汽车机械基础：7机构传动的基本知识课件.ppt

1、机构的主要功用是用来传递运动和动力或改变运动形式、运动轨迹等。如汽车发动机的正常运转、车轮的转向、气门的启闭、驻车制动等的锁止等功能都是由一些典型的机构来实现的，本课程主要介绍用途较为广泛的平面连杆机构、凸轮机构等的工作原理。下面通过学习三个典型的任务来了解和掌握机构传动的基本知识。任务7.1 汽车平面机构的组成【任务描述】汽车发动机通常采用的是内燃机，掌握平面机构的组成以及相关概念，可以帮助学生理解内燃机的工作原理，同时，有助于掌握内燃机的机构组成。【学习目标】1.了解平面机构的组成；2.掌握机器、机构、构件及零件的特点；3.掌握运动副的形式和符号；4.具有绘制内燃机机构运动简图的能力.1.

2、1 平面机构的组成及相关概念 在日常生活和工作中接触到的汽车、缝纫机、洗衣机、电冰箱，工业生产中的机床、纺织机、起重机和机器人等，都是机器。机器的种类繁多，其结构、功用各异，但从机器的组成来分析，它们有着共同之处：都是人为的实体组合。各实体间具有确定的相对运动。能实现能量的转换或完成有用的机械功。同时具备这三个特征的称为机器，仅具备前两个特征的称为机构。所谓机构就是多个实物的组合，能实现预期的机械运动。例如图7-1所示的内燃机，它是由活塞、连杆、曲轴、齿轮、凸轮、顶杆及气缸体等组成，它们构成了曲柄连杆机构、齿轮机构和凸轮机构 图7-1 内燃机1-活塞 2-连杆 3-曲轴 4、5-齿轮6-凸轮

3、7-顶杆 8-气缸体 如图7-2所示。内燃机的功能是将燃料的热能转化为曲轴转动的机械能。其中，曲柄连杆机构将燃料燃烧时体积迅速膨胀而使活塞产生的直线移动转化为曲轴的转动；凸轮机构用来控制适时启闭进气阀和排气阀；齿轮机构保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作。由此可见，机器是由机构组成的，从运动观点来看，两者并无差别，工程上统称为机械 a)b)c)图7-2 组成内燃机的机构a)连杆机构 b)齿轮机构 c)凸轮机构 组成机械的各个相对运动的实体称为构件，机械中不可拆的制造单元称为零件。构件可以是单一零件，如内燃机的曲轴（图7-3）图7-3 曲轴也可以是由若干个零件组成的刚性整体，如内燃机的连杆（图7

4、-4）。由此可见，构件是机械中的运动单元，零件是机械组成中不可再拆的最小单元，是机器的制造单元。图7-4 连杆1-连杆体 2-螺栓 3-连杆盖 4-螺母 零件又可分为两类：一类是在各种机器中都可能用到的零件，称为通用零件，如螺母、螺栓、齿轮、凸轮、链轮等；另一类则是在特定类型机器中才能用到的零件，称为专用零件，如曲轴、活塞等。7.1.2、运动副组成机构的所有构件都应具有确定的相对运动。为此，各构件之间必须以某种方式连接起来，但这种连接不同于焊接、铆接之类的刚性连接，它既要对彼此连接的两构件的运动加以限制，又允许其间产生相对运动。这种使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。两构件通

5、过运动副连接后，构件的部分相对运动受到了限制，运动副对于构件间相对运动的限制成为约束。机构就是由若干构件通过若干运动副组合而成的，运动副是组成机构的主要要素。运动副中的两构件接触形式分为点、线、面三种形式。根据两构件间接触形式的不同，可以将运动副分为低副和高副两类。根据组成运动副的两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，运动副可分为平面运动副和空间运动副 1平面低副 两构件通过面接触（平面或曲面）形成的运动副，由于接触面压强低，因而称为低副。低副又可以分为移动副和转动副。1）移动副 组成运动副的两构件只能沿某一方向做相对直线移动的运动副为移动副。如图7-5a所示构件1与构件2通过四个平面接

6、触组成移动副。例如，内燃机仲的活塞与气缸之间组成移动副。2）转动副 组成运动副的两构件只能绕某一轴线在一个平面内做相对转动的运动副称为转动副，又称为铰链。如图7-5b所示，构件1与构件2之间通过圆柱面接触而组成转动副。例如，内燃机的曲轴与连杆、曲轴与机架、连杆与活塞之间都组成转动副。由于低副中两构件之间的接触为面接触，因此，承受相同载荷时，压强较低，不易磨损。1平面低副两构件通过面接触（平面或曲面）形成的运动副，由于接触面压强低，因而称为低副。低副又可以分为移动副和转动副。1）移动副移动副 组成运动副的两构件只能沿某一方向做相对直线移动的运动副为移动副。如图7-5a所示构件1与构件2通过四个平

7、面接触组成移动副。例如，内燃机仲的活塞与气缸之间组成移动副。a)图7-5 低副a)移动副 2）转动副转动副 组成运动副的两构件只能绕某一轴线在一个平面内做相对转动的运动副称为转动副，又称为铰链。如图7-5b所示，构件1与构件2之间通过圆柱面接触而组成转动副。例如，内燃机的曲轴与连杆、曲轴与机架、连杆与活塞之间都组成转动副。由于低副中两构件之间的接触为面接触，因此，承受相同载荷时，压强较低，不易磨损。b)图7-5 低副 b）转动副2平面高副两构件以点或线接触而组成的运动副，这类运动副接触区域小，接触部位压强高，因而称为高副。如图7-6所示的齿轮副和凸轮副都是高副，显然，构件2可以相对于构件l绕接

8、触点A转动，同时又可以沿接融点的切线t-t方向移动，只有沿公法线n-n方向的运动受到约束。由于高副中两个构件之间的接触为点接触或线接触，其接触部分的压强较高，故容易磨损。图7-6高副a）齿轮副 b)凸轮副 a)b)除上述常见的平面运动副外，机械中常见的运动副还有螺旋副和球面副，这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。如图7-7所示。图7-7 空间运动副 a)螺旋副 b）球面副 1、2构件 7.1.3 平面机构运动简图实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时，为了使问题简化，有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按

9、一定比例确定运动副的相对位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理，可以进行机构的运动和动力分析。1平面机构的组成根据机构工作时构件的运动情况不同，可将构件分为固定构件（机架）、原动件（主动件）和从动件三类。1）固定构件（机架）是用来支承活动构件（运动构件）的构件。例如图7-1中的汽缸体就是固定构件，它用以支承活塞和曲轴等。研究机构中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系。2）原动件（主动件）是运动规律已知的活动构件，它的运动是由外界输入的，故又称为输入构件。例如图7-1中的活塞就是原动件。3）从动件 是机构中随着原

10、动件而运动的其余活动构件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件，其它从动件则起传递运动的作用。例如图7-1中的连杆和曲柄都是从动件，由于该机构的功用是将直线运动转换成定轴转动，因此，曲轴是输出构件，连杆是用于传递运动的从动件。任何一个机构中，必有一个构件被相对地看作固定构件。例如汽缸体虽然跟随汽车运动，但在研究发动机的运动时，仍把汽缸体当作固定构件。在活动构件中必须有一个或几个原动件，其余的都是从动件。表表7-1机构运动简图的常机构运动简图的常用符号用符号3机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制方法和步骤如下：1)观察机构的实际结构，分析机构的运动情况，找出机构的固定件（机架）、原动件和从动件；

11、2)从原动件开始，按运动传递路线，分清构件间相对运动的性质，确定运动副的类型；3)以与机构运动平面相平行的平面作为绘制运动简图的平面，用规定的符号和线条按比例尺绘制在此平面上，得到的图形即为机构运动简图。【任务实施】参考任务1.1。2任务内容 请观察内燃机的实物、结合图7-1所示的结构图形，回答下面的问题。1）分析结构，确定图中哪些构件为机架、原动件和从动件？由图7-1可知，壳体和气缸体8是一个整体，在内燃机中起机架的作用，气缸体内的活 塞是原动件，连杆2、曲轴3和与之相固连的齿轮4、齿轮5、凸轮6和顶杆7是从动件。2）按运动传递路线和相对运动的性质分析图中有哪些型的运动副？该机构的运动由活塞

12、1输入，活塞1与气缸组成移动副；活塞1与连杆2、连杆2与曲轴3、曲轴3与壳体之间组成转动副。运动经齿轮4传到齿轮5，它们之间是线接触，组成高副；齿轮5与机架组成转动副；齿轮5与凸轮6连在一起为同一构件，凸轮6与顶杆7之间是点或线接触，组成高副；顶杆7与机架8组成移动副。图7-8 内燃机机构运动简图1-活塞 2-连杆 3-曲轴4、5-齿轮 6-凸轮 7-顶杆8-机架3）选择视图平面和比例尺，用规定符号和线条绘制机构运动简图？由于内燃杌的主运动机构是平面运动，故取其运动平面为视图平面，选择适当的绘图比例尺，用规定符号和线条画出所有构件和运动副，即可得到内燃机的机构运动简图(图7-8)，图中标有箭头

13、的构件活塞l表示该构件是原动件。提示：由齿轮轮廓接触组成的高副，在绘制机构运动简图时常用其节圆相切来表示，图7-8中的点划线。图7-8 内燃机机构运动简图1-活塞 2-连杆 3-曲轴4、5-齿轮 6-凸轮 7-顶杆8-机架 任务7.2 汽车平面连杆机构【任务描述】平面连杆机构的应用非常广泛，例如内燃机中的活塞、连杆、曲轴等组成了平面连杆机构，而汽车的转向机构、车门的启闭机构采用了铰链四杆机构，那这些铰链四杆机构是怎样实现汽车转向和车门启闭的呢？【学习目标】1了解铰链四杆机构的概念；2掌握铰链四杆机构的基本类型与应用；3掌握平面四杆机构的基本性质；4具有分析汽车常见四秆机构运动的能力【知识准备】

14、平面连杆机构是由若干个刚性构件用低副相互连接而组成，并在同一平面或相互平行的平面内运动。低副是面接触、压强低、耐磨损，制造简单，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛的应用。但是，低副中存在难以消除的间隙，数目较多的低副会引起运动积累误差，不易精确地实现复杂的运动规律，不宜用于高速的场合。最简单的平面连杆机构由四个构件组成的，称为平面四杆机构。7.2.1平面四杆机构的类型与应用平面四杆机构按其运动方式不同分为铰链四杆机构和含有移动副的四杆机构 1铰链四杆机构铰链四杆机构各个构件之间全部用转动副连接的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。它是平面四杆机

15、构的基本形式。如图7-9所示，固定不动的构件4称为机架；与机架用转动副相连的构件1和3称为连架杆，杆2连接两连架杆称为连杆。连架杆中，能绕机架上的转动副作整周转动的构件称为曲柄，只能在小于360的范围内绕机架上的转动副摆动的构件称为摇杆。根据两连架杆是否成为曲柄或摇杆，铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种类型 图7-9 铰链四杆机构的组成1、3连架杆 2连杆 4机架1）铰链四杆机构的基本形式及其应用（1）曲柄摇杆机构：在铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。如图7-9所示。通常曲柄1为原动件，并作匀速转动，而摇

16、杆3为从动件，作变速往复摆动。图7-10所示为汽车前窗的刮水器。当主动曲柄AB转动时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮水动作。图7-9 铰链四杆机构的组成1、3连架杆 2连杆 4机架 图7-10 汽车刮水器（2）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。这种机构的运动特点是当主动曲柄连续转动时，从动曲柄也能作连续转动。如图7-11的惯性筛机构，其中机构ABCD是双曲柄机构。当主动曲柄1作等速转动时利用从动凸柄3的变速转动，通过构件5使筛子6作变速往复的直线运动，达到筛分物料的目的。在双曲柄机构中，当两曲柄长度相等并且平行时，称为平行双曲柄机构或平行四边形机构。当两曲

17、柄转向相同时，它们的角速度始终相等，连杆也始终与机架平行，称为正平行双曲柄机构，如图7-12a所示，；当两曲柄转向转向相反时，它们的角速度不等，称为反平行双曲柄机构，如如图7-12b所示。图7-13所示的摄影车坐斗的升降机构即利用了平行四边形机构，使坐斗与连杆固接并作水平移动；图7-14所示为车门启闭机构，它利用了反平行双曲柄机构使两扇车门朝相反方向转动，从而保证两扇车门能同时开启和闭合。图7-11 惯性筛机构a)b)图7-12 平行双曲柄机构a)正平行双曲柄机构 b)反平行双曲柄机构 图7-13 摄影车升降机构图7-14 公共汽车车门启闭机构（3）双摇杆机构：两个连架杆都为摇杆的铰链四杆机构

18、称为双摇杆机构。双摇杆机构可将一种摆动转化为另一种摆动。图7-15所示为飞机起落架机构，飞机起飞后，为减小飞行阻力，通过该机构将着陆轮收回机翼，在飞机要着陆时，通过该机构将着陆轮从机翼中放下来。图7-16所示为汽车、拖拉机的前轮转向机构，它是具有等长摇杆的双摇杆机构，又称等腰梯形机构。它能使与摇杆固连的两前轮轴转过的角度和不同，使车辆转弯时每一瞬时都绕一个转动中心O点转动，保证了四个轮子与地面之间做纯滚动，从而避免了轮胎由于滑拖所引起的磨损，增加了车辆转向的稳定性。图7-15 飞机起落架机构图7-16 车辆前轮转向机构2）铰链四杆机构中曲柄存在的条件在铰链四杆机构中，有的连架杆能作整周回转而成

19、为曲柄，有的则不能。可以论证，铰链四杆机构存在曲柄的条件是：（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。（2）连架杆与机架必有一个是最短杆。由此可得如下结论：铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则：取与最短杆相邻的杆做机架时，该机构为曲柄摇杆机构（图7-17a）；取最短杆为机架时，该机构为双曲柄机构（图7-17b）；取与最短杆相对的杆为机架时，该机构为双摇杆机构（图7-17c）。铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构为双摇杆机构（图7-17d）。图7-17铰链四杆机构类型的判定a)曲柄摇杆机构 b）双曲柄机构 c）

20、双摇杆机构 d）双摇杆机构2含有移动副的四杆机构当铰链四杆机构中某些构件的形状、构件间的相对长度发生某种特殊变化或者取不同的杆件作为机架时，可演化成含移动副的四杆机构。1）曲柄滑块机构 如图7-18所示的机构，连架杆AB绕相邻机架4作整周转动，是曲柄，另一连架杆3在移动副中沿机架导路滑动，称为滑块，因此，该机构称为曲柄滑块机构。当导路中心线通过曲柄转动中心时，称为对心曲柄滑块机构（图7-18a）；当导路中心线不通过曲柄转动中心时，称为偏置曲柄滑块机构（图7-18b）。当曲柄等速转动时，偏置曲柄滑快机构可实现急回运动。曲柄滑快机构广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机和冲床等机械中。图7-18 曲柄

21、滑块机构a)对心曲柄滑块机构 b）偏置曲柄滑块机构2）导杆机构 曲柄导杆机构可以视为改变曲柄滑块机构中的机架演变而成。在图7-19a所示的曲柄滑块机构中，若改取杆件1为机架，即得图7-19b所示导杆机构。构件4称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动。通常取杆件2为原动件。若杆长L1L2时（图7-19c），杆件2能作整周转动，杆件4只能绕A点往复摆动，这种机构称为曲柄摆动构，或摆动导杆机构。该机构的功能是将曲柄2的等速转动转换为导杆4的摆动。曲柄导杆机构广泛应用于牛头刨床、插床和回转式油泵之中。图7-19 曲柄滑块机构的演化a)曲柄滑块机构 b）曲柄转动导杆机构 c）曲柄摆动导杆机构 a)

22、b)c)3）曲柄摇块机构 如图7-19d所示，取与滑块铰接的杆件2作为机架，当杆件1的长度小于杆件2（机架）的长度时，则杆件1能绕B点作整周转动，滑块3与机架组成转动副而绕C点转动，故该机构称为曲柄摇块机构。图7-20所示的卡车自动卸料机构，就是曲柄摇块机构的应用实例 d)d）曲柄摇块机构 图7-20 卡车自动卸料机构4）移动导杆机构 如图7-19e所示的四杆机构，取滑块3作为机架，称为定块，导杆4相对于定块3作往复的直线运动，故称为移动导杆机构或定块机构，一般取杆件1为主动件。图7-21所示的手动抽水机就是移动导杆机构的应用实例 e)e）移动导杆机构 图7-21 手动抽水机7.2.2平面四杆

23、机构的基本性质及设计平面四杆机构的基本性质及设计1急回特性 平面连杆机构中，从动件空回行程的速度比工作行程的速度大的特性称为连杆机构的急回特性。图7-22所示的曲柄摇杆机构，取曲柄AB为主动件，从动摇杆CD为工作件。在主动曲柄AB转动一周的过程中，曲柄AB有两次与连杆BC共线AB1和AB2，这时连架杆分别位于两极限位置C1D和C2D，其夹角称为摇杆摆角或行程。在摇杆位于两极限位置时，主动曲柄相应两位置AB1、AB2所夹的锐角称为曲柄的极位夹角。图7-22 铰链四杆机构的急回运动 如图7-22示，当曲柄以等角速度顺时针转1=180+时，摇杆由位置C1D摆到C2D，摆角为，设所需时间为t1，C点的

24、平均速度为。当曲柄继续转过2=180-时，摇杆又从位置C2D回到C1D，摆角仍然是，所需时间为t2。C点的平均速度为。由于摇杆往复摆动的摆角虽然相同，但是相应的曲柄转角不等。即1 2 ,而曲柄又是等速转动的，所以有t1 t2,v1v2。摇杆的这种运动称为急回运动。为了表明急回运动的相对程度，通常用行程速比系数K来衡量，即 K=(7-1)（7-2）上述分析表明：当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时，则机构便具有急回运动特性。而且角越大，K值越大，机构的急回运动也越显著。四杆机构的这种急回作用，在各种机器中可以用来节省空回行程的时间，以节省动力和提高生产率。例如牛头刨床中采用导杆机构就有这种目

25、的 12vv112212/tcctccoo18018021tt11180kko2压力角和传动角图7-23 压力角和传动角在如图7-23所示的曲柄摇杆机构中，取曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件。若不计构件质量和转动副中的摩擦力，则连杆BC为二力杆件。因此，连杆BC传递到摇杆上的力F必沿连杆的轴线而作用于C点。因摇杆绕D点作摆动（定轴转动），故其上C点的速度VC方向垂直于摇杆CD。作用于从动件上的力F与其速度VC方向所夹锐角即为压力角。压力角的余角称为传动角。将力F分解为沿VC方向的分力Ft=F cos和沿 CD方向的分力Fn=F sin。Ft是推动摇杆的有效分力；显然，压力角越小，传动角越大，

26、有效分力Ft越大，机构的传力性能越好。因此，压力角、传动角是判断机构传力性能的重要参数。机构在运行时，其压力角、传动角都随从动件的位置变化而变化。为保证机构有较好的传力性能，必须限制工作行程的最大压力角max或最小传动角max。对于一般机械max50。或max40；对于高速重载机械max40，max50。图7-23 压力角和传动角3死点位置死点位置在图7-24a所示的曲柄摇杆机构中，若以摇杆CD为主动件，则当连杆BC与从动曲柄AB在共线的两个位置时，机构的传动角为零，即连杆作用于从动曲柄的力通过了曲柄的回转中心A，不能推动曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。当四杆机构的从动件与连杆共线时，机

27、构一般都处于死点位置。如图7-24b所示的曲柄滑块机构，若以滑块为主动件时，则从动曲柄AB与连杆BC共线的两个位置为死点位置。图7-24 死点位置a)曲柄摇杆机构的死点位置 b）曲柄滑块机构的死点位置为了能顺利渡过机构的死点位置而连续正常工作，可以采用多组相同机构错位排列的方法，即将两组以上机构组合起来，而使各组机构的死点相互错开，如图7-25所示的蒸汽机车车轮联动机构，就是由两组曲柄滑块机构EFG与EFG组成的，两者的曲轴位置相互错开90；也常采用在从动轴上安装质量较大的飞轮以增大其转动惯性的方法，利用飞轮的惯性来度过死点位置。例如缝纫机、柴油机等就是利用惯性来度过死点位置的。在工程实践中，

28、也常常利用机构的死点来实现一定的工作要求。如图7-26所示的夹具，当夹紧工件后，机构处于死点位置，即使反力FN很大也不会松开，使工件夹紧牢固可靠。在夹紧和需松开时，在杆上却只需加一较小的力F即可。图7-25 蒸汽机车车轮联动机构 图7-26 夹具机构【任务实施】参考任务1.1。2任务内容请同学们观察汽车前轮转向机构实物结合模型和运动简图，思考并回答下面的问题。（1）转向机构各杆件之间是通过什么连接的？（2）此机构中机架、连架杆、连杆分别是哪些杆件？（3）汽车左右两前轮的转角和相等吗？（4）图中ABCD组成的四边形是有等腰梯形吗？（5）此转向机构中是否存在曲柄？（6）在汽车上转动转向盘证实一下，

29、左、右两前轮能做整周回转吗？（7）确定汽车两前轮转向机构的类型为双摇杆机构。（8）总结。汽车的前轮转向机构是具有等长摇杆的双摇杆机构，又称等腰梯形机构。它能使与摇杆固连的两前轮轴转过的角度和不同，使车辆转弯时每一瞬时都绕一个转动中心O点转动，保证了四个轮子与地面之间做纯滚动，从而避免了轮胎由于滑拖所引起的磨损，增加了车辆转向的稳定性。3评价（见附页任务7.3 汽车凸轮机构【任务描述】汽车内燃机中的配气机构是发动机中的重要机构，工作时要求在一个工作循环内，气门迅速打开，随即迅速关闭，然后保持关闭不动。这种要求用平面四杆机构是不能实现的，那么配气机构是如何来控制气门的适时启闭的呢？【学习目标】1掌

30、握凸轮机构的组成和应用；2掌握凸轮机构的分类；3熟悉凸轮机构常用的运动规；4了解凸轮及滚子的材料及结构。【知识准备知识准备】7.3.1 凸轮机构的组成、应用凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3（见图7-27）组成的高副机构。凸轮是一个具有特殊曲线轮廓或凹槽的构件，一般以凸轮作为主动件，它通常作等速转动，但也有作往复摆动和往复直线移动的。通过凸轮与从动件的直接接触，驱使从动件作往复直线运动或摆动。只要适当地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件获得预定的运动规律。因其可以实现许多复杂的运动要求，且结构简单紧凑，所以在各种机械，特别是自动机械中被广泛的应用。因为凸轮机构中凸轮轮廓与从动件之间的接触为点或

31、线接触，难以行程润滑油膜，故易于磨损。所以，凸轮机构一般用于传递动力不大的场合。图7-27 简单的凸轮机构 图7-28为内燃机中用以控制进气和排气的凸轮机构，当凸轮1等速回转时，迫使从动杆（气门阀杆）2上、下移动，从而按时开启或关闭气阀，凸轮轮廓曲线的形状决定了气阀开闭的起讫时间、速度和加速度的变化规律。图7-28 内燃机配气机构1-凸轮 2-气门阀杆 3-导套7.3.2 凸轮机构的分类 凸轮机构的应用广泛，类型也很多，以下作一简要的分类介绍：1按凸轮的形状分类1）盘形凸轮机构 此机构的凸轮是一个具有变化向径（从盘形凸轮回转轴心至其轮廓上任一点的距离称为凸轮上该点的向径）的盘形构件，如图7-2

32、9所示。当它绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴线的平面内运动。盘形凸轮是凸轮的最基本形式，但从动件的行程不能太大，否则，其结构庞大。2）移动凸轮机构 这种机构的凸轮是一个具有曲线轮廓并作往复直线运动的构件，如图7-30所示。有时也可将凸轮固定，而使从动件连同其导路相对凸轮运动。3）圆柱凸轮机构 这种机构的凸轮是一个在圆柱表面上开有曲线凹槽并绕圆柱轴线旋转的构件，如图7-31所示。当其转动时，可使从动件在平行于其轴线或包括其轴线的平面内运动。由于凸轮与从动件的运动不在同一平面内，所以这是一种空间凸轮机构。图7-29 盘形凸轮机构图7-30 移动凸轮机构2按从动件的形状分类 1)尖顶从动件

33、凸轮机构 如图7-31a所示，这种机构的从动件结构最简单，但因尖顶易于磨损，所以只适用于传力不大和速度较低的场合。2)滚子从动件凸轮机构 如图7-31b所示，这种机构的从动件，一端铰接一个可自由转动的滚子，滚子和凸轮轮廓之间为滚动摩擦，因而磨损较小，可传递较大的动力，应用较广。3)平底从动件凸轮机构如图7-31c所示，这种从动件的优点是平底与凸轮之间容易形成楔形油膜，利于润滑和减少磨损；不计摩擦时，凸轮给从动件的作用力始终垂直于平底，故受力比较平稳，因而常用于高速凸轮机构中，但不能用于具有内凹轮廓的凸轮机构。图7-31 从动件的形状a)尖顶从动件 b）滚子从动件 c）平底从动件3按从动件运动形

34、式分类1)移动从动件凸轮机构 从动件作往复直线运动。2)摆动从动件凸轮机构 从动件作往复摆动。7.3.3凸轮传动机构常用的运动规律如图7-32a所示为尖顶移动盘形凸轮机构，以凸轮最小向径所作的圆称为基圆，基圆半径用r0表示。图示位置时凸轮转角为零，从动件位移为零，从动件尖端位于离轴心D最近位置A，称为起始位置。当凸轮以等角速度1顺时针转过0时，从动件尖顶由起始位置A推到最远位置B（此时，从动件处于距轴心0最远位置），从动件的这一行程称为推程，而与推程对应的凸轮转角0称为推程角。当凸轮继续转过S时，因凸轮轮廓BC段为圆弧，故从动件在最高点静止不动，从动件的这一行程称为远休止，对应的凸轮转角S称为

35、远休止角。当凸轮继续转过h时，从动件在其重力或弹簧力作用下按一定运动规律从最高点回到最低点，从动件的这一行程称为回程，对应的凸轮转角h称为回程角。从动件在推程或回程中移动的距离用h表示。当凸轮继续转过S时，因凸轮轮廓AD段为圆弧，故从动件在最低点静止不动，从动件的这一行程称为近休止，对应的凸轮转角S称为为近休止角。凸轮继续转动时，从动件将重述过程。图7-32b为从动件位移曲线，纵坐标代表从动件的位移，横坐标代表凸轮的转角。a)b)图 7-32 凸轮机构的运动过程a)夹顶移动盘形凸轮机构 b）从动件位移曲线行程h以及各阶段的转角0、S、h、S，是描述凸轮机构运动的重要参数。从上述凸轮机构的运动过

36、程分析可知，从动件运动的位移、速度、加速度随凸轮转角而变化，这种变化关系称为从动件的运动规律。从动件的运动规律的确定取决于机器的工作要求，因此是多种多样的。工程上常用的从动件运动规律以及相应的凸轮轮廓曲线的设计，需要时可查阅相关资料。7.3.4凸轮和滚子的材料凸轮机构工作时，往往要承受冲击载荷，同时凸轮表面有严重的磨损，凸轮轮廓磨损后将导致从动件运动规律发生变化。因此在选择凸轮和滚子的材料时，主要应考虑凸轮机构所受的冲击载荷和磨损等问题。在低速(n100r/min)、轻载的场合，凸轮通常采用40、45钢调质；在中速100r/min n 200r/min)、中载的场合，采用45或40Cr钢表面淬

37、火或20Cr渗碳淬火；在高速(n200r/min)、重载的场合，采用40Cr高频感应加热淬火。滚子通常采用45钢或T9、Tl0等工具钢来制造；要求较高的滚子可用20Cr钢渗碳淬火处理。7.3.5凸轮和滚子的结构7.3.5凸轮和滚子的结构1凸轮的结构1）凸轮轴 当凸轮尺寸小且接近轴径时，则凸轮与轴做成一体，称为凸轮轴，如图7-33所示。2）整体式凸轮 当凸轮尺寸较小又无特殊要求或不需经常装拆时，一般采用整体式凸轮，如图7-34所示。其轮毂直径DH约为轴径的1.51.7倍，轮毂长度b约为轴径的21.6倍。凸轮与轴可采用键连接、销连接或采用弹簧锥套与螺母联接。图7-33 凸轮轴图7-34 整体式凸轮

38、图7-35 滚子的结构a)螺栓连接圆柱滚子 b)轴连接圆柱滚子 c)轴连接滚动轴承a)b)c)图7-35 滚子的结构a)螺栓连接圆柱滚子 b)轴连接圆柱滚子 c)轴连接滚动轴承【任务实施】1任务安排：参考任务1.1进行。2任务内容1）观察汽车配气机构实物、模型，结合图7-28回答下面的问题。(1)配气机构的凸轮是属于哪种类型？(2)配气机构中从动件属于哪种类型？(3)凸轮在机构中是主动件吗？(4)凸轮和其支承轴是可以分离的吗？2）为什么要采用凸轮轴而不将轴和凸轮分开来加工制造？3评价（见附页）任务7.4 驻车自动锁止机构【任务描述】汽车停在斜坡上不会自动下滑是因为驻车制动器在起作用，那么，是什

39、么装置保证驻车制动器工作可靠，不会失效呢？驻车制动器的锁止装置又是哪种装置呢？【学习目标】1掌握棘轮机构的工作原理和特点；2了解棘轮机构的类型与应用；3掌握槽轮机构的工作原理和特点；4了解槽轮机构的类型及应用。【知识准备】将主动件的连续运动转变为从动件的周期性的时动时停的机构称为间歇运动机构。这种机构广泛应用于各种机械中（特别是自动化生产线中）来实现送进输出、分度转位、制动、超越的运动。间歇运动机构类型很多，现主要介绍以下两种间歇运动机构：棘轮机构和槽轮机构。7.4.1 棘轮机构的工作原理和特点图棘轮机构的工作原理和特点图7-36 齿式棘轮齿式棘轮机构机构典型的棘轮机构如图7-36所示。它由棘

40、轮、棘爪和机架等组成。主动摇杆1空套在棘轮的中心支承轴上，当它向左摆动时，其上的棘爪2在自重或弹簧的作用下嵌入棘轮3的齿槽内，推动棘轮逆时针转过一定角度，而止回棘爪4在棘轮的齿背上滑过。当摇杆l向右摆动时，止回棘爪4借助弹簧嵌入到棘轮3的齿槽内，阻止棘轮顺时针转动，同时棘爪2在棘轮3的齿背上滑过，棘轮则静止不动。当摇杆作往复摆动时，棘轮3作单向的间歇运动。摇杆的摆动可通过曲柄摇杆机构和凸轮机构来实现。棘轮机构的结构比较简单、制造方便、运动可靠，棘轮每次间歇运动所转过的角度可以在较大的范围内变动，并且在工作过程中可以调节，这是它的突出优点。但棘轮机构在工作时，棘爪在棘轮齿背滑行时，在运动开始和终

41、止的瞬间将引起刚性冲击、噪声和磨损，运动精度不高，平稳性差，常用于载荷不大、转速不高的场合。图7-36 齿式棘轮机构7.4.2棘轮机构的类型与应用棘轮机构按工怍原理可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。其中应用较广泛的齿式棘轮机构类型较多，现分别介绍其特点及应用实例。1外啮合棘轮机构 如图7-36所示，棘爪装在棘轮的外面，这种机构称为外啮合棘轮机构。这种机构可以用作防止机构逆转的停止器，如在卷扬机提升机构中，为防止在升起过程中重物意外回落，采用外啮合棘轮机构可阻止卷筒倒转，起到安全保护作用，如图7-37所示。图7-36 齿式棘轮机构 图7-37 棘轮停止器2内啮合棘轮机构 如图7-38所示，自行

42、车后轴上的飞轮，棘爪2装在棘轮3的内部，这种机构称为内啮合棘轮机构。当脚蹬踏板时，经链轮和链条带动内圈有棘齿的链轮顺时针转动，再经棘爪带动后轮轴顺时针转动，从而驱动自行车前进。当自行车前进时，如果不蹬踏板，后轮轴借助惯性便会超越链轮而转动，让棘爪在棘齿背上滑过，产生从动件转速超过主动件转速的超越运动，从而实现自行车自动滑行 图7-38 内啮合棘轮机构1-链轮2一棘爪3-棘轮3单动式棘轮机构 如图7-36所示的棘轮机构，主动件只能按某一方向（逆时针）摆动时，才能推动棘轮转动一个角度，这种机构称为单动式棘轮机构 图7-36 齿式棘轮机构 4双动式棘轮机构 如图7-39所示，当主动摇杆来回摆动时都能

43、使棘轮向同一方向转动，故称为双动式棘轮机构。棘爪的爪端形状可以是直的，也可以是带钩头的，这种机构可使棘轮转速增加一倍。图7-39 双动式棘轮机构1-摇杆2一棘轮3-棘爪5双向间歇运动的棘轮机构 前面所介绍的棘轮机构，棘轮只能向一个方向转动。当棘轮轮齿制成方形时，可实现棘轮作双向间歇运动。如图7-40所示，把棘轮3的齿制成在断面为矩形，而棘爪2制成可翻转的。因此，当棘爪处在如图7-40所示的B位置时，棘轮可获得逆时针方向单向间歇运动；当把棘爪绕其销轴O2翻转到虚线所示位置B时，棘轮即可获得顺时针单向间歇运动。图7-40 双相间歇运动的棘轮机构1-摆杆 2一棘爪 3-棘轮6摩擦式棘轮机构 如图7-

44、41所示为一种结构简单的摩擦式棘轮机构，其“棘爪”是一偏心楔块，“棘轮”则是一无齿的摩擦轮。由于楔块的形状不同，当往复摆动的摇杆顺时针摆动时，其上向径逐渐增大的楔块就与摩擦轮的侧表面楔紧成一体，从而在摩擦力的作用下带动摩擦轮转动，当摇杆逆时针摆回时，楔块在摩擦轮的侧表面上滑过，摩擦轮保持静止，从而实现了单向的间歇转动。为了防止从动轮随楔块反向转动，装有止动楔块。图7-41 摩擦式棘轮机构l-摇杆2一楔块3-摩擦轮4-止动楔块5-机架这种机构的结构十分简单，工作起来没有噪声，棘轮的转角可调，主动和从动的关系也可以互换。但是由于利用摩擦力楔紧之后传动，从动件的转角准确程度较差，通常只适用于低速轻载

45、的场合，也可作为超越式离合器。图7-41 摩擦式棘轮机构l-摇杆2一楔块3-摩擦轮4-止动楔块5-机架7.4.3槽轮机构的工作原理和特点常用的槽轮机构如图7-42所示，它由带圆销的主动拨盘1、带径向槽的槽轮2和机架组成。当拨盘1以等角速度作连续回转时，槽轮2则时而转动时而静止。当圆销C未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹弧被拨盘的外凸弧锁住，槽轮静止不动；当拨盘上的圆销C进入槽轮的径向槽时，槽轮的锁止弧被松开，从而圆销带动槽轮转动；当圆销C开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹弧又被拨盘的外凸弧锁住，槽轮静止不动。直至圆销C再一次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述的运动。槽轮机构的特点是构造简单

46、，外形尺寸小，机械效率较高，并能较平稳地、间歇地进行转位。图7-42 槽轮机构1-主动拨盘 2-从动槽轮 7.4.4槽轮机构的类型与应用槽轮机构有外槽轮与内槽轮机构之分，外槽轮机构如图7-42所示，内槽轮机构如图7-43所示。在各种机械中，外槽轮机构应用比较广泛。如图7-44所示为外槽轮机构在电影放映机中的应用情况。而如图7-45所示则为转塔车床刀架转位机构，是由拨盘和槽轮组成的外槽轮机构。图7-44 电影放映机的卷片机构图7-45 转塔车床刀架转位机构图7-43 内槽轮机构1-拨盘 2-槽轮图7-42 槽轮机构1-主动拨盘 2-从动槽轮【任务实施】1任务安排：参考任务1.1进行。2任务内容：

47、1）结合下面的已知条件，观察驻车制动锁止机构的工作原理图，如图7-46所示。（1）齿扇5固定在变速器壳体上。（2）驻车制动杆3以销钉4为支点来回摆动。2）齿扇5能否移动？3）当拉起驻车制动杆时，传动杆8将如何动作？4）当拉起驻车制动杆时，锁止棘爪7将怎样动作？图7-46 驻车制动锁止机构1-按钮 2一拉杆弹簧 3-驻车制动杆 4-销钉 5-齿扇6-钢丝 7-锁止棘爪 8-传动杆9-摇臂5）当拉起驻车制动杆时，驻车制动器开始起制动作用，当手离开驻车制动杆后，驻车制动杆是否会自己落下？6）当用手向下按驻车制动杆时，驻车制动杆是否会落下？3评价（见附页）复习思考题复习思考题填空1运动副中构件的接触形

48、式有 、和 三种形式。2两构件通过面接触而组成的运动副称为 。3平面机构根据机构工作时构件的运动情况不同，可将构件分为 、和 三种类型。4铰链四杆机构根据两连架杆是否成为曲柄或摇杆，分为三种类型：、和 。5凸轮机构主要由 、和 三个基本构件组成。6以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为 。7汽车前轮转向机构属于 机构。8间歇运动机构能够将主动件的连续运动转变为从动件按要求的时动时停运动，常用的间歇运动机构有 和 两种。二、简答题什么是机构运动简图？绘制机构运动简图的步骤有哪些？曲柄存在的条件是什么？以曲柄摇杆机构为例，说明什么是机构的急回特性，该机构是否一定有急回特性？什么是行程速比系数和极位夹角？它们之间有何联系？什么是连杆机构的压力角和传动角？它们之间有何关系？l分析题如图7-47所示的四杆机构各构件的长度为a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm,试问：图 7-471)当以杆4为机架时，有无曲柄存在？2）能否以选用不同构件为机架的方法，获得双曲柄与双摇杆机构？如何获得？图 7-47