《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》課件.ppt

汽車機(jī)械基礎(chǔ) 機(jī)電工程系 汽車機(jī)構(gòu)分析 第11章機(jī)構(gòu)的組成及汽車常用機(jī)構(gòu) 研究?jī)?nèi)容 1 研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 2 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類 3 研究機(jī)構(gòu)的組成原理 研究目的 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中 需要知道機(jī)構(gòu)是怎樣組合起來(lái)的 而且在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動(dòng) 對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的研究還可以為新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造提供途徑 通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與分類 可以為舉一反三地研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析提供方便 第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組成與運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 一 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)是由各個(gè)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單元組成 1 構(gòu)件構(gòu)件 link 機(jī)器中每一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體 2 運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副 kinematicspair 例如軸與軸襯的配合 滑塊與導(dǎo)軌的接觸 一 機(jī)構(gòu)的組成 兩齒輪輪齒的嚙合 球面與平面的接觸 圓柱與平面的接觸 齒輪副 平面機(jī)構(gòu)構(gòu)件在同一平面或在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 常用的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為平面機(jī)構(gòu) 空間機(jī)構(gòu)至少有兩個(gè)構(gòu)件能在三維空間中相對(duì)運(yùn)動(dòng) 空間任意兩個(gè)構(gòu)件1與2 當(dāng)它們尚未構(gòu)起運(yùn)動(dòng)副之前 構(gòu)件1相對(duì)于構(gòu)件2共有6個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的自由度 當(dāng)兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副 則兩者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)便受到一定的約束 其相對(duì)運(yùn)動(dòng)自由度減少的數(shù)目就等于該運(yùn)動(dòng)副所引入的約束的數(shù)目 兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副后所受到的約束數(shù)最少為1 而最多為5 二 自由度 約束與運(yùn)動(dòng)副 自由度 約束 對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制 構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目 運(yùn)動(dòng)副的分類 1 按兩構(gòu)件的接觸情況進(jìn)行分 點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為高副 面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副則稱為低副 2 按兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同分 轉(zhuǎn)動(dòng)副或回轉(zhuǎn)副 移動(dòng)副 螺旋副 球面副 平面運(yùn)動(dòng)副 空間運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)副的符號(hào) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 移動(dòng)副 凸輪副 齒輪副 運(yùn)動(dòng)副的符號(hào) 三 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)表示組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副 并按一定的比例尺表示運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置的簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 繪制步驟如下 1 分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況 定出其原動(dòng)部分 工作部分 搞清楚傳動(dòng)部分 2 合理選擇投影面及原動(dòng)件適當(dāng)?shù)耐队八矔r(shí)位置 3 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?scale 4 用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)繪圖 5 檢驗(yàn) 顎式碎石機(jī) a b 四 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目 稱為機(jī)構(gòu)的自由度 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)的自由度必須大于或等于l 且機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目 如圖 只有在給構(gòu)件4確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律后 此時(shí)系統(tǒng)才成為機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)自由度 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 原動(dòng)件數(shù) F 機(jī)構(gòu)破壞 原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)自由度 鉸鏈五桿機(jī)構(gòu) 原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)自由度數(shù) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定 任意亂動(dòng) 構(gòu)件間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 剛性桁架 多一個(gè)約束 超靜定桁架 四 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 F 0 構(gòu)件間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 不成為機(jī)構(gòu) F 0 原動(dòng)件數(shù) F 運(yùn)動(dòng)確定 原動(dòng)件數(shù) F 運(yùn)動(dòng)不確定 原動(dòng)件數(shù) F 機(jī)構(gòu)破壞 四 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 1 復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接 若有m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈 joint 相聯(lián)接時(shí) 其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)應(yīng)等于 m 1 個(gè) 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 2 局部自由度在有些機(jī)構(gòu)中 某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng) 并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng) 我們把這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度 如圖所示 在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí) 應(yīng)從機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式中將局部自由度減去 凸輪機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 對(duì)于圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度為F 3 3 2 4 0 1F 3 2 2 2 1 1 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 3 虛約束在機(jī)構(gòu)中 有些運(yùn)動(dòng)副帶入的約束 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用 我們把這類約束稱為虛約束 在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)將這類虛約束除去 機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在下列情況 1 在機(jī)構(gòu)中如果兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接其聯(lián)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合 則該聯(lián)接將帶入1個(gè)虛約束 F 3 n 2Pl Ph 3 4 2 6 0錯(cuò)F 3 n 2Pl Ph 3 3 2 4 1對(duì) 多余約束 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 2 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副 且移動(dòng)方向彼此平行 如圖2 14所示 則只能算一個(gè)移動(dòng)副 圖2 14 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 如果兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副 且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合 如2 15所示 則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合 圖2 15 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副 且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合 如圖2 16所示 則只能算一個(gè)平面高副 機(jī)構(gòu)對(duì)稱 圖2 16 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 3 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 若兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變 則如用雙轉(zhuǎn)動(dòng)副桿將此兩點(diǎn)相聯(lián) 也將帶入1個(gè)虛約束 圖2 17所示 F 3 n 2Pl Ph 3 4 2 6 0錯(cuò)F 3 n 2Pl Ph 3 3 2 4 1對(duì) 圖2 17 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 4 在機(jī)構(gòu)中 某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束亦為虛約束 軌跡重合 F 3 n 2Pl Ph 3 5 2 5 6 1錯(cuò)F 3 n 2Pl Ph 3 3 2 3 2 2對(duì) 圖2 18 五 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu) 一 平面連桿機(jī)構(gòu) 用低副連接而成的平面機(jī)構(gòu) 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1 能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式 如 轉(zhuǎn)動(dòng) 擺動(dòng) 移動(dòng) 平面運(yùn)動(dòng) 2 運(yùn)動(dòng)副為低副 面接觸 承載能力大 便于潤(rùn)滑 壽命長(zhǎng) 幾何形狀簡(jiǎn)單 便于加工 成本低 運(yùn)動(dòng)規(guī)律豐富 可以滿足不同軌跡的要求 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 3 缺點(diǎn) 1 有較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)鏈 使連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差 降低機(jī)械效率 2 連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運(yùn)動(dòng) 它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除 增加機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷 所以連桿機(jī)構(gòu)一般不宜用于高速傳動(dòng) 3 只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 4 設(shè)計(jì)復(fù)雜 一 平面連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際中用處較多 如圖a中的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖b中的溜冰鞋剎車機(jī)構(gòu)和圖c中的夾子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) a b c 所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 二 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 4 機(jī)架 1 3 連架桿 定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2 連桿 平面運(yùn)動(dòng) 整轉(zhuǎn)副 二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)為整周轉(zhuǎn)動(dòng) 擺動(dòng)副 二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)不為整周轉(zhuǎn)動(dòng) 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2 雙曲柄機(jī)構(gòu)3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄 作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿 搖桿 非整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中 若兩個(gè)這架稈中一個(gè)為曲柄 另一個(gè)為搖桿 則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)曲柄為原動(dòng)件 搖桿為從動(dòng)件時(shí) 可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動(dòng) 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中 若兩個(gè)這架桿都是曲柄 則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu) 在雙曲柄機(jī)構(gòu)中 若其相對(duì)兩桿平行且相等 則成為平行四邊形機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿都是搖桿 則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu) double rockermechanism 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 二 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏距ee 0 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e 0 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 構(gòu)件3為機(jī)架 移動(dòng)導(dǎo)桿 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 構(gòu)件4為機(jī)架 曲柄滑塊 構(gòu)件1為機(jī)架 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿 構(gòu)件2為機(jī)架 曲柄搖塊 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 四 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì) 1 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 若1和4能繞A整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 則存在兩個(gè)特殊位置a d b c 1 b c d a即a b c d 2 c b d a即a c b d 3 a d b c 1 b c d a即a b c d 2 c b d a即a c b d 3 1 2 得2a b d 2c b d即a c 1 3 得a b 2 3 得a d 由此可見(jiàn) 兩構(gòu)件作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的條件 整轉(zhuǎn)副存在的條件 1 此兩構(gòu)件中必有一構(gòu)件為運(yùn)動(dòng)鏈中的最短構(gòu)件 2 最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和小于等于其它兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和 桿長(zhǎng)之和的條件 1 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為兩大類 1 最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和大于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和 所有運(yùn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副 均為雙搖桿機(jī)構(gòu) 2 最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和小于等于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和 最短構(gòu)件上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副 取最短構(gòu)件為機(jī)架 雙曲柄機(jī)構(gòu) 取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 取最短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架 雙搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 AC1E b a e AC2E a b e 即有曲柄的條件 b a ee 0 b a 原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 從動(dòng)件正行程和反行程的平均速度不相等 二 行程速度變化系數(shù) 1 機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性 2 行程