典型机构及机构系统分析实验b讲解

典型机构系统分析实验 汽车典型机构,一.实验目的,通过对典型机构（汽车内部典型机构）的认知和分析，深入了解机械中各种相关机构在机器中的作用及其工作原理，提高对专业学习的兴趣和对机构进行初步分析的能力。,二.实验设备,1. G-1011型汽车动力传动系统 2. G-3062型汽车转向系统 3. G-3039型FF汽车变速器系统,汽车发动机系统,汽车发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多都是热能动力装置，或简称热机。在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 热机有： 内燃机：直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。 外燃机：包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。 内燃机与外燃机相比，具有结构紧凑、体积小、质量轻和容易起动等许多优点。因此，内燃机尤其是活塞式内燃机被极其广泛地用作汽车动力。,一.汽车发动机的类型,1.按活塞运动方式的不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。,2.根据所用燃料种类，活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。,3.按冷却方式的不同，活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种。,4.往复活塞式内燃机还按其在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数进行分类。活塞式内燃机每完成一个工作循环，便对外作功一次，不断地完成工作循环，才使热能连续地转变为机械能。在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机，而活塞往复两个行程便完成一个工作循环的则称作二冲程往复活塞式内燃机。,5.按照气缸数目分类可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。,6. 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。,7.按进气状态不同，活塞式内燃机还可分为增压和非增压两类。若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。,1.汽车发动机的基本结构,二.汽车发动机的基本结构,汽车发动机（往复活塞式内燃机）的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。,进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。,3.汽车发动机的工作原理,（1）四冲程汽油机工作原理 四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。因此，活塞行程可分别用四个过程命名。,a.进气行程 b.压缩行程 c.作功行程 d.排气行程,1.曲柄连杆机构,曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件,用来传递力和改变运动方式。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。,工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。,（1）机体组的功用及组成,现代汽车发动机机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。,（2）活塞连杆组和曲轴飞轮组的功用及组成,活塞连杆组和曲轴飞轮组是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。,（3）曲拐布置与多缸发动机的工作顺序,各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐布置就只取决于发动机工作顺序。,四冲程直列四缸发动机的发火间隔角为720°/4180°。4个曲拐在同一平面内。发动机工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循环见下表2-1及表2-2。,直列四缸发动机曲拐布置,对于四冲程发动机来说，每四个活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。,飞轮是转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在作功行程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太甚。,（4）飞轮的作用,除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。,（4）曲轴的结构和平衡,曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。单缸发动机的曲轴只有一个曲拐，多缸直列式发动机曲轴的曲拐数与气缸数相同，V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。将若干个单元曲拐按照一定的相位连接起来再加上曲轴前、后端便构成一根曲轴。多数发动机的曲轴，在其曲柄臂上装有平衡重。,2.配气机构,配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。,气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。,变速器,变速器是汽车传动系统的主要总成之一。它的功用是：,一变速器的功用,1. 改变传动比，从而改变传递给驱动轮的转矩和转速； 2. 在发动机的旋转方向不变的情况下使汽车倒退行驶； 3. 在汽车启动、变速、换挡、滑行或进行动力输出时，都需要切断发动机与传动机与传动系统的动力传递。,三变速器的组成,变速器由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的大小及方向；操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换档，以达到变速变矩。,二变速器的类型,1. 按传动比变化方式的不同，变速器可分为有级式、无级式和综合式3种。 2. 按换档操纵方式的不同，变速器可分为手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式3种。,变速器的变速传动机构,主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。利用不同齿数的齿轮对相互啮合，以改变变速器的传动比；通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。,常见的换档方式,同步器构造及工作原理,同步器是利用摩擦原理实现同步的，现代汽车上广泛使用的是惯性式同步器，可以从结构上保证待啮合的接合套与接合齿轮的花键齿在达到同步之前不可能接触，可以避免齿间冲击和噪音。,1锁环式惯性同步器,四.变速器的结构,两轴式变速器的结构,三轴式变速器的结构,2. 远距离操纵机构,当变速器在汽车上的布置离驾驶员座位较远时，需要在变速杆与拨叉轴之间加装一套传动机构或辅助杠杆，实现对变速器的远距离操纵。此时，操纵机构由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成。,外部操纵机构：从变速杆到选档换档轴之间的所有传动件。实现对变速器的远距离操纵。,万向传动装置,一. 万向传动装置的组成和功用,万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，当传动轴比较长时，还要加中间支承。其功用是在轴线相交且相对位置经常变化的两转轴间可靠地传递动力。,如果万向传动装置传递的动力较远，传动轴中间会分段，并加中间支承。,二.万向传动装置在汽车上的应用场合,1.变速器与驱动桥之间,2.变速器与分动器之间、分动器与驱动桥之间,3.驱动桥与驱动轮之间,三.万向节,如果万向节在扭转方向没有弹性、动力靠零件的铰链式连接传递，是刚性万向节，刚性万向节又分为不等速万向节（如十字轴式万向节）、准等速万向节（如双联式、三销轴式等）和等速万向节（如球叉式、球笼式等）。 如果万向节在扭转方向有一定弹性、动力靠弹性零件传递、且有缓冲减振作用，是弹性万向节。 汽车上应用较多的是刚性万向节。,1.十字轴式刚性万向节,十字轴式刚性万向节结构简单、工作可靠、且允许所连接的两轴之间有较大交角，在汽车上应用最为普遍。,十字轴式万向节传动的等速条件 （1）采用双万向节传动； （2）第一万向节两轴间的夹角1与第二万向节两轴间的夹角2 相等； （3）第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉在同一平面内。,（1）球叉式万向节,3.等速万向节,球叉式万向节等角速传动的特点是，钢球中心P（即传力点）始终位于两轴交角的平分面内。,（2）球笼式万向节,固定型球笼式万向节（RF节）,驱动桥,一.驱动桥的组成、功用及结构类型,1.驱动桥的组成,驱动桥由主减速器、差速器、半轴、万向节、驱动桥壳（或变速器壳体）和驱动车轮等零部件组成。,二.差速器,差速器的功用是既能向两侧驱动轮传递转矩，又能使两侧驱动轮以不同转速转动，以满足转向等情况下内外驱动轮要以不同转速转动的需要。,从汽车转向时驱动轮的运动示意图可以看出，转向时外侧车轮滚过的路程长，内侧车轮滚过的路程短，要求外侧车轮转速快于内侧车轮，即希望内外侧车轮转速不同。 若两侧车轮都固定在同一刚性轴上，两轮角速度相等，则此时外轮必然是边滚动边滑动，内轮必然是边滚动边滑转。,即使在直线路面上行驶时，由于路面不平，或在平直路面上行驶，由于轮胎大小误差、承受载荷不同、充气压力不等，各车轮的滚动半径实际不可能相等，因此，车轮对路面的滑动必然存在。 车轮对路面的滑动会加速轮胎磨损，增加汽车动力消耗，使制动性能变差，汽车转向困难。因此在汽车结构上必须保证两侧驱动轮有可能以不同转速转动，就必须将两侧车轮的驱动轴断开（称为半轴），而由主减速器从动齿轮通过差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮。,通过运动学分析可以掌握差速器的差速原理；通过动力学分析可以掌握其转矩分配特性。 内摩擦力矩很小的对称式锥齿轮差速器的运动学和动力学特性可以概括为“差速但不差转矩”，即可以使两侧驱动轮以不同转速转动，但不能改变传给两侧驱动轮的转矩。,对称式锥齿轮差速器差速原理: 对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。差速器壳3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架，因为它又与主减速器的从动齿轮6固连在一起，故为主动件，设其角速度为0；半轴齿轮1和2为从动轮，其角速度分别为1和2。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心为C， A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为r。 当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处于同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为0r。于是1= 2= 0，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。 当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度4自转时，啮合点A的圆周速度为1r= 0r+ 4r4，啮合点B的圆周速度为2r= 0r- 4r4其中，r4为行星齿轮半径，于是： 1r +2r = （0r+ 4r4 ）+（0r- 4r4） 即 1 +2 = 20 或 n1+n2=2n0 上式为两半轴齿轮直径相等的对称式锥齿轮差速器的运动特性方程式。它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮的转速无关。因此在汽车转弯行驶或其他行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同的转速在地面上滚动