《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》項(xiàng)目8 汽車常用機(jī)構(gòu)分析

項(xiàng)目八汽車常用機(jī)構(gòu)分析任務(wù)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．認(rèn)識(shí)四桿機(jī)構(gòu)的類型并掌握其應(yīng)用場(chǎng)合。2．理解曲柄的存在條件，掌握判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的方法。3．了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化，掌握其演化形式。4．掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用。思政目標(biāo)1．做到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，提升動(dòng)手能力。2．培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)精神。3．培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，勇于克服困難。任務(wù)引入由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。常見的平面連桿機(jī)構(gòu)由四個(gè)構(gòu)件組成，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用很多，如發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、雨刮機(jī)構(gòu)（見圖8-1）、汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等。圖8-1汽車雨刮機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在汽車中廣泛應(yīng)用于動(dòng)力傳遞或者改變運(yùn)動(dòng)形式，如汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、公交車車門開閉機(jī)構(gòu)、汽車刮水器等，都是利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。1．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成構(gòu)件間用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖8-2所示。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，也是其他多連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。其中各構(gòu)件的名稱如下：①機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件。②連架桿：不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件。③連桿：不與機(jī)架相連的構(gòu)件。④曲柄：與機(jī)架相連且能做整周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿。⑤搖桿：與機(jī)架相連且只能在某一角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖8-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)兩個(gè)連架桿是否為曲柄，可以分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本類型，其具體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)見表8-1。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，而有無(wú)曲柄則取決于機(jī)構(gòu)中各桿的相對(duì)長(zhǎng)度以及機(jī)架的選擇。1）曲柄存在的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)若存在曲柄，則必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：①最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；②連架桿和機(jī)架中必有一個(gè)為最短桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法，見表8-2。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2）急回特性圖8-3所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿處在兩個(gè)極限位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄的兩個(gè)極限位置所夾的銳角θ稱為極位夾角。當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的速度不同，返回時(shí)速度較大，這種性質(zhì)，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性，通常用急回特性系數(shù)K來(lái)表示。機(jī)構(gòu)有無(wú)急回特性，取決于極位夾角θ。極位夾角θ值越大，急回特性越顯著，也就是從動(dòng)件回程越快。當(dāng)θ=0°時(shí)，K=1，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性，θ越大，急回特性越顯著。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖8-3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2）急回特性圖8-3所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿處在兩個(gè)極限位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄的兩個(gè)極限位置所夾的銳角θ稱為極位夾角。當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的速度不同，返回時(shí)速度較大，這種性質(zhì)，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性，通常用急回特性系數(shù)K來(lái)表示。機(jī)構(gòu)有無(wú)急回特性，取決于極位夾角θ。極位夾角θ值越大，急回特性越顯著，也就是從動(dòng)件回程越快。當(dāng)θ=0°時(shí)，K=1，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性，θ越大，急回特性越顯著。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3）傳力特性衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的特性參數(shù)是壓力角。在不計(jì)摩擦力、慣性力和桿件的重力時(shí)，從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)的壓力角；它的余角稱為傳動(dòng)角。圖8-4所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件，在曲柄與連桿共線的位置出現(xiàn)傳動(dòng)角等于0°的狀況，這時(shí)無(wú)論連桿對(duì)曲柄的作用力有多大，都不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，從動(dòng)件與整個(gè)機(jī)構(gòu)靜止不動(dòng)或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖8-4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)及死點(diǎn)位置為了使機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)位置而連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可以采用以下方法：①用死點(diǎn)位置相互錯(cuò)開的若干機(jī)構(gòu)共同控制一個(gè)從動(dòng)曲柄。圖8-5（a）所示的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，各缸相互錯(cuò)開180°來(lái)完成連續(xù)運(yùn)動(dòng)。②增設(shè)輔助機(jī)構(gòu)。圖8-5（b）所示的火車車輪聯(lián)動(dòng)裝置，中間增加一個(gè)曲柄（車輪），可防止該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中變?yōu)榉聪驒C(jī)構(gòu)。③利用從動(dòng)件本身的質(zhì)量或附加大飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。圖8-5（c）所示的縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)，利用飛輪的慣性，使機(jī)構(gòu)的連桿與曲柄共線時(shí)能通過(guò)死點(diǎn)位置，確保曲軸連續(xù)運(yùn)動(dòng)。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（a）四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)（b）火車車輪聯(lián)動(dòng)裝置（c）縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)圖8-5克服死點(diǎn)位置的機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，在實(shí)際生產(chǎn)中，平面四桿機(jī)構(gòu)的形式是多樣的。當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的某些構(gòu)件的形狀、相對(duì)長(zhǎng)度發(fā)生變化，或選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可演化為其他形式。1．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的長(zhǎng)度趨于無(wú)窮大而連桿的長(zhǎng)度有限時(shí)，則連桿與搖桿的連接點(diǎn)將由原來(lái)的圓弧往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將搖桿變成滑塊，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的典型應(yīng)用如圖8-6所示，其中活塞作為主動(dòng)件做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，曲柄作為從動(dòng)件做往復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化圖8-6曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2．偏心輪機(jī)構(gòu)當(dāng)要求滑塊的行程很小時(shí)，曲柄長(zhǎng)度必須很小。此時(shí)，出于結(jié)構(gòu)的需要，常將曲柄做成偏心輪，用偏心輪的偏心距來(lái)代替曲柄的長(zhǎng)度，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成偏心輪機(jī)構(gòu)，如圖8-7所示。偏心輪機(jī)構(gòu)常用在柱塞泵等設(shè)備中。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化圖8-7偏心輪機(jī)構(gòu)課后練習(xí)1．在平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，與機(jī)架相對(duì)的構(gòu)件稱為。A．連架桿B．連桿C．曲柄D．搖桿2．若平面四桿機(jī)構(gòu)中，一個(gè)連架桿能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)只能做往復(fù)擺動(dòng)，則該機(jī)構(gòu)稱為機(jī)構(gòu)。A．雙曲柄B．雙搖桿C．曲柄搖桿D．曲柄滑塊3．當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，并以最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為機(jī)構(gòu)。A．雙曲柄B．雙搖桿C．曲柄搖桿D．導(dǎo)桿4．連桿做平移運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為機(jī)構(gòu)。A．雙曲柄B．雙搖桿C．曲柄搖桿D．平行雙曲柄5．對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，設(shè)連桿的長(zhǎng)度為l，曲柄的長(zhǎng)度為e，則滑塊的位移是。A．2eB．2lC．lD．l+e課后練習(xí)6．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞在時(shí)速度為零。A．上止點(diǎn)B．行程中點(diǎn)C．下止點(diǎn)D．上、下止點(diǎn)7．機(jī)構(gòu)中壓力角，傳動(dòng)角，則機(jī)構(gòu)的傳力性能較好。A．小；大B．小；小C．大；小D．大；大8．在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)為主動(dòng)件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置。A．連桿B．搖桿C．滑塊D．曲柄9．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD如圖8-8所示。請(qǐng)根據(jù)基本類型的判別方法，說(shuō)明機(jī)構(gòu)分別以AB、BC、CD、AD各桿為機(jī)架時(shí)屬于哪種機(jī)構(gòu)。10．什么是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的急回特性？急回特性系數(shù)K表示什么？11．什么是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角？傳動(dòng)角的大小如何影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)？12．什么是死點(diǎn)位置？通常采用哪些方法使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置？13．說(shuō)明鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件。圖8-8鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)思政元素在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了防止產(chǎn)生爆震，其壓縮比要低于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)熱效率降低，使燃油經(jīng)濟(jì)性下降，特別在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比條件下轉(zhuǎn)矩上升也很緩慢，形成所謂的增壓滯后現(xiàn)象。也就是說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，增壓作用滯后，要等到發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)速后增壓系統(tǒng)才起作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，改變壓縮比是重要的手段，其目的在于提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。在增壓壓力低的負(fù)荷工況下，提高壓縮比到或稍高于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比；在增壓壓力高的負(fù)荷工況下，降低壓縮比。換言之，隨著負(fù)荷的變化連續(xù)調(diào)節(jié)壓縮比，可在從低負(fù)荷到高負(fù)荷的整個(gè)工況范圍內(nèi)有效提高熱效率。東風(fēng)日產(chǎn)于2018年將首款正式量產(chǎn)的可變壓縮比渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于新款車型上。該款發(fā)動(dòng)機(jī)有別于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿結(jié)構(gòu)，獨(dú)創(chuàng)了多連桿系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比由8:1（高性能）～14:1（高效能）之間的智能無(wú)級(jí)切換，峰值轉(zhuǎn)矩380N·m，最大功率185kW，在保證動(dòng)力性的前提下，實(shí)現(xiàn)了比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。項(xiàng)目八汽車常用機(jī)構(gòu)分析任務(wù)二凸輪機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．熟悉凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型、作用及特點(diǎn)。2．了解凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常見的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3．掌握凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理及其在發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的作用。思政目標(biāo)增強(qiáng)民族自豪感與文化認(rèn)同。任務(wù)引入凸輪機(jī)構(gòu)在汽車中主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)上，它的作用是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件的連續(xù)或不連續(xù)的移動(dòng)或擺動(dòng)。與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)便于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡，其類型、輪廓曲線等對(duì)配氣以及發(fā)動(dòng)機(jī)的工況都有較大的影響。1．凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪具有曲線或曲面輪廓形狀，做定軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)直線移動(dòng)；從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸，并傳遞動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，如圖8-9所示。凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)如下：凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應(yīng)用時(shí)，只要根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線就可以了，且可以實(shí)現(xiàn)高速啟動(dòng)，工作可靠、準(zhǔn)確等；凸輪輪廓和從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，多用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。一、凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用圖8-9凸輪機(jī)構(gòu)1．凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪具有曲線或曲面輪廓形狀，做定軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)直線移動(dòng)；從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸，并傳遞動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，如圖8-9所示。凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)如下：凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應(yīng)用時(shí)，只要根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線就可以了，且可以實(shí)現(xiàn)高速啟動(dòng)，工作可靠、準(zhǔn)確等；凸輪輪廓和從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，多用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。一、凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用1．凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪具有曲線或曲面輪廓形狀，做定軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)直線移動(dòng)；從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸，并傳遞動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，如圖8-9所示。凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)如下：凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應(yīng)用時(shí)，只要根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線就可以了，且可以實(shí)現(xiàn)高速啟動(dòng)，工作可靠、準(zhǔn)確等；凸輪輪廓和從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，多用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。一、凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用2．凸輪機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的配氣機(jī)構(gòu)如圖8-10所示，它是由凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制的，凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，它的輪廓驅(qū)使從動(dòng)件（氣閥桿）按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律開啟氣門，從而完成氣缸的排氣和進(jìn)氣。一、凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用圖8-10配氣機(jī)構(gòu)2．凸輪機(jī)構(gòu)在汽車上的應(yīng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的配氣機(jī)構(gòu)如圖8-10所示，它是由凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制的，凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，它的輪廓驅(qū)使從動(dòng)件（氣閥桿）按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律開啟氣門，從而完成氣缸的排氣和進(jìn)氣。一、凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪形狀分類1）盤形凸輪盤形凸輪是繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且具有變化的回轉(zhuǎn)半徑（稱為向徑）的盤形零件，如圖8-9所示，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但從動(dòng)件的行程不能太大，多用在從動(dòng)件行程較小的機(jī)構(gòu)中。2）圓柱凸輪圓柱凸輪是在圓柱面上開設(shè)曲線凹槽或在圓柱端面上做出曲線輪廓的凸輪，如圖8-11所示，主要用在較大行程的機(jī)構(gòu)中。3）移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪可視為回轉(zhuǎn)中心趨近于無(wú)窮遠(yuǎn)的盤形凸輪，它相對(duì)機(jī)架做往復(fù)移動(dòng)，如圖8-12所示。圖8-11圓柱凸輪圖8-12移動(dòng)凸輪二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類2．按從動(dòng)件頂部的結(jié)構(gòu)形式分類1）尖頂從動(dòng)件如圖8-13（a）所示，尖頂從動(dòng)件與凸輪接觸的運(yùn)動(dòng)副元素為尖點(diǎn)或刀刃形狀，它能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖點(diǎn)和凸輪輪廓線是點(diǎn)或線的接觸，適用于傳力不大、速度較低的場(chǎng)合。2）平底從動(dòng)件如圖8-13（b）所示，當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的平底，受力平穩(wěn)，傳力性能好，且接觸面間易形成油膜，潤(rùn)滑好，可用于高速、重載凸輪機(jī)構(gòu)中。3）滾子從動(dòng)件如圖8-13（c）所示，滾子從動(dòng)件的端部裝有可以自由回轉(zhuǎn)的滾子，將從動(dòng)件與凸輪的接觸由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，機(jī)械效率高，磨損較小，可用于傳遞較大的動(dòng)力。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類圖8-13從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式三、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及基本參數(shù)1．凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖8-14所示，以尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明主動(dòng)件凸輪與從動(dòng)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系及有關(guān)名稱，在圖示位置，凸輪轉(zhuǎn)角為零，從動(dòng)件位移也為零，從動(dòng)件尖頂位于離凸輪軸心O最近的位置A，稱為起始位置。以凸輪輪廓最小向徑OA為半徑作的圓，稱為基圓，基圓半徑用rb表示。從動(dòng)件離軸心最近的位置A到最遠(yuǎn)的位置B'間的距離h稱為行程。圖8-14凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程三、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及基本參數(shù)1）推程當(dāng)凸輪以等角速度ω按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖頂被凸輪輪廓由A推至B′這一行程為推程，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角δ0稱為推程運(yùn)動(dòng)角。從動(dòng)件在推程做功，稱為工作行程。2）遠(yuǎn)停程凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件尖頂與凸輪的BC圓弧段接觸，停留在遠(yuǎn)離凸輪軸心O的位置B′，該過(guò)程稱為遠(yuǎn)停程，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角δs稱為遠(yuǎn)休止角。3）回程凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件尖頂與凸輪輪廓CD段接觸，在其重力或彈簧作用下由B′回至A，這一行程稱為回程，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角，稱為回程運(yùn)動(dòng)角。從動(dòng)件在回程不做功，稱為空回行程。圖8-14凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程三、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及基本參數(shù)4）近停程凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件尖頂與凸輪的DA圓弧段接觸，停留在離凸輪軸心最近的位置A，該過(guò)程稱為近停程，凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角s稱為近休止角。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一周，從動(dòng)件經(jīng)歷推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止四個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，是典型的升—?！亍５碾p停歇循環(huán)；從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)也是可以一次停歇或沒有停歇的循環(huán)。行程h以及各階段的轉(zhuǎn)角，是描述凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)。將凸輪的轉(zhuǎn)角與從動(dòng)件的位移的關(guān)系用曲線表示，此曲線稱為從動(dòng)件的位移曲線。從動(dòng)件的位移是隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的，也是隨時(shí)間變化的。因此，當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件的位移、速度和加速度的變化規(guī)律都是由凸輪輪廓形狀決定的。圖8-14凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程三、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及基本參數(shù)2．基圓半徑與壓力角以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓稱為凸輪的基圓。作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間的銳角稱為壓力角。對(duì)于高副機(jī)構(gòu)，壓力角即接觸輪廓法線與從動(dòng)件速度方向所夾的銳角。驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件的有用分力一定時(shí)，基圓越小，壓力角越大，則有害分力越大，機(jī)構(gòu)的效率越低。圖8-14凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程四、從動(dòng)件常見的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件所獲得的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，完全取決于凸輪的輪廓形狀。設(shè)計(jì)和加工凸輪實(shí)際上就是確定凸輪的輪廓形狀。從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)直接與凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)向徑的變化有關(guān)，而輪廓曲線上各點(diǎn)向徑的大小隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化而變化，這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系稱為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程或運(yùn)動(dòng)線圖，即可繪制出凸輪的輪廓曲線。1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在升程或回程的速度為一常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖8-15所示。圖8-15等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、從動(dòng)件常見的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件所獲得的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，完全取決于凸輪的輪廓形狀。設(shè)計(jì)和加工凸輪實(shí)際上就是確定凸輪的輪廓形狀。從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)直接與凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)向徑的變化有關(guān)，而輪廓曲線上各點(diǎn)向徑的大小隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化而變化，這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系稱為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程或運(yùn)動(dòng)線圖，即可繪制出凸輪的輪廓曲線。1．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在升程或回程的速度為一常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖8-15所示。從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開始或終止的瞬間，因速度有突變，從動(dòng)件在理論上將出現(xiàn)無(wú)窮大的加速度和慣性力，而使凸輪機(jī)構(gòu)受到極大的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中、小功率和低速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。圖8-15等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、從動(dòng)件常見的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2．等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在一個(gè)升程或回程中，前半段做等加速運(yùn)動(dòng)，后半段做等減速運(yùn)動(dòng)，通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等，如圖8-16所示。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移曲線由兩段光滑相連的拋物線構(gòu)成，故這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律又稱拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)?shù)燃铀俚葴p速運(yùn)動(dòng)規(guī)律中有遠(yuǎn)停程和近停程時(shí)，在升程（推程）和回程的兩端及中點(diǎn)，其加速度仍存在突變，但慣性力為有限值，由此而產(chǎn)生的沖擊稱為柔性沖擊。因此，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速、輕載的場(chǎng)合。圖8-16等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律課后練習(xí)1．凸輪機(jī)構(gòu)是由、和三個(gè)基本構(gòu)件組成的。2．根據(jù)從動(dòng)件末端形狀的不同，有從動(dòng)件、從動(dòng)件、從動(dòng)件。3．凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀分為哪幾種類型？4．常用的凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？5．什么是壓力角？與機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率有何關(guān)系？6．分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的凸輪磨損情況及潤(rùn)滑方式。思政元素記里鼓車是中國(guó)古代用于計(jì)算道路里程的車，由“記道車”發(fā)展而來(lái)。有關(guān)記道車的文字記載最早見于漢代劉歆的《西京雜記》：“漢朝輿駕祠甘泉汾陽(yáng)……記道車，駕四，中道。”可見至遲在西漢時(shí)期，已有了這種可以計(jì)算道路里程的車。到后來(lái)，因?yàn)榧恿诵幸焕锫反蛞幌鹿牡难b置，故名“記里鼓車”。記里鼓車的基本原理采用的是齒輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)關(guān)系。當(dāng)年，張衡制造的記里鼓車沒有較詳細(xì)的記載，東漢以后，有關(guān)記里鼓車的記載雖然有些零星的字句，但都太簡(jiǎn)略。到北宋時(shí)，記里鼓車的制造方法有了改進(jìn)，《宋史·輿服志》記載比較詳細(xì)，大體說(shuō)記里鼓車的外形是獨(dú)轅雙輪，車廂內(nèi)有立輪、大小平輪、銅旋風(fēng)輪等，輪周各出齒若干，“凡用大小輪八，合二百八十五齒，遞相鉤鎖，犬牙相制，周而復(fù)始?！庇浝锕能囆幸焕锫罚嚿夏救藫艄?，行十里路，車上木人擊鐲。記里鼓車的記程功能是由齒輪系完成的。車中有一套減速齒輪系，始終與車輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最末一只齒輪軸在車行一里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，車上層的木人受凸輪牽動(dòng)，由繩索拉起木人右臂擊鼓一次，以示里程。至于“十里擊鐲”的記程原理，同擊鼓記里的機(jī)械原理大同小異，只是這一減速齒輪系的末端齒輪在車行十里時(shí)正好回轉(zhuǎn)一周，因此“十里一擊鐲”。這一原理與現(xiàn)代汽車上的里程表的原理相同。項(xiàng)目八汽車常用機(jī)構(gòu)分析任務(wù)三棘輪機(jī)構(gòu)與螺旋機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解棘輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。2．了解螺旋機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用。思政目標(biāo)1．培養(yǎng)學(xué)生的民族自信、愛國(guó)精神。2．培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。任務(wù)引入棘輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)在汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用。例如，汽車駐車制動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)中使用了棘輪機(jī)構(gòu)，如圖8-17所示；汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中應(yīng)用了螺旋機(jī)構(gòu)，如圖8-18所示。圖8-17駐車制動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)圖8-18循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一、棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的主要作用是將主動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為周期性的間歇運(yùn)動(dòng)，即時(shí)動(dòng)時(shí)停。汽車的手制動(dòng)（停車制動(dòng)）裝置以及各種單向離合器均使用了棘輪機(jī)構(gòu)。1．棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和特點(diǎn)典型的棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、搖桿、彈簧和止動(dòng)棘爪組成，如圖8-19所示。棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理為：當(dāng)搖桿（主動(dòng)件）做往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪（從動(dòng)件）做單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。搖桿空套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，棘爪與搖桿用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，止動(dòng)棘爪外側(cè)的彈簧可保證棘爪與棘輪嚙合。具體表現(xiàn)為：當(dāng)搖桿左擺時(shí)，棘爪插入棘輪的齒內(nèi)推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)某一角度。當(dāng)搖桿右擺時(shí)，棘爪滑過(guò)棘輪，而棘輪靜止不動(dòng)，往復(fù)循環(huán)。止動(dòng)棘爪則起到防止棘輪反轉(zhuǎn)的作用。棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，棘輪軸的運(yùn)動(dòng)（每次間歇轉(zhuǎn)過(guò)的角度）可以在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)，并且可以在工作過(guò)程中調(diào)節(jié)。棘輪機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：有較大的沖擊和噪聲，而且傳動(dòng)精度不高。圖8-19棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)2．棘輪機(jī)構(gòu)的類型與應(yīng)用外嚙合單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)：棘爪裝在棘輪的外面，當(dāng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次時(shí)，棘輪只能單向間歇地轉(zhuǎn)過(guò)某一角度，如圖8-20（a）所示。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)：棘爪裝在棘輪的內(nèi)部，單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8-20（b）所示。雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)：搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)能使棘輪沿同一方向做間歇運(yùn)動(dòng)，如圖8-20（c）所示?？勺兿蚣啓C(jī)構(gòu)：搖桿與棘爪既可以使棘輪按逆時(shí)針?lè)较蜃鲩g歇運(yùn)動(dòng)，又可以使棘輪按順時(shí)針?lè)较蜃鲩g歇運(yùn)動(dòng)。若將棘爪提起并繞其軸線旋轉(zhuǎn)180°后放下，則能使棘輪按順時(shí)針?lè)较蜃鰡蜗蜷g歇轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8-20（d）所示。圖8-20棘輪機(jī)構(gòu)的類型一、棘輪機(jī)構(gòu)可變棘輪轉(zhuǎn)角的棘輪機(jī)構(gòu)：利用遮板調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角。在棘輪外部罩一遮板，改變遮板位置以遮住部分棘齒，可使棘爪行程的一部分在遮板上滑過(guò)，棘爪不與棘齒接觸，從而改變棘爪推動(dòng)棘輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角的大小，如圖8-20（e）所示。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)：通過(guò)棘爪和棘輪之間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，噪聲小，但接觸面容易發(fā)生滑動(dòng)，為了增加摩擦，一般將棘輪做成槽形，如圖8-20（f）所示。汽車上常用的單向離合器也可以看作一種將棘輪做成槽形的棘輪機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)由爪輪、套筒、滾柱、彈簧頂桿等組成。利用此機(jī)構(gòu)，當(dāng)爪輪以任意角速度反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使套筒獲得任意轉(zhuǎn)角的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖8-20棘輪機(jī)構(gòu)的類型二、螺旋機(jī)構(gòu)構(gòu)件通過(guò)螺旋副連接的機(jī)構(gòu)稱為螺旋機(jī)構(gòu)，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力?；镜穆菪龣C(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成。螺桿與螺母組成螺旋副，螺桿與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，螺母與機(jī)架組成移動(dòng)副。通常，螺桿為主動(dòng)件，做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母為從動(dòng)件，做軸向勻速直線運(yùn)動(dòng)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺母的軸向位移為一個(gè)螺紋導(dǎo)程。1．螺旋機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用螺旋機(jī)構(gòu)按其用途可分為起重螺旋、傳動(dòng)螺旋、調(diào)整螺旋三種。圖8-21千斤頂圖8-22滾珠絲杠圖8-23千分尺二、螺旋機(jī)構(gòu)起重螺旋：用以舉重或克服其他相當(dāng)大的生產(chǎn)阻力，如圖8-21所示千斤頂。起重螺旋一般為間歇性工作，每次工作時(shí)間較短，工作速度也不高。它可承受很大的軸向力，通常需有自鎖能力。傳動(dòng)螺旋：用以傳遞運(yùn)動(dòng)及功率。傳動(dòng)螺旋要在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)高速連續(xù)工作，而且要求有較高的傳動(dòng)精度。傳動(dòng)螺旋按其螺紋間摩擦性質(zhì)的不同，又可分為滑動(dòng)螺旋和滾動(dòng)螺旋（見圖8-22所示滾珠絲杠）。調(diào)整螺旋：用以調(diào)整并固定零件或工件的位置，一般不在工作載荷下轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8-23所示千分尺。圖8-21千斤頂圖8-22滾珠絲杠圖8-23千分尺二、螺旋機(jī)構(gòu)二、螺旋機(jī)構(gòu)二、螺旋機(jī)構(gòu)2．螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)①