汽车常见四杆机构.ppt

节目录,2.1 曲柄连杆机构,2.2 转向传动机构,2.3 四杆机构的特性,菜单,2.2 汽车常见四杆机构,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。,本篇的学习目标,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。,导入：,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，简称平面四杆机构。汽车的转向机构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。,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。,1 曲柄机构,平面连杆机构的应用：,实例3：发动机活塞连杆机构,实例2：汽车刮雨器,实例1：机车车轮联动机构,三、铰链四杆机构 当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图1所示。,连架杆,连杆,机架,图1,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。,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：,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,铰链四杆机构基本型式：,1、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3所示为缝纫机的踏板机构。,图2 雷达天线俯仰角调整机构,图3 缝纫机的踏板机构,曲柄为从动件，机构工作时会出现什么现象？,2、双曲柄机构,图4 插床双曲柄机构,两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,图5 平行四边形机构及其不确定性,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。,平行四边形机构,利用错列机构克服平行四边形机构不确定性状态,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,车门启闭机构,平行四边形机构的应用例子,图7 车门启闭机构,惯性筛,图8所示为起重机机构.,3、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。,图8 港口起重机,双摇杆机构应用实例：,飞机起落架,图9 飞机起落架,两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。,2 转向传动机构,汽车前轮转向机构,汽车转向机构,方向盘是怎样把运动传递给车轮的呢？,补充：一、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。如图10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10 曲柄存在的条件分析,当曲柄处于AB 时，形成三角形BCD。根据三角形两边之和必大于第三边，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,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 4l2+l3,将以上三式两两相加可得：,l 1l 2 l 1l 3 l 1l 4,曲柄存在的必要条件：,(2)连架杆和机架中必有一个是最短杆。,（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。,根据以上分析可知：,如何得到不同类型的铰链四杆机构？,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,图11,（2）取最短杆为机架为双曲柄机构。,其连架杆2和4均为曲柄,（3）最短杆的对边（杆3）为机架（最短杆为连杆）,两连架杆2和4都不能整周转动,故图所示为双摇杆机构。,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。,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。,二、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,曲柄滑块机构,演化：,图12 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，e0，滑块运动线与曲柄回转中心不共线；对心曲柄滑块机构，e=0，滑块运动线与曲柄回转中心共线；,应用：,活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。,特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。,滑块,导杆,e,曲柄滑块机构的应用：自动送料机构,2导杆机构,图a）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b）所示。,a.若L1L2，则为摆动导杆机构。,图13 牛头刨床的摆动导杆机构,回转导杆机构（简易刨床的主运动机构）,实例,3摇块机构,图a）所示的为曲柄滑块机构。,若取杆2为固定件，即可得图c）所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。,图14 自卸卡车翻斗机构及其运动简图,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。,4定块机构,若取块3为固定件，即可得图d）所示的固定滑块机构或称定块机构。,图a）所示曲柄滑块机构。,图15 所示为抽水唧筒机构及其运动简图,5偏心轮机构,图示为偏心轮机构。A、B之间的距离e称为偏心距。,e,在图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。,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。,曲柄移动导杆机构,将圆弧槽mm的半径逐渐增至无穷大，则图2b所示机构就演化为图示的机构。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。,（1）两个移动副不相邻，如图示。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，如图示这种机构的主动件1与从动件3具有相等的角速度。,滑块联轴器,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。,（4）两个移动副都与机架相关连。,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。,椭圆仪,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,3 四杆机构的特性,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27 曲柄摇杆机构的急回特性,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(t1t2)，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。,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，v1v2，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,整理后，可得极位夹角的计算公式：,K急回特性越显著导致机器动载 冲击,一般：K 2，为锐角。,1)压力角a(分析),从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。,a愈小，Fn越小，机构传动性能愈好。,Ft有效分力Fn有害分力,2压力角和传动角,图28 压力角与传动角,2)传动角连杆与从动件所夹的锐角g=900-a。,g越大，机构的传动性能越好，一般 gmin40,高速大功率机械g min50。,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。,g是连杆机构的重要动力指标；,g在机构运转时是变化的；,(分析),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：,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。,3死点,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。,死点的应用：如图所示工件夹紧装置，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。,死点,利用死点夹紧工件的夹具,