汽車機(jī)械基礎(chǔ)01汽車常用材料02汽車機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)03汽車常用機(jī)構(gòu)04汽車常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)目錄05識(shí)汽車支撐類零件06汽車聯(lián)接類零件3汽車常用機(jī)構(gòu)

任務(wù)描述：

汽車是由各種機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)特定形式運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的配氣機(jī)構(gòu)、汽車雨刮器、汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、汽車的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、汽車門(mén)窗升降機(jī)構(gòu)等，因此了解并研究各機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元1常用機(jī)構(gòu)基本概念

知識(shí)目標(biāo)：

（1）理解機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件的概念,并能結(jié)合汽車實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷；

（2）理解運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的概念。

技能目標(biāo)：

（1）能繪制汽車常用平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；

（2）能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確常用機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用，樹(shù)立科技創(chuàng)新的意識(shí)；

（2）明確汽車上常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，深刻意識(shí)到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元1常用機(jī)構(gòu)基本概念

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)的特征

機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱。

人類在長(zhǎng)期的生活和生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造和發(fā)展了機(jī)器。我們?nèi)粘Ｉ钪幸?jiàn)到的汽車、飛機(jī)、火車、輪船等都是機(jī)器。機(jī)器的種類很多，其結(jié)構(gòu)、功能各異，但從機(jī)器的組成原理、運(yùn)動(dòng)的確定性及其與功能關(guān)系來(lái)看，各種機(jī)器之間卻存在一些共同的特征。

從制造角度來(lái)分析機(jī)器，可以把機(jī)器看成由若干零件組成的。零件是指組成機(jī)器當(dāng)中不能再拆分的最小制造單元?！局R(shí)準(zhǔn)備】

內(nèi)燃機(jī)的組成如圖3-1-4（a）所示。它的功用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。其中當(dāng)燃?xì)馔苿?dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-1-4（b）帶動(dòng)曲軸作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換為曲軸的機(jī)械能。另外，通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-1-4（c）控制圖3-1-3-3專用零件

適時(shí)打開(kāi)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，保證燃?xì)舛〞r(shí)進(jìn)出汽缸；齒輪機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-1-4（d）保證進(jìn)、排氣門(mén)和活塞之間形成協(xié)調(diào)動(dòng)作。由此可見(jiàn)，機(jī)構(gòu)是機(jī)器的主要組成單位，從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)上看兩者并無(wú)區(qū)別?！局R(shí)準(zhǔn)備】

從上述例子可以看出，機(jī)器具有以下三個(gè)特征：

（1）機(jī)器一般是由多個(gè)構(gòu)件組成的，是人為組合的；

（2）各構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；

（3）機(jī)器實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換并完成有用功。

所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。工程中常用的是平面機(jī)構(gòu)，因此本章只討論平面機(jī)構(gòu)?！局R(shí)準(zhǔn)備】

二、運(yùn)動(dòng)副及其分類

機(jī)構(gòu)是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞或運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換的多構(gòu)件組合，那么由構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)時(shí)各構(gòu)件就不應(yīng)該再有各自獨(dú)立的自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然也不能連成剛體。為此必須以適當(dāng)?shù)姆绞较嗷ミB接，既對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)加以限制，又使彼此連接的兩構(gòu)件之間仍能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種兩個(gè)構(gòu)件間的可動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)副。機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞，都是通過(guò)運(yùn)動(dòng)副來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

兩構(gòu)件通過(guò)面與面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副，低副又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副：兩構(gòu)件只能在平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副見(jiàn)圖3-1-5（a）；兩構(gòu)件只能在平面內(nèi)作相對(duì)移動(dòng)的稱為移動(dòng)副見(jiàn)圖3-1-5（b）?！局R(shí)準(zhǔn)備】

三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

由于機(jī)構(gòu)的特性只與構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目以及它們之間相對(duì)位置的尺寸有關(guān)，而與構(gòu)件的形狀、截面尺寸及運(yùn)動(dòng)副具體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。所以，為了便于對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，通常不考慮構(gòu)件的外形、截面尺寸和運(yùn)動(dòng)副的實(shí)際構(gòu)造，而是按照一定的比例確定運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，用規(guī)定的符號(hào)和簡(jiǎn)單線條來(lái)表示運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，繪制出各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。【知識(shí)準(zhǔn)備】

四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

1.自由度和約束

自由度是衡量構(gòu)件具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的物理量。每個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，在自由狀態(tài)時(shí)都具有3個(gè)自由度。它們之間每組成一個(gè)低副時(shí)，就引入了2個(gè)約束條件，失去了2個(gè)自由度；每組成一個(gè)高副時(shí)，就引入了1個(gè)約束條件，失去了1個(gè)自由度?！局R(shí)準(zhǔn)備】

四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

2.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

（1）機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式

機(jī)構(gòu)的自由度是指機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)量，它取決于組成機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。

假設(shè)某平面機(jī)構(gòu)由n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、PL個(gè)低副和PH個(gè)高副所組成。由于一個(gè)不受約束構(gòu)件的平面運(yùn)動(dòng)有3個(gè)自由度，而一個(gè)低副有兩個(gè)約束條件，一個(gè)高副有一個(gè)約束條件，因此，平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為

F=3n-2PL-PH【知識(shí)準(zhǔn)備】

四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

2.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

（1）機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式

機(jī)構(gòu)的自由度是指機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)量，它取決于組成機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。

假設(shè)某平面機(jī)構(gòu)由n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、PL個(gè)低副和PH個(gè)高副所組成。由于一個(gè)不受約束構(gòu)件的平面運(yùn)動(dòng)有3個(gè)自由度，而一個(gè)低副有兩個(gè)約束條件，一個(gè)高副有一個(gè)約束條件，因此，平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為

F=3n-2PL-PH

【例3-2】計(jì)算如圖3-1-7所示內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度。

解：圖中曲軸6與齒輪4、齒輪5與凸輪3皆固連一起，故可分別視為一個(gè)構(gòu)件，

故可得：n=5，PL=6(其中有2個(gè)移動(dòng)副、4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副)，PH=2

因此，該機(jī)構(gòu)自由度為F=3×5-2×6-2=1

（2）計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

利用式（3-1）計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，還必須注意以下幾種特殊情況。

1）復(fù)合鉸鏈由三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件在一處組成的軸線重合的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。由k個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈，轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目應(yīng)為（k-1）個(gè)。圖3-1-8中，有三個(gè)構(gòu)件在A處匯交組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，它是由構(gòu)件1分別與構(gòu)件2和構(gòu)件3組成的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

任務(wù)描述：

生活中我們經(jīng)常可以看到，汽車車窗玻璃的雨刮器開(kāi)啟后，能夠左右擺動(dòng)刮走玻璃上的雨水；載重汽車的車廂能自動(dòng)升起完成卸貨；公交車門(mén)在開(kāi)啟按鈕后能自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，這些機(jī)構(gòu)裝置采用的是平面四桿機(jī)構(gòu)，平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式，它可以不斷地傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式，保證了汽車各系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此了解并研究平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元2平面連桿機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)：

（1）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)基本特征；

（2）掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)。

技能目標(biāo)：

（1）能繪制汽車常用平面四桿機(jī)構(gòu)；

（2）能分析平面四桿機(jī)構(gòu)工作過(guò)程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）明確平面四桿機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用，樹(shù)立科技創(chuàng)新的意識(shí)；

（2）明確汽車上平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，深刻意識(shí)到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元2平面連桿機(jī)構(gòu)【知識(shí)準(zhǔn)備】

四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)的一種形式。平面連桿機(jī)構(gòu)又稱平面低副機(jī)構(gòu)，是由若干個(gè)在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)行的剛性構(gòu)件通過(guò)平面低副連接而成。平面連桿機(jī)構(gòu)常以桿數(shù)來(lái)命名，如四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)等。最常見(jiàn)的是四桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是回轉(zhuǎn)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是平面四桿機(jī)構(gòu)中最基本形式。

平面四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)其是否含有移動(dòng)副，可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和滑塊四桿機(jī)構(gòu)兩大類。

一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件稱為機(jī)架，如圖3-2-1中的AD；與機(jī)架相連的兩個(gè)構(gòu)件和稱為連架桿；其中不能繞機(jī)架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿，能繞機(jī)架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄；不與機(jī)架相連的構(gòu)件稱為連桿。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)判別

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型與機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄有關(guān)?？梢哉撟C，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件是：

（1）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；

（2）連架桿與機(jī)架必有一個(gè)是最短桿。

由此可得如下結(jié)論：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則

（1）取與最短桿相鄰的桿做機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖3-2-13（a）；

（2）取最短桿為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-2-13（b）；

（3）取與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-2-13（c）。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3-2-13（d）。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)判別

二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)

在實(shí)際機(jī)械中，平面連桿機(jī)構(gòu)的類型是多種多樣的，但是絕大多數(shù)是在鉸接四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變而來(lái)的。通過(guò)用移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副、改變構(gòu)件的長(zhǎng)度、選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副等途徑，可以得到鉸接四桿機(jī)構(gòu)的其他的演化形式。

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)

用曲柄和滑塊來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)稱曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如圖3-2-14所示，機(jī)構(gòu)中與機(jī)架4構(gòu)成移動(dòng)副的構(gòu)件3稱為滑塊，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)和C連接曲柄1和滑塊的構(gòu)件2為連桿。

二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)

2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

如圖3-2-17所示，導(dǎo)桿均能繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如圖3-2-18所示，導(dǎo)桿4只能在某一角度內(nèi)擺動(dòng)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有很好的傳力性能，常用于插床、牛頭刨床和送料裝置等機(jī)器中。

二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)

3.曲柄搖塊機(jī)構(gòu)

若將圖3-2-15所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)件作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為如圖3-2-19所示的搖塊機(jī)構(gòu)。構(gòu)件l作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3只能繞機(jī)架往復(fù)擺動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)常用于擺缸式原動(dòng)機(jī)和氣、液壓驅(qū)動(dòng)裝置中，如圖3-2-20所示的自動(dòng)貨車翻斗機(jī)構(gòu)。3.梁彎曲時(shí)的內(nèi)力

（2）梁的基本分類

工程中，梁的結(jié)構(gòu)形式很多，但按其支座情況可分為以下三種形式。4.定塊機(jī)構(gòu)

若將圖3-2-15所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為如圖3-2-21所示的定塊機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)常用于抽油泵和手搖抽水唧筒圖3-2-22所示。

三、四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性

平面機(jī)構(gòu)的某些工作特性，不僅影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和傳力情況，而且還是一些機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)。

1.急回特性

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中主動(dòng)件曲柄做勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿做變速的往復(fù)擺動(dòng)。在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，一般只用一個(gè)行程完成工作，稱為工作行程；另外一個(gè)行程不承受工作載荷，稱為空回行程。

三、四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性

2.壓力角與傳動(dòng)角

平面連桿機(jī)構(gòu)不僅應(yīng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還應(yīng)具有運(yùn)轉(zhuǎn)輕便、效率高等良好的傳力性能。

三、四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性

3.死點(diǎn)位置

如圖3-2-25所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿CD為原動(dòng)件，曲柄AB為從動(dòng)件，則當(dāng)搖桿CD處于兩極限位置時(shí)，從動(dòng)曲柄AB與連桿BC共線，主動(dòng)搖桿CD通過(guò)連桿BC傳給從動(dòng)曲柄AB的作用力通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。此時(shí)，曲柄的壓力角α=90°（曲軸通過(guò)連桿作用于搖桿上C點(diǎn)的力F沿BC方向，它與受力點(diǎn)C的絕對(duì)速度vC之間所夾的銳角稱為壓力角，傳動(dòng)角γ=0°（壓力角的余角），連桿作用于曲柄上的力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩，無(wú)法推動(dòng)曲柄傳動(dòng)，所以曲柄不能轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)所處的這個(gè)位置，稱為死點(diǎn)位置。

三、四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性

3.死點(diǎn)位置

當(dāng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，從動(dòng)件將出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)方向不確定的現(xiàn)象。為使機(jī)構(gòu)能通過(guò)死點(diǎn)位置繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，需對(duì)從動(dòng)曲軸施加外力或采用安裝飛輪以增大從動(dòng)件的慣性力，使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿組中在曲軸上安裝飛輪，以保證機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置。

機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，從動(dòng)件會(huì)出現(xiàn)卡死或正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象。如縫紉機(jī)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)踏不動(dòng)或倒車現(xiàn)象，就是踏板機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置而引起的。

對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置是不利的，為了使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)死點(diǎn)位置，可利用慣性作用或?qū)膭?dòng)曲柄施加外力，使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)死點(diǎn)位置。例如家用縫紉機(jī)的大帶輪就起到飛輪的作用。

工程上，也常利用死點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的工作要求。如飛機(jī)機(jī)起落架機(jī)構(gòu)，當(dāng)飛機(jī)著陸時(shí)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，從而可承受較大的沖擊。

任務(wù)描述：

發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要機(jī)構(gòu)，工作時(shí)要求在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，氣門(mén)迅速打開(kāi)，隨即迅速關(guān)閉，然后保持不動(dòng)。這種要求用平面機(jī)構(gòu)是不能實(shí)現(xiàn)的，凸輪是完成這一功能的重要零件。通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，掌握凸輪機(jī)構(gòu)的分類和特點(diǎn)，了解凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行規(guī)律，能合理設(shè)計(jì)凸輪輪廓。單元3凸輪機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)：

（1）掌握凸輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用；

（2）掌握凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。

技能目標(biāo)：

（1）能分析凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

（2）能理解凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確凸輪機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用，樹(shù)立科技創(chuàng)新的意識(shí)；

（2）明確汽車上凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，深刻意識(shí)到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元3凸輪機(jī)構(gòu)

【知識(shí)準(zhǔn)備】

凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械工業(yè)中是一種常用機(jī)構(gòu)，例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)是通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制氣門(mén)的開(kāi)閉；柴油機(jī)的噴油泵供油、汽油泵的供油、分電器的配電等都要通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)控制；尤其在自動(dòng)化機(jī)械生產(chǎn)中用得更為廣泛。

一、凸輪機(jī)構(gòu)的類型

凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件（也稱推桿）和機(jī)架組成，它是一種高副機(jī)構(gòu)。一般情況下，凸輪為主動(dòng)件，且作連續(xù)的等速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件則按照預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

如圖3-3-1所示為盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。

如圖3-3-2所示為內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)。

【知識(shí)準(zhǔn)備】

二、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后按照這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓線。下面以尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓線之間的相互關(guān)系。如圖3-3-11所示，以凸輪輪廓的最小向徑ro為半徑所繪的圓稱為基圓。

【知識(shí)準(zhǔn)備】

從動(dòng)件的位移線圖取決于凸輪輪廓曲線的形狀。也就是說(shuō)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪的輪廓曲線一一對(duì)應(yīng)，從動(dòng)件的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。

下面介紹幾種常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

如圖3-3-12所示，從動(dòng)件推程作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移線圖為一斜直線，速度線圖為一水平直線。運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，從動(dòng)件速度由零突變?yōu)関o，理論上該處加速度a趨近+；同理，運(yùn)動(dòng)終止時(shí)，速度由vo突變?yōu)榱?，a趨近(材料有彈性變形，實(shí)際上不可能達(dá)到無(wú)窮大)。由此產(chǎn)生的巨大慣性力導(dǎo)致強(qiáng)烈沖擊。這種強(qiáng)烈沖擊稱為剛性沖擊，會(huì)造成嚴(yán)重危害。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律不宜單獨(dú)使用，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止段必須加以修正。

2.等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件在一個(gè)升程h中，前半段做等加速運(yùn)動(dòng)，后半段做等減速運(yùn)動(dòng)，其加速度的絕對(duì)值相等且為一常數(shù)。特點(diǎn)：加速度曲線有突變，加速度的變化率在這些位置為無(wú)窮大——柔性沖擊。適應(yīng)于中速輕載場(chǎng)合。如圖3-3-13所示

3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律(余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律)

點(diǎn)在圓周上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在這個(gè)圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移線圖的做法如圖3-3-14所示。把從動(dòng)件的行程h作為直徑畫(huà)半圓，將此半圓分為若干個(gè)等份(圖中為6等分)。再把凸輪推程運(yùn)動(dòng)角φ也分成相同的等份1，2，3，4，5，6，并作垂直直線，然后將圓周上的等分點(diǎn)投影到相應(yīng)的垂直線上。用光滑曲線連接這些點(diǎn)，便得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移線圖。

由圖3-3-14中的加速度線圖可見(jiàn)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和運(yùn)動(dòng)終止時(shí)，加速度數(shù)值有突變，導(dǎo)致慣性力突然變化而產(chǎn)生沖擊。但是此處加速度的變化量和沖擊都是有限的。這種加速度有限的沖擊稱為柔性沖擊，在高速狀態(tài)下也會(huì)產(chǎn)生不良的影響。因此，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律只宜用于中、低速凸輪機(jī)構(gòu)。只有當(dāng)從動(dòng)件進(jìn)行無(wú)停留的升—降—升連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，才可以獲得連續(xù)的加速度曲線，如圖3-3-14中的虛線所示，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用于高速傳動(dòng)。

任務(wù)描述：

汽車駐車制動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部裝有棘輪和棘爪的棘輪機(jī)構(gòu)，俗稱手剎系統(tǒng)。手剎手柄也有一個(gè)拉動(dòng)的行程。通常規(guī)定，當(dāng)手柄提拉到整個(gè)行程的70％時(shí)，手剎系統(tǒng)就應(yīng)該處于正常的剎車位置了，這個(gè)工作位置可以通過(guò)數(shù)棘輪的響聲來(lái)確定。棘輪機(jī)構(gòu)保證了汽車駐車系統(tǒng)的的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此了解并研究棘輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)：

（1）掌握凸輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用；

（2）掌握凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。

技能目標(biāo)：

（1）能分析凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

（2）能理解凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確凸輪機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用，樹(shù)立科技創(chuàng)新的意識(shí)；

（2）明確汽車上凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，深刻意識(shí)到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、棘輪機(jī)構(gòu)

1.棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型

如圖3-4-1（a）所示為外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)，主要由棘輪、驅(qū)動(dòng)棘爪、制動(dòng)爪及機(jī)架組成。擺桿空套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，并與驅(qū)動(dòng)棘爪用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，在曲柄的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)擺動(dòng)。彈簧用來(lái)使制動(dòng)爪和棘輪保持接觸。當(dāng)擺桿作逆時(shí)針?lè)较驍[動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，此時(shí)，制動(dòng)爪在棘輪的齒背上滑動(dòng)。當(dāng)擺桿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，制動(dòng)爪阻止棘輪向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)棘爪在棘輪齒背上滑動(dòng)，這時(shí)棘輪便靜止不動(dòng)。這樣，當(dāng)擺桿作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪便作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。如圖3-4-1（b）所示為內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)。（b）

內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、棘輪機(jī)構(gòu)

2.棘輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用

棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)角大小調(diào)節(jié)方便，缺點(diǎn)是傳動(dòng)力不大，且傳動(dòng)平穩(wěn)性差，只適用于轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合，如各種機(jī)床中的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)的另一個(gè)典型應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。圖3-4-5所示為自行車后軸的內(nèi)齒式雙棘爪結(jié)構(gòu)，其中棘輪與鏈輪固連，棘爪與車輪固連。腳踏的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)鏈條傳