汽車機械基礎主要內容本章小結重點難點汽車機械基礎任務目標掌握平面機構運動簡圖的繪制方法和分析方法掌握平面連桿機構的曲柄存在條件熟悉平面連桿機構的基本類型、傳動特性了解汽車常用機構的組成，凸輪機構與間歇運動機構的類型、特點汽車機械基礎重點難點機構運動簡圖的繪制平面機構自由度的計算汽車機械基礎主要內容第二節平面機構的自由度第一節汽車常用機構的組成第三節平面連桿機構第四節凸輪機構和間歇運動機構汽車機械基礎第一節

汽車常用機構的組成汽車機械基礎主要了解汽車常用機構的組成、運動副的概念、平面機構運動簡圖以及繪制。本節任務目標機器與機構的區別？機器與機構的區別:機器能實現能量的轉換或代替人的勞動去做有用功，而機構沒有這種功能機構只產生運動的轉換，目的是傳遞或變換運動。汽車機械基礎

機構是用運動副連接起來的構件系統，用來傳遞運動和動力，還可用來改變運動形式。機構中各構件之間必須有確定的相對運動，任意拼湊起來的構件不一定具有確定運動。構件應如何組合，才具有確定的運動，這對分析汽車上的機構是非常重要的。一、汽車常用機構的組成汽車機械基礎

通常將機器和機構統稱為機械。構件是運動的單元，而零件是制造的單元。通常把為協同完成某一功能而裝配在一起的若干個零件的裝配體稱為部件，只在某些特定類型的機器中才使用的零件，稱為專用零件。按照用途的不同，可把機器分為動力機器、工作機器和信息機器。現代機器一般由動力裝置、傳動裝置、執行裝置和操縱控制裝置四個部分組成。此外，還有必要的輔助裝置。1．機器組成的概念汽車機械基礎動力裝置是機器的動力來源，有電動機、內燃機、燃氣輪機、液壓馬達、氣動馬達等。現代機器大多采用電動機，而內燃機主要用于運輸機械、工程機械和農業機械。傳動裝置將動力裝置的運動和動力變換成執行裝置所需的運動形式、運動和動力參數，并傳遞到執行部分。機器中的傳動有機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動。其中，機械傳動應用的最多。（1）動力裝置（2）傳動裝置執行裝置是直接完成機器預定功能的工作部分，如車床的卡盤和刀架，汽車的車輪，船舶的螺旋槳，帶式輸送機的輸送帶等。（3）執行裝置操縱和控制裝置是用以控制機器的起動、停車、正反轉、運動和動力參數改變及各執行裝置間的動作協調的。自動化機器的控制系統能使機器進行自動檢測、自動數據處理和顯示、自動控制和調節、故障診斷、自動保護等。輔助裝置則有照明、潤滑、冷卻裝置等。（4）操縱、控制及輔助裝置本課程的研究對象是汽車常用機構以及通用機械零部件。對于巨型、微型、以及高速、高溫、高壓或低溫條件下工作的通用零部件，則在有關專門課程中研究。二、運動副構件和構件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運動。而兩構件之間這種可動的連接（接觸）就稱為運動副。運動副元素：兩構件上直接參加接觸構成運動副的部分。運動副：按兩構件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。1.低副兩構件以面接觸而形成的運動副。

(1)轉動副：只允許兩構件作相對轉動，又稱作鉸鏈。

a)固定鉸鏈一、平面運動副b)活動鉸鏈轉動副機構的組成(2)移動副：只允許兩構件作相對移動。移動副機構的組成2.高副兩構件以點或線接觸而構成的運動副。凸輪副機構的組成齒輪副機構的組成二、空間運動副若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則稱為空間運動副。螺旋副球面副三、平面機構的運動簡圖

運動副及構件的表示方法1.構件構件均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的表示機架。2.轉動副構件組成轉動副時，如下圖表示。。表示轉動副的圓圈，其圓心必須與回轉軸線重合。一個構件具有多個轉動副時，則應在兩條交叉處涂黑，或在其內畫上斜線。平面機構的運動簡圖

3.移動副兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致。4.平面高副兩構件組成平面高副時，其運動簡圖中應畫出兩構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節圓。繪制機構運動簡圖的步驟1）功能分析。確定機械系統的總功能和進行功能分解。2）繪制機械系統運動循環圖。3）執行（工作）機構選型。4）繪制機械系統的運動方案圖。5）機構的尺度綜合。6）繪制機械系統運動簡圖。例試繪制內燃機的機構運動簡圖氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10解：1）分析運動，確定構件的類型和數量

2）確定運動副的類型和數目

3）選擇視圖平面

4）選取比例尺，根據機構運動尺寸，定出各運動副間的相對位置

5）畫出各運動副和機構符號，并表示出各構件平面機構的運動簡圖

演示例試繪制內燃機的機構運動簡圖圖示為一簡易沖床的設計圖。試分析設計方案是否合理。如不合理，則繪出修改后的機構運動簡圖。

本節思考與練習1、按照用途的不同，機器如何分類？2、運動副怎么分類？3、如何繪制平面機構運動簡圖？第二節平面機構的自由度本節任務目標主要了解自由度的概念、平面機構具有確定運動的條件以及平面機構自由度計算應注意的問題。一、自由度的概念機構的各構件之間必須具有確定的相對運動。顯然，不能產生相對運動或作無規則運動的一堆構件難以用來傳遞運動。為了使組合起來的構件能產生相對運動并具有運動確定性，有必要探討機構自由度。機構的自由度是指機構具有確定運動時所必須給予的獨立運動的數目。二、自由度的計算機構的自由度是機構中各構件相對機架所具有的獨立運動的數目。而從動件是不能獨立運動的，原動件才能獨立運動，故原動件數必定等于機構的自由度。1．平面機構具有確定運動的條件運動鏈和機構都是由構件和運動副組成的系統，機構要實現預期的運動傳遞和變換，必須使其運動具有可能性和確定性。無相對運動的構件組合或著無規則亂動的運動鏈都不能實現預期的運動變換。將運動鏈的一個構件固定為機架，當運動鏈中一個或幾個原動件位置確定時，其余從動件的位置也隨之確定，這種運動鏈便成為機構。機構才具有確定的相對運動。那么究竟取一個還是幾個構件作原動件，這取決于機構的自由度。機構的自由度就是機構具有獨立運動參數的數目。因此，當機構的原動件數等于自由度數時，機構就具有確定的相對運動。2．平面機構自由度計算應注意的問題兩個以上的構件共用同一轉動軸線所構成的轉動副稱為復合鉸鏈。如圖所示為三構件在同一處構成的轉動副，以及它的俯視圖。可以看出，此三個構件共組成兩個轉動副。當由n個構件組成復合鉸鏈時，則應當組成n-1個轉動副。在計算自由度時，應仔細觀察是否有復合鉸鏈存在，以免影響計算。（1）復合鉸鏈（2）局部自由度機構中某些構件所具有的不影響機構輸出與輸入運動關系的自由度稱為局部自由度。（3）虛約束在運動副引入的約束中，有些約束對機構自由度的影響是重復的，它對機構運動不起任何限制作用。這種重復而對機構運動不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。在計算自由度時應先去除虛約束。本節思考與練習1、如何計算自由度？2、平面機構具有確定運動的條件有哪些？3、平面機構自由度計算應注意哪些問題？第三節平面連桿機構本節任務目標主要了解平面四桿機構的基本型式及演化以及平面四桿機構類型的判別方法及特性。一、平面四桿機構的基本型式及演化如果所有低副均為轉動副，這種四桿機構就稱為鉸鏈四桿機構。它是平面四桿機構最基本的形式，其他形式的四桿機構都可看作是在它的基礎上演化而成的。如圖所示為鉸鏈四桿機構。1．鉸鏈四桿機構根據連架桿運動形式的不同，鉸鏈四桿機構又可分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構三種基本形式。（1）曲柄搖桿機構具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖桿機構。曲柄搖桿機構一般以曲柄為主動件作等速轉動，搖桿為從動件作往復擺動。如圖所示。（2）雙曲柄機構具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。在雙曲柄機構中，通常主動曲柄作等速轉動，從動曲柄作變速轉動。若雙曲柄機構中，兩曲柄長度相等且平行，連桿與機架長度也相等且平行，則該機構稱為平行四邊形機構。（3）雙搖桿機構具有兩個搖桿的的鉸鏈四桿機構稱為雙搖桿機構，它常用于操縱機構、儀表機構等，如圖所示飛機起落架機構。兩搖桿長度相等的雙搖桿機構稱為等腰梯形機構，如圖所示汽車前輪轉向機構。2．鉸鏈四桿機構的演化一般生產中廣泛應用各種四桿機構，這些機構雖然具有不同的外形和構造，但都具有相同的運動特性或一定的內在聯系，并且都可看作是從鉸鏈四桿機構演化而來的。演化的目的或是為了滿足運動方面，或者是為了滿足動力方面，或者是為了滿足結構方面的要求。揭示各種平面四桿機構間的內在聯系，可為其分析和設計提供很大的方便。通過用移動副取代轉動副、變更桿件長度、變更機架和擴大轉動副等途徑，就可以得到鉸鏈四桿機構的其他演化型式。下面通過實例介紹鉸鏈四桿機構的演化型式。（1）曲柄滑塊機構在如圖所示的曲柄搖桿機構中，隨著搖桿3長度的增加，C點的運動軌跡m-m逐漸趨于平緩。當搖桿3的長度增至無限大時，C點的運動軌跡則成為直線m-m，如圖所示，于是構件3由搖桿演變成滑塊，轉動副D演化成移動副，于是曲柄搖桿機構深化成如曲柄滑塊機構，直線m-m即為滑塊導路的中心線。當滑塊導路中心線m-m通過曲柄轉動中心A時，則稱該機構為對心式曲柄滑塊機構，如圖所示；若當滑塊導路中心線m-m不通過曲柄回轉中心A而有一偏距e時，則稱該機構為偏置式曲柄滑塊機構，如圖所示。（2）導桿機構導桿機構可以看成是改變曲柄滑塊機構，如圖所示的固定構件演化而來的。演化后在滑塊中與滑塊作相對移動的構件稱為導桿。（3）雙滑塊機構雙滑塊機構是具有兩個移動副的四桿機構。可以認為是由鉸鏈四桿機構中的兩桿長度趨于無窮大而演化成的。（4）偏心輪機構在曲柄滑塊機構中，如果若要求滑塊行程較小則必須減小曲柄長度。由于結構上的困難很難在較短的曲柄上制造出兩個轉動副，往往采用轉動副中心與幾何中心不重合的偏心輪來代替曲柄，如圖所示。二、平面四桿機構類型的判別方法及特性平面四桿機構的三種基本型式的區別主要取決于機構內是否存在曲柄，而機構中有無曲柄又與各構件間的相對尺寸有關，為此需要分析曲柄存在的條件，再結合“取不同構件為機架”的四桿機構演化原理，可推出曲柄存在的條件如下：①最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；②最短桿或其相鄰桿應為機架。1．平面四桿機構類型的判別（1）平面四桿機構曲柄存在的條件（2）平面四桿機構類型的判別根據有曲柄的條件可得推論：①當最長桿與最短桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時，只能得到雙搖桿機構；②當最長桿與最短桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時：a.最短桿為機架時得到雙曲柄機構；b.最短桿的相鄰桿為機架時得到曲柄搖桿機構；c.最短桿的對面桿為機架時得到雙搖桿機構。③當最長桿與最短桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，則連架桿不能成為曲柄，無論哪桿為機架，機構都是雙搖桿機構。2．四桿機構的特性（1）壓力角和傳動角①壓力角a壓力角：從動件所受的力F與受力點速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機構傳動性能愈好。②傳動角g傳動角：連桿與從動件所夾的銳角g。g=900-a

g越大，機構的傳動性能越好，設計時一般應使gmin≥40°，對于高速大功率機械應使gmin≥50°。③最小傳動角的位置鉸鏈四桿機構在曲柄與機架共線的兩位置出現最小傳動角。對于曲柄滑塊機構，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現在曲柄與機架垂直的位置。對于擺動導桿機構由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度。（2）死點位置①死點的位置在從動曲柄與連桿共線的連個位置之一時，出現機構的傳動角g=0，壓力角a=90的情況，這時連桿對從動曲柄的作用里恰好通過其回轉中心，不能推動曲柄轉動，機構的這種位置稱為死點位置。②死點的利弊利：工程上利用死點進行工作。弊：機構有死點，從動件將出現卡死或運動方向不確定現象，對傳動機構不利。③度過死點的方法增大從動件的質量、利用慣性度過死點位置。采用機構錯位排列的方法。（3）急回特性和行程速比系數①急回特性機構工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時：V1=C1C2/t1

返回行程時：V2=C1C2/t2②行程速比系數K為了表示工作件往復運動時的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：③急回特性的作用四桿機構的急回特性可以節省空間，提高生產率。本節思考與練習1、簡述鉸鏈四桿機構的演化過程。2、如何辨別平面四桿機構類型？3、四桿機構有什么特性？第四節凸輪機構與間歇運動機構本節任務目標凸輪機構組成、特點、應用、類型、運動規律以及間歇運動機構的分類和工作原理。一、凸輪機構凸輪機構傳動是采用高副機構傳動，利用凸輪的旋轉運動使從動件完成位移或擺動，實現速度或加速度按照預期的運動規律變化。當某些運動要求連桿機構很難實現，而從動件又需要復雜的運動規律運動時，經常采用凸輪機構。如汽車發動機的配氣機構，就是采用凸輪機構傳遞運動和動力的。1．凸輪機構的組成如圖所示，凸輪機構是由凸輪1從動件2和機架3組成的高副機構。凸輪機構是機械工程中廣泛應用的一種高副機構。凸輪機構常用于低速、輕載的自動機或自動機的控制機構。2．凸輪機構的特點及其應用凸輪機構的主要優點：①便于準確地實現給定的運動規律;②結構簡單緊湊，易于設計；③凸輪機構可以高速起動，動作準確可靠。缺點：由于凸輪機構屬于高副機構，故凸輪與從動件之間為點或線接觸，不便潤滑，易于磨損。因此凸輪機構多用于傳力不大的控制機構和調節機構。凸輪輪廓曲線不易加工。3．凸輪機構的類型按形狀可分為：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪三類，分述如下。①盤形凸輪這種凸輪是一個具有變化向徑輪廓尺寸的盤形構件，是凸輪的最基本類型。②移動凸輪當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作直線運動，這種凸輪稱為移動凸輪。③圓柱凸輪為圓柱凸輪，在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上制出曲線輪廓，可使從動件得到較大的行程。屬于空間凸輪機構。4．凸輪機構的運動規律從動件的運動規律是指其位移、速度和加速度隨時間變化的規律。從動件的運動規律是根據機器工作要求確定的。從動件不同的運動規律對應于不同的凸輪輪廓。在設計凸輪機構時，首先選定從動件的運動規律，再根據運動規律設計凸輪輪廓。最常用的運動規律有以下兩種。（1）等速運動規律當凸輪以等角速度轉動的時候，從動件在推程和回程的速度為常數，這種運動規律叫做等速運動規律。如圖所示。（2）等加速等減速運動規律這種運動規律是從動件在一個推程或回程中，前半段做等加速運動，后半段做等減速運動；而且前后兩段加速度的絕對值相等。如圖所示。二、間歇運動機構在機器工作時，當主動件作連續運動時，常需要從動件產生周期性的運動和停歇，實現這種運動的機構，稱為間歇運動機構。最常見的間歇運動機構有棘輪機構、槽輪機構、凸輪式間歇運動機構等，它們廣泛用于自動機床的進給機構、送料機構、刀架的轉位機構、精紡機的成形機構等。本節將扼要介紹這幾類間歇運動機構的工作原理、類型和運動特點。1．棘輪機構工作過程搖桿逆時針擺動——棘爪插入齒槽——棘輪轉過角度——制動爪劃過齒背搖桿順時針擺動——棘爪劃過脊背——制動爪阻止棘輪作順時針轉動——棘輪靜止不動因此當搖桿作連續的往復擺動時，棘輪將作單向間歇轉動。（1）棘輪機構的類型及工作原理它主要有搖桿、棘爪、棘輪、制動爪和機架組成。彈簧使制動爪和棘輪保持接觸。按照結構特點，常用的棘輪機構可分為輪齒式和摩擦式兩類。（2）棘輪機構的特點及應用棘輪機構結構簡單，容易制造和運動可靠，棘輪轉角調節方便，而且制動爪還有防止棘輪反轉的作用。但是，當棘爪落入齒槽底部，開始推動棘輪接觸的瞬時會發生剛性沖擊，故傳動的平穩性較差。當棘爪返回在棘輪齒頂滑行時，會產生噪聲和齒頂磨損。棘輪的轉角不宜過大，而且只能以棘輪齒數為單位作有級的變化。因此，棘輪機構常用于低速、輕載且要求轉角不太大或需要經常改變轉角的場合。2．槽輪機構當撥盤上的圓柱銷A沒有進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內凹鎖止弧面被撥盤上的外凸鎖止弧面卡住，槽輪靜止不動。當圓柱銷A進入槽輪的徑向槽時，鎖止弧面被松開，則圓柱銷A驅動槽輪轉動。當撥盤上的圓柱銷離開徑向槽的時候，下一個鎖止弧面又被卡住，槽輪又靜止不動。由此將主動件的連續轉動轉換為從動槽輪的間歇運動。（1）槽輪機構的組成和工作原理（2）槽輪機構的類型、特