典型机构及机构系统分析实验a.ppt
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1、典型机构及机构系统分析实验 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,三.实验内容及原理,汽车动力传动系统,1-离合器 2-变速器 3-万向节 4-驱动桥 5-差速器 6-半轴 7-主减速器 8-传动轴,1汽车动力传动系统的组成,机械式传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成。其中万向传动装置由万向节和传动轴组成,驱动桥
2、由主减速器和差速器组成。,液力机械式传动系统主要由液力变矩器、自动变速器、万向传动装置和驱动桥组成。,2汽车动力传动系统的功用,(1)减速增矩 发动机输出的动力具有转速高、转矩小的特点,无法满足汽车行驶的基本需要,通过传动系统的主减速器,可以达到减速增矩的目的,即传给驱动轮的动力比发动机输出的动力转速低,转矩大。 (2)变速变矩 发动机的最佳工作转速范围很小,但汽车行驶的速度和需要克服的阻力却在很大范围内变化,通过传动系统的变速器,可以在发动机工作范围变化不大的情况下,满足汽车行驶速度变化大和克服各种行驶阻力的需要。 (3)实现倒车 发动机不能反转,但汽车除了前进外,还要倒车,在变速器中设置倒
3、档,汽车就可以实现倒车。 (4)必要时中断传动系统的动力传递 起动发动机、换档过程中、行驶途中短时间停车(如等候交通信号灯)、汽车低速滑行等情况下,都需要中断传动系统的动力传递,利用变速器的空档可以中断动力传递。 (5)差速功能 在汽车转向等情况下,需要两驱动轮能以不同转速转动,通过驱动桥中的差速器可以实现差速功能。,3动力传动系统的布置方案,(1)发动机前置后轮驱动(FR)方案(简称前置后驱动) 主要用于货车、部分客车和部分高级轿车。,2前置前驱动(FF) 主要用于轿车和微型、轻型客车等。,(1)发动机横置 特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线平行,主减速器可以采用圆柱齿轮传动。,(2)发动机纵置
4、 特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线垂直,主减速器必须采用圆锥齿轮传动。,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
5、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。以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称作汽油机和柴油机。使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机。,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。以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式内燃机,而以空气为冷却介质的则称作风冷式内燃机。,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
6、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。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。,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,但为了降低高度,有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的;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
7、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。增压可以提高内燃机功率。,1.汽车发动机的基本结构,二.汽车发动机的基本结构、基本术语及工作原理,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
8、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,(2)四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气等四个过程,在各个活塞行程中,进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同,使柴油机和汽油机在混合气形成方法及着火方式上有着根本的差别。,a.进气行程 b.压缩行程 c.作功行程 d.排气行程,(3)二冲程
9、汽油机工作原理 二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内燃机中,常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程。,(4)二冲程柴油机工作原理,a.第一行程活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点。当活塞还处于下止点位置时,进气孔和排气门均已开启。扫气泵将纯净的空气增压到0.120.14MPa后,经空气室和进气孔送入气缸,扫除其中的废气。废气经气缸顶部的排气门排出。当活塞上移将进气孔关闭的同时,排气门也关闭,进入气缸内的空气开始被压缩。活塞运动至上止点,压缩过程结
10、束。,b.第二行程活塞由上止点移至下止点。当压缩过程终了时,高压柴油经喷油器喷入气缸,并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体推动活塞作功。当活塞下移2/3行程时,排气门开启,废气经排气门排出。活塞继续下移,进气孔开启,来自扫气泵的空气经进气孔进入气缸进行扫气。扫气过程将持续到活塞上移时将进气孔关闭为止。,三.汽车发动机的总体构造,发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机,还是柴油机;无论是四行程发动机,还是二行程发动机;无论是单缸发动机,还是多缸发动机,要完成能量转换,实现工作循环,保证长时间连续正常工作,都必须具备以下一些机构和系统。,汽油机由以下两大机构和五大系统组成,即由曲柄
11、连杆机构,配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统组成;,柴油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成,柴油机是压燃的,不需要点火系统。,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
12、。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
13、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,四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置:四行程直列六缸发动机发火间隔角为720/6=120,六个曲拐分别布置在三个平面内,发火顺序是1-5-3-6-2-4,其工作循环表见表2-3。,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
14、、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
15、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。按单元曲拐连接方法的不同,曲轴分为整体式和组合式两类。,现代轿车特别重视乘坐的舒适性和噪声水平,为此必须将引起汽车振动和噪声的发动机不平衡力及不平衡力矩减小到最低限度。,在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩。 对于曲拐呈镜像对称布置的四缸和六缸等发动机
16、,其旋转惯性力及旋转惯性力矩是外部平衡的,但内部不平衡,曲轴仍承受内弯矩的作用。 若在曲轴的曲柄臂上都装设平衡重则称完全平衡法。若只在部分曲柄臂上都装设平衡重则称分段平衡法。,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。,(1)配气机构的功用及组成,目前,四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求,定时开启和关闭各缸的进、排气门,使新气进入气缸,废气从气缸排出。 气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成,每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴
17、的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门,即进、排气门置于气缸盖内,倒挂在气缸顶上。,凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。,凸轮轴传动机构,凸轮轴由曲轴驱动,其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。,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
18、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。,有级式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
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