汽車機(jī)械基礎(chǔ)項目一 常用機(jī)構(gòu)任務(wù)1 認(rèn)識平面連桿機(jī)構(gòu)

工程1常用機(jī)構(gòu)任務(wù)描述任務(wù)目標(biāo)任務(wù)實施任務(wù)拓展任務(wù)1認(rèn)識平面連桿機(jī)構(gòu)任務(wù)檢測任務(wù)描述本任務(wù)主要講述平面連桿機(jī)構(gòu)的組成、根本形式和特性，常見四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化。通過對汽車所應(yīng)用典型機(jī)構(gòu)的分析，認(rèn)識機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件等概念；掌握曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的特點；了解曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵點：平面連桿機(jī)構(gòu)的類型、特征及應(yīng)用任務(wù)目標(biāo)完本錢任務(wù)的學(xué)習(xí)后，你應(yīng)：能說出機(jī)器、機(jī)構(gòu)、零件、構(gòu)件的關(guān)系和區(qū)別。能描述鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成。能識別不同平面連桿機(jī)構(gòu)的類型。能說出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用。能說出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及在汽車上的應(yīng)用。任務(wù)實施1〕零件

從制造角度看，機(jī)器是由假設(shè)干個零件組成的。零件是機(jī)器組成中不可再拆的最小單元。因此，零件是機(jī)器的制造單元。1.機(jī)器和機(jī)構(gòu)人們在日常生活和工作中，經(jīng)常使用的各種生產(chǎn)工具、加工設(shè)備等通常被人們稱為機(jī)器。我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的汽車、洗衣機(jī)、縫紉機(jī)等都是最常見、最普通的機(jī)器。任務(wù)實施由一個或幾個零件剛性的連接在一起，作為一個整體而運動，這一個整體就稱為一個構(gòu)件。這些剛性連接在一起的零件之間不能產(chǎn)生任何相對運動，構(gòu)件是機(jī)器組成中最根本的運動單元。如發(fā)動機(jī)中的連桿〔圖1-1〕就是由連桿體、連桿蓋、螺栓和螺母等零件剛性的連接在一起，在運動過程中，這一剛性連接體就是一個構(gòu)件，就是一個獨立的運動單元。一個不與其他任何零件剛性連接的單獨的零件，也可以是一個簡單的構(gòu)件〔如發(fā)動機(jī)的曲軸〕。1.機(jī)器和機(jī)構(gòu)2〕構(gòu)件圖1-1連桿組成任務(wù)實施1.機(jī)器和機(jī)構(gòu)3〕機(jī)器盡管機(jī)器種類繁多，構(gòu)造、性能和用途各異，但它們之間卻存在著一些共同的特征。特征一任何機(jī)器都是人為的實物組合體。如圖1-2所示單缸內(nèi)燃機(jī)，它是由曲軸、連桿、活塞、氣缸等許多實物組成的。特征二組成機(jī)器的各局部之間具有確定的相對運動。如圖1-2所示，活塞在氣缸中的運動，可變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動。特征三能代替或減輕人類的勞動，完成有用機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。例如，汽車發(fā)動機(jī)把燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終通過傳動系將動力傳給車輪，驅(qū)動汽車行駛，完成機(jī)器功能的轉(zhuǎn)換。又如發(fā)電機(jī)是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，而電動機(jī)卻是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。任務(wù)實施1.機(jī)器和機(jī)構(gòu)由上述可見，機(jī)構(gòu)只是具備了機(jī)器的前兩個特征，不做機(jī)械功和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，其功能在于傳遞或轉(zhuǎn)換運動形式。而機(jī)器是具有確定相對運動的實物的組合，它的功用主要是轉(zhuǎn)換能量或傳遞運動形式。一般機(jī)器包含四個根本組成局部：動力局部、傳動局部、控制局部、執(zhí)行局部。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。圖1-2單缸內(nèi)燃機(jī)任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用構(gòu)件間只能做平面移動或回轉(zhuǎn)運動的平面機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)的類型很多，應(yīng)用很廣，按其構(gòu)件的運動形式不同，可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和滑塊四桿機(jī)構(gòu)兩大類，最簡單的是由四個構(gòu)件組成的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；滑塊四桿機(jī)構(gòu)由其衍生而成。任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用圖1-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是指連接構(gòu)件間，都是作回轉(zhuǎn)運動的平面四桿機(jī)構(gòu)，如圖1-3所示。其中固定不動的構(gòu)件4稱為機(jī)架，與機(jī)架相連的構(gòu)件1，3稱為連架桿，連接兩連架桿的構(gòu)件2稱為連桿。當(dāng)連架桿能繞與機(jī)架相連的固定鉸鏈整周回轉(zhuǎn)時，那么該連架桿為曲柄，不能整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿。任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用1〕曲柄搖桿機(jī)構(gòu)假設(shè)組成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連架桿中有一個是曲柄，另一個是搖桿，那么所組成的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)通常在應(yīng)用中是將曲柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動，或者將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換為曲柄的整周運動，如圖1-4所示。圖1-4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用圖1-5是汽車電動雨刮器傳動機(jī)構(gòu)，它是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成的。當(dāng)雨水落在擋風(fēng)玻璃上時，駕駛員看不清行駛路面，為了行車平安，就用了雨刮器來掃除雨水。其工作時電動機(jī)帶動搖臂旋轉(zhuǎn)，從而帶動雨刮器擺動。(視頻1-1雨刮器工作原理)圖1-5汽車電動雨刮器傳動機(jī)構(gòu)視頻

雨刮器工作原理1-1任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用2〕雙曲柄機(jī)構(gòu)假設(shè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個連架桿均為曲柄，那么所組成的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，假設(shè)兩曲柄的長度相同，連桿與機(jī)架的長度也相同，那么該機(jī)構(gòu)稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。它有正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)〔圖1-6〕和反向雙曲柄機(jī)構(gòu)〔圖1-7〕兩種形式。前者的運動特點為兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同且角速度相同，連桿作平動；后者兩曲柄的回轉(zhuǎn)方向相反且角速度不同。圖1-6平行雙曲柄機(jī)構(gòu)圖1-7反向雙曲柄機(jī)構(gòu)任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用較多，圖1-8所示的機(jī)車驅(qū)動輪機(jī)構(gòu)是正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實例。該機(jī)構(gòu)為防止轉(zhuǎn)化為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)，采用機(jī)構(gòu)聯(lián)動方法解決，利用輔助曲柄消除平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的運動不確定狀態(tài)。反向雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用較少，圖1-9所示的汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實例。當(dāng)主動曲柄AB轉(zhuǎn)動時，通過BC使從動曲柄CD反方向轉(zhuǎn)動，保證兩車門能同時開啟或關(guān)閉。圖1-6平行雙曲柄機(jī)構(gòu)圖1-7反向雙曲柄機(jī)構(gòu)任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用視頻

汽車車門啟閉系統(tǒng)1-2任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用3〕雙搖桿機(jī)構(gòu)假設(shè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿都是搖桿，那么稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)〔圖1-10〕。圖1-11所示是利用雙搖桿的自卸翻斗貨車。AD桿為機(jī)架，當(dāng)油缸活塞向右伸長時，帶動雙搖桿AB、CD向右擺動，使翻斗中的貨物自動卸下。當(dāng)油缸活塞向左縮回時，那么帶動雙搖桿AB與CD向左擺動，使翻斗回到原來的位置。圖1-10雙搖桿機(jī)構(gòu)圖1-11自卸翻斗貨車任務(wù)實施2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式和應(yīng)用圖1-12所示為汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，應(yīng)用了兩個搖桿長度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)—等腰梯形機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)向器帶動梯形機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)向。圖1-12汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)任務(wù)實施3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及應(yīng)用將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過改變桿件的相對長度、改變作為機(jī)架的構(gòu)件可以獲得其他形式的四桿機(jī)構(gòu)，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)等，如圖1-13所示。圖1-13鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化任務(wù)實施1〕曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿長度取無窮大時，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿將轉(zhuǎn)化為沿直線運動的滑塊，成為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)常用于回轉(zhuǎn)運動與往復(fù)移動之間的轉(zhuǎn)換，如圖1-14所示的汽車發(fā)動機(jī)活塞—連桿機(jī)構(gòu)中，它將曲軸的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，或是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為曲軸的回轉(zhuǎn)運動。圖1-14汽車發(fā)動機(jī)活塞-連桿機(jī)構(gòu)3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及應(yīng)用任務(wù)實施2〕導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)假設(shè)將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄作為機(jī)架，那么曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，連架桿對滑塊的運動起導(dǎo)向作用，稱為導(dǎo)桿，它包括轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿和擺動導(dǎo)桿兩種形式，如圖1-15所示。導(dǎo)桿能繞機(jī)架做整周轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；導(dǎo)桿只能在某一角度內(nèi)擺動，稱為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有很好的傳力性能，常用于插床、牛頭刨床和送料裝置等機(jī)器中。3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及應(yīng)用任務(wù)實施3)搖塊機(jī)構(gòu)假設(shè)將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿作為機(jī)架，那么曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為搖塊機(jī)構(gòu)。搖塊機(jī)構(gòu)常用于氣壓、液壓驅(qū)動裝置中，如自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)〔圖1-16〕。用壓力油推動活塞使車廂翻轉(zhuǎn)，完成自卸工作。自卸卡車是工程機(jī)械中最為常見的運輸工具，它為人類節(jié)省了巨大的勞動力。圖1-16自動卡車翻斗機(jī)構(gòu)及運動簡圖3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及應(yīng)用任務(wù)實施4〕定塊機(jī)構(gòu)3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及應(yīng)用假設(shè)將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊作為機(jī)架，那么曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化為定塊機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)常用于抽油泵和手搖抽水唧筒〔圖1-17〕。圖1-17手搖抽水唧筒任務(wù)實施4.平面四桿機(jī)構(gòu)的判別機(jī)構(gòu)中有無曲柄、有幾個曲柄是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的重要特征。曲柄的存在必須滿足以下兩個條件：最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和；最短桿為機(jī)架或連架桿。根據(jù)以上條件，可以進(jìn)行鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根本類型的判別，方法如下：任務(wù)實施4.平面四桿機(jī)構(gòu)的判別1〕當(dāng)最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和：①假設(shè)最短桿為機(jī)架，那么機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)〔圖1-18〕；②假設(shè)最短桿為連桿，那么機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)〔圖1-19〕。圖1-18雙曲柄機(jī)構(gòu)圖1-19雙搖桿機(jī)構(gòu)任務(wù)實施4.平面四桿機(jī)構(gòu)的判別1〕當(dāng)最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和：③假設(shè)最短桿為連架桿，那么機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)〔圖1-20〕；圖1-20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2〕當(dāng)最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，那么不管取何桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。任務(wù)檢測1.認(rèn)識平面連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種根本類型為、和。其根本類型是按照連架桿的不同來確定的，其中繞固定鉸鏈能作整周旋轉(zhuǎn)運動的連架桿稱為，繞固定鉸鏈只能來回?fù)u擺一個角度的連架桿稱為。請在圖1-21中標(biāo)出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型?！布t色桿件為最短桿〕圖1-21鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型任務(wù)檢測2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用

汽車雨刮器應(yīng)用了

機(jī)構(gòu)；公交汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)的類型是

；汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的類型是

。任務(wù)檢測3．滑塊四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用

將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過改變運動副的形狀、改變機(jī)架等可以得到不同形式的四桿機(jī)構(gòu)，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、

、

和定塊機(jī)構(gòu)。

汽車發(fā)動機(jī)中活塞連桿機(jī)構(gòu)屬于

機(jī)構(gòu)；自動貨車翻斗機(jī)構(gòu)屬于

機(jī)構(gòu)。任務(wù)拓展圖1-22所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動件曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動時，從動搖桿CD作往復(fù)擺動。曲柄AB在轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿CD共線，曲柄搖桿兩次共線的所在位置稱為極位。在極位時曲柄兩位置之間的夾角稱為極位夾角，當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角θ時，機(jī)構(gòu)便具有急回運動特性，即擺回時的平均速度比擺去時的平均速度要大，這種性質(zhì)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的急回特性。且θ角越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。(鏈接：://wenku.baidu/link?url=KIfvI1_0sKAnFU0yXBKosngye41H5iN8x0QVHwmTPCRe7TLsqAgN3FSYfzFsJcEUkCusGMWOg4RY57MpXVNQ3bdm-JWcUuwU2SDhh2vjndm)1．平面四桿機(jī)構(gòu)的特性(視頻1-3機(jī)構(gòu)的特性)圖1-22曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性視頻機(jī)構(gòu)的特性1-３任務(wù)拓展以搖桿CD為主動件，那么當(dāng)連桿與從動件曲柄共線時，這時主動件CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能使從動曲柄轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)處于“卡死〞或運動不確定狀態(tài)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點〞。汽車發(fā)動機(jī)中也會出現(xiàn)這樣的“死點〞位置，即活塞上止點和下止點時發(fā)生這樣的機(jī)械現(xiàn)象。為了克服死點的不確定性，在發(fā)動機(jī)曲軸上設(shè)計了飛輪來儲存能量，利用飛輪的慣性越過死點位置，使曲軸連續(xù)地轉(zhuǎn)動。另外把兩組機(jī)構(gòu)“錯列〞是更有效的方法，當(dāng)一組位于“死點〞位置，另一組處于正常的轉(zhuǎn)動位置，可有效的克服“死點〞，多缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就是幾組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的錯列排列。1．平面四桿機(jī)構(gòu)的特性(視頻1-3機(jī)構(gòu)的特性)任務(wù)拓展2．叉臂式玻璃升降器汽車側(cè)門上使用的叉臂式玻璃升降器是根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計的。如圖1-23所示，側(cè)門玻璃安裝在玻璃安裝板上，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，齒輪臂旋轉(zhuǎn)，帶動從動臂、玻璃安裝板，側(cè)門玻璃上升或下降。視頻1-3機(jī)構(gòu)的特性任務(wù)拓展2．叉臂式玻璃升降器汽車電動刮水器傳動機(jī)構(gòu)〔圖1-24〕是由兩個四桿機(jī)構(gòu)組成，一個是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，另一個是雙搖桿機(jī)構(gòu)。