2汽車常見四桿機構(gòu)

1、節(jié)目錄節(jié)目錄2.1 曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)2.2 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)2.3 四桿機構(gòu)的特性四桿機構(gòu)的特性菜單菜單2.2 2.2 汽車常見四桿機構(gòu)汽車常見四桿機構(gòu) 1）掌握汽車機械中常用傳動機構(gòu)的工作原理、特點、選用及其設計計算方法。 2）具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊等有關技術資料的能力。 3）了解使用、維護和管理機械設備的一些基礎知識。本篇的學習目標本篇的學習目標 為什么汽車能轉(zhuǎn)向自如？ 為什么雨天刮雨器能把汽車前窗水滴刮干凈？ 為什么汽車轉(zhuǎn)彎不與地面打滑？ 為什么卡車能自卸翻斗？ 為什么汽車車門能開關自如？ 這就是汽車中存在許許多多的平面連桿機構(gòu)。導入：導入：概述概述連桿機構(gòu)連桿機

2、構(gòu)用低副聯(lián)接構(gòu)件組成的機構(gòu)，用低副聯(lián)接構(gòu)件組成的機構(gòu)，又稱低副機構(gòu)。又稱低副機構(gòu)。 連桿機構(gòu)用于：轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形連桿機構(gòu)用于：轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形式之間的轉(zhuǎn)換。式之間的轉(zhuǎn)換。連桿機構(gòu)應用廣泛連桿機構(gòu)應用廣泛,而且是組成多桿機構(gòu)的基而且是組成多桿機構(gòu)的基礎礎。最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面平面四桿機構(gòu)。汽車的轉(zhuǎn)向。汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)和刮雨器機就是由平面連桿機構(gòu)組成。機構(gòu)和刮雨器機就是由平面連桿機構(gòu)組成。一、平面連桿傳動機構(gòu)一、平面連桿傳動機構(gòu) 是由若干個構(gòu)件用低副聯(lián)接并作平面運動的是由若干個構(gòu)件用低副聯(lián)接并作平面運動的機構(gòu)。

3、機構(gòu)。二、平面連桿傳動機構(gòu)特點二、平面連桿傳動機構(gòu)特點 運動副為低副，壓強小、磨損輕、壽命較運動副為低副，壓強小、磨損輕、壽命較長；長； 表面形狀簡單，易于加工、成本較低。表面形狀簡單，易于加工、成本較低。1 1 曲柄機構(gòu)曲柄機構(gòu)l 平面連桿機構(gòu)的應用：平面連桿機構(gòu)的應用：實例實例3 3：發(fā)動機活塞連桿機構(gòu)：發(fā)動機活塞連桿機構(gòu)實例實例2 2：汽車刮雨器：汽車刮雨器實例實例1 1：機車車輪聯(lián)動機構(gòu)：機車車輪聯(lián)動機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu) 當四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為當四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈鉸鏈四桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)。如圖如圖1所示。所示。連連架架桿桿連桿連桿機架

4、機架圖圖1 1 曲柄曲柄:能做整周轉(zhuǎn)動的連架桿。能做整周轉(zhuǎn)動的連架桿。 搖桿：搖桿：僅能在某一角度擺動的連架桿。僅能在某一角度擺動的連架桿。按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構(gòu)按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構(gòu)分為三種基本型式：分為三種基本型式：曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)基本型式：鉸鏈四桿機構(gòu)基本型式：1 1、曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu): :鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿，鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為搖桿。一個為曲柄，另一個為搖桿。功能：將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，或?qū)[動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動。功能：將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，或?qū)[動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動

5、。 圖圖2所示為調(diào)整雷達天線俯仰角的曲柄搖桿機構(gòu)。所示為調(diào)整雷達天線俯仰角的曲柄搖桿機構(gòu)。 圖圖3所示為縫紉機的踏板機構(gòu)所示為縫紉機的踏板機構(gòu)。圖圖2 雷達天線俯仰角調(diào)整機構(gòu)雷達天線俯仰角調(diào)整機構(gòu) 圖圖3 縫紉機的踏板機構(gòu)縫紉機的踏板機構(gòu)曲柄為曲柄為從動件，從動件，機構(gòu)工機構(gòu)工作時會作時會出現(xiàn)什出現(xiàn)什么現(xiàn)象？么現(xiàn)象？2 2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu) 圖圖4 插床雙曲柄機構(gòu)插床雙曲柄機構(gòu) 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄雙曲柄機構(gòu)機構(gòu)。 固定軸大齒輪小齒輪DC123A圖圖5 平行四邊形機構(gòu)及其不確定性平行四邊形機構(gòu)及其不確定性在雙曲柄中常見的是平行四邊形機

6、構(gòu)，但平行在雙曲柄中常見的是平行四邊形機構(gòu)，但平行四邊形會出現(xiàn)運動的不確定。四邊形會出現(xiàn)運動的不確定。B1C1B3C3C2C3AD213B2平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)利用錯列機構(gòu)克服平行四利用錯列機構(gòu)克服平行四邊形機構(gòu)不確定性狀態(tài)邊形機構(gòu)不確定性狀態(tài)機車聯(lián)動機構(gòu)機車聯(lián)動機構(gòu)利用輔助曲柄消除平利用輔助曲柄消除平行四邊形機構(gòu)的運動行四邊形機構(gòu)的運動不確定狀態(tài)不確定狀態(tài)車門啟閉機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)的應用例子平行四邊形機構(gòu)的應用例子圖圖7 7 車門啟閉機構(gòu)車門啟閉機構(gòu) CB AD機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)慣性篩機構(gòu)慣性篩慣性篩圖圖8所示為起重機機構(gòu)所示為起重機機構(gòu).3、雙搖桿機構(gòu) 兩連架桿均為搖桿

7、的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機雙搖桿機構(gòu)構(gòu)。功能功能:將一種擺動轉(zhuǎn)換成另一種擺動。將一種擺動轉(zhuǎn)換成另一種擺動。 圖圖8 8 港口起重機港口起重機231EA4DB雙搖桿機構(gòu)應用實例：雙搖桿機構(gòu)應用實例：飛機起落架飛機起落架圖9 飛機起落架 兩搖桿長度相等的雙搖桿機構(gòu)，稱為等腰梯兩搖桿長度相等的雙搖桿機構(gòu)，稱為等腰梯形機構(gòu)。形機構(gòu)。2 2 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)補充：一、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別補充：一、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別 鉸鏈四桿機構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機構(gòu)各鉸鏈四桿機構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機構(gòu)各桿的相

8、對長度和機架的選擇。桿的相對長度和機架的選擇。 如圖如圖10各桿長度以各桿長度以l1、l2、l3、l4表示。為了保表示。為了保證曲柄證曲柄1整周回轉(zhuǎn)，曲柄整周回轉(zhuǎn)，曲柄1必須能順利通過與機架必須能順利通過與機架4共共線的兩個位置線的兩個位置AB和和AB。 圖圖10 曲柄存在的條件分析曲柄存在的條件分析 當曲柄處于當曲柄處于AB 時，形成三角形時，形成三角形BCD。根據(jù)三角形兩邊之和必大于第三邊，可得根據(jù)三角形兩邊之和必大于第三邊，可得l2（l 4- l 1）+ l 3l 3（l 4-L1）+ l 2即：l 1+ l 2 l 3+ l 4 l 1+ l 3l 2+ l 4 當曲柄處于當曲柄處于A

9、B”位置時，形成三角形位置時，形成三角形B”C”D。可寫出以下關系式可寫出以下關系式：l 1+ l 4l2+ l3 將以上三式兩兩相加可得：將以上三式兩兩相加可得：l 1l 2 l 1l 3 l 1l 4曲柄存在的必要條件：曲柄存在的必要條件：(2) 連架桿和機架中必有一個是最短桿。連架桿和機架中必有一個是最短桿。（1） 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。桿長度之和。 根據(jù)以上分析可知：根據(jù)以上分析可知： 如何得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)如何得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)？當各桿長度不變時，取不同桿為機架就可當各桿長度不變時，取不同桿為機架就可以

10、得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)。以得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)。（1）取最短桿相鄰的構(gòu)件）取最短桿相鄰的構(gòu)件 （桿（桿2或桿或桿 4）為機架時：為）為機架時：為曲柄搖桿曲柄搖桿機構(gòu)機構(gòu)圖圖11431BACrD432ABC（2）取最短桿為機架為雙曲柄機構(gòu)。）取最短桿為機架為雙曲柄機構(gòu)。其連架桿其連架桿2和和4均為曲柄均為曲柄BACD a（3）最短桿的對邊（桿）最短桿的對邊（桿3）為機架）為機架 （最短桿為連桿）（最短桿為連桿）兩連架桿兩連架桿2和和4都不能整周轉(zhuǎn)動都不能整周轉(zhuǎn)動故圖所示為雙搖桿機構(gòu)。故圖所示為雙搖桿機構(gòu)。2341BACDr o鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的必要條件鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的必要條件

11、 最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。度之和。 滿足這個條件的機構(gòu)究竟有一個曲柄、兩個曲柄滿足這個條件的機構(gòu)究竟有一個曲柄、兩個曲柄或沒有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機架來判斷?；驔]有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機架來判斷。 當最短桿和最長桿長度之和大于其余兩桿長度當最短桿和最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，則不論取哪個構(gòu)件為機架，都無曲柄存在，之和時，則不論取哪個構(gòu)件為機架，都無曲柄存在，為雙搖桿機構(gòu)。為雙搖桿機構(gòu)。二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化1. 1. 回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化成移動副回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化成移動副曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)曲

12、柄滑塊機構(gòu)演化：演化：回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副D移動副移動副 圖圖12 曲柄滑塊機構(gòu)的演化曲柄滑塊機構(gòu)的演化 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化：曲柄滑塊機構(gòu)類型曲柄滑塊機構(gòu)類型l偏置曲柄滑塊機構(gòu)，偏置曲柄滑塊機構(gòu)，e0，滑塊運動線與曲柄回轉(zhuǎn)滑塊運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心不共線；中心不共線；l對心曲柄滑塊機構(gòu)，對心曲柄滑塊機構(gòu)， e=0，滑塊運動線與曲柄回滑塊運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心共線；轉(zhuǎn)中心共線；應用：應用： 活塞式內(nèi)燃機，空氣壓縮機，沖床等?；钊絻?nèi)燃機，空氣壓縮機，沖床等。特點特點：曲柄等速回轉(zhuǎn)，滑塊具有急曲柄等速回轉(zhuǎn)，滑塊具有急 回特性?；靥匦??；瑝K滑塊導桿導桿e 曲柄滑塊機構(gòu)的應用：自動送料機構(gòu)曲柄滑

13、塊機構(gòu)的應用：自動送料機構(gòu)2導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)圖圖a）所示為曲柄滑塊機構(gòu)。所示為曲柄滑塊機構(gòu)。若取曲柄為機架，則為演若取曲柄為機架，則為演變?yōu)閷U機構(gòu)，如圖變?yōu)閷U機構(gòu)，如圖b）所所示。示。a.若若L1L2，則為擺動導桿機構(gòu)。，則為擺動導桿機構(gòu)。圖圖13 牛頭刨床的擺動導桿機構(gòu)牛頭刨床的擺動導桿機構(gòu) 回轉(zhuǎn)導桿機構(gòu)回轉(zhuǎn)導桿機構(gòu) （簡易刨床的主運動機構(gòu)）（簡易刨床的主運動機構(gòu)）實例實例3搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)圖圖a）所示的為所示的為曲柄滑塊曲柄滑塊機構(gòu)機構(gòu)。若取桿若取桿2為固定件，即可為固定件，即可得圖得圖c）所示的擺動滑塊所示的擺動滑塊機構(gòu)，或稱搖塊機構(gòu)。機構(gòu)，或稱搖塊機構(gòu)。圖圖14 自卸卡車翻斗機構(gòu)及

14、其運動簡圖自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡圖 搖塊機構(gòu)廣泛應用于擺動式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動搖塊機構(gòu)廣泛應用于擺動式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置內(nèi)。如圖裝置內(nèi)。如圖16所示自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡所示自卸卡車翻斗機構(gòu)及其運動簡圖。在該機構(gòu)中，因為液壓油缸圖。在該機構(gòu)中，因為液壓油缸3繞鉸鏈繞鉸鏈C擺動，故擺動，故稱為搖塊。稱為搖塊。4定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)若取塊若取塊3為固定件，即可得為固定件，即可得圖圖d）所示的固定滑塊機構(gòu)所示的固定滑塊機構(gòu)或稱定塊機構(gòu)。或稱定塊機構(gòu)。圖圖a）所示曲柄滑塊機構(gòu)。所示曲柄滑塊機構(gòu)。圖圖15 所示為抽水唧筒機構(gòu)及其運動簡圖所示為抽水唧筒機構(gòu)及其運動簡圖 5偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)圖示為偏心

15、輪機構(gòu)。圖示為偏心輪機構(gòu)。A、B之間的距離之間的距離e稱為偏心距。稱為偏心距。e在圖示的曲柄滑塊機構(gòu)中，將轉(zhuǎn)動副在圖示的曲柄滑塊機構(gòu)中，將轉(zhuǎn)動副B擴大，則擴大，則圖圖a所示的曲柄滑塊機構(gòu)，可等效為圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)，可等效為圖b所示的機構(gòu)。所示的機構(gòu)。6雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)演化為具有兩個移動副的四桿機曲柄滑塊機構(gòu)演化為具有兩個移動副的四桿機構(gòu)，稱為雙滑塊機構(gòu)。構(gòu)，稱為雙滑塊機構(gòu)。曲柄移動導桿機構(gòu)曲柄移動導桿機構(gòu) 將圓弧槽將圓弧槽mm的半徑逐漸增至無窮大，則圖的半徑逐漸增至無窮大，則圖2b所示機構(gòu)就演化為圖示的機構(gòu)。此時連桿所示機構(gòu)就演化為圖示的機構(gòu)。此時連桿2轉(zhuǎn)化為沿轉(zhuǎn)化為沿直

16、線直線mm移動的滑塊移動的滑塊2；轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副c則變成為移動副，滑則變成為移動副，滑塊塊3轉(zhuǎn)化為移動導桿。轉(zhuǎn)化為移動導桿。（1）兩個移動副不相鄰，如圖示。這種機構(gòu)從動）兩個移動副不相鄰，如圖示。這種機構(gòu)從動件件3的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正切機構(gòu)。切機構(gòu)。 （2）兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與機架）兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與機架相關連，如圖示。這種機構(gòu)從動件相關連，如圖示。這種機構(gòu)從動件3的位移與原動的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正弦成正比，故稱為正弦機構(gòu)。件轉(zhuǎn)角的正弦成正比，故稱為正弦機構(gòu)。 （3）兩個移動副相鄰，且均不與機架相關連，如

17、）兩個移動副相鄰，且均不與機架相關連，如圖示這種機構(gòu)的主動件圖示這種機構(gòu)的主動件1與從動件與從動件3具有相等的角速具有相等的角速度。度。滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器就是這種機構(gòu)的應用實例，它可用來滑塊聯(lián)軸器就是這種機構(gòu)的應用實例，它可用來連接中心線不重合的兩根軸。連接中心線不重合的兩根軸。 （4）兩個移動副都與機架相關連。）兩個移動副都與機架相關連。所示橢圓儀就是這種機構(gòu)的例子。當滑塊所示橢圓儀就是這種機構(gòu)的例子。當滑塊1和和3沿沿機架的十字槽滑動時，連桿機架的十字槽滑動時，連桿2上的各點便描繪出長上的各點便描繪出長短不同的橢圓。短不同的橢圓。 橢圓儀橢圓儀 曲柄搖桿機構(gòu)的主要特性有。曲柄搖桿機構(gòu)的

18、主要特性有。 1. 急回特性急回特性2. 壓力與傳動角壓力與傳動角3. 死點死點3 3 四桿機構(gòu)的特性四桿機構(gòu)的特性1 1急回運動急回運動如圖如圖27所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，其曲柄所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，其曲柄AB在在轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿BC共線。在這共線。在這兩個位置，鉸鏈中心兩個位置，鉸鏈中心A與與C之間的距離之間的距離AC1和和AC2分分別為最短和最長，因而搖桿別為最短和最長，因而搖桿CD的位置的位置C1D和和C2D分分別為其兩個極限位置。搖桿在兩極限位置間的夾角別為其兩個極限位置。搖桿在兩極限位置間的夾角 稱為搖桿的擺角稱為搖桿的擺角。 圖圖2727

19、 曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性 當曲柄由當曲柄由AB1順時針轉(zhuǎn)到順時針轉(zhuǎn)到AB2時，曲柄轉(zhuǎn)角時，曲柄轉(zhuǎn)角 1=180+ ，這時搖桿由，這時搖桿由C1D擺到擺到C2D，擺角為擺角為 ；而當曲柄順時針再轉(zhuǎn)過角度而當曲柄順時針再轉(zhuǎn)過角度 2=180- 時，搖桿由時，搖桿由C2D擺回擺回C1D，其擺角仍然是其擺角仍然是 。雖然搖桿來回。雖然搖桿來回擺動的擺角相同，但對應的曲柄轉(zhuǎn)角不等擺動的擺角相同，但對應的曲柄轉(zhuǎn)角不等( 12);當曲柄勻速轉(zhuǎn)動時當曲柄勻速轉(zhuǎn)動時,對應的時間也不等對應的時間也不等(t1t2)，從從而反映了搖桿往復擺動的快慢不同。而反映了搖桿往復擺動的快慢不同。 令搖桿自

20、令搖桿自C1D擺至擺至C2D為工作行程，這時鉸為工作行程，這時鉸鏈鏈C的平均速度是的平均速度是v1=C1C2/t1；擺桿自擺桿自C2D擺回至擺回至C1D為空回行程，這時為空回行程，這時C點的平均速度是點的平均速度是v2=C1C2/t2，v1v2，表明搖桿具有急回運動的特性。牛頭刨床、表明搖桿具有急回運動的特性。牛頭刨床、往復式運輸機等機械就利用這種往復式運輸機等機械就利用這種急回特性作用：急回特性作用：來來縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率?？s短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。 急回特性可用急回特性可用行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K表示，即表示，即 180180/212112122112tttCCtCCvvK整理

21、整理后，可得極位夾角的計算公式：可得極位夾角的計算公式：11180KK K K急回特性越顯著急回特性越顯著導致機器動載導致機器動載 沖擊沖擊一般一般： K 2， 為為銳角。銳角。1)1)壓力角壓力角a a ( (分析分析) )從動件所受力從動件所受力F F與受力點速度與受力點速度V Vc c所夾的銳角所夾的銳角a a。la a愈小，愈小， FnFn越小，越小，機構(gòu)傳動性能愈好。機構(gòu)傳動性能愈好。FtFt有效分力有效分力FnFn有害分力有害分力 CvtFnFFcostFFsinnFF2 2壓力角和傳動角壓力角和傳動角圖圖28 壓力角與傳動角壓力角與傳動角 2)2)傳動角傳動角連桿與從動件所夾的銳角連桿與從動件所夾的銳角 =90900 0-a-a。 越大，機構(gòu)的傳動性能越好，越大，機構(gòu)的傳動性能越好，一般一般 min40, 高速大功率機械高速大功率機械 min50。3)3)最小傳動角的位置最小傳動角的位置曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。 是連桿機構(gòu)的重要動力指標；是連桿機構(gòu)的重要動力指標； 在機構(gòu)運轉(zhuǎn)時是變化的；在機構(gòu)運轉(zhuǎn)時是變化的； maxmax9