汽车常用机构传动

曲柄为 从动件， 机构工 作时会 出现什 么现象？
二、双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄 机构。
固定轴 D
3 C
A
1
大齿轮 2
小齿轮
图4 插床双曲柄机构
平行四边形机构
在双曲柄中常见的是平行四边形机构，但平行 四边形会出现运动的不确定。
动画
B1
2
C1
C3
1
3
A
B2
D
C2Байду номын сангаас
B3
C'3
图5 平行四边形机构及其不确定性
(2) 连架杆和机架中必有一个是最短杆。
如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可 以得到不同类型的铰链四杆机构。
（1）取最短杆相邻的构件 （杆2或杆 4）为机架时：为曲柄摇杆机构
2 B
C
B
3
1
C
r 3
A
4
A
D
4
图8-17a
（2）取最短杆为机架为双曲柄机构。
讨论题
• 分析连杆机构在汽车上的运用.
图25b所示滑块联轴器就是这种机构的应
用实例，它可用来连接中心线不重合的两根轴。
图25滑块联轴器
（4）两个移动副都与机架相关连。
图26所示椭圆仪就是这种机构的例子。当
滑块1和3沿机架的十字槽滑动时，连杆2上的各点 便描绘出长、短不同的椭圆。
图26 椭圆仪
第三节 平面四杆机构的基本特性及设计
曲柄摇杆机构的主要特性有。 1. 急回特性 2. 压力与传动角 3. 死点
概述
➢连杆机构——用低副联接构件组成的机构，
又称低副机构。
➢ 连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形 式之间的转换。
➢连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基 础。
最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称
四杆机构 平面
。汽车的转向
机构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。
汽车前轮转向机构
汽车转向机构
图 曲柄移动导杆机构
（1）两个移动副不相邻，如图23所示。这种机构 从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称
为正切机构。
（2）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架 相关连，如图24所示。这种机构从动件3的位移与
原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。
（3）两个移动副相邻，且均不与机架相关连，如 图25a所示这种机构的主动件1与从动件3具有相等 的角速度。
P D
图8-40 按连杆位置设计
1
5
A
3
D
2．按照给定的行程N 速比系数K设计四杆机构
图32 按行程速比系数设计
图8-39 按行程速比系数K设计曲柄滑块机构
B2 B3 B1
n
A
B
E1 E 2 E3
C1
D
B1 B2 B 3
A
B2
E1 E 2 C 2 C3 E3
C1
D
m
A2
B3
B3
(b)
A3
图34 按给定两连架杆位置设计四杆机构
对心曲柄滑块机构， e=0，滑块运动线与曲柄回 转中心共线；
特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。
Ｂ
Ｂ
１
２
１
２
３ 导杆 Ａ
３
Ａ
４
Ｃ
e Ｃ
滑块
应用： 活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。
• 曲柄滑块机构的应用：自动送料机构
2．导杆机构
图12a）所示为曲柄滑 块机构。
若取曲柄为机架，则 为演变为导杆机构，如图 12b）所示。
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
一、曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构:铰链四杆机构中，若两个连架 杆，一个为曲柄，另一个为摇杆. 功能：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。
图2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。 图3a所示为缝纫机的踏板机构.
动画 图2 雷达天线俯仰角调整机构
动画 图3 缝纫机的踏板机构
min≥50°Fn。
max＝900时，＝0 →Ft=F 太小易自锁， 限制min，以 保证机构正常工作。
3)最小传动角的位置
曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。
F
Ft vC
3)最小传动角的位置 曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。
平面四杆机构的最小传动角位置：
3．死点
在曲柄摇杆机构，如以摇杆3 为原动件，而曲 柄1 为从动件，连杆2与曲柄1共线，这种位置称为死 点。机构处于压力角=90（传力角=0）的位置时， 驱动力的有效力为0。此力对A点不产生力矩，因此 不能使曲柄转动。
其连架杆2和4均为曲柄 C
动画
B
A
a
D
（3）取最短杆的对边（杆3）为机架 （即最短杆 为连杆）
C
2
r
B
3
1
o
A
4
D
两连架杆2和4都不能整周转动
动画 实例1
故图10c）所示为双摇杆机构。
实例2
铰链四杆机构存在曲柄的必要条件
最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长 度之和。
满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄 或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。
方向盘是怎样把运动传递给 车轮的呢？
第一节 平面连杆传动的组成、特点
一、平面连杆传动机构 是由若干个构件用低副联接并作平面运动的
机构。
二、平面连杆传动机构特点 运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较
长； 表面形状简单，易于加工、成本较低。
平面连杆机构的应用：
实例1：机车车轮联动机构 实例2：汽车刮雨器 实例3：发动机活塞连杆机构
如图9各杆长度以l1、l2、l3、l4表示。为了保证
曲柄1整周回转，曲柄1必须能顺利通过与机架4共线 的两个位置AB’和AB’’。
图9 曲柄存在的条件分析
当曲柄处于AB’ 时，形成三角形B’C’D。根 据三角形两边之和必大于第三边，可得
l2≤（l 4- l 1）+ l 3 l 3≤（l 4-L1）+ l 2
当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度 之和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在， 为双摇杆机构。
三、铰链四杆机构的演化
1. 回转副转化成移动副
曲柄摇杆机构回转副D→移动副 曲柄滑块机构
演化：
图8-18 曲柄滑块机构的演化
铰链四杆机构的演化：曲柄滑块机构类型
偏置曲柄滑块机构，e≠0，滑块运动线与曲柄回转 中心不共线；
第二节 平面四杆机构的类型与应用
一、铰链四杆机构
当四杆机构中连的运杆 动副都是转动副时，称为铰链
四杆机构。如图1所示。
连杆 2
机机架架 1
连
连架 架 杆
3
杆
图1
4
曲柄:能做整周转动的连架杆。 摇杆：仅能在某一角度摆动的连架杆。
➢铰链四杆机构
铰链四杆机构基本型式：
按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构 分为三种基本型式：
K v v 1 2C C 1 1 C C 2 2//tt1 2tt1 21 2 1 1 8 8 0 0
整理后，可得极位夹角的计算公式：
180K1
K1
θ↑ K↑急回特性越显著——导致机器动载↑ 冲击↑
一般： K ≤ 2， ∴ θ为锐角。
2．压力角和传动角
1)压力角a (分析)
F 从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的F锐n角a。
图7所示为起重机机构.
2
B
3
E
D 1
图8-17 港口起重机
动画
A4
双摇杆机构应用实例： 飞机起落架
图8-18 飞机起落架
图8-1.车辆的前轮转向机构 两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯 形机构。
动画
二、铰链四杆机构类型的判别
铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各 杆的相对长度和机架的选择。
➢死点
B
2
C
1
5
A
3
N
P D
图39 利用死点夹紧工件的夹具
动画1
四、 平面四杆机构的设计
平面四杆机构的设计是指根据工作要求选定 机构的型式，根据给定的运动要求确定机构的几何 尺寸。其设计方法有作图法、解析法和实验法。作 图法比较直观；解析法比较精确；实验法常需试凑。
作图法
1．按照给定连杆的几个位置设计
令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程，这时 铰链C的平均速度是v1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回 至C1D为空回行程，这时C点的平均速度是 v2=C1C2/t2，v1<v2，表明摇杆具有急回运动的特 性。牛头刨床、往复式运输机等机械就利用这种
急回特性作用：来缩短非生产时间，提高生产率。
急回特性可用行程速比系数K表示，即
1．急回运动
如图27所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在 转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这 两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2 分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和 C2D分别为其两个极限位置。摇杆在两极限位置间
的夹角称为摇杆的摆角。
图8-32 曲柄摇杆机构的急回特性
动画
图8-25自卸卡车翻斗机构及其运动简图
( B)
4．定块机构
图17a）所示曲柄滑 块机构。
若取块3为固定件，即 可 得 图17d） 所 示的 固 定滑 块机构或称定块机构。
3 C 4
2
B 1 A
图18所示抽水唧筒机构。
3 C 4
2
B 1 A
动画 图18所示为抽水唧筒机构及其运动简图
5．偏心轮机构 图19a所示为偏心轮机构。A、B之间的距离e
第三篇 汽车常用机构传动
第三篇 汽车常用机构传动
本篇的学习目标
1）掌握汽车机械中常用传动机构的工作 原理、特点、选用及其设计计算方法。
2）具有运用标准、规范、手册、图册等 有关技术资料的能力。
3）了解使用、维护和管理机械设备的一 些基础知识。
第八章 连杆传动
本章节教学目标：
1)掌握平面连杆传动基础知识。 2)掌握汽车常用的平面四杆机构的基本形式
即：l 1+ l 2 ≤l 3+ l 4
l 1+ l 3≤l 2+ l 4
当曲柄处于AB”位置时，形成三角形B”C”D。
可写出以下关系式：
l 1+ l 4≤l2+ l3
将以上三式两两相加可得：
l 1≤l 2 l 1≤l 3 l 1≤l 4
曲柄存在的必要条件：
（1） 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两 杆长度之和。
a.若L1<L2，则为转动导杆机构。 b.若L1>L2，则为摆动导杆机构。
动画
图8-23牛头刨床的摆动导杆机构
实例
回转导杆机构 （简易刨床的主运动机构）
3．摇块机构
图15a）所示的为曲
柄滑块机构。
若取杆2为固定件， 即可得图15c）所示的摆 动滑块机构，或称摇块机 构。
摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动 装置内。如图16所示自卸卡车翻斗机构及其运动简 图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链C摆动，故 称为摇块。
称为偏心距。
动画
e
6．双滑块机构
曲柄滑块机构演化为具有两个移动副的四杆 机构，称为双滑块机构。
在图21a所示的曲柄滑块机构中，将转动副B扩 大，则图a所示的曲柄滑块机构，可等效为图b所示的 机构。
将圆弧槽mm的半径逐渐增至无穷大，则图22b 所示机构就演化为图22c所示的机构。此时连杆2转化 为沿直线mm移动的滑块2；转动副c则变成为移动副， 滑块3转化为移动导杆。
当曲柄由AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角 1=180+，这时摇杆由C1D摆到C2D，摆角为； 而当曲柄顺时针再转过角度2=180-时，摇杆由 C2D摆回C1D，其摆角仍然是 。虽然摇杆来回 摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等
(12);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等 (t1>t2)，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。
Ft——有效分力
F t vC
Fn——有害分力
FnFsin
Ft Fcos
a愈小， Fn越小，机构传动性能愈好。
图8-35 压力角与传动角
2)传动角——连杆与从动件所夹的锐角 =900-a。
➢ 是连杆机构的重要动力指标； (分析)
➢越大，机构的传动性能越好，
一般 min≥40°, 高速大功率机械 ➢ 在机构运转时是变化的；
及转化、工作特性及设计方法。 3)平面连杆传动机构的工作原理、类型特点、
应用及设计方法。
目录
导入 第一节 平面连杆传动的组成、特点 第二节 平面四杆机构的类型与应用 第三节 平面四杆机构的基本特性及设计
导入：
• 为什么汽车能转向自如？ • 为什么雨天刮雨器能把汽车前窗水滴刮干净？ • 为什么汽车转弯不与地面打滑？ • 为什么卡车能自卸翻斗？ • 为什么汽车车门能开关自如？ • 这就是汽车中存在许许多多的平面连杆机构。
图6
利用错列机构克服平行四
边形机构不确定性状态
动画
机车驱动轮联动机构
机车联动机构
利用辅助曲柄消除平 行四边形机构的运动
不确定状态
平行四边形机构的应用例子 车门启闭机构1 车门启闭机构2
图8-13 车门启闭机构
惯性筛
C B
A
D
惯性筛机构
三、双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇 杆机构。 功能:将一种摆动转换成另一种摆动。
死点的缺陷：死点会使机构的从动件出现卡死 或运动不确定的现象。可以利用回转机构的惯性或 添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的脚踏机构， 图3a。
死点的应用：如图39所示工件夹紧装置，就是 利用连杆BC与摇杆CD形成的死点，这时工件经杆1、 杆2传给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力不能 驱使杆3转动。故当撤去主动外力F后，工件依然被 可靠地夹紧。