽车常用机构气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件平面机构的运动简图 演示第30页学习任务8 汽车常用机构例 试绘制内燃机的机构运动简图第31页学习任务8 汽车常用机构图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。第32页学习任务8 汽车常用机构本节思考与练习1、按照用途的不同，机器如何分类？2、运动副怎么分类？3、如何绘制平面机构运动简图？第33页汽车机械基础学习任务8 汽车常用机构第二节平面机构的自由度第34页学习任务8 汽车常用机构本节任务目标 主要了解自由度的概念、平面机构具有确定运动的条件以及平面机构自由度计算应注意的问题。第35页学习任务8 汽车常用机构一、自由度的概念 机构的各构件之间必须具有确定的相对运动。显然，不能产生相对运动或作无规则运动的一堆构件难以用来传递运动。为了使组合起来的构件能产生相对运动并具有运动确定性，有必要探讨机构自由度。机构的自由度是指机构具有确定运动时所必须给予的独立运动的数目。第36页学习任务8 汽车常用机构二、自由度的计算 机构的自由度是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目。而从动件是不能独立运动的，原动件才能独立运动，故原动件数必定等于机构的自由度。第37页学习任务8 汽车常用机构1平面机构具有确定运动的条件 运动链和机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。无相对运动的构件组合或着无规则乱动的运动链都不能实现预期的运动变换。将运动链的一个构件固定为机架，当运动链中一个或几个原动件位置确定时，其余从动件的位置也随之确定，这种运动链便成为机构。机构才具有确定的相对运动。那么究竟取一个还是几个构件作原动件，这取决于机构的自由度。机构的自由度就是机构具有独立运动参数的数目。因此，当机构的原动件数等于自由度数时，机构就具有确定的相对运动。第38页学习任务8 汽车常用机构2平面机构自由度计算应注意的问题 两个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副称为复合铰链。如图所示为三构件在同一处构成的转动副，以及它的俯视图。可以看出，此三个构件共组成两个转动副。当由 n个构件组成复合铰链时，则应当组成 n-1个转动副。在计算自由度时，应仔细观察是否有复合铰链存在，以免影响计算。（1）复合铰链第39页学习任务8 汽车常用机构（2）局部自由度 机构中某些构件所具有的不影响机构输出与输入运动关系的自由度称为局部自由度。第40页学习任务8 汽车常用机构（3）虚约束 在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，它对机构运动不起任何限制作用。这种重复而对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算自由度时应先去除虚约束。第41页学习任务8 汽车常用机构本节思考与练习1、如何计算自由度？2、平面机构具有确定运动的条件有哪些？3、平面机构自由度计算应注意哪些问题？第42页汽车机械基础学习任务8 汽车常用机构第三节平面连杆机构第43页学习任务8 汽车常用机构本节任务目标 主要了解平面四杆机构的基本型式及演化以及平面四杆机构类型的判别方法及特性。第44页学习任务8 汽车常用机构一、平面四杆机构的基本型式及演化 如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构最基本的形式，其他形式的四杆机构都可看作是在它的基础上演化而成的。如图所示为铰链四杆机构。1铰链四杆机构 根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构又可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。第45页学习任务8 汽车常用机构（1）曲柄摇杆机构 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构一般以曲柄为主动件作等速转动，摇杆为从动件作往复摆动。如图所示。第46页学习任务8 汽车常用机构（2）双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。若双曲柄机构中，两曲柄长度相等且平行，连杆与机架长度也相等且平行，则该机构称为平行四边形机构。第47页学习任务8 汽车常用机构（3）双摇杆机构 具有两个摇杆的的铰链四杆机构称为双摇杆机构，它常用于操纵机构、仪表机构等，如图所示飞机起落架机构。两摇杆长度相等的双摇杆机构称为等腰梯形机构，如图所示汽车前轮转向机构。第48页学习任务8 汽车常用机构2铰链四杆机构的演化 一般生产中广泛应用各种四杆机构，这些机构虽然具有不同的外形和构造，但都具有相同的运动特性或一定的内在联系，并且都可看作是从铰链四杆机构演化而来的。演化的目的或是为了满足运动方面，或者是为了满足动力方面，或者是为了满足结构方面的要求。揭示各种平面四杆机构间的内在联系，可为其分析和设计提供很大的方便。通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，就可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。下面通过实例介绍铰链四杆机构的演化型式。第49页学习任务8 汽车常用机构（1）曲柄滑块机构 在如图所示的曲柄摇杆机构中，随着摇杆3长度的增加，C点的运动轨迹m-m逐渐趋于平缓。当摇杆3的长度增至无限大时，C点的运动轨迹则成为直线m-m，如图所示，于是构件3由摇杆演变成滑块，转动副D演化成移动副，于是曲柄摇杆机构深化成如曲柄滑块机构，直线m-m即为滑块导路的中心线。当滑块导路中心线m-m通过曲柄转动中心A时，则称该机构为对心式曲柄滑块机构，如图所示；若当滑块导路中心线m-m不通过曲柄回转中心A而有一偏距e时，则称该机构为偏置式曲柄滑块机构，如图所示。第50页学习任务8 汽车常用机构（2）导杆机构 导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构，如图所示的固定构件演化而来的。演化后在滑块中与滑块作相对移动的构件称为导杆。第51页学习任务8 汽车常用机构（3）双滑块机构 双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。第52页学习任务8 汽车常用机构（4）偏心轮机构 在曲柄滑块机构中，如果若要求滑块行程较小则必须减小曲柄长度。由于结构上的困难很难在较短的曲柄上制造出两个转动副，往往采用转动副中心与几何中心不重合的偏心轮来代替曲柄，如图所示。第53页学习任务8 汽车常用机构二、平面四杆机构类型的判别方法及特性 平面四杆机构的三种基本型式的区别主要取决于机构内是否存在曲柄，而机构中有无曲柄又与各构件间的相对尺寸有关，为此需要分析曲柄存在的条件，再结合“取不同构件为机架”的四杆机构演化原理，可推出曲柄存在的条件如下：最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或其相邻杆应为机架。1平面四杆机构类型的判别（1）平面四杆机构曲柄存在的条件第54页学习任务8 汽车常用机构（2）平面四杆机构类型的判别 根据有曲柄的条件可得推论：当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构；当最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：a.最短杆为机架时得到双曲柄机构；b.最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构；c.最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则连架杆不能成为曲柄，无论哪杆为机架，机构都是双摇杆机构。第55页学习任务8 汽车常用机构2四杆机构的特性（1）压力角和传动角压力角a 压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa 有害分力：Fr=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。传动角g传动角：连杆与从动件所夹的锐角g。g=900-a g越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin40，对于高速大功率机械应使gmin50。最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。第56页学习任务8 汽车常用机构 对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。第57页学习任务8 汽车常用机构（2）死点位置死点的位置 在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。死点的利弊利：工程上利用死点进行工作。弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利。度过死点的方法 增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法。第58页学习任务8 汽车常用机构（3）急回特性和行程速比系数急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程时：V1=C1C2/t1 返回行程时：V2=C1C2/t2行程速比系数K 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可得：急回特性的作用 四杆机构的急回特性可以节省空间，提高生产率。第59页学习任务8 汽车常用机构本节思考与练习1、简述铰链四杆机构的演化过程。2、如何辨别平面四杆机构类型？3、四杆机构有什么特性？第60页汽车机械基础学习任务8 汽车常用机构第四节凸轮机构与间歇运动机构第61页学习任务8 汽车常用机构本节任务目标 凸轮机构组成、特点、应用、类型、运动规律以及间歇运动机构的分类和工作原理。第62页学习任务8 汽车常用机构一、凸轮机构 凸轮机构传动是采用高副机构传动，利用凸轮的旋转运动使从动件完成位移或摆动，实现速度或加速度按照预期的运动规律变化。当某些运动要求连杆机构很难实现，而从动件又需要复杂的运动规律运动时，经常采用凸轮机构。如汽车发动机的配气机构，就是采用凸轮机构传递运动和动力的。第63页学习任务8 汽车常用机构1凸轮机构的组成 如图所示，凸轮机构是由凸轮1从动件2和机架3组成的高副机构。凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。第64页学习任务8 汽车常用机构2凸轮机构的特点及其应用 凸轮机构的主要优点：便于准确地实现给定的运动规律;结构简单紧凑，易于设计；凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。缺点：由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。凸轮轮廓曲线不易加工。第65页学习任务8 汽车常用机构3凸轮机构的类型 按形状可分为：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮三类，分述如下。盘形凸轮 这种凸轮是一个具有变化向径轮廓尺寸的盘形构件，是凸轮的最基本类型。移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。圆柱凸轮 为圆柱凸轮，在圆柱面上开有曲线凹槽，或在圆柱端面上制出曲线轮廓，可使从动件得到较大的行程。属于空间凸轮机构。第66页学习任务8 汽车常用机构4凸轮机构的运动规律 从动件的运动规律是指其位移、速度和加速度随时间变化的规律。从动件的运动规律是根据机器工作要求确定的。从动件不同的运动规律对应于不同的凸轮轮廓。在设计凸轮机构时，首先选定从动件的运动规律，再根据运动规律设计凸轮轮廓。最常用的运动规律有以下两种。第67页学习任务8 汽车常用机构（1）等速运动规律 当凸轮以等角速度转动的时候，从动件在推程和回程的速度为常数，这种运动规律叫做等速运动规律。如图所示。第68页学习任务8 汽车常用机构（2）等加速等减速运动规律 这种运动规律是从动件在一个推程或回程中，前半段做等加速运动，后半段做等减速运动；而且前后两段加速度的绝对值相等。如图所示。第69页学习任务8 汽车常用机构二、间歇运动机构 在机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。最常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构等，它们广泛用于自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成形机构等。本节将扼要介绍这几类间歇运动机构的工作原理、类型和运动特点。第70页学习任务8 汽车常用机构1棘轮机构 工作过程 摇杆逆时针摆动棘爪插入齿槽棘轮转过角度制动爪划过齿背摇杆顺时针摆动棘爪划过脊背制动爪阻止棘轮作顺时针转动棘轮静止不动 因此当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。（1）棘轮机构的类型及工作原理 它主要有摇杆、棘爪、棘轮、制动爪和机架组成。弹簧使制动爪和棘轮保持接触。按照结构特点，常用的棘轮机构可分为轮齿式和摩擦式两类。第71页学习任务8 汽车常用机构（2）棘轮机构的特点及应用 棘轮机构结构简单，容易制造和运动可靠，棘轮转角调节方便，而且制动爪还有防止棘轮反转的作用。但是，当棘爪落入齿槽底部，开始推动棘轮接触的瞬时会发生刚性冲击，故传动的平稳性较差。当棘爪返回在棘轮齿顶滑行时，会产生噪声和齿顶磨损。棘轮的转角不宜过大，而且只能以棘轮齿数为单位作有级的变化。因此，棘轮机构常用于低速、轻载且要求转角不太大或需要经常改变转角的场合。第72页学习任务8 汽车常用机构2槽轮机构 当拨盘上的圆柱销A没有进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧面被拨盘上的外凸锁止弧面卡住，槽轮静止不动。当圆柱销A进入槽轮的径向槽时，锁止弧面被松开，则圆柱销A驱动槽轮转动。当拨盘上的圆柱销离开径向槽的时候，下一个锁止弧面又被卡住，槽轮又静止不动。由此将主动件的连续转动转换为从动槽轮的间歇运动。（1）槽轮机构的组成和工作原理第73页学习任务8 汽车常用机构（2）槽轮机构的类型、特点 槽轮机构包括内啮合槽轮机构、外啮合槽轮机构、空间槽轮机构。优点：结构简单、工作可靠、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位 缺点：圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合。第74页学习任务8 汽车常用机构3凸轮式间歇运动机构（1）凸轮式间歇运动机构的类型及原理 凸轮式间歇运动机构的从动盘的运动规律完全取决于凸轮轮廓曲线的形状。我们可以通过选择适当的运动规律来减小动负荷，避免刚性冲击和柔性冲击，以适应高速运转的要求。这种此种机构的最大优点。凸轮式间歇运动机构通常有两种型式。圆柱形凸轮间歇运动机，另一种是如图所示的蜗杆形凸轮式间歇运动机构。第75页学习任务8 汽车常用机构（2）凸轮式间歇运动机构的特点及应用 凸轮式间歇运动机构的优点是结构简单、运转可靠、传动平稳而且无噪声，转盘可以实现任何运动规律，还可以用改变凸轮推程运动角来得到所需要的转盘转动与停歇时间的比值，适用于高速、中载和高精度分度的场合，故在轻工机械、冲压机械和其他自动机械中得到了广泛应用。凸轮式间歇运动机构常用于传递交错轴间的分度运动和需要间歇转位的机械装置中。其缺点是凸轮加工比较复杂，装配与调整要求也相对较高，因而使它的应用受到了限制。第76页学习任务8 汽车常用机构本节思考与练习1、简述凸轮机构的特点及其应用。2、简述槽轮机构的组成和工作原理。3、简述凸轮机构的运动规律。第77页学习任务8 汽车常用机构本章小结知识点机构的组成，运动副的分类能正确叙述出机构的组成知识，运动副的分类平面连杆机构的基本类型及演化能正确叙述四杆机构的基本类型，判断平面四杆机构的基本形式，能确定压力角、极位夹角的大小凸轮机构的分类、特点及应用能根据工作场合和使用场合选择凸轮机构的类型间歇运动机构类型、特点及应用能根据工作场合和使用场合选择间歇运动机构的类型技能点机构运动简图的绘制 能正确绘制平面机构运动简图平面机构自由度计算 掌握平面机构自由度的计算方法