四桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)論文

1、凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)與應(yīng)用摘要本課題主要闡述汽車(chē)上四桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)與應(yīng)用。以汽車(chē)上的四桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，一是通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸飛輪組和活塞連桿組的簡(jiǎn)述，引出四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性。平面四桿機(jī)構(gòu)是主要的常用基本機(jī)構(gòu)之一,應(yīng)用十分廣泛,也是其他多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。根據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)、單滑塊四桿機(jī)構(gòu)的不同特點(diǎn),詳細(xì)分析各類(lèi)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能參數(shù)與構(gòu)件尺寸之間的關(guān)系,指出構(gòu)件尺寸的變化對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的影響,并繪制相關(guān)的運(yùn)動(dòng)性能圖譜。同時(shí)介紹凸輪機(jī)構(gòu)在汽車(chē)上的應(yīng)用，以及凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)和常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。關(guān)鍵詞 : 四桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，基本形式，特性，運(yùn)動(dòng)規(guī)律1. 汽車(chē)上常見(jiàn)

2、的四桿機(jī)構(gòu)1.1轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（1）轎車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述在轉(zhuǎn)向技術(shù)方面轎車(chē)和普通汽車(chē)一樣，只是由于轎車(chē)的體型小，質(zhì)量輕轉(zhuǎn)向特性方面與大車(chē)有著一定的不同，但轎，在安裝空間和車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和通常汽車(chē)在轉(zhuǎn)向原理，轉(zhuǎn)向要求和轉(zhuǎn)向效果上都是基本相通的。（2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)底盤(pán)的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車(chē)行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對(duì)于確保車(chē)輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系。機(jī)械轉(zhuǎn)向系的能量來(lái)源是人力，所有傳力件都是機(jī)械的，由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)(方向盤(pán))、轉(zhuǎn)向器

3、、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動(dòng))的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動(dòng)力來(lái)源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn)向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開(kāi)泵、油管、閥、活塞和儲(chǔ)油罐，它們分別相當(dāng)于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電機(jī)和地線的作用。（3）轎車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展概況早期的轎車(chē)轉(zhuǎn)向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進(jìn)行操縱，轉(zhuǎn)向比是1:1，因而汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)的操作是很吃力的。后來(lái)，帶有齒輪減速比的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)很快被推廣使用，但是，這種機(jī)構(gòu)的方向盤(pán)不象舵柄或橫桿要置放在汽車(chē)中線的位置，而是

4、要置放在汽車(chē)的左邊或右邊，這樣觸發(fā)了方向盤(pán)位置的爭(zhēng)論。這場(chǎng)爭(zhēng)論曠日持久，導(dǎo)致了今天的汽車(chē)分成了兩大類(lèi)方向盤(pán)裝置法：一類(lèi)以美國(guó)，中國(guó)，俄羅斯等世界上大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的左置方向盤(pán)，實(shí)行右上左下的汽車(chē)行駛規(guī)則；另一類(lèi)以英國(guó)及英聯(lián)邦，日本等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用的右置方向盤(pán)，實(shí)行右下左上的汽車(chē)行駛規(guī)則。幾十年來(lái)，各種汽車(chē)都使用蝸桿扇形齒輪轉(zhuǎn)向器，現(xiàn)在的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器也是這種轉(zhuǎn)向器的一種變型，轎車(chē)也經(jīng)常使用。在這種轉(zhuǎn)向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱變得比較輕松。從70年代起轎車(chē)興起了齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，它由方向盤(pán)、方向軸、方向節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿和轉(zhuǎn)向輪(

5、前輪)等組成。方向盤(pán)操縱轉(zhuǎn)向器內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與齒條緊密?chē)Ш?，推?dòng)齒條左移動(dòng)或右移動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)，從而改變轎車(chē)行駛的方向。這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與蝸桿扇形齒輪等其它類(lèi)型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)比較，省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向主拉桿，具有構(gòu)件簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。而且它的逆?zhèn)鲃?dòng)效率也高，在車(chē)輛行駛時(shí)可以保證偏轉(zhuǎn)車(chē)輪的自動(dòng)回正，駕駛者的路感性強(qiáng)。其實(shí)，齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)早在一世紀(jì)前的汽車(chē)萌芽發(fā)展階段已經(jīng)有了，只是那時(shí)還不完善，機(jī)件加工粗糙。1905年通用汽車(chē)卡迪拉克部的工程師將齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)理論化，并加工成精度很高，操縱靈活的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，正式應(yīng)用在轎車(chē)上。后來(lái)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向器的型式被蝸桿一扇形齒輪型式所壟斷，但許多

6、人仍然繼續(xù)完善齒輪一齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于近代材料科學(xué)的發(fā)展，大大提高了齒輪一齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的安全可靠系數(shù)，人們?cè)俅沃匾曔@種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單實(shí)用性，由于它具有構(gòu)件少質(zhì)量輕，成本低的優(yōu)點(diǎn)，受到汽車(chē)制造商的青睞，現(xiàn)在大多數(shù)的轎車(chē)轉(zhuǎn)向器都采用齒輪一齒條型?，F(xiàn)代轎車(chē)馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車(chē)轉(zhuǎn)向器都加裝了轉(zhuǎn)向動(dòng)力裝置，又稱為液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。它具有工作無(wú)噪聲，靈觸度高體積小，能夠吸收來(lái)自不平路面的沖擊力，在現(xiàn)代轎車(chē)上得到十分廣泛的應(yīng)用。（4）轎車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求1、轎車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車(chē)輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車(chē)輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損，并降低汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。2、

7、轎車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。3、轎車(chē)在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤(pán)沒(méi)有擺動(dòng)。4、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車(chē)輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。5、保證轎車(chē)有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。6、操縱輕便。7、轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)的反沖力要盡可能小。8、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。9、在車(chē)禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)由于車(chē)架或車(chē)身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯

8、形機(jī)構(gòu)，可以使第一項(xiàng)要求得到保證。轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反沖力明顯降低。為了使轎車(chē)車(chē)具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，并要達(dá)到按前外輪車(chē)輪軌跡計(jì)算，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到轎車(chē)車(chē)軸距的22.5倍。通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)操縱輕便性。沒(méi)有裝置動(dòng)力轉(zhuǎn)向的轎車(chē)，在行駛中轉(zhuǎn)向，此力應(yīng)為50100N；有動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，此力在2050N。轎車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)從中間位置轉(zhuǎn)到每一端的圈數(shù)不得超過(guò)2.0圈。1.2汽車(chē)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理如下圖所示：轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽蟆⒂肄D(zhuǎn)向車(chē)輪繞

9、其轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪無(wú)滑動(dòng)地滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一汽車(chē)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來(lái)保證 轉(zhuǎn)向中心的不同軌跡圓由于一般齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與左右橫拉桿鉸接，而左右橫拉桿一般直接與轉(zhuǎn)向節(jié)下節(jié)臂鉸接，所以在這里我假定把左右梯形臂轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向節(jié)的一部分。根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形，見(jiàn)下圖。 梯形配置1.3活塞連桿組活塞連桿組是發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要運(yùn)動(dòng)組件。其作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及將作用在活塞頂上的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S承的轉(zhuǎn)矩?；钊B桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、連桿、連桿軸瓦等組成?；钊钊淖饔檬桥c氣缸蓋和氣缸壁共同組成燃燒室，承受氣缸中燃燒氣體的壓力，并將通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿，以推動(dòng)曲軸的旋轉(zhuǎn)。一、活塞的工作條件活塞在高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時(shí)溫度可達(dá)2500K以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時(shí)溫度很高，頂部高達(dá)600700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大