《機(jī)械常識(shí)與維修基礎(chǔ)（第二版）》 課件 模塊二 常用機(jī)構(gòu)

模塊二常用機(jī)構(gòu)122課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)課題二凸輪機(jī)構(gòu)課題三變速和變向機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)123學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能區(qū)分鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型。2．能明確鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。3．了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化歷程。124?相關(guān)知識(shí)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及組成由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互連接而組成的在同一平面或相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件的形狀多種多樣，不一定為桿狀，但從運(yùn)動(dòng)原理來看，均可用等效的桿狀構(gòu)件來替代。工程上最常用的平面連桿機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖所示，它由四個(gè)桿件組成，桿件間為轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡。125在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件4稱為機(jī)架，不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件2稱為連桿，與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3稱為連架桿。126鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的名稱二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中的一桿為曲柄，另一桿為搖桿，則此機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄和搖桿均能作為主動(dòng)件。127雷達(dá)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)2．雙曲柄機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿均為曲柄稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。如圖所示的慣性篩機(jī)構(gòu)，原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)另一個(gè)曲柄非等速轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊變速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)篩床的篩分工作。128慣性篩機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪的聯(lián)動(dòng)裝置3．雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿均為搖桿稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。如圖所示的港口起重機(jī)采用的就是雙搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿AB和CD擺動(dòng)時(shí)，使連桿CB的延長點(diǎn)M做近似于水平直線的運(yùn)動(dòng)。129港口起重機(jī)三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，主要取決于機(jī)構(gòu)中各桿的相對(duì)長度和機(jī)架的選擇。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄，必須同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件：1．連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿。2．最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和。根據(jù)曲柄存在條件，可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法，見下表。130131鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法（LAD為最長桿，LAB為最短桿）四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化通過改變鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的形狀、相對(duì)長度、運(yùn)動(dòng)副的尺寸，或選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架等方法，可得到四桿機(jī)構(gòu)的一些演化形式。如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿3的長度增至無窮大時(shí)，鉸鏈C的運(yùn)動(dòng)軌跡將變成直線，搖桿CD演化為直線運(yùn)動(dòng)的滑塊，由原來的轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副，機(jī)構(gòu)就演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，即發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。132曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化過程五、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性1．急回特性如圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄整周回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿在C1D與C2D兩極限位置之間往復(fù)擺動(dòng)。當(dāng)搖桿在C1D、C2D兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿共線，對(duì)應(yīng)兩位置所夾的銳角稱為極位夾角，用θ表示。133曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)件曲柄沿逆時(shí)針方向等角速度連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由AB1位置轉(zhuǎn)到AB2位置時(shí)，轉(zhuǎn)角為180°+θ，搖桿由C1D擺到C2D，其所用時(shí)間為t1；當(dāng)曲柄由AB2位置轉(zhuǎn)到AB1位置時(shí)，轉(zhuǎn)角為180°-θ，搖桿由C2D擺到C1D，其所用時(shí)間為t2。搖桿往復(fù)擺動(dòng)所用的時(shí)間不等（t1>t2），平均速度不等，返回時(shí)速度快，機(jī)構(gòu)的這種性質(zhì)稱為急回特性。機(jī)構(gòu)的急回特性可用行程速比系數(shù)K表示，即式中v1、v2——搖桿的平均往返速度。上式表明，當(dāng)機(jī)構(gòu)有極位夾角θ時(shí)，則機(jī)構(gòu)有急回特性；極位夾角θ越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越明顯；極位夾角θ=0°時(shí)，機(jī)構(gòu)往返所用的時(shí)間相同，機(jī)構(gòu)無急回特性。1342．死點(diǎn)位置如上圖中，取搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)搖桿擺到極限位置C1D和C2D時(shí)，連桿BC和曲柄AB共線，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。為了消除死點(diǎn)位置的不良影響，可對(duì)曲柄施加額外的力，或利用飛輪及構(gòu)件自身的慣性作用來保證機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)位置?？p紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)踏不動(dòng)或帶輪反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，就是因?yàn)闄C(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可借助帶輪的慣性作用，使機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)位置。1353．壓力角和傳動(dòng)角工程應(yīng)用中，不僅要求四桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還應(yīng)具有良好的傳力性能，以提高機(jī)械的效率。136壓力角和傳動(dòng)角課題二凸輪機(jī)構(gòu)137學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能掌握凸輪機(jī)構(gòu)的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用。2．能敘述凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。138?相關(guān)知識(shí)一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)是依靠凸輪輪廓直接與從動(dòng)件接觸，迫使從動(dòng)件做有規(guī)律的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（直動(dòng)）或擺動(dòng)的。凸輪的輪廓形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。其中，凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，主動(dòng)件凸輪通常做等速轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)是通過高副接觸使從動(dòng)件得到所預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。139140凸輪機(jī)構(gòu)示意圖1—凸輪2—從動(dòng)件3—機(jī)架二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)常見的分類方法見下表。141凸輪機(jī)構(gòu)的類型與特點(diǎn)142凸輪機(jī)構(gòu)的類型與特點(diǎn)143凸輪機(jī)構(gòu)的類型與特點(diǎn)三、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1．基本參數(shù)如圖所示為一尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其基本參數(shù)如下。144凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)（1）基圓：以凸輪的最小半徑rb為半徑所作的圓稱為凸輪的基圓，rb為基圓半徑。（2）行程：當(dāng)凸輪以逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過AB段時(shí)，從動(dòng)件尖頂由距回轉(zhuǎn)中心最近點(diǎn)A到達(dá)最遠(yuǎn)點(diǎn)B，從動(dòng)件所走過的距離h稱為行程，而這一過程稱為推程。（3）推程運(yùn)動(dòng)角：與推程相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ1為推程運(yùn)動(dòng)角。（4）遠(yuǎn)休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)φs時(shí)，BC弧段與尖頂相作用，從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置處停留不動(dòng)，φs稱為遠(yuǎn)休止角。145（5）回程：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角度φ2，從動(dòng)件又由最遠(yuǎn)位置C點(diǎn)回到最近位置D點(diǎn)，這一過程稱為回程。（6）回程運(yùn)動(dòng)角：與此相對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角φ2稱為回程運(yùn)動(dòng)角。（7）近休止角：凸輪再轉(zhuǎn)過角度φ′s，從動(dòng)件的尖端和凸輪上以rb為半徑的DA段圓弧相接觸，從動(dòng)件在最近位置處停留不動(dòng)，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ′s稱為近休止角。1462．從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中的速度是常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件在推程前半段做等加速運(yùn)動(dòng)，后半段做等減速運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（3）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律為了減少加速度的突變次數(shù)，可以采用從動(dòng)件的加速度按余弦曲線變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。147課題三變速和變向機(jī)構(gòu)148學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握變速機(jī)構(gòu)、變向機(jī)構(gòu)的概念。2．掌握汽車變速器的變速和變向過程。149?相關(guān)知識(shí)一、基本概念1．變速機(jī)構(gòu)變速機(jī)構(gòu)是指在輸入軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，使輸出軸得到不同轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)裝置。具體功能是：（1）可改變傳動(dòng)比，增大輸出力矩和擴(kuò)大速度的變化范圍。（2）可改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)空擋和暫時(shí)停車，以適應(yīng)不同的工作需要。1502．變向機(jī)構(gòu)變向機(jī)構(gòu)是指在輸入軸旋轉(zhuǎn)方向不變的情況下，改變輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的裝置。汽車變速器就是最常用的變速、變向機(jī)構(gòu)。151二、變速器原理機(jī)械式汽車變速器主要應(yīng)用了齒輪傳動(dòng)的變速原理。變速器內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，汽車行駛時(shí)的換擋過程，也就是通過操縱機(jī)構(gòu)使變速器內(nèi)不同的齒輪副嚙合工作。通過移動(dòng)接合套的位置，在低速時(shí)，讓傳動(dòng)比大的齒輪副工作；在高速時(shí)，讓傳動(dòng)比小的齒輪副工作。如圖所示為手動(dòng)變速器實(shí)物圖。152手動(dòng)變速器實(shí)物圖三、變速器變速、變向過程1．一擋如圖所示，一、二擋同步器右移，使一擋齒輪與主減速器主動(dòng)齒輪軸接合，將變速齒輪鎖定到主減速器主動(dòng)齒輪軸上。輸入軸的一擋主動(dòng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，逆時(shí)針驅(qū)動(dòng)一擋從動(dòng)齒輪和主減速器主動(dòng)齒輪軸，汽車一擋向前行駛。153154手動(dòng)變速器的工作原理2．二擋從一擋向二擋換擋時(shí)，一、二擋同步器左移，分離一擋從動(dòng)齒輪，并接合二擋從動(dòng)齒輪，汽車二擋向前行駛，實(shí)現(xiàn)一、二擋的變速過程。3．三擋當(dāng)一、二擋同步器接合套返回空擋后，將三、四擋同步器右移，鎖定到主減速器主動(dòng)齒輪軸的三擋齒輪上，汽車三擋向前行駛，實(shí)現(xiàn)二、三擋變速過程。1554．四擋從三擋向四擋換擋時(shí)，三、四擋同步器左移，分離三擋從動(dòng)齒輪，并接合四擋從動(dòng)齒輪，汽車四擋向前行駛，實(shí)現(xiàn)三、四擋的變速過程。5．五擋當(dāng)三、四擋同步器接合套返回空擋后，將五擋同步器左