《汽車機械基礎》課件[高教課堂]

1、汽車機械基礎,機電工程系,汽車機構分析,1,藤蔓課堂,第11章 機構的組成及汽車常用機構,研究內容： (1) 研究機構的組成及其具有確定運動的條件； (2) 根據(jù)結構特點進行機構的結構分類； (3) 研究機構的組成原理。 研究目的： 在機構設計中，需要知道機構是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動；對機構組成原理的研究還可以為新機構的創(chuàng)造提供途徑；通過對機構的結構分析與分類，可以為舉一反三地研究機構的運動分析和動力分析提供方便。,2,藤蔓課堂,第一節(jié) 機構的組成與運動簡圖,一、機構的組成 機構是由各個具有確定相對運動的運動單元組成。 1. 構件 構件(link)機器中每一個獨立的

2、運動單元體。 2. 運動副 由兩個構件組成的可動的聯(lián)接稱為運動副(kinematics pair)。例如軸與軸襯的配合，滑塊與導軌的接觸。,3,藤蔓課堂,一、機構的組成,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,4,藤蔓課堂,平面機構 構件在同一平面或在相互平行的平面內運動的機構。 （常用的機構大多數(shù)為平面機構） 空間機構 至少有兩個構件能在三維空間中相對運動。,5,藤蔓課堂,空間任意兩個構件1與2，當它們尚未構起運動副之前，構件1相對于構件2共有6個相對運動的自由度。當兩構件以某種方式相聯(lián)接而構成運動副，則兩者間的相對運動便受到一定的約束，其相對運動自由度減少的數(shù)目就等

3、于該運動副所引入的約束的數(shù)目。兩構件構成運動副后所 受到的約束數(shù)最少為1，而最多為5。,二、自由度、約束與運動副,自由度：,約 束：對獨立運動的限制,構件含有獨立運動的數(shù)目,6,藤蔓課堂,運動副的分類：,(1) 按兩構件的接觸情況進行分：點或線接觸而構成的運動副統(tǒng)稱為高副；面接觸而構成的運動副則稱為低副。 (2) 按兩構件之間的相對運動的不同分：轉動副或回轉副、移動副、螺旋副、球面副、平面運動副、空間運動副。,7,藤蔓課堂,運動副的符號,轉動副：,移動副：,8,藤蔓課堂,凸輪副：,齒輪副：,運動副的符號,9,藤蔓課堂,三、機構運動簡圖,用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構的構件和運動副，并按一

4、定的比例尺表示運動副的相對位置的簡單圖形稱為機構運動簡圖。繪制步驟如下： (1) 分析機構的運動情況，定出其原動部分、工作部分，搞清楚傳動部分。 (2) 合理選擇投影面及原動件適當?shù)耐队八矔r位置。 (3) 選擇適當?shù)谋壤?scale)。 (4) 用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。 (5) 檢驗。,10,藤蔓課堂,顎式碎石機,a,b,11,藤蔓課堂,四、機構具有確定運動的條件,機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，稱為機構的自由度。 機構具有確定運動的條件：機構的自由度必須大于或等于l，且機構原動件的數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目。 如圖，只有在給構件4 確定運動規(guī)律后，此時系統(tǒng) 才成為

5、機構。,12,藤蔓課堂,平面機構自由度,平面機構自由度計算公式,（原動件數(shù)F，機構破壞） 原動件數(shù)=機構自由度,13,藤蔓課堂,鉸鏈五桿機構：,原動件數(shù)機構自由度數(shù)，機構運動不確定（任意亂動）,14,藤蔓課堂,構件間沒有相對運動機構剛性桁架,（多一個約束）超靜定桁架,四、機構具有確定運動的條件,15,藤蔓課堂,F0，構件間無相對運動，不成為機構。,F0，,原動件數(shù)=F，運動確定,原動件數(shù)F，運動不確定,原動件數(shù)F，機構破壞,四、機構具有確定運動的條件,16,藤蔓課堂,1. 復合鉸鏈：兩個以上的構件同在一處以轉動副相聯(lián)接。 若有m個構件以復合鉸鏈(joint)相聯(lián)接時，其構成的轉動副數(shù)應等于(m

6、-1)個。,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,17,藤蔓課堂,2. 局部自由度 在有些機構中，某些構件所產生的局部運動，并不影響其他構件的運動。我們把這種局部運動的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計算機構的自由度時，應從機構自由度的計算公式中將局部自由度減去。,凸輪機構三維實體圖,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,18,藤蔓課堂,對于圖示凸輪機構自由度為 F=33-24-0=1 F=32-22-1=1,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,19,藤蔓課堂,3. 虛約束 在機構中，有些運動副帶入的約束，對機構的運動實際上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機構的自由度時應將這

7、類虛約束除去。 機構中的虛約束常發(fā)生在下列情況： 1) 在機構中如果兩構件用轉動副聯(lián)接其聯(lián)接點的運動軌跡重合，則該聯(lián)接將 帶入1個虛約束。 F=3*n2PlPh=3*42*6=0 錯 F=3*n2PlPh=3*32*4=1 對,多余約束,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,20,藤蔓課堂,2) 如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方向彼此平行(如圖2-14所示)，則只能算一個移動副。,圖2-14,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,21,藤蔓課堂,如果兩構件在多處相配合而構成轉動副，且轉動軸線重合(如2-15所示)，則只能算一個轉動副（轉動軸線重合）。,圖2-15,五、計算平面機構自由

8、度時應注意的事項,22,藤蔓課堂,如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合(如圖2-16所示)，則只能算一個平面高副（機構對稱）。,圖2-16,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,23,藤蔓課堂,3)在機構運動的過程中，若兩構件上某兩點之間的距離始終保持不變，則如用雙轉動副桿將此兩點相聯(lián)，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。 F=3*n-2Pl-Ph=3*4-2*6=0 錯 F=3*n-2Pl-Ph=3*3-2*4=1 對,圖2-17,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,24,藤蔓課堂,4)在機構中，某些不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束亦為虛約束（軌跡重合

9、）。 F=3*n-2Pl-Ph=3*5-2*5-6=-1 錯 F=3*n-2Pl-Ph=3*3-2*3-2=2 對,圖2-18,五、計算平面機構自由度時應注意的事項,25,藤蔓課堂,第二節(jié) 平面連桿機構,一、平面連桿機構：,用低副連接而成的平面機構。,平面連桿機構的特點：,1、能實現(xiàn)多種運動形式。如：轉動，擺動，移動，平面運動,2、運動副為低副：,面接觸：,承載能力大；便于潤滑。壽命長,幾何形狀簡單便于加工，成本低。,運動規(guī)律豐富，可以滿足不同軌跡的要求,26,藤蔓課堂,平面連桿機構的特點,3.缺點： 1) 有較長的運動鏈，使連桿機構產生較大的積累誤差，降低機械效率。 2) 連桿及滑塊的質心都

10、在作變速運動，它們所產生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，增加機構的動載荷。所以連桿機構一般不宜用于高速傳動。 3)只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律； 4)設計復雜,27,藤蔓課堂,一、平面連桿機構,連桿機構在實際中用處較多，如圖a中的機械手驅動機構，圖b 中的溜冰鞋剎車機構和圖c中的夾子驅動機構。,a,b,c,28,藤蔓課堂,所有運動副均為轉動副的平面四桿機構,二、平面四桿機構的基本型式,一、鉸鏈四桿機構：,29,藤蔓課堂,4機架,1，3連架桿,定軸轉動,2連桿,平面運動,整轉副：,二構件相對運動為整周轉動。,擺動副：,二構件相對運動不為整周轉動。,一、鉸鏈四桿機構,30,藤蔓課堂,鉸鏈四桿機

11、構的基本形式： 1）曲柄搖桿機構 2）雙曲柄機構 3）雙搖桿機構,曲柄：,作整周轉動的連架桿,搖桿：,非整周轉動的連架桿,一、鉸鏈四桿機構,31,藤蔓課堂,1.曲柄搖桿機構,在鉸鏈四桿機構中，若兩個這架稈中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構稱為曲柄搖桿機構；當曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續(xù)轉動轉變成搖桿的往復擺動。,32,藤蔓課堂,2.雙曲柄機構,在鉸鏈四桿機構中，若兩個這架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機構。在雙曲柄機構中，若其相對兩桿平行且相等，則成為平行四邊形機構。,33,藤蔓課堂,鉸鏈四桿機構中兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機構(double-rocker mechanis

12、m)。,3.雙搖桿機構,34,藤蔓課堂,二、鉸鏈四桿機構的演化,35,藤蔓課堂,1.曲柄滑塊機構,偏距e e0，偏置曲柄滑塊機構 e=0， 對心曲柄滑塊機構,36,藤蔓課堂,構件3為機架移動導桿,曲柄滑塊機構：,構件4為機架曲柄滑塊,構件1為機架轉動導桿,構件2為機架曲柄搖塊,1.曲柄滑塊機構,37,藤蔓課堂,四、鉸鏈四桿機構的基本性質,1.平面四桿機構有曲柄的條件,若1和4能繞A整周相對轉動，則存在兩個特殊位置 a+db+c (1) bc+d-a即a+bc+d (2) cb+d-a即a+cb+d (3),38,藤蔓課堂,a+db+c (1) bc+d-a即a+bc+d (2) cb+d-a即

13、a+cb+d (3) (1)+(2)得2a+b+d2c+b+d即ac (1)+(3)得 ab; (2)+(3)得 ad,由此可見：兩構件作整周相對轉動的條件：(整轉副存在的條件) （1）此兩構件中必有一構件為運動鏈中的最短構件。 （2）最短構件與最長構件的長度之和小于等于其它兩構件長度之和。（桿長之和的條件）,1.平面四桿機構有曲柄的條件,39,藤蔓課堂,鉸鏈四桿機構分為兩大類：,（1）最短構件與最長構件的長度之和大于其他兩構件長度之和，所有運動副均為擺動副，均為雙搖桿機構。,（2）最短構件與最長構件的長度之和小于等于其他兩構件長度之和，最短構件上兩個轉動副均為整轉副。,取最短構件為機架,雙曲柄機構,取最短構件任一相鄰構件為機架,曲柄搖桿機構,取最短構件對面的構件為機架,雙搖桿機構,40,藤蔓課堂,曲柄滑塊機構有曲柄的條件：,AC1E：b-ae AC2E：a+be,即有曲柄的條件:ba+e e=0, ba,41,藤蔓課堂,原動件作勻速轉動，從動件作往復運動的機構，從動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、機構的急回運動特性：,2、行程速度變化系數(shù),42,藤蔓課堂,從動件慢行程 快行程,極位夾角（90）,43,藤蔓課