汽車機械基礎(chǔ)課件 項目五 汽車常用機構(gòu)

項目五汽車常用機構(gòu)汽車機械基礎(chǔ)任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析汽車常見四桿機構(gòu)汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)目錄CONTENTS任務(wù)二任務(wù)三項目五汽車常用機構(gòu)【情境再現(xiàn)】

情境12022年11月12日，李女士在某汽車4S店購買了一輛家用代步車（長安逸動），一輛新車剛買回就出現(xiàn)發(fā)動機聲音很大的現(xiàn)象，這問題令車主感到困惑。發(fā)動機大多數(shù)常見異響的存在取決于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，或者發(fā)動機的異響故障往往與發(fā)動機的工作循環(huán)有明顯的關(guān)系，尤其是曲柄連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu)的異響都與工作循環(huán)有關(guān)。假如你是4S店服務(wù)人員，你該如何給李女士介紹這些更換項目和檢查呢？

情境22021年12月1日，李女士在某汽車4S店購買了一輛家用代步車（吉利帝豪），但在行駛過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機怠速時，汽缸蓋罩內(nèi)發(fā)出有節(jié)奏的“嗒嗒嗒”的響聲。假如你是4S店服務(wù)人員，你該如何給李女士介紹這些更換項目和檢查呢？

分析：1、李女士購買的新車，怎么判斷異響是由什么引起的？依據(jù)是什么？

2、作為4S店維修接待服務(wù)人員，想要為李女士提供維修服務(wù)，針對相關(guān)汽車常用機構(gòu)，需要學(xué)習(xí)和掌握哪些相關(guān)知識？【目標(biāo)導(dǎo)航】12掌握運動副的概念及其類型；初步掌握平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和分析方法。掌握平面機構(gòu)自由度的方法了解鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用；掌握四桿機構(gòu)的傳動特性和曲柄存在條件了解凸輪機構(gòu)的類型、特點和應(yīng)用；了解間歇運動機構(gòu)的工作原理、傳動特點及應(yīng)用。3知識目標(biāo)實踐目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)

會繪制平面機構(gòu)運動簡圖

會計算平面機構(gòu)的自由度

會判斷四桿機構(gòu)的類型；會利用四桿機構(gòu)的傳動特性解決實際問題

會用圖解法設(shè)計凸輪輪廓培養(yǎng)學(xué)生樹立理論聯(lián)系實際的實踐精神；培養(yǎng)學(xué)生良好的口頭表達能力以及人際溝通能力；培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神和協(xié)作精神；培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和責(zé)任意識。平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)一任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)描述汽車常用的機構(gòu)有刮水器機構(gòu)、前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)、內(nèi)燃機配氣機構(gòu)等，這些機構(gòu)的各組成部分之間是通過運動副連接的。那么，內(nèi)燃機配氣機構(gòu)（見圖5-1）采用了哪些運動副?內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的各構(gòu)件之間具有確定的相對運動。那么，機構(gòu)具有確定相對運動的條件是什么?圖5-1內(nèi)燃機配氣機構(gòu)1——挺柱2——氣門3——彈簧4——搖臂5——推桿6——凸輪任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成1．構(gòu)件的自由度

做平面運動的構(gòu)件相對于指定參考系具有的獨立運動的數(shù)目，稱為構(gòu)件的自由度。如圖5-2所示，一個在xOy平面內(nèi)做平面運動的自由構(gòu)件，具有三個獨立的運動，即沿x軸和y軸的移動，以及繞任一垂直于xOy平面的軸線的轉(zhuǎn)動。因此，做平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度。平面機構(gòu)是由多個構(gòu)件，通過一定的約束關(guān)系有機地組合而成的。為了正確地分析或設(shè)計平面機構(gòu)，必須了解構(gòu)件的自由度、運動副和構(gòu)件類型等知識。

圖5-2構(gòu)件的自由度任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

圖5-2構(gòu)件的自由度

2．運動副

在機構(gòu)中，組成機構(gòu)的各構(gòu)件都應(yīng)具有確定的相對運動，為傳遞運動，各構(gòu)件間必須以某種方式進行相互連接。這種連接不是固定連接，而是能產(chǎn)生一定相對運動的連接。這種使兩構(gòu)件直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運動的連接，稱為運動副。如軸與軸承的連接、內(nèi)燃機中活塞與氣缸的連接、活塞與連桿的連接、傳動齒輪兩個齒輪輪齒間的連接等，都構(gòu)成了運動副。

兩構(gòu)件組成運動副后，就限制了兩構(gòu)件間的某些相對運動，這種限制稱為約束。構(gòu)件受到約束后自由度便隨之減少，運動副引入的約束數(shù)等于構(gòu)件失去的自由度數(shù)。

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

2．運動副

運動副中的兩構(gòu)件接觸形式不同，其限制的運動也不同，其接觸形式主要有點、線、面三種。按照兩構(gòu)件間的接觸形式，通常把平面運動副分為低副和高副。（1）低副

兩構(gòu)件間通過面的形式接觸而組成的運動副，稱為低副。低副根據(jù)兩構(gòu)件間允許的相對運動形式不同，又可分為回轉(zhuǎn)副和移動副。

①回轉(zhuǎn)副

組成運動副的兩構(gòu)件只能繞某一軸線在一個平面內(nèi)做相對轉(zhuǎn)動，這種運動副稱為回轉(zhuǎn)副，又稱為鉸鏈。如圖5-3（a）所示，構(gòu)件1與構(gòu)件2之間通過圓柱面接觸而組成回轉(zhuǎn)副。內(nèi)燃機的曲軸與連桿、曲軸與機架、連桿與活塞之間都組成回轉(zhuǎn)副。圖5-3（a）回轉(zhuǎn)副

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

2．運動副

②移動副

組成運動副的兩個構(gòu)件只能沿某一方向做相對直線運動，這種運動副稱為移動副。如圖5-3（b）所示，構(gòu)件1與構(gòu)件2之間通過四個平面接觸組成移動副，這兩個構(gòu)件只能產(chǎn)生沿軸線的相對移動。內(nèi)燃機中的活塞與氣缸之間組成移動副。

由于低副中兩構(gòu)件之間的接觸為面接觸，因此，容易制造和維修，承載能力大。承受相同載荷時，壓強較低，不易磨損，使用壽命較長，故傳力性能較好。但其效率低，不能傳遞較復(fù)雜的運動。

當(dāng)兩構(gòu)件組成平面回轉(zhuǎn)副時，兩構(gòu)件間便只具有一個獨立的相對轉(zhuǎn)動；當(dāng)兩構(gòu)件組成平面移動副時，兩構(gòu)件間便只具有沿一個方向的獨立的相對移動。因此，平面低副引入兩個約束，使構(gòu)件失去了兩個自由度。圖5-3（b）移動副

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

（2）高副

兩構(gòu)件間通過點或線的形式相接觸而組成的運動副，稱為高副。如圖5-4（a）所示的凸輪副和圖5-4（b）所示的齒輪副都是高副。顯然，構(gòu)件2可以相對于構(gòu)件1繞接觸點A轉(zhuǎn)動。同時，又可以沿接觸點的公切線t-t方向移動，只有沿公法線n-n方向的運動受到限制。

由于高副中兩個構(gòu)件之間的接觸為點接觸或線接觸，因此，制造和維修較困難，承載能力小。在承受載荷時，壓強較高，接觸處易磨損、使用壽命短。但高副比較靈活，能傳遞較復(fù)雜的運動，易于實現(xiàn)設(shè)計的運動規(guī)律。

兩構(gòu)件組成高副時，在接觸處公法線n-n方向的移動受到約束，但保留了沿公切線t-t方向的移動和繞接觸點A的轉(zhuǎn)動。因此，平面高副引入一個約束，使構(gòu)件失去了一個自由度。（a）凸輪副（b）齒輪副圖5-4高副

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

此外，常用的運動副還有圖5-5（a）所示的球面副(球面鉸鏈)及圖5-5（b）所示的螺旋副。它們都是空間運動副，本任務(wù)不討論。（a）球面副

（b）螺旋副

圖5-5空間運動副任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

3．組成機構(gòu)的構(gòu)件類型

由上述分析可知，機構(gòu)由構(gòu)件和運動副組成。構(gòu)件按其運動性質(zhì)不同，可分為以下三類。

（1）機架

圖5-6回轉(zhuǎn)副的表示方法

機架是固定構(gòu)件，用來支承活動構(gòu)件。組成機構(gòu)的構(gòu)件中必有也只有一個構(gòu)件為機架，其余構(gòu)件為活動構(gòu)件。圖5-6所示的單缸內(nèi)燃機中，氣缸體就是固定構(gòu)件，它用來支承活塞、曲軸等。研究機構(gòu)中活動構(gòu)件的運動時，常以機架作為參考系。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

3．組成機構(gòu)的構(gòu)件類型

由上述分析可知，機構(gòu)由構(gòu)件和運動副組成。構(gòu)件按其運動性質(zhì)不同，可分為以下三類。

（2）原動件

原動件也稱為主動件，是機構(gòu)中有驅(qū)動力作用或已知運動規(guī)律的構(gòu)件。原動件一般與機架相連，一個機構(gòu)中必有一個或幾個原動件。圖0-6中的活塞就是原動件，其運動是由燃料燃燒形成的高壓氣體驅(qū)動的。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

一、平面機構(gòu)的組成

3．組成機構(gòu)的構(gòu)件類型

由上述分析可知，機構(gòu)由構(gòu)件和運動副組成。構(gòu)件按其運動性質(zhì)不同，可分為以下三類。

（3）從動件

圖5-6回轉(zhuǎn)副的表示方法

機構(gòu)中隨原動件運動而運動的所有活動構(gòu)件稱為從動件。圖5-6中的連桿、曲軸等都是從動件。完成工作動作的從動件又稱為執(zhí)行構(gòu)件。

由以上分析可知，一般機構(gòu)由機架、原動件和從動件組成。特殊的機構(gòu)可以沒有從動件，但必須有原動件和機架，如電動機和液壓油缸等。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

在研究機構(gòu)運動特性時，為使問題簡化，可不考慮構(gòu)件和運動副的實際結(jié)構(gòu)，只考慮與運動有關(guān)的構(gòu)件數(shù)目、運動副類型及相對位置。按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T4460—2013）以簡圖圖形符號來表示機構(gòu)構(gòu)件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關(guān)的尺寸，這種表明機構(gòu)的組成和各構(gòu)件間真實運動關(guān)系的簡明圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。利用機構(gòu)運動簡圖可以表達一部復(fù)雜機器的傳動原理，可以進行機構(gòu)的運動和動力分析。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

二、機構(gòu)運動簡圖的繪制1．機構(gòu)運動簡圖圖形符號（1）運動副的表示方法

回轉(zhuǎn)副即為鉸鏈，用圓圈表示，其圓心代表相對轉(zhuǎn)動的軸線。兩構(gòu)件組成回轉(zhuǎn)副的表示方法，如圖5-6所示。組成移動副的兩個構(gòu)件中，將長度較短的塊狀構(gòu)件稱為滑塊，將長度較長的槽狀或桿狀構(gòu)件稱為導(dǎo)槽或?qū)U，滑塊、導(dǎo)槽、導(dǎo)桿的導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。兩構(gòu)件組成移動副的表示方法，如圖5-7所示。兩構(gòu)件組成高副時，需畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，如圖5-8所示。

圖5-7移動副的表示方法圖

圖5-6回轉(zhuǎn)副的表示方法

圖5-8高副的表示方法圖任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制（2）構(gòu)件的表示方法軸、桿等構(gòu)件圖形符號的圖線用兩倍粗實線表示，塊類構(gòu)件圖形符號用小方塊表示。若構(gòu)件固連在一起，則涂以焊接記號；畫有斜線的構(gòu)件代表機架。機構(gòu)運動簡圖的常用圖形符號見表5-1。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

二、機構(gòu)運動簡圖的繪制名稱簡圖符號名稱簡圖符號構(gòu)件軸、桿機架基本符號兩副構(gòu)件機架是回轉(zhuǎn)副的一部分機架是移動副的一部分三副構(gòu)件平面高副齒輪副外嚙合平面低副回轉(zhuǎn)副齒輪副內(nèi)嚙合移動副凸輪副表5-1機構(gòu)運動簡圖的常用圖形符號任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制2.機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和步驟

繪制機構(gòu)運動簡圖時，首先，要分析清楚機構(gòu)的組成和運動情況，明確三類構(gòu)件，即機架、原動件和從動件，弄清組成該機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目；其次，仔細(xì)分析各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系，確定運動副的類型和數(shù)目，以及運動副間的相對位置；最后，選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面，按一定的比例尺，用規(guī)定的符號和線條繪制機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和步驟如下所述。①分析機構(gòu)的運動情況，找出機構(gòu)的機架、原動件和從動件。②分析構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型。③以與機構(gòu)運動平面相平行的平面作為繪制運動簡圖的平面。④按比例尺用規(guī)定的符號和線條繪制機構(gòu)運動簡圖。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

二、機構(gòu)運動簡圖的繪制3．繪制機構(gòu)運動簡圖時，原動件上應(yīng)標(biāo)有箭頭。

例1-1繪制圖0-6所示單缸內(nèi)燃機的運動簡圖。

解：繪制單缸內(nèi)燃機運動簡圖的步驟如下所述。

①分析機構(gòu)的運動情況，找出機構(gòu)的機架、原動件和從動件。由圖0-6可知，內(nèi)燃機殼體和氣缸體9是一個整體，在內(nèi)燃機中起機架的作用，氣缸體9內(nèi)的活塞1是原動件，連桿7、曲軸6和與之相固連的大齒輪4、小齒輪5、凸輪10和進氣門推桿2都是從動件。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

②分析構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型。該機構(gòu)的運動由活塞1輸入，活塞1與氣缸體9組成移動副；活塞1與連桿7，連桿7與曲軸6，曲軸6與內(nèi)燃機殼體之間組成回轉(zhuǎn)副。運動經(jīng)小齒輪5傳到大齒輪4，它們之間是線接觸，組成高副；小齒輪5與氣缸體9組成回轉(zhuǎn)副；大齒輪4與凸輪10連在一起為同一構(gòu)件，凸輪10與進氣門推桿2之間是線接觸，組成高副；進氣門推桿2與氣缸體9組成移動副。

③以與機構(gòu)運動平面相平行的平面作為繪制運動簡圖的平面。選擇內(nèi)燃機的主運動平面作為繪制單缸內(nèi)燃機運動簡圖的平面。

④按比例尺用規(guī)定的符號和線條繪制機構(gòu)運動簡圖。根據(jù)選擇的繪圖比例尺，用規(guī)定符號和線條畫出所有構(gòu)件和運動副，即可得到單缸內(nèi)燃機的運動簡圖，如圖5-9所示。圖5-9單缸內(nèi)燃機的運動簡圖任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、機構(gòu)具有確定相對運動的條件1．機構(gòu)的自由度

為了使所設(shè)計的機構(gòu)能夠具有確定運動，必須研究機構(gòu)的自由度和機構(gòu)具有確定運動的條件。

機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動數(shù)目，稱為機構(gòu)的自由度。顯然，機構(gòu)的自由度應(yīng)為所有活動構(gòu)件自由度的總數(shù)與運動副引入的約束總數(shù)之差。

設(shè)一個平面機構(gòu)由N個構(gòu)件組成，其中必有一個構(gòu)件為機架，則活動構(gòu)件數(shù)為n=N-1。它們在沒組成運動副之前，共有3n個自由度。由前述可知，平面低副引入兩個約束，平面高副引入一個約束。若機構(gòu)中各構(gòu)件共組成PL個低副、PH個高副，則平面機構(gòu)自由度F的計算公式為任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

例1-2計算圖5-9所示單缸內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度。

解：圖中曲軸6與小齒輪5、凸輪軸3上凸輪10與大齒輪4皆固連在一起，故可分別視為一個構(gòu)件。因此，可得活動構(gòu)件數(shù)n=5，低副數(shù)高副數(shù)所以，該機構(gòu)的自由度為：

圖5-9單缸內(nèi)燃機的運動簡圖任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制2．計算機構(gòu)自由度的注意事項（1）復(fù)合鉸鏈

兩個以上的構(gòu)件在同一處以回轉(zhuǎn)副相連，則稱該連接為復(fù)合鉸鏈。圖5-10所示為三個構(gòu)件在A點形成復(fù)合鉸鏈。由圖可知，這三個構(gòu)件實際上組成了軸線重合的兩個回轉(zhuǎn)副，而不是一個回轉(zhuǎn)副。一般地，K個構(gòu)件形成的復(fù)合鉸鏈具有（K-1）個回轉(zhuǎn)副。計算自由度時，應(yīng)注意找出復(fù)合鉸鏈。圖5-10復(fù)合鉸鏈任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

（2）局部自由度

與機構(gòu)運動無關(guān)的構(gòu)件的獨立運動稱為局部自由度。如圖5-11（a）所示的凸輪機構(gòu)，為減少磨損，在從動件2的端部裝有滾子3。凸輪1為原動件，當(dāng)其逆時針轉(zhuǎn)動時，通過滾子3使從動件2在導(dǎo)路中往復(fù)移動。顯然，滾子3繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動，完全不會影響從動件2的運動，因而滾子3的這一轉(zhuǎn)動屬局部自由度。在計算該機構(gòu)的自由度時，可將滾子與從動件看成一個構(gòu)件，如圖5-11（b）所示，這樣就可以去除局部自由度。計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)除去不計。這時，該機構(gòu)中n=2，PL=2，PH=1，其自由度F=3×2-2×2-1=1。

局部自由度雖不影響機構(gòu)的運動關(guān)系，但可以減少高副接觸處的摩擦和磨損。因此，在機械中常見有局部自由度的結(jié)構(gòu)，如滾動軸承、滾子凸輪等。圖5-11局部自由度

（a）滾子轉(zhuǎn)動

（b）滾子不轉(zhuǎn)動

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制（3）虛約束

機構(gòu)中與其他約束重復(fù)，而對機構(gòu)運動不起新的限制作用的約束稱為虛約束。虛約束常出現(xiàn)在下列場合。

①兩構(gòu)件形成多個軸線重合的回轉(zhuǎn)副。圖5-12（a）所示曲軸與機架在A、B兩處組成了兩個回轉(zhuǎn)副，圖5-12（b）所示齒輪軸與機架在A、B兩處組成了兩個回轉(zhuǎn)副。從運動關(guān)系看，只有一個回轉(zhuǎn)副起約束作用，計算機構(gòu)自由度時應(yīng)按一個回轉(zhuǎn)副計算。

圖5-12回轉(zhuǎn)副軸線重合的虛約束圖

（a）曲軸與機架

（b）齒輪軸與機架任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

②兩構(gòu)件形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副。圖5-13中，凸輪機構(gòu)中的從動件2與機架4組成了兩個導(dǎo)路重合的移動副，計算自由度時應(yīng)只算作一個移動副。

上述兩種虛約束情況都屬于兩構(gòu)件形成多個作用相同的運動副。在判斷時，應(yīng)掌握兩構(gòu)件只能形成一個有效運動副的原則。

圖5-13移動副導(dǎo)路重合的虛約束任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

③兩構(gòu)件上連接點的運動軌跡互相重合。如圖5-14（a）所示的平行四邊形機構(gòu)，桿BC做平移運動，其上各點軌跡均為圓心在機架AD上、半徑為AB的圓弧。該機構(gòu)自由度

現(xiàn)若在該機構(gòu)上加上構(gòu)件EF,且EF//AB、EF=AB,構(gòu)件EF上E點的軌跡與連桿BC上E點的軌跡重合，如圖5-14（b）所示。顯然，構(gòu)件EF對該機構(gòu)的運動并不產(chǎn)生任何影響，為虛約束。

因此，在計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)將構(gòu)件EF去除。應(yīng)當(dāng)注意，構(gòu)件EF成為虛約束的幾何條件為EF∥AB、EF=AB，否則構(gòu)件EF將變?yōu)閷嶋H約束，其自由度使機構(gòu)不能運動。

（a）平行四邊形機構(gòu)（b）虛約束圖5-14運動軌跡互相重合的虛約束任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

④機構(gòu)中具有對運動不起作用的對稱部分。如圖5-15（b）所示的行星輪系，為使受力均勻，有三個相同的行星輪對稱布置。從運動關(guān)系看，只需一個行星輪2就能滿足運動要求，如圖5-15（a）所示，其余行星輪及其所引入的高副均為虛約束，應(yīng)除去不計。該機構(gòu)的自由度

綜上所述，虛約束雖對機構(gòu)運動不起約束作用，但為改善機構(gòu)的剛性或受力情況，虛約束在機構(gòu)設(shè)計中被廣泛采用。計算機構(gòu)自由度時，虛約束應(yīng)除去不計。

（a）運動簡圖（b）行星輪對稱布置圖5-15對稱結(jié)構(gòu)引入的虛約束任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

例1-3計算圖5-16（a）所示篩料機構(gòu)的自由度。

解：經(jīng)分析可知，機構(gòu)中滾子F處有一個局部自由度。推桿DF與機架組成兩導(dǎo)路重合的移動副E、E’，故其中之一為虛約束。C處為復(fù)合鉸鏈，彈簧不起限制自由度作用。去除局部自由度和虛約束后，按圖5-16（b）所示的機構(gòu)計算自由度。機構(gòu)中n=7,PL=9,PH=1,其自由度為（a）平行四邊形機構(gòu)

（b）虛約束

圖5-16篩料機構(gòu)任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

例1-4計算圖5-17所示沖壓機構(gòu)的自由度。

解：經(jīng)分析可知，機構(gòu)中滾子D處有一個局部自由度；桿GG'與機架組成兩導(dǎo)路重合的移動副，故其中之一為虛約束；B處為復(fù)合鉸鏈。去除局部自由度和虛約束后，計算機構(gòu)自由度。機構(gòu)中其自由度為

圖5-17沖壓機構(gòu)

任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制3．機構(gòu)具有確定運動的條件

通常，機構(gòu)的原動件只能輸入一個獨立運動。顯然，只有機構(gòu)的自由度大于零，機構(gòu)才有可能運動。同時，只有給機構(gòu)輸入的獨立運動數(shù)目與機構(gòu)的自由度數(shù)相等，該機構(gòu)才能有確定的運動。例如，例5-3中篩料機構(gòu)的自由度為2，從圖5-16中可看出，其原動件數(shù)也為2，因此，該機構(gòu)具有確定的相對運動。

圖5-18所示四桿機構(gòu)中，原動件數(shù)等于2，機構(gòu)自由度構(gòu)件要同時滿足原動件AB和原動件CD的給定運動，則勢必將桿BC拉斷。圖5-19所示為一個三構(gòu)件組合體，但各構(gòu)件之間無法相對運動，所以它不是機構(gòu)。圖5-20所示為一個五桿機構(gòu)，當(dāng)只給定構(gòu)件AB運動時，其余構(gòu)件的運動并不確定。

圖5-18四桿機構(gòu)圖

圖5-19三構(gòu)件組合體圖5-20五桿機構(gòu)任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)運動簡圖的繪制

綜上所述，當(dāng)機構(gòu)自由度數(shù)小于原動件數(shù)時，機構(gòu)不能運動；當(dāng)機構(gòu)自由度數(shù)大于原動件數(shù)時，機構(gòu)的運動不確定；只有當(dāng)機構(gòu)自由度數(shù)大于零且等于原動件數(shù)時，機構(gòu)才具有確定的相對運動。

因此，機構(gòu)具有確定相對運動的條件為：機構(gòu)的自由度數(shù)大于零，且等于機構(gòu)的原動件數(shù)。

總之，機構(gòu)自由度的計算和其運動確定性的分析，可幫助設(shè)計人員判斷其合理性，同時也有助于設(shè)計人員判斷所繪制機構(gòu)運動簡圖的正確性。任務(wù)一平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析總結(jié)機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的自由度計算機構(gòu)自由度的注意事項兩構(gòu)件形成多個軸線重回的回轉(zhuǎn)副兩構(gòu)件形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副兩構(gòu)件上連接點的運動軌跡互相重合機構(gòu)中具有對運動不起作用的對稱部分虛約束復(fù)合鉸鏈局部自由度平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成構(gòu)件的自由度回轉(zhuǎn)副低副移動副運動副高副從動件原動件組成機構(gòu)的構(gòu)建類型機架機構(gòu)具有確定相對運動的條件機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和步驟構(gòu)件的表示方法運動副的表示方法機構(gòu)運動簡圖圖形符號汽車常見四桿機構(gòu)任務(wù)二任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)任務(wù)描述汽車風(fēng)窗刮水器（見圖5-21）、汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)（見圖5-22）、汽車車門啟閉機構(gòu)（見圖5-23）采用的都是四桿機構(gòu)，進而實現(xiàn)車窗玻璃的清潔、汽車的轉(zhuǎn)向和車門的啟閉。那么，汽車風(fēng)窗刮水器、汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)、汽車車門啟閉機構(gòu)分別采用的是哪種四桿機構(gòu)?是怎樣進行工作的?圖5-21汽車風(fēng)窗刮水器圖5-22汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)圖5-23汽車車門啟閉機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件用回轉(zhuǎn)副和移動副相互連接而組成的機構(gòu)。低副是面接觸，耐磨損；回轉(zhuǎn)副和移動副的接觸表面是圓柱面和平面，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機構(gòu)在各種機械和儀器中獲得廣泛使用。但低副中存在間隙，數(shù)目較多的低副會引起運動累積誤差；而且它的設(shè)計比較復(fù)雜，不易精確地實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。

由四個構(gòu)件組成的平面連桿機構(gòu)稱為平面四桿機構(gòu)。根據(jù)有無移動副的存在，平面四桿機構(gòu)可分為鉸鏈四桿機構(gòu)和滑塊四桿機構(gòu)兩大類。在平面四桿機構(gòu)中，鉸鏈四桿機構(gòu)是最基本的形式，其他四桿機構(gòu)可以看作鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)1．鉸鏈四桿機構(gòu)的組成

全部用回轉(zhuǎn)副相連的平面四桿機構(gòu)稱為平面鉸鏈四桿機構(gòu)，簡稱鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)的組成如圖5-24所示。機構(gòu)中相對固定不動的構(gòu)件4稱為機架，與機架4相連的構(gòu)件1、構(gòu)件3稱為連架桿，不與機架直接相連的構(gòu)件2稱為連桿。相對機架可做360°整周回轉(zhuǎn)運動的連架桿，又稱為曲柄；相對機架做小于360°往復(fù)擺動的連架桿，又稱為搖桿。圖5-24鉸鏈四桿機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)2．鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩個連架桿可以一個是曲柄一個是搖桿，也可以都是曲柄或都是搖桿。因此，鉸鏈四桿機構(gòu)有三種基本類型，即曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。（1）曲柄搖桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中，如果一個為曲柄（AB桿），另一個為搖桿（CD桿），則稱為曲柄搖桿機構(gòu)，如圖5-25所示。曲柄搖桿機構(gòu)的主要用途是改變運動形式，它可以將曲柄的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動，如圖5-26所示的雷達天線俯仰機構(gòu)；也可以將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，如圖5-27所示的縫紉機踏板機構(gòu)；或?qū)崿F(xiàn)所需的運動軌跡，如圖5-28所示的攪拌機機構(gòu)。

圖5-25曲柄搖桿機構(gòu)圖5-26雷達天線俯仰機構(gòu)

圖5-27縫紉機踏板機構(gòu)

圖5-28攪拌機機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)（2）雙曲柄機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿（BC桿與AD桿）均為曲柄時，稱為雙曲柄機構(gòu)，如圖5-29所示。雙曲柄機構(gòu)能將主動曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為從動曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動。

一般雙曲柄機構(gòu)中的兩曲柄的長度不相等，連桿與機架的長度也不相等。因而，當(dāng)主動曲柄做勻速運動時，從動曲柄做周期性的變速運動。圖5-30所示的慣性篩就是利用了雙曲柄機構(gòu)的這個特點。當(dāng)主動曲柄1勻速回轉(zhuǎn)時，從動曲柄3變速回轉(zhuǎn)，通過構(gòu)件5使篩子6做變速往復(fù)直線運動，達到篩分物料的目的。圖5-29雙曲柄機構(gòu)圖

圖5-30慣性篩機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)

當(dāng)雙曲柄機構(gòu)中相對的兩桿長度分別相等時，該雙曲柄機構(gòu)稱為平行雙曲柄機構(gòu)或平行四邊形機構(gòu)，如圖5-31所示，有正平行雙曲柄機構(gòu)和反平行雙曲柄機構(gòu)兩種。正平行雙曲柄機構(gòu)的運動特點是兩曲柄AB和CD的轉(zhuǎn)向相同，且角速度相等，連桿做平動。反平行雙曲柄機構(gòu)的運動特點是兩曲柄AB和CD的轉(zhuǎn)向相反，且角速度不等。圖5-32所示的機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，就是正平行雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用實例。圖5-31平行雙曲柄機構(gòu)

圖5-32機車車輪聯(lián)動機構(gòu)（a）正平行雙曲柄機構(gòu)

（b）反平行雙曲柄機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)（3）雙搖桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿（BC桿與AD桿）均為搖桿時，稱為雙搖桿機構(gòu)，如圖5-33所示。雙搖桿機構(gòu)的兩個搖桿只能在一定的角度內(nèi)擺動。圖5-34所示的港口起重機是典型的雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用實例，當(dāng)搖桿CD擺動時，搖桿AB隨之?dāng)[動，連桿BC上掛重物的M點的運動軌跡近似一水平直線，這樣可以節(jié)省動力的消耗。圖5-33雙搖桿機構(gòu)

圖5-34港口起重機任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)二、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別

鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型的主要區(qū)別在于，連架桿是否為曲柄和存在幾個曲柄。機構(gòu)是否有曲柄存在，取決于機構(gòu)中各構(gòu)件的相對長度和最短桿所處的位置。

①當(dāng)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和時，可得到如下結(jié)論。a．若最短桿為連架桿，該機構(gòu)一定是曲柄搖桿機構(gòu)。b．若最短桿為機架，該機構(gòu)一定是雙曲柄機構(gòu)。c．若最短桿為連桿，該機構(gòu)一定是雙搖桿機構(gòu)。

②當(dāng)最短桿與最長桿長度之和大于其他兩桿長度之和時，則無論取哪一個構(gòu)件為機架，都無曲柄存在，機構(gòu)只能是雙搖桿機構(gòu)。

③當(dāng)構(gòu)件的長度具有特殊的關(guān)系，如不相鄰的桿長度兩兩分別相等，則該機構(gòu)無論以哪個構(gòu)件為機架，都是雙曲柄機構(gòu)（正平行雙曲柄機構(gòu)或反平行雙曲柄機構(gòu)）。

綜上，鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件是：①最短桿與最長桿的長度之和≤其他兩桿長度之和；

②連架桿和機架中必有一桿是最短桿。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)二、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別例1-5圖5-35所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中,桿AB長L?=70mm,桿BC長.桿CD長桿AD長試判斷其類型。

解：分析最短桿AB與最長桿AD之和與其他兩桿之和的關(guān)系。因為

所以又因為最短桿AB為連架桿，所以，該鉸鏈四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。

圖5-35鉸鏈四桿機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)1．急回特性

如圖5-36所示的曲柄搖桿機構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動件，搖桿CD為從動件，曲柄每轉(zhuǎn)一周的過程中，曲柄與連桿BC有兩次共線，此時搖桿CD分別處于左、右兩個極限位置C?D和C?D。當(dāng)搖桿處于兩極限位置時，曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的銳角θ稱為極位夾角。

圖5-36曲柄搖桿機構(gòu)急回特性任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)

由圖5-36可知，當(dāng)曲柄以角速度ω勻速轉(zhuǎn)過180°+θ時,搖桿從C?D擺至C?D,稱為推程或正行程，所需時間為t?，C點的平均速度為v?;當(dāng)曲柄再轉(zhuǎn)過180°-θ時,搖桿從C?D擺回至C?D，稱為回程或反行程，所需時間為t?，C點的平均速度為v?。不難看出，由于所以，。又由于搖桿上C點從C1到C2和從C2到C1的擺角相等，而所用時間卻不同，所以往返的平均速度也不同，即這種回程比推程的平均速度快的運動特性，稱為曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性。

機構(gòu)的急回特性常用行程速比系數(shù)K表示，即

由上式可見，K值大小取決于極位夾角θ：當(dāng)θ=0°時，K=1，機構(gòu)沒有急回特性；當(dāng)θ>0°時，K>1，機構(gòu)具有急回特性。K值的大小反映了機構(gòu)的急回程度，K值越大，急回特性越明顯；反之，則越不明顯。通常利用機構(gòu)的急回特性，縮短回程（非生產(chǎn)）時間，提高勞動生產(chǎn)率。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)2．壓力角與傳動角

在設(shè)計和選用四桿機構(gòu)時，不但應(yīng)保證實現(xiàn)給定的運動要求，還應(yīng)使機構(gòu)具有較好的傳力性能，以使機構(gòu)運轉(zhuǎn)靈活、輕便，效率高。機構(gòu)的傳力性能與壓力角有關(guān)。壓力角和傳動角是反映機構(gòu)傳力性能的重要標(biāo)志。

圖5-37曲柄搖桿機構(gòu)壓力角和傳動角任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)

在圖5-37所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，取曲柄AB為原動件，搖桿CD為從動件。若忽略各構(gòu)件質(zhì)量和運動副中的摩擦，則曲柄AB通過連桿BC作用于搖桿CD上C點的力F沿BC方向，它與受力點C的絕對速度v。之間所夾的銳角α稱為壓力角。力F沿v。方向的分力

是推動從動件運動的有效分力；而沿?fù)u桿軸心線方向的分力

會增大運動副中的摩擦和磨損，對機構(gòu)傳動不利，故稱為有害分力。顯然，壓力角α越小，有效分力.越大，有害分力?越小，機構(gòu)的傳力性能越好。壓力角的余角，即連桿與從動件間所夾的銳角稱為傳動角，用γ表示。壓力角越小，傳動角越大，機構(gòu)的傳力效果越好。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)3．死點位置

在圖5-38所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿CD為原動件，曲柄AB為從動件，則當(dāng)搖桿CD處于兩極限位置時，從動曲柄AB與連桿BC共線（AB?與共線、AB?與共線），主動搖桿CD通過連桿BC傳給從動曲柄AB的作用力通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心。此時，曲柄的壓力角α=90°，傳動角γ=0°，無法推動曲柄AB轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這個位置稱為死點位置。圖5-38曲柄搖桿機構(gòu)死點位置任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)

鉸鏈四桿機構(gòu)中有無死點位置，取決于從動件是否與連桿共線。對曲柄搖桿機構(gòu)而言，當(dāng)曲柄為原動件時，搖桿與連桿無共線位置，不出現(xiàn)死點。此外，當(dāng)機構(gòu)在運動中通過死點位置時，從動曲柄有可能會產(chǎn)生不確定的情況，既可能順時針回轉(zhuǎn)，也可能逆時針回轉(zhuǎn)。因此，死點位置對機構(gòu)的傳動是有害的，應(yīng)設(shè)法避免。

通常利用構(gòu)件的慣性作用，使機構(gòu)通過死點，縫紉機就是借助帶輪的慣性使機構(gòu)通過死點位置的；單缸發(fā)動機的曲軸在運動過程中，是依靠具有較大質(zhì)量的飛輪的慣性，順利通過死點位置（活塞處于上、下止點），并使從動曲柄轉(zhuǎn)向不變的。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)三、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)

工程上，有時也利用死點位置提高機構(gòu)工作的可靠性。如圖5-39所示的飛機起落架，當(dāng)機輪著陸時，BC桿和CD桿共線，機構(gòu)處于死點位置，即使機輪受到很大的力，構(gòu)件BC也不會使CD桿轉(zhuǎn)動（起落架不會折回），使飛機著陸可靠。又如圖5-40所示的鉆床工件夾緊裝置，當(dāng)工件被夾緊后，BCD成一條直線，機構(gòu)處于死點位置，無論工件的反力多大，夾緊裝置上的夾具也不會自行松脫。圖5-39飛機起落架死點位置圖5-40鉆床工件夾緊裝置死點位置任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)四、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式1．曲柄滑塊機構(gòu)

在曲柄搖桿機構(gòu)中，將一個回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為一個移動副時，該機構(gòu)就轉(zhuǎn)化為曲柄滑塊機構(gòu)。圖5-41所示的機構(gòu)，連架桿AB繞相鄰機架4做整周轉(zhuǎn)動，是曲柄；另一連架桿3在移動副中沿機架導(dǎo)路滑動，稱為滑塊。因此，該機構(gòu)稱為曲柄滑塊機構(gòu)。圖5-42所示的內(nèi)燃機中的曲柄連桿機構(gòu)就是曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用。

圖5-42內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構(gòu)圖5-41曲柄滑塊機構(gòu)

汽車機構(gòu)中，還有由鉸鏈四桿機構(gòu)演變而成的機構(gòu)。一般可通過將鉸鏈四桿機構(gòu)的回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為移動副，獲得相應(yīng)的派生機構(gòu)。凡含有移動副的四桿機構(gòu)，簡稱滑塊四桿機構(gòu)。本任務(wù)分析兩種汽車中常用的滑塊機構(gòu)，即曲柄滑塊機構(gòu)和曲柄搖塊機構(gòu)。任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)2．曲柄搖塊機構(gòu)

如圖5-43所示，取與滑塊鉸接的桿件2作為機架，當(dāng)桿件1的長度小于桿件2（機架）的長度時，則桿件1能繞B點做整周轉(zhuǎn)動，滑塊3與機架2組成回轉(zhuǎn)副而繞C點轉(zhuǎn)動，故該機構(gòu)稱為曲柄搖塊機構(gòu)。圖5-44所示的自卸車翻斗機構(gòu)就是曲柄搖塊機構(gòu)的應(yīng)用。在自卸車翻斗機構(gòu)中，當(dāng)油缸中壓力油推動活塞桿運動時，車廂便繞回轉(zhuǎn)副中心傾斜，當(dāng)達到一定角度時，物料就自動卸下。圖5-43曲柄搖塊機構(gòu)

圖5-44自卸車翻斗機構(gòu)任務(wù)二汽車常見四桿機構(gòu)

總結(jié)汽車常見四桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的組成雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別死點位置壓力角與傳動角急回特性汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)任務(wù)三任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)任務(wù)描述

汽車內(nèi)燃機配氣機構(gòu)是發(fā)動機中的重要機構(gòu)，工作時要求在一個工作循環(huán)內(nèi)氣門要迅速打開，隨即迅速關(guān)閉，然后保持關(guān)閉不動。汽車停在斜坡上不會下滑是駐車制動鎖止機構(gòu)在起作用。那么，內(nèi)燃機配氣機構(gòu)[見圖5-48（a）]采用的是哪種機構(gòu)，是怎樣進行工作的?駐車制動鎖止機構(gòu)[見圖5-48（b）]采用的又是哪種機構(gòu)，是怎樣進行工作的?（a）內(nèi)燃機配氣機構(gòu)

（b）駐車制動鎖止機構(gòu)

圖5-48內(nèi)燃機配氣機構(gòu)與駐車制動鎖止機構(gòu)任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)（一）凸輪機構(gòu)的組成與特點

1．凸輪機構(gòu)的組成

凸輪機構(gòu)是由凸輪1、從動件2和機架3三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)，如圖5-49所示。凸輪是一個具有特定曲線輪廓（或凹槽）的構(gòu)件，一般為主動件，做回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)移動。與凸輪輪廓接觸的從動件一般做往復(fù)移動或擺動，稱為從動桿動。從動件靠重力或彈簧力與凸輪緊密接觸。

在凸輪機構(gòu)中，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時，借助凸輪本身的曲線輪廓或凹槽迫使從動件做一定的運動，即從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線或凹槽曲線的形狀。圖5-49凸輪機構(gòu)1-凸輪2-從動件3-機架任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)2．凸輪機構(gòu)的特點

凸輪機構(gòu)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、設(shè)計方便，只要做出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，就可以使從動件得到預(yù)定的復(fù)雜運動規(guī)律。其缺點是凸輪輪廓加工較為困難，凸輪輪廓精度要求高時、需用數(shù)控機床進行加工。而且，凸輪副是點接觸或線接觸的高副，接觸應(yīng)力較大，易磨損。所以，凸輪機構(gòu)通常用于傳力不大的調(diào)節(jié)機構(gòu)或控制機構(gòu)中。任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)（二）凸輪機構(gòu)的類型

根據(jù)凸輪和從動件的不同形狀和運動方式，凸輪機構(gòu)有以下幾種分類方式。

1．按凸輪的形狀分類（1）盤形凸輪

盤形凸輪是凸輪的最基本形式，如圖5-50所示。它是一個繞固定軸線轉(zhuǎn)動并具有變化向徑的盤形構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最廣，但從動件的行程不能太大，故多用于行程較短的場合。圖5-50盤形凸輪任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)（2）移動凸輪

移動凸輪（又稱板狀凸輪）是一個具有曲線輪廓，并做往復(fù)直線運動的構(gòu)件，如圖5-51所示。當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮大時，即成為移動凸輪。（3）圓柱凸輪

圓柱凸輪是一個在圓柱端面上做出曲線輪廓或在圓柱面上開有曲線凹槽的構(gòu)件，并繞其軸線旋轉(zhuǎn)，如圖5-52所示。它的從動件可以獲得較大的行程，適用于行程較大的場合。圖5-51移動凸輪

圖5-52圓柱凸輪任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)2．按從動件的形狀分類

（1）尖頂從動桿

尖頂從動桿以尖頂與凸輪輪廓接觸，如圖5-53（a）所示。這種從動桿結(jié)構(gòu)最簡單，能與任何復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，故可使從動桿實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。但尖頂易磨損，故僅適用于傳力不大、低速及要求傳動靈敏的場合，如儀表、記錄儀等。（2）曲面從動桿

為了克服尖頂從動桿的缺點，可以把從動桿的端部做成曲面，稱為曲面從動桿。曲面從動桿以曲面與凸輪輪廓接觸，如圖5-53（b）所示。這種從動桿在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

圖5-53從動桿的形狀

（b）曲面從動桿（a）尖頂從動桿

任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)（3）滾子從動桿

滾子從動桿的端部鉸接一個滾子，并以滾子與凸輪輪廓接觸，如圖5-53（c）所示。由于滾子與凸輪輪廓是線接觸，又是滾動摩擦，磨損較小且均勻，所以，它可用于傳遞較大的力，故應(yīng)用最廣泛。（4）平底從動桿

平底從動桿以平底與凸輪輪廓接觸，如圖5-53（d）所示。由于平底與凸輪之間容易形成楔形油膜，因此利于潤滑和減少磨損。不計摩擦?xí)r，凸輪給從動桿的作用力始終垂直于平底，傳動效率較高，故常用于高速凸輪機構(gòu)中。但平底從動桿不能與具有內(nèi)凹或凹槽輪廓的凸輪相接觸。圖5-53從動桿的形狀（d）平底從動桿（c）滾子從動桿

任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)3．按從動件的運動方式分類（1）移動從動桿

移動從動桿相對于機架做往復(fù)直線移動，如圖5-49所示。（2）擺動從動桿

擺動從動桿相對于機架做往復(fù)擺動，如圖5-50所示。圖5-49凸輪機構(gòu)1-凸輪2-從動件3-機架圖5-50盤形凸輪任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)（三）凸輪機構(gòu)的應(yīng)用

凸輪機構(gòu)在汽車中主要應(yīng)用于發(fā)動機配氣機構(gòu)（在凸輪軸上）。凸輪軸是汽車中不可缺少的、非常重要的零件。按凸輪軸的布置位置，凸輪軸可分為凸輪軸上置式、凸輪軸中置式和凸輪軸下置式三種。按凸輪軸的數(shù)量，凸輪軸可分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸兩種。單頂置凸輪軸直接驅(qū)動進、排氣門；雙頂置凸輪軸一根控制進氣門、一根控制排氣門。雙頂置凸輪軸是多氣門發(fā)動機必不可少的配備，現(xiàn)在的發(fā)動機大都采用雙頂置凸輪軸（奧迪、豐田等）設(shè)計。有些V型氣缸的發(fā)動機甚至?xí)鋫渌母馆嗇S。

凸輪機構(gòu)在機械傳遞和自動控制裝置中的應(yīng)用也比較廣泛，其應(yīng)用實例如下所述。任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)1．靠模車削機構(gòu)

靠模車削機構(gòu)如圖5-54所示?？磕０?（相當(dāng)于移動凸輪）固定在車床床身上。車削加工時，工件1旋轉(zhuǎn)，刀架3帶動車刀2（從動件）沿工件軸向移動，由靠模板曲線輪廓控制車刀相對于工件的徑向進給；車刀按預(yù)定規(guī)律動作，從而車削出具有曲面輪廓的工件。

圖5-54靠模車削機構(gòu)

1-工件

2-車刀

3-刀架

4-靠模板任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)2．自動進刀機構(gòu)

自動進刀機構(gòu)如圖5-55所示。帶有曲線凹槽的圓柱凸輪1轉(zhuǎn)動時，凹槽的側(cè)面推動擺桿2端部的滾子，使擺桿繞固定鉸鏈的回轉(zhuǎn)中心C擺動，擺桿另一端的扇形齒輪與刀架底部的齒條相嚙合，使刀架實現(xiàn)進刀和退刀動作。

圖5-55自動進刀機構(gòu)

1-圓柱凸輪2-擺桿任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)3．自動送料機構(gòu)

自動送料機構(gòu)如圖5-56所示。當(dāng)帶有凹槽的圓柱凸輪1轉(zhuǎn)動時，通過槽中的滾子，驅(qū)使從動件2按一定運動規(guī)律做往復(fù)移動，從動件即將儲料器中的坯料推出，送到加工位置。凸輪每轉(zhuǎn)一周，運送一個坯料到加工位置。

圖5-56自動送料機構(gòu)1-圓柱凸輪

2-從動件任務(wù)三汽車凸輪機構(gòu)與棘輪機構(gòu)一