典型機構(gòu)及機構(gòu)系統(tǒng)分析實驗b

1、典型機構(gòu)系統(tǒng)分析實驗汽車典型機構(gòu)一.實驗?zāi)康?通過對典型機構(gòu)（汽車內(nèi)部典型機構(gòu)）的認知和分析，深入了解機械中各種相關(guān)機構(gòu)在機器中的作用及其工作原理，提高對專業(yè)學習的興趣和對機構(gòu)進行初步分析的能力。二.實驗設(shè)備1. G-1011型汽車動力傳動系統(tǒng)2. G-3062型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)3. G-3039型FF汽車變速器系統(tǒng)汽車發(fā)動機系統(tǒng)汽車發(fā)動機系統(tǒng) 汽車發(fā)動機是汽車的動力源。汽車發(fā)動機大多都是熱能動力裝置，或簡稱熱機熱機。在熱機中借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。熱機有： 內(nèi)燃機內(nèi)燃機：直接以燃料燃燒所生成的燃燒產(chǎn)物為工質(zhì)的熱機為內(nèi)燃機，內(nèi)燃機包括活塞式內(nèi)燃機和燃氣輪機。 外燃機外燃

2、機：包括蒸汽機、汽輪機和熱氣機等。 內(nèi)燃機內(nèi)燃機與外燃機相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕和容易起動等許多優(yōu)點。因此，內(nèi)燃機尤其是活塞式內(nèi)燃機被極其廣泛地用作汽車動力。一一. .汽車發(fā)動機的類型汽車發(fā)動機的類型 1.按活塞運動方式的不同，活塞式內(nèi)燃機可分為往復活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。2.根據(jù)所用燃料種類，活塞式內(nèi)燃機主要分為汽油機汽油機、柴油機柴油機和氣體燃料發(fā)動機三類。3.按冷卻方式的不同，活塞式內(nèi)燃機分為水冷式水冷式和風冷式風冷式兩種。4.往復活塞式內(nèi)燃機還按其在一個工作循環(huán)期間活塞往復運動的行程數(shù)進行分類?；钊絻?nèi)燃機每完成一個工作循環(huán)，便對外作功一次，不斷地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地

3、轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。在一個工作循環(huán)中活塞往復四個行程的內(nèi)燃機稱作四沖程往復活塞式內(nèi)燃機四沖程往復活塞式內(nèi)燃機，而活塞往復兩個行程便完成一個工作循環(huán)的則稱作二沖程往復活塞式內(nèi)燃機二沖程往復活塞式內(nèi)燃機。5.按照氣缸數(shù)目分類可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機。6. 內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角180(一般為90)稱為V型

4、發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180稱為對置式發(fā)動機。 7.按進氣狀態(tài)不同，活塞式內(nèi)燃機還可分為增壓和非增壓兩類增壓和非增壓兩類。若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。1.汽車發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu) 二二. .汽車發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)汽車發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu) 汽車發(fā)動機（往復活塞式內(nèi)燃機）的工作腔稱作氣缸，氣缸內(nèi)表面為圓柱形。在氣缸內(nèi)作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)。 進、排氣門的開閉由凸輪軸控制。凸輪軸凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪或鏈條驅(qū)動。進、排氣門和凸輪

5、軸以及其他一些零件共同組成配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)。構(gòu)成氣缸的零件稱作氣缸體，支承曲軸的零件稱作曲軸箱，氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機體。3.汽車發(fā)動機的工作原理工作原理（1 1）四沖程汽油機工作原理四沖程汽油機工作原理 四沖程往復活塞式內(nèi)燃機在四個活塞行程內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。 a.a.進氣行程進氣行程 b.b.壓縮行程壓縮行程 c.c.作功行程作功行程 d.d.排氣行程排氣行程 1.1.曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu) 曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件,用來傳遞力和改變運動方式。它由機體組、活

6、塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。 工作中，曲柄連桿機構(gòu)在作功行程中把活塞的往復運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，對外輸出動力，而在其他三個行程中，即進氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成活塞的往復直線運動?？偟膩碚f曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機借以產(chǎn)生并傳遞動力的機構(gòu)。通過它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 （1 1）機體組的功用及組成）機體組的功用及組成 現(xiàn)代汽車發(fā)動機機體組主要由氣缸體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、氣缸襯墊、主軸承蓋以及油底殼等組成。機體組是發(fā)動機的支架，是曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)和發(fā)動機各系統(tǒng)主要零部件的裝配基體。氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室。另外，氣缸蓋和機體內(nèi)的

7、水套和油道以及油底殼又分別是冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的組成部分。（2 2）活塞連桿組和曲軸飛輪組的功用及組成）活塞連桿組和曲軸飛輪組的功用及組成 活塞連桿組和曲軸飛輪組是發(fā)動機的主要運動機構(gòu)。其功用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，同時將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動汽車車輪轉(zhuǎn)動。 （3 3）曲拐布置與多缸發(fā)動機的工作順序）曲拐布置與多缸發(fā)動機的工作順序 各曲拐的相對位置或曲拐布置取決于氣缸數(shù)、氣缸排列形式和發(fā)動機工作順序。當氣缸數(shù)和氣缸排列形式確定之后，曲拐布置就只取決于發(fā)動機工作順序。 四沖程直列四缸發(fā)動機的發(fā)火間隔角為720/4180。4個曲拐在同一平面內(nèi)。發(fā)動機工作順

8、序為1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循環(huán)見下表2-1及表2-2。 直列四缸發(fā)動機曲拐布置 對于四沖程發(fā)動機來說，每四個活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排氣、進氣和壓縮三個行程都要消耗功。因此，曲軸對外輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性變化，曲軸轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定。為了改善這種狀況，在曲軸后端裝置飛輪。 飛輪是轉(zhuǎn)動慣量很大的盤形零件，其作用如同一個能量存儲器。在作功行程中發(fā)動機傳輸給曲軸的能量，除對外輸出外，還有部分能量被飛輪吸收，從而使曲軸的轉(zhuǎn)速不會升高很多。在排氣、進氣和壓縮三個行程中，飛輪將其儲存的能量放出來補償這三個行程所消耗的功，從而使曲軸轉(zhuǎn)速不致降低太甚。 （4 4）飛輪的作用）飛輪的作用

9、除此之外，飛輪還有下列功用：飛輪是摩擦式離合器的主動件；在飛輪輪緣上鑲嵌有供起動發(fā)動機用的飛輪齒圈；在飛輪上還刻有上止點記號，用來校準點火定時或噴油定時以及調(diào)整氣門間隙。 （4 4）曲軸的結(jié)構(gòu)和平衡）曲軸的結(jié)構(gòu)和平衡 曲軸基本上由若干個單元曲拐構(gòu)成。一個曲柄銷，左右兩個曲柄臂和左右兩個主軸頸構(gòu)成一個單元曲拐。單缸發(fā)動機的曲軸只有一個曲拐，多缸直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)與氣缸數(shù)相同，V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。將若干個單元曲拐按照一定的相位連接起來再加上曲軸前、后端便構(gòu)成一根曲軸。多數(shù)發(fā)動機的曲軸，在其曲柄臂上裝有平衡重。2.2.配氣機構(gòu)配氣機構(gòu) 配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和

10、工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。 氣門驅(qū)動形式有搖臂驅(qū)動、擺臂驅(qū)動和直接驅(qū)動三種類型。 變速器變速器 變速器是汽車傳動系統(tǒng)的主要總成之一。它的功用是：一變速器的功用1. 改變傳動比，從而改變傳遞給驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；2. 在發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)方向不變的情況下使汽車倒退行駛；3. 在汽車啟動、變速、換擋、滑行或進行動力輸出時，都需要切斷發(fā)動機與傳動機與傳動系統(tǒng)的動力傳遞。 三變速器的組成 變速器由變速傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)兩部分組成。變速傳動機構(gòu)的主要作用是改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的大小及方向；操縱機構(gòu)的主要作用是控制傳動機構(gòu)，實現(xiàn)變速器傳

11、動比的變換，即實現(xiàn)換檔，以達到變速變矩。二變速器的類型1. 按傳動比變化方式的不同，變速器可分為有級式、無級式和綜合式3種。2. 按換檔操縱方式的不同，變速器可分為手動操縱式、自動操縱式和半自動操縱式3種。 變速器的變速傳動機構(gòu)變速器的變速傳動機構(gòu) 主要由齒輪、軸及變速器殼體等零部件組成。利用不同齒數(shù)的齒輪對相互嚙合，以改變變速器的傳動比；通過增加齒輪傳動的對數(shù)，以實現(xiàn)倒檔。 常見的換檔方式常見的換檔方式 同步器構(gòu)造及工作原理同步器構(gòu)造及工作原理 同步器是利用摩擦原理實現(xiàn)同步的，現(xiàn)代汽車上廣泛使用的是慣性式同步器，可以從結(jié)構(gòu)上保證待嚙合的接合套與接合齒輪的花鍵齒在達到同步之前不可能接觸，可以避

12、免齒間沖擊和噪音。 1 1鎖環(huán)式慣性同步器鎖環(huán)式慣性同步器 四.變速器的結(jié)構(gòu) 兩軸式變速器的結(jié)構(gòu)三軸式變速器的結(jié)構(gòu)三軸式變速器的結(jié)構(gòu)2. 2. 遠距離操縱機構(gòu)遠距離操縱機構(gòu) 當變速器在汽車上的布置離駕駛員座位較遠時，需要在變速桿與撥叉軸之間加裝一套傳動機構(gòu)或輔助杠桿，實現(xiàn)對變速器的遠距離操縱。此時，操縱機構(gòu)由外部操縱機構(gòu)和內(nèi)部操縱機構(gòu)兩部分構(gòu)成。 外部操縱機構(gòu)：外部操縱機構(gòu)：從變速桿到選檔換檔軸之間的所有傳動件。實現(xiàn)對變速器的遠距離操縱。 萬向傳動裝置萬向傳動裝置 一一. 萬向傳動裝置的組成和功用萬向傳動裝置的組成和功用 萬向傳動裝置一般由萬向節(jié)和傳動軸組成，當傳動軸比較長時，還要加中間支承。

13、其功用是在軸線相交且相對位置經(jīng)常變化的兩轉(zhuǎn)軸間可靠地傳遞動力。 如果萬向傳動裝置傳遞的動力較遠，傳動軸中間會分段，并加中間支承。 二二. .萬向傳動裝置在汽車上的應(yīng)用場合萬向傳動裝置在汽車上的應(yīng)用場合1.變速器與驅(qū)動橋之間 2.變速器與分動器之間、分動器與驅(qū)動橋之間 3.驅(qū)動橋與驅(qū)動輪之間 三三. .萬向節(jié)萬向節(jié) 如果萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向沒有彈性、動力靠零件的鉸鏈式連接傳遞，是剛性萬向節(jié)，剛性萬向節(jié)又分為不等速萬向節(jié)（如十字軸式萬向節(jié)）、準等速萬向節(jié)（如雙聯(lián)式、三銷軸式等）和等速萬向節(jié)（如球叉式、球籠式等）。如果萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向有一定彈性、動力靠彈性零件傳遞、且有緩沖減振作用，是彈性萬向節(jié)。汽車上

14、應(yīng)用較多的是剛性萬向節(jié)。1.1.十字軸式剛性萬向節(jié)十字軸式剛性萬向節(jié) 十字軸式剛性萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、且允許所連接的兩軸之間有較大交角，在汽車上應(yīng)用最為普遍。 十字軸式萬向節(jié)傳動的等速條件（1）采用雙萬向節(jié)傳動；（2）第一萬向節(jié)兩軸間的夾角1與第二萬向節(jié)兩軸間的夾角2 相等；（3）第一萬向節(jié)的從動叉與第二萬向節(jié)的主動叉在同一平面內(nèi)。（1）球叉式萬向節(jié) 3.3.等速萬向節(jié)等速萬向節(jié) 球叉式萬向節(jié)等角速傳動的特點是，鋼球中心P（即傳力點）始終位于兩軸交角的平分面內(nèi)。 （2）球籠式萬向節(jié) 固定型球籠式萬向節(jié)（RF節(jié)） 驅(qū)動橋驅(qū)動橋 一.驅(qū)動橋的組成、功用及結(jié)構(gòu)類型 1.驅(qū)動橋的組成驅(qū)動橋由主減

15、速器、差速器、半軸、萬向節(jié)、驅(qū)動橋殼（或變速器殼體）和驅(qū)動車輪等零部件組成。 二.差速器 差速器的功用是既能向兩側(cè)驅(qū)動輪傳遞轉(zhuǎn)矩，又能使兩側(cè)驅(qū)動輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，以滿足轉(zhuǎn)向等情況下內(nèi)外驅(qū)動輪要以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的需要。 從汽車轉(zhuǎn)向時驅(qū)動輪的運動示意圖可以看出，轉(zhuǎn)向時外側(cè)車輪滾過的路程長，內(nèi)側(cè)車輪滾過的路程短，要求外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速快于內(nèi)側(cè)車輪，即希望內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同。 若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性軸上，兩輪角速度相等，則此時外輪必然是邊滾動邊滑動，內(nèi)輪必然是邊滾動邊滑轉(zhuǎn)。 即使在直線路面上行駛時，由于路面不平，或在平直路面上行駛，由于輪胎大小誤差、承受載荷不同、充氣壓力不等，各車輪的滾動半徑實際不可能相

16、等，因此，車輪對路面的滑動必然存在。 車輪對路面的滑動會加速輪胎磨損，增加汽車動力消耗，使制動性能變差，汽車轉(zhuǎn)向困難。因此在汽車結(jié)構(gòu)上必須保證兩側(cè)驅(qū)動輪有可能以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，就必須將兩側(cè)車輪的驅(qū)動軸斷開（稱為半軸），而由主減速器從動齒輪通過差速器分別驅(qū)動兩側(cè)半軸和驅(qū)動輪。 通過運動學分析可以掌握差速器的差速原理；通過動力學分析可以掌握其轉(zhuǎn)矩分配特性。內(nèi)摩擦力矩很小的對稱式錐齒輪差速器的運動學和動力學特性可以概括為“差速但不差轉(zhuǎn)矩”，即可以使兩側(cè)驅(qū)動輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，但不能改變傳給兩側(cè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩。 對稱式錐齒輪差速器差速原理: 對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu)。差速器殼3與行星齒輪軸5連成

17、一體，形成行星架，因為它又與主減速器的從動齒輪6固連在一起，故為主動件，設(shè)其角速度為0；半軸齒輪1和2為從動輪，其角速度分別為1和2。A、B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點。行星齒輪的中心為C， A、B、C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。 當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時，顯然，處于同一半徑r上的A、B、C三點的圓周速度都相等，其值為0r。于是1= 2= 0，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。 當行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度4自轉(zhuǎn)時，嚙合點A的圓周速度為1r= 0r+ 4r4，嚙合點B的圓周速度為2r= 0r- 4r4其中，r4

18、為行星齒輪半徑，于是： 1r +2r = （0r+ 4r4 ）+（0r- 4r4） 即 1 +2 = 20 或 n1+n2=2n0 上式為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式錐齒輪差速器的運動特性方程式。它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪的轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同的轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動。 同時（1）當任一側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速為零時，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；（2）差速器殼轉(zhuǎn)速為零，若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車

19、行駛方向的專設(shè)機構(gòu)的總稱。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按駕駛員的意愿進行直線或轉(zhuǎn)向行駛。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型和組成1機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件都是機械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。 當前輪為獨立懸架時，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置與紅旗CA7220型轎車相似。 當前輪為非獨立懸架時，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置如下圖所示。由于轉(zhuǎn)向盤距離轉(zhuǎn)向器較遠，二者之間用萬向節(jié)和傳動軸構(gòu)成的萬向傳動裝置相連。 前輪為獨立懸架時的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)前輪為非獨立懸架時的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二.兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角之間的理想關(guān)系式 汽車轉(zhuǎn)向行駛時，為了避免車輪相對地面滑動而產(chǎn)生附加阻力，減輕輪胎磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能保證所有車輪均作純滾動，即所有車輪軸線的延長線都要相交于一點。cot=cot+B/L