學習單元3汽車常用機構(gòu)

1、學習單元三學習單元三 汽車常用機構(gòu)汽車常用機構(gòu)本單元的學習任務可以分為：學習任務一 繪制單缸內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖學習任務二 分析汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)學習任務三 分析內(nèi)燃機配氣機構(gòu)學習任務四 分析駐車制動鎖止機構(gòu)學習任務一 繪制單缸內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖任務描述任務描述 下圖的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)簡圖雖然較為清晰地顯示了單缸內(nèi)燃機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)零件，但是在反映機構(gòu)的運動情況時，顯得較為復雜，不利于分析機構(gòu)的運動規(guī)律。因此，為了便于分析理解，可以把下圖中的結(jié)構(gòu)圖畫成內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖。學習目標學習目標1.學習運動副的定義與分類；2.學習運動副的表示方法；3.學會繪制機構(gòu)運動簡圖。計劃與實施計劃與實施在教師的引導下分組，

2、以小組為單位繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖。1.帶著一下問題觀察內(nèi)燃機實物、模型或者結(jié)構(gòu)圖，并回答問題。內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)組成中包含了哪些機構(gòu)，這些機構(gòu)中哪些構(gòu)件是機架，哪些是原動件，哪些是從動件。2.分析運動傳遞路線和相對運動性質(zhì)，確定運動副的類型。3.準備繪制簡圖的工具，包括直尺、鉛筆、紙張等等。4.判斷內(nèi)燃機主要運動機構(gòu)是否為平面機構(gòu)。5.選擇其運動平面為視圖平面，選擇適當?shù)睦L圖比例尺。6.根據(jù)構(gòu)件的相對位置和構(gòu)件的大小，用規(guī)定的符號和線條畫出所有構(gòu)件和運動副。7.內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制完成。如圖3-2所示。圖3-2 內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)與機構(gòu)運動簡圖學習參考書學習參考書學習單元三學習單元三 汽車常用機構(gòu)汽車常

3、用機構(gòu)學習任務一學習任務一 繪制單缸內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制單缸內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖一、機構(gòu)常識人類為了提高生產(chǎn)率，創(chuàng)造和發(fā)展了各種各樣的機器。我們經(jīng)常見到的汽車、飛機、輪船、推土機，還有日常生活中接觸到的洗衣機、電風扇、電冰箱等，都是機器?？梢?，機器的種類繁多，其結(jié)構(gòu)原理，功能作用也各不相同，但是從機器的組成來看，他們有著共同之處：（1）都是人為的實體組合；（2）各實體間具有確定的相對運動；（3）能實現(xiàn)變換或者傳遞能量、物料和信息。 同時具備以上三個特征的稱為機器。機構(gòu)僅有機器的前兩個特征，即機構(gòu)是人為的實體組合，并且各個實體間具有確定的相對運動。圖3-1所示內(nèi)燃機由曲柄連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪

4、機構(gòu)組成，見圖3-3。（a） （b） （c）圖3-3 組成內(nèi)燃機的機構(gòu)（a）曲柄連桿機構(gòu) （b）齒輪機構(gòu) （c）凸輪機構(gòu) 從制造角度來分析，機器是由若干零件組成的，零件是機器組成中不可再拆的最小單元，是機器的制造單元。按照使用特點，零件可以分為兩種：一種是在各種機器中都可能用到的零件，稱為通用零件，如螺釘、螺栓、齒輪、帶輪、卡環(huán)等；另一種是在特定的機器中才能用到的零件，稱為專用零件，如內(nèi)燃機的曲軸、活塞等。 從運動角度分析，機器是由若干構(gòu)件組成的。“構(gòu)件”是指機器的運動單元。構(gòu)件可以是一個零件，如內(nèi)燃機的曲軸，見圖3-1；也可能是若干個零件的剛性組合體，如內(nèi)燃機的連桿，是由連桿、螺母、連桿蓋和

5、螺栓等零件組成的一個構(gòu)件整體，如圖3-2所示。二、運動副 機構(gòu)是由若干構(gòu)件組成的。當由構(gòu)件組成機構(gòu)時，需要以一定的方式把各個構(gòu)件彼此聯(lián)接起來，而且每個構(gòu)件至少必須與另一構(gòu)件相聯(lián)接，并且這種聯(lián)接不能是剛性聯(lián)接（如鉚接、焊接）。我們把兩構(gòu)件直接接觸而又彼此有一定的相對運動的聯(lián)接稱為運動副。按照構(gòu)件間的接觸特性，一般運動副可分為低副和高副兩類。1、低副。 兩構(gòu)件之間通過面接觸形成的運動副稱為低副。根據(jù)它們之間的相對運動是轉(zhuǎn)動還是移動，又可以分為轉(zhuǎn)動副和移動副。（a） （b） 圖3-4 低副 （a）轉(zhuǎn)動副 （b）移動副2、高副兩構(gòu)件通過點接觸或者線接觸而組成的運動副稱為高副。圖3-5a中凸輪1與從動件

6、2，圖3-5b中齒輪1與齒輪2都在其接觸處分別組成高副。（a）齒輪副 （b）凸輪副 圖3-5 高副三、機構(gòu)運動簡圖由于機構(gòu)的運動僅與機構(gòu)中運動副的性質(zhì)（低副或者高副等）、運動副的數(shù)目及相對位置（轉(zhuǎn)動副中心、移動副中心、高副接觸點的位置等）、構(gòu)件的數(shù)目有關(guān)，而與構(gòu)件的外形、截面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目、運動副的具體構(gòu)造等因素無關(guān)，因此，可以按照一定的長度比例尺確定運動副的位置，并用特定的構(gòu)件和運動副符號及線條繪制出圖形，這種表示機構(gòu)運動特征的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖簡明地表達了實際機構(gòu)的運動情況，此外，還可以通過該圖進行運動和動力分析。1、機構(gòu)的組成組成機構(gòu)的構(gòu)件，根據(jù)運動副性質(zhì)可

7、分為三類。（1）機架。機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件稱為機架，它用來支撐機構(gòu)中的其他活動構(gòu)件。（2）主動件（原動件）。機構(gòu)中作用了驅(qū)動力或力矩的構(gòu)件，或運動規(guī)律已知的構(gòu)件稱為主動件或原動件。2、機構(gòu)運動簡圖的符號3、機構(gòu)運動簡圖繪制的方法（1）觀察機構(gòu)的實際結(jié)構(gòu)，分析機構(gòu)的運動情況，找出機構(gòu)的固定件（機架）、主動件和從動件。（2）從主動件開始，按照運動傳遞路線，分清構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型。（3）以與機構(gòu)運動平面相平行的平面作為繪制運動簡圖的平面，用規(guī)定的符號和線條按照比例繪制在此平面上，得到的圖形即為機構(gòu)運動簡圖。學習任務二 分析汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)任務描述任務描述 發(fā)動機中的活塞、連桿、曲

8、軸等組成了平面連桿機構(gòu)，汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用了鉸鏈四桿機構(gòu)，結(jié)合平面連桿機構(gòu)的相關(guān)知識對發(fā)動機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行分析。學習目標學習目標1.學習鉸鏈四桿機構(gòu)的概念；2.學習鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及性質(zhì)；3.學會分析汽車常見四桿機構(gòu)的運動。1、引導學生觀察汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，回答以下問題。（1）轉(zhuǎn)向機構(gòu)各個桿件之間是通過什么連接的？（2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)屬于鉸鏈四桿機構(gòu)么？（3）在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中哪個零件是機架？哪個是連桿？哪個是連架桿？（4）汽車左右兩前輪的轉(zhuǎn)角相等么？2、根據(jù)對汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)的分析，基于上述問題的回答，判斷汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)是屬于雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)還是曲柄搖桿機構(gòu)。（1）測量轉(zhuǎn)向機構(gòu)中四個桿件的

9、長度，計算并比較最短桿與最長桿之和與其他兩桿長度之和的關(guān)系。（2）根據(jù)鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判斷方法以及上一步的計算與比較結(jié)論，判斷出汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。計劃與實施計劃與實施3、總結(jié) 汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)是等長搖桿的雙搖桿機構(gòu)，又稱等腰梯形機構(gòu)。它能使與搖桿相連的兩前輪轉(zhuǎn)過的角度不同，這樣就能保證汽車轉(zhuǎn)向時所有車輪的軸線都相交于一點，以此實現(xiàn)轉(zhuǎn)向時所有車輪的純滾動，從而避免了輪胎由于滑動所引起的磨損，增加了車輪轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。如圖所示。圖3-7 轎車轉(zhuǎn)向機構(gòu)1、轉(zhuǎn)向盤；2、轉(zhuǎn)向軸；3、轉(zhuǎn)向臂；4、吸油管；5、葉片泵；6、高壓油管；7、低壓油管；8、儲油罐；9、左橫拉桿；10、右橫拉桿；11、動

10、力轉(zhuǎn)向器學習參考書學習參考書學習單元三學習單元三 汽車常用機構(gòu)汽車常用機構(gòu)學習任務二學習任務二 分析汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)分析汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成的機構(gòu)，也稱平面低副機構(gòu)。其主要優(yōu)點是：（1）容易實現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及其轉(zhuǎn)換，所以獲得廣泛的應用；（2）由于運動副全部為低副，是面接觸，壓強小，磨損輕，機構(gòu)的壽命較長；（3）低副接觸表面形狀簡單，是平面或者圓柱面，易于加工，成本較低。它的主要缺點是低副中存在的間隙使機構(gòu)的運動誤差不可避免，使其運動精度降低。此外，它不容易實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，所以只應用于運動精度要求不高、運動規(guī)律不復雜的場合。 平面連桿

11、機構(gòu)通常以其所含的構(gòu)件（桿）數(shù)來命名，如四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等。最常見的平面連桿機構(gòu)是平面四桿機構(gòu)。當四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)中最基本的形式。一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機構(gòu)有三種類型：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。圖3-9 鉸鏈四桿機構(gòu)1、曲柄搖桿機構(gòu) 兩個連架桿中一個是曲柄，一個是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)，如圖3-8所示。圖3-10 曲柄搖桿機構(gòu) 曲柄搖桿的作用是將曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成搖桿的往復擺動，或者將搖桿的往復擺動轉(zhuǎn)換成曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動。如圖3-11所示的汽車刮水器，當主動曲柄CD轉(zhuǎn)動時，從動搖桿AB做往

12、復運動，利用搖桿的延長部分實現(xiàn)刮水功能。圖3-11 汽車刮水器2、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)，如圖3-12所示。在雙曲柄機構(gòu)中，當主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄做周期性的變速運動，也可以作等速轉(zhuǎn)動。雙曲柄機構(gòu)能將主動曲柄的整周旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)換為從動曲柄的整周旋轉(zhuǎn)運動。圖3-12 雙曲柄機構(gòu) 在雙曲柄機構(gòu)中，若兩曲柄的長度不相等，則連桿與機架的長度也不相等，此時主動曲柄做勻速運動時，從動曲柄做周期性的變速運動。圖3-13所示的慣性篩機構(gòu)就是采用了雙曲柄機構(gòu)的這個特點。當主動曲柄CD等速回轉(zhuǎn)時，從動曲柄AB變速回轉(zhuǎn)，使篩子具有所要求的加速度，篩子中的物料靠慣性達到篩分的

13、目的。圖3-13 慣性篩機構(gòu)簡圖 雙曲柄機構(gòu)中，若連桿與機架的長度相等，則兩個曲柄的長度也相等，組成平行四邊形，稱平行四邊形機構(gòu)或者平行雙曲柄機構(gòu)。如圖3-15a所示的平行雙曲柄機構(gòu)，兩曲柄AB和CD長度相等，始終做等速、同向轉(zhuǎn)動，連桿也始終做平動。圖3-15 平行雙曲柄機構(gòu)若雙曲柄機構(gòu)的對邊構(gòu)件長度相等而不平行，則稱為反向雙曲柄機構(gòu)。圖3-17所示的公共汽車的車門啟閉機構(gòu)即為反向曲柄機構(gòu)實際應用的實例。圖3-17 車門啟閉機構(gòu)3、雙搖桿機構(gòu) 兩連架桿都為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。如圖3-18所示的飛機起落架機構(gòu)運動簡圖即為雙搖桿機構(gòu)的運用實例。在飛機起落機構(gòu)中，連架桿AB和CD為搖桿

14、，飛機起飛后，AB逆時針轉(zhuǎn)動，CD連接的輪子收起；飛機降落時，AB順時針轉(zhuǎn)動，CD連接的輪子放下。圖3-18 飛機起落架機構(gòu)二、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型的主要區(qū)別在于連架桿是否為曲柄以及有幾個曲柄存在。鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄存在的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其余兩桿長度之和；（2）在機架和連架桿當中必有一桿是最短桿。根據(jù)以上條件，一般可以按照下面的方法判斷鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型：1、當最短桿與最長桿長度之和，小于或者等于另外兩桿長度之和時，則：（1）如果最短桿為連架桿，該機構(gòu)一定是曲柄搖桿機構(gòu)；（2）如果最短桿為機架，該機構(gòu)一定是雙曲柄機構(gòu)；（3）如果最短桿

15、為連桿，該機構(gòu)一定是雙搖桿機構(gòu)。2、當最短桿與最長桿長度之和，大于另外兩桿長度之和時，機構(gòu)無曲柄存在，此時機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。例3-1 如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，現(xiàn)分別以AB、BC、CD和AD各桿為機架時，試判別其各屬何種機構(gòu)?解：（1）分析：最短桿與最長桿長度之和=50+20=702，所以t1t2。又由于搖桿上的C點從到和從到的擺角相同，而所用時間卻不同，所以往返的平均速度也不同，即v1v2。這種空回行程的平均速度比工作行程的平均速度大的運動特性稱為曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性。圖3-21 曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性分析機構(gòu)的急回特性常用形成速比系數(shù)K表示，即（3-1）由式（3-1）可知，K值的大小取決

16、于極位夾角。當=0時，K=1，機構(gòu)沒有急回特性；當K1時，K1，則機構(gòu)具有急回特性。K值的大小反映了機構(gòu)的急回劇烈程度，K值愈大，機構(gòu)的急回特性越明顯。在實際工程中，常利用機構(gòu)的急回特性來縮短空回行程的時間，提高生產(chǎn)效率。2、壓力角與傳動角實際生產(chǎn)要求連桿機構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)預定的運動規(guī)律，還必須具有較好的傳力性能，以使機構(gòu)運轉(zhuǎn)靈活、輕便、高效。機構(gòu)的傳力性能與壓力角有關(guān)。在圖3-22所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)曲柄AB為原動件，搖桿CD為從動件。若忽略各構(gòu)件的質(zhì)量和運動副中的摩擦，則曲軸通過連桿作用于搖桿上C點的力F沿BC方向，它與受力點C的絕對速度vc之間所夾的銳角稱為壓力角，力F沿vc方向的分力

17、Ft=Fcos，是推動從動件運動的有效分力；而沿搖桿軸心線方向的分力Fn=Fsin會增大運動副中的摩擦和磨損，對傳動機構(gòu)不利，故稱為有害分力。顯然壓力角越越小，有效分力Ft越大，F(xiàn)n越小，機構(gòu)的傳動性能越好。壓力角的余角稱為傳動角。壓力角越小，傳動角越大，機構(gòu)的傳力效果越好。壓力角和傳動角是反映機構(gòu)傳動性能的重要標志。圖3-22 壓力角與傳動角3、死點位置 如圖3-23a所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿CD為原動件，曲柄AB為從動件，則當搖桿CD處于兩極限位置時，從動曲柄AB與連桿BC共線，主動搖桿CD通過連桿BC傳給從動曲柄AB的作用力通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A。此時，曲柄的壓力角=90，傳動角=0，

18、連桿作用于曲柄上的力對轉(zhuǎn)動中心A點不產(chǎn)生力矩，無法推動曲柄傳動，所以曲柄不能轉(zhuǎn)動，曲柄搖桿機構(gòu)所處的這個位置，稱為死點位置。當機構(gòu)處于死點位置時，從動件將出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動或運動方向不確定的現(xiàn)象。為使機構(gòu)能通過死點位置繼續(xù)運動，需對從動曲軸施加外力或采用安裝飛輪以增大從動件的慣性力，使機構(gòu)順利通過死點位置。例如，縫紉機的踏板機構(gòu)在運動過程中，依靠具有較大質(zhì)量的大帶輪的轉(zhuǎn)動慣性，使機構(gòu)順利通過死點位置。單缸發(fā)動機的曲軸在運動過程中，是依靠具有較大質(zhì)量的飛輪慣性，順利通過死點位置。 a）曲柄連桿機構(gòu)的死點位置 b)曲柄滑塊機構(gòu)的死點位置 圖3-23 死點位置學習任務三 分析汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)任務描述任務

19、描述配氣機構(gòu)是發(fā)動機中的兩大機構(gòu)之一。配氣機構(gòu)按照發(fā)動機每一氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門。汽車的配氣機構(gòu)主要采用了凸輪機構(gòu)，結(jié)合凸輪機構(gòu)的相關(guān)知識對汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)進行分析。學習目標學習目標1.學習凸輪機構(gòu)的組成和分類；2.學習凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)以及從動件的運動規(guī)律；3.學會分析汽車凸輪機構(gòu)的運動。計劃與實施計劃與實施學生觀察汽車配氣機構(gòu)實物、模型，回答以下問題。（1）配氣機構(gòu)的凸輪是哪種形式？（2）配氣機構(gòu)中從動件屬于哪種類型？（3）凸輪在機構(gòu)中是主動件嗎？（4）凸輪機構(gòu)的壓力角是常數(shù)嗎？（5）為什么要采用凸輪軸而不將軸和凸輪分開加工制造？（6）

20、凸輪機構(gòu)壓力角的大小對其工作有什么影響？學習參考書學習參考書學習單元三學習單元三 汽車常用機構(gòu)汽車常用機構(gòu)學習任務三學習任務三 分析汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)分析汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)的組成及特點凸輪機構(gòu)通常由凸輪1（主動件），從動件2和機架3三個構(gòu)件組成，它的作用是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動或者移動，轉(zhuǎn)化成從動件的往復移動或者擺動，如圖3-24所示。圖3-24 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)是機械中的一種常用的高副機構(gòu)，當要求從動件實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律時，多采用凸輪機構(gòu)。圖3-25所示為汽車發(fā)動機中采用的配氣機構(gòu)，當凸輪等速回轉(zhuǎn)時，帶動氣門桿上、下移動，從而實現(xiàn)氣門的開啟和關(guān)閉。圖3-25 內(nèi)燃機配氣機構(gòu)二、凸輪機構(gòu)

21、的分類根據(jù)凸輪和從動件的不同形狀和運動方式，凸輪機構(gòu)有下面幾種分類方式。1、按照凸輪的形狀分類（1）盤形凸輪（2）平板移動凸輪（3）圓柱凸輪2、按照從動件的形狀分類（1）尖頂從動件（2）滾子從動件（3）平底從動件3、按照從動件的運動形式分類（1）移動從動件（2）擺動從動件三、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)及運動過程1、基圓2、推程及從動件的升程3、遠休止角4、回程5、近休止角6、位移曲線7、壓力角圖3-32 凸輪機構(gòu)的運動過程a）尖頂移動盤形凸輪機構(gòu) b）從動件位移曲線四、凸輪軸在汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)中，凸輪尺寸小而且緊接軸徑時，凸輪與軸做成一體，稱為凸輪軸，如圖3-34所示。凸輪軸的作用是按照發(fā)動機的工作順序、配氣相位及氣門開度的變化規(guī)律驅(qū)動和控制氣門的開起和關(guān)閉。圖3-34 汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)的凸輪軸學習任務四 分析駐車制動鎖止機構(gòu)任務描述任務描述 駐車制動器在車輛停穩(wěn)后用于穩(wěn)定車輛，避免車輛在斜坡路面停車時由于溜車造成事故。轎車的駐車制動器手柄采用了棘輪機構(gòu)做為鎖止機構(gòu)。結(jié)合棘輪機構(gòu)的相關(guān)知識對汽車駐車制動器的鎖止機構(gòu)進行分析。學習目標學習目標1.