Yang Guang

汽车机械基础—平面连杆机构和螺旋传动

一、平面连杆机构

平面四杆机构的特点

1.由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构,则称为平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式,也是组成多杆机构的基础。

2.优点:组成运动副的两构件之间为面接触,因而承受的压强小、便于润滑、磨损较轻,可以承受较大的载荷;构件形状简单,加工方便,工作可靠;从动件可实现多种形式的运动,满足多种运动规律的要求。

3.缺点:会引起运动误差,设计计算比较复杂,不易实现精确的复杂运动规律;运动时产生的惯性力不适用于高速场合。

平面四杆机构(低副机构)的类型——铰链四杆机构和滑块四杆机构

当平面四杆机构的运动副都是转动副时,称为铰链四杆机构。

特性:急回特性;存在死点位置(摇杆做主动件时,惯性过死点);连杆与曲柄重合无效果。

构件4固定不动,称为机架;构件1和3与机架相连,并绕A、D作定轴转动,称为连架杆,其中能绕机架作360°转动的连架杆称为曲柄,只能在一定角度内作摆动的连架杆称为摇杆;构件2与机架相对,称为连杆。若能作整周回转的连杆架称为曲柄,不能作整周回转的连杆架称为摇杆。铰链四杆机构共有三种基本形式:曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构中,两连架杆中一个为曲柄,另一个为摇杆,称为曲柄摇杆机构。

双曲柄机构

在铰链四杆机构中,若两连杆架均为曲柄,即连杆架都能相对于机架作整周转动,则该铰链四杆机构称为双曲柄机构。

当曲柄AB作匀速转动时,曲柄CD作变速转动,通过构件CF使筛子产生变速直线运动,筛子内的物料因惯性而来回抖动从而达到筛选的目的。没有死点位置。

在双曲柄机构中,若相对的两杆长度分别相等,则称为平行四边形机构。它有如图a所示的正平行双曲柄机构和如图b所示的反平行双曲柄机构两种形式。前者的运动特点是两曲柄的转向相同且角速度相等,连杆作平动。存在死点位置,一般用于摄影机升降;后者的运动特点是两曲柄的转向相反且角速度不等,一般用于公共汽车车门。

双摇杆机构(存在死点位置)

两个连杆架若都是摇杆,则称为双摇杆机构。

在双摇杆机构中,若两个摇杆长度相等,则称为等腰梯形机构。例如:汽车转弯时,4个车轮都在地面上作纯滚动,减小了转弯时轮胎相对地面滑动时的磨损。

平面四杆机构的演化—曲柄滑块机构(存在死点位置)

将曲柄摇杆机构的摇杆长度取无穷大时,曲柄摇杆机构中的摇杆将转化为沿直线运动的滑块,成为曲柄滑块机构。曲柄滑块机构广泛用于回转运动与往复移动之间的转换。在如图所示的汽车发动机活塞一连杆机构中,将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动,或是将活塞的往复运动转化为曲轴的回转运动。

在曲柄滑块机构中,如果曲柄很短,或要求的滑块行程很小时,可将转动副的尺寸扩大到超过曲柄长度,则曲柄就变成了偏心轮,含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。

二、螺旋传动

螺旋传动分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。主要用来把回转运动变为直线运动,同时传递运动和动力。它广泛用于机床和汽车的转向机构、起重设备、锻压机械、测量仪器等设备中。

1.传力螺旋

以传递动力为主,要求较小的力矩转动螺旋(或螺母),使其产生轴向运动和较大的轴向力,用来做起重或加压作用。主要承受很大的轴向力,一般只间歇工作,每次工作时间较短,工作速度不高,要求自锁,故一般用单线螺纹。

2.传导螺旋

以传递运动为主,有时也承受较大的轴向力,常用于机床刀架或工作台的进给机构中。一般在较长时间内的连续工作,速度较高,因此要求具有较高的传动精度。传导螺旋可用多线螺纹。

3.调整螺旋

用来调整和固定零件的相对位置,如机床、仪器及测试装置中的微调机构等。一般在空载下调整。螺纹机构的主要优点是结构简单、制造方便、传动平稳、承载能力大、易自锁等,因而得到广泛的应用。缺点是效率低、磨损快,不宜用于大功率传动。

4.滚珠螺旋机构

为了提高效率并减轻磨损,可采用以滚珠摩擦代替滑动摩擦的滚珠螺旋机构。特点是摩擦阻力小、传动效率高、运动稳定、动作灵敏,但结构复杂、尺寸大、制造技术要求高。目前,主要用于汽车的转向机构、精密设备以及各种自动控制装置中。

习题检测

判断题

1.在曲柄摇杆机构中,摇杆为主动件时,必产生“死点”。(√)

2.曲柄摇杆机构中,曲柄做主动件时,机构具有急回特性。(√)

3.汽车雨刷器的工作是曲柄摇杆机构的应用。(√)

4.曲柄摇杆机构处于死点位置时,只有害而无益。(×)

5. 曲柄摇杆机构中,曲柄摇杆都能做主动件。(√)

6.汽车转向机构中应用的是双曲柄机构。(×)   解析:汽车转向机构中应用的是双摇杆(等腰梯形)机构。

7.内燃机中实现曲轴回转运动的是曲柄滑块机构。(√)

8.曲柄滑块机构的运动可逆且有死点。(√)

9.螺旋传动主要用来将旋转运动变为直线运动,同时传动和动力。(√)

10.滑动螺旋机构传动效率低,但价格便宜,主要用于汽车转向机构。(×)  解析:滚动螺旋机构传动效率低,但价格便宜,主要用于汽车转向机构。

11.滚动螺旋传动摩擦阻力小,摩擦损失小,传动效率高,动作灵敏。(√)

选择题

12.曲柄摇杆机构中,以(B)为主动件,连杆与(A)处于共线位置时,该机构处于死点位置。

A.曲柄       B.摇杆       C.机架       D.连杆

13.下列属于曲柄摇杆机构的特点的是(B)

A.一连杆作整周运动,一连杆作往复运动

B.可用于连续摆动的装置

C.只可将连续转动变为往复摆动

D.只可将往复摆动变为连续摆动

14.当曲柄摇杆机构出现“死点”位置时,可(A,D),使其顺利通过死点位置。

A.在从动曲轴上加设飞轮

B.在主动曲柄上加设飞轮

C.减小从动曲柄质量

D.增加从动曲柄质量

15.对于家用缝纫机的踏板机构,一下论述不正确的是(C)

A.应用了曲柄摇杆机构,且主动件时踏板

B.利用了飞轮帮助其客服死点

C.踏板相当于曲轴摇杆机构中的曲柄

D.该机构时低副机构

16.铰链四杆机构承载能力强的原因是(A)

A.低副机构     B.高副机构      C.润滑良好       D.四个杆均是刚性构件

17.正平行双曲柄机构运动存在不确定性的原因是(D)

A.是低副机构      B.运动中有误差          C.转速较高            D.机构存在死点

18.摄影升降机是运用(B)机构进行工作的

A.曲柄摇杆           B.正平行双曲柄             C.双曲柄             D.反平行双曲柄

19.汽车窗雨刷器运用的是(B)机构工作的

A.双曲柄         B.曲柄摇杆          C.双摇杆            D.反平行双曲柄

20.惯性筛是利用了(C)机构工作的

A.反平行双曲柄         B.双摇杆            C.曲柄长度不相等的双曲柄                D.正平行双曲柄

21.曲柄滑块机构存在死点时,主动件一定为(C)

A.连杆         B.机架           C.滑块            D.曲柄

22.在曲柄滑块机构的应用中,也可以用一个偏心轮来代替(A)

A.曲柄          B.机架        C.滑块         D.连杆

填空题

23.曲柄摇杆机构中固定不动的构件是(机架),作整周回转运动的连杆架是(曲柄),作往复摆动的连架杆是(摇杆),既不是曲柄又不是摇杆的可动杆是(连杆)。

24.在曲柄滑块机构中,若以曲柄为主动件,则可以把曲柄的回转运动转换为滑块的往复直线运动。

25.在对心曲柄滑块机构中,若曲柄长为20mm,则滑块的行程为40mm.

简答题

26.铰链四杆机构能实现精确的运动规律?

不能。

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