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1、汽车机械基础 第四章 机构的组成及汽车常用机构,一、机构的组成与运动简图,二、汽车常用四杆机构,三、凸轮机构,四、螺旋机构,本 章 内 容,第一节 机构的组成与运动简图,一、 机构的组成及相关概念,构件：运动单元体,零件：制造单元体,构件可由一个或 几个零件组成。,第一节 机构的组成与运动简图,机械：机械和机构的统称,一、 机构的组成及相关概念,构件：运动单元体,零件：制造单元体,构件可由一个或 几个零件组成。,第一节 机构的组成与运动简图,机械：机械和机构的统称,第一节 机构的组成与运动简图,图4.3 组成内燃机的机构 a）曲柄连杆机构 b）齿轮机构 c）凸轮机构,第一节 机构的组成与运动简
2、图,气缸体1,活塞2,进气阀3,排气阀4,连杆5,机构 能实现运动变换和动力传递的零件、构件的组合。,机器 能代替或减轻人的劳动、能完成有用机械功的机构与构件的组合。,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。,二、运动副及其分类,运动副：,例如，轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接、两啮合齿轮的联接等。,平面运动副 分平面低副和平面高副两种基本类型。 空间运动副 常见的有螺旋副和球面副。,1、平面低副 两构件面接触构成的运动副。,又分为 (1) 转动副 (也称铰链)，(2) 移动副。,平面运动副,(1) 转动副：只允许两构件作相对转
3、动，又称作铰链。,平面运动副,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,图4-1 平面高副 a) 车轮与钢轨 b) 两轮齿间 c) 凸轮与推杆间,2、平面高副 两构件点接触或线接触所构成的运动副。,平面运动副,低副与高副的对比：低副接触压强低，承载大、磨损慢、寿命长，且 构件的形状简单，容易制造，成本低。 高副接触压强高，材料和加工要求高，但能实现某些复杂精确的运动。,1,螺旋副,球面副,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。,三、机构运动简图,图4-2 机械中的运动转换 a) 钉鞋机的进针 b) 气动门的开关 c) 脚踏缝纫机,1. 机械中的机构,机构 能实现运动
4、转换和动力传递的零件、构件组合。,2. 机构中的三类构件,机构中的构件分为以下三种类型。,图4-3 液体搅拌机 1机架 2曲柄 3连杆 4摇杆,(1) 机架 机构中被视为固定不动的构件。 机构中其他构件在它的支承下运动。 图4-3中的构件1是机架。,(2) 原动件 机构中由外部给定其运动的构件，也称为输入构件。 机构中其他构件的运动由它驱动。 图4-3中曲柄2的转动由外部输入，是原动件。,(3) 从动件 机构中由原动件驱动的其他构件。 若从动件直接实现机构的功能，称为执行件；若从动件把运动输出本 机构，称为输出构件。 图4-3中连杆3、摇杆4都是从动件。,1,3. 机构运动简图,(1) 机构运
5、动简图及其作用,图4-4 横截面形状不同的连杆,机构中各构件间的相对运 动，取决于运动副的类型、数 目、所在平面内的构件尺寸等 几个因素。而与构件外形、断 面尺寸、组成构件的零件数、 运动副的结构形式等无关。,如连杆机构中的连杆，与 构件间运动关系有关的只是 “连杆长度”，而与截面形状、是单个还是多个零件组成无关。,机构运动简图 排除实际机构中与运动关系无关的因素，用一定比例的简单线条和规定的符号，来表示运动副及构件间运动关系的图形。,(2)运动副的表示方法, 转动副 用一个小圆圈表示。,转动副 的表示方法,在代表转动副中机架（固定件）的线条上，需画上一列斜线。, 移动副 用与移动方向一致的
6、一条直线或两条平行线表示。,移动副的表示方法,(2)运动副的表示方法,1, 平面高副 简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。, 球面副与螺旋副,平面高副的表示方法,球面副和螺旋副的表示方法 a）球面副 b）螺旋副,(3) 构件的表示方法,构件简图的表示方法是：在构件的相应位置上将运动副用符号标出，再用简单线条连成一体以表明是同一构件即可。,图4-5a是几种二运动副构件（指一个构件上有两个运动副）的示例， 图4-5b是几种三运动副构件（指一个构件上有三个运动副）的示例。 图4-5的部分图形中，在线条交接的内角涂以形如“、”的焊缝 标记，或在一个封闭的图形内画上斜向“剖面线”，这是表示同一构件的两种
7、符号。,图4-5 运动简图中构件的表示方法 a) 二运动副构件示例 b) 三运动副构件示例,机构运动简图的一般绘制步骤如下：,分析机构，确定机架、原动件、从动件。 从原动件开始，按照运动传递的顺序，分析构件间的运动关系，确定从动件的个数、运动副的类型和数目。 在表示机构运动的投影平面内选择适当的比例尺，根据构件和运动副的位置关系和构件尺寸，以规定的符号绘制出运动简图。 绘制机构运动简图的通行习惯还有： 以大写英文字母A、B、C、依次标注各转动副， 以阿拉伯数字1、2、3、依次标注各构件， 用箭头表示原动件的运动方向。,(4) 机构运动简图的绘制步骤,例 绘制图4-6a所示抽水唧筒的机构运动简图
8、。,图4-6 抽水唧筒及其机构简图,a) 抽水唧筒 b) 抽水唧筒的机构运动简图 1手柄 2连杆 3活塞杆 4抽水筒,绘制说明,(1) 唧筒的机构分析：,机架是抽水筒4； 原动件是手柄1； 其余连杆2和活塞杆3为从动件。,(2) 运动与运动副分析,操作手柄1以转动副A为中心 摆动，依次带动连杆2和活塞 杆3运动； 该机构在A、B、C三处有三 个转动副，活塞杆3与抽水筒 4形成移动副。,(3) 绘制运动简图,取转动副A点为基准点，选 择合适比例尺，根据图4-6a中构件的尺寸和几个运动副的位置，绘制出 抽水唧筒的运动简图如图4-6b所示。,例 试绘制内燃机的机构运动简图,四、机构具有确定运动的条件
9、,平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。,1.构件自由度,一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。,当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。,2.计算公式,n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数；,Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；,F = 3n - 2Pl - Ph,计算实例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=33 - 2Pl - Ph,=33 - 24 - 0,= 1,计算实例,n =5, Pl = 7, Ph
10、= 0,F = 3n 2Pl Ph,= 35 27 0,= 1,解：,第二节 汽车常用四杆机构概述,1.平面连杆机构：若干构件通过低副连接而成的平面机构。,2.平面连杆机构的特点：具有运动可逆性。,3.平面连杆机构主要优点,A,D,C,B,（1）低副压力小，制造简单，制造精度较高。 （2）实现转动、摆动和移动等基本运动形式转换。 （3）实现多种运动规律。,一、概述,1）低副存在间隙，产生运动误差。 2）不易精确实现复杂运动规律。,4.平面连杆机构主要缺点,平面四杆机构,铰链四杆机构(全转动副),含有移动副的平面四杆机构,1. 铰链四杆机构,图4-10 铰链四杆机构 1、3连架杆 2连杆 4机架
11、,以4个铰链联接4个构件而成的机构。,铰链四杆机构有三种基本形式： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。,二、铰链四杆机构的基本型式及应用,曲柄作整周定轴回转的构件；,连杆与其他构件链接的构件；,连架杆与机架相联的构件；,摇杆作定轴摆动的构件；,周转副能作360相对回转的运动副；,摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,曲柄,连杆,摇杆,铰链四杆机构有三种基本形式： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。,二、铰链四杆机构的基本型式及应用,连架杆,(1) 曲柄摇杆机构,铰链四杆机构的两个连架杆之一是曲柄、另一是摇杆，为曲柄摇杆机构。,（1）将转动变为摆动,图4-8 破碎机的破碎机构,将曲柄的连续
12、转动转变为摇杆的往复摆动。,（1）雷达,(1) 曲柄摇杆机构,(2)搅拌器: 曲柄主动,(1) 曲柄摇杆机构,(3)汽车玻璃窗雨刷:转动变换为摆动,(1) 曲柄摇杆机构,（2）将摆动变为转动,(4)缝纫机踏板机构：摆动变换为转动,将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动,(1) 曲柄摇杆机构,脱粒机及其机构运动简图 a脚踏脱粒机 b机构运动简图,摇杆为原动件：脚踏缝纫机 脚踏脱粒机,（2）将摆动变为转动,图4-13 缝纫机踏板机构,(2) 双曲柄机构,铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。,双曲柄机构中的任一个曲柄均可作为原动件，带动从动曲柄旋转。,图4-14 惯性筛,但双曲柄机构具有
13、如下运动特性： 原动曲柄匀速转动时，从动曲柄以每圈为周期作变速转动。,图4-14所示的惯性筛中，原动曲柄匀速转动，从动曲柄则在每一圈转动中周期性地变换快慢，从而达到筛分物料的目的。,平行双曲柄机构或平行四边形机构 两曲柄长度相等，且连杆机架的长度也相等的双曲柄机构。,图4-15 平行四边形 机构的运动特性 及其应用示例 a)平行双曲柄机构 b)机车车轮联动机构,平行四边形机构运动有两个特性： 原动从动曲柄的转动保持同步。 运动中两曲柄保持平行，连杆与“机架” 也保持平行。 它因此获得广泛应用，如火车车轮的联动机构。,平行双曲柄机构,(2) 双曲柄机构,1） 两曲柄等长且平行，1=2,(2) 双
14、曲柄机构,当两曲柄共线时，有可能成为反向双曲柄机构:,12,反平行双曲柄机构,车门,反平行四边形机构,公共汽车的车门开关机构 1主动曲柄 2连杆 3从动曲柄 4机架 5右车门 6左车门 7活塞门 8气缸,(2) 双曲柄机构,插床双曲柄机构,(2) 双曲柄机构,摄影台升降机构,(2) 双曲柄机构,电风扇 摇头机构示意图,(3) 双摇杆机构,双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。,双摇杆机构中的任一个活动件（摇杆或连杆）均可作为原动件，使两个摇杆均实现往返摆动。 如电风扇的一种摇头机构。,起重机机构,汽车转向机构,(3) 双摇杆机构,飞机起落架机构,（4）铰链四杆机构的类型判别,1、铰链四
15、杆机构曲柄存在条件为：,1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）,上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄,在满足杆长和的条件下，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链四杆机构。 （1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构； （3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。,三、铰链四杆机构的演化,演化方法：转动副 移动副（滑块四杆机构）； 选取不同构件作为机架,（一）、转动副转化成移动副,1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副,1,1. 滑块四杆机构,图4-12 曲柄滑块机构 a）对心曲柄滑块机构 b）偏置曲柄滑块机构 1曲柄 2连杆 3滑块 4机架,含有移动副四杆机构称为滑块四杆机构，简称滑块机构。 其基本形式有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。,1,曲柄滑块机构应用很广泛，如内燃机里的曲柄滑块机构和自动送料机构等。,图4-21 曲柄滑块机构的应用示例 a)内燃机中的曲柄滑块机构 b)自动送料机构 1曲轴 2连杆 3活塞 4滑块 5曲柄,2、摇块机构,(1)、演化过程,曲柄滑块机构中，当将连杆改为机
