汽車構(gòu)造 課件 3-1平面連桿機構(gòu)

模塊三汽車常用機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化平面四桿機構(gòu)的特性凸輪機構(gòu)平面連桿機構(gòu)1.能敘述平面連桿機構(gòu)的定義。2.能敘述平面連桿機構(gòu)中運動副及自由度的定義。3.能分析平面連桿機構(gòu)的組成。4.能掌握繪制平面機構(gòu)簡圖的方法及步驟。學(xué)習(xí)目標(biāo)平面連桿機構(gòu)一、平面機構(gòu)引導(dǎo)問題：什么是平面機構(gòu)？什么是平面連桿機構(gòu)？所有運動構(gòu)件都在同一平面，或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)，稱為平面機構(gòu)。幾個桿件由低副連接，且所有構(gòu)件在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，稱為平面連桿機構(gòu)。連桿機構(gòu)中的構(gòu)件稱為桿，一般連桿機構(gòu)以所含桿件的數(shù)目來命名，如四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等。平面四桿機構(gòu)是平面連桿機構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。平面連桿機構(gòu)二、運動副及分類引導(dǎo)問題：在機構(gòu)中兩構(gòu)件之間存在相互運動，如移動，轉(zhuǎn)動等，這些運動可否稱為運動副？何為低副？何為高副？舉例說明低副和高副。由兩個構(gòu)件直接接觸而組成的，形成既具有一定約束又具有一定相對運動的連接，稱為運動副。如圖3-1-1所示的發(fā)動機的運動副，缸體1與活塞2、活塞2與連桿3、連桿3與曲軸4均保持直接接觸，并產(chǎn)生一定的相對運動，所以它們都是運動副。兩構(gòu)件組成的運動副是通過點、線或面接觸來實現(xiàn)的，稱之為運動副元素。平面連桿機構(gòu)按照運動副之間的相對運動是在平面的還是空間的，可以分為平面運動副和空間運動副。平面運動副是指構(gòu)件工作時在同一平面，或相互平行的平面內(nèi)做相對運動；空間運動副是指構(gòu)件可以在三維空間中做相對運動。大部分的常用機構(gòu)都是平面機構(gòu)，本章節(jié)僅就平面運動副和相關(guān)的平面機構(gòu)進行介紹。面運動副按照接觸方式不同，通常把運動副分為低副和高副兩類。平面連桿機構(gòu)（1）低副兩構(gòu)件以面接觸而形成的運動副。根據(jù)它們的相對運動是移動還是轉(zhuǎn)動，又分為移動副和轉(zhuǎn)動副。一個平面內(nèi)的自由體通常具有三個自由度，即沿X方向和Y方向的移動，以及在XY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動。低副通常引入兩個約束，減少2個自由度。平面連桿機構(gòu)（2）高副兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)成的運動副，常見的高副有凸輪副、齒輪副等，如圖3-1-3所示。高副的引入使構(gòu)件可沿接觸處公切線t-t方向做相對移動，也能在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動，但沿接觸處法線方向的相對移動受到約束。平面機構(gòu)中的高副引入一個約束，保留了兩個自由度。平面連桿機構(gòu)三、平面機構(gòu)自由度的計算引導(dǎo)問題：一個構(gòu)件在平面具有3個自由度，將n個構(gòu)件通過運動副相連后，該機構(gòu)的自由度如何計算？1.平面機構(gòu)自由度的計算如一個平面機構(gòu)由n個可動構(gòu)件組成（不含固定不動的機架），未用運動副聯(lián)接之前，這些可動構(gòu)件的自由度總數(shù)應(yīng)為3n。同時假設(shè)機構(gòu)中有PL個低副和PH個高副，由于引入1個低副，相應(yīng)引入2個約束；引入1個高副，相應(yīng)引入1個約束。若機構(gòu)的自由度，以F表示，則有：平面連桿機構(gòu)計算圖3-1-4和圖3-1-5所示機構(gòu)的自由度。五桿機構(gòu)的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2四桿機構(gòu)的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面連桿機構(gòu)2.平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件1）機構(gòu)自由度大于0。2）機構(gòu)原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)目。若自由度小于或等于0，則會出現(xiàn)機構(gòu)被卡死，無法運動，不能稱之為機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)3.計算平面機構(gòu)自由度的注意事項（1）復(fù)合鉸鏈由兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連而成的鉸鏈稱為復(fù)合鉸鏈。圖3-1-7所示為三個構(gòu)件形成的兩個轉(zhuǎn)動副的復(fù)合鉸鏈?？梢酝扑銥椋河衝個構(gòu)件在一處組成復(fù)合鉸鏈，應(yīng)含有（n-1）個轉(zhuǎn)動副。F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1平面連桿機構(gòu)（2）局部自由度在某些機構(gòu)中，某個構(gòu)件所能產(chǎn)生的局部運動不影響機構(gòu)中其他構(gòu)件相對運動，這種自由度稱為局部自由度。在計算機構(gòu)的自由度時，局部自由度不應(yīng)計入。圖3-1-9a所示為滾子凸輪機構(gòu)，滾子是為減少高副接觸處的摩擦而設(shè)計的，這是平面機構(gòu)中局部自由度最常見的形式。滾子在A的轉(zhuǎn)動不會影響推桿的移動及凸輪的轉(zhuǎn)動，在計算時可假想滾子與推桿是一體的，如圖3-1-9b所示。此機構(gòu)中有2個構(gòu)件，1個轉(zhuǎn)動副、1個移動副、1個高副。平面連桿機構(gòu)（3）虛約束在某些機構(gòu)中，有些重復(fù)出現(xiàn)的，對機構(gòu)運動不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)的自由度時，不應(yīng)計算虛約束。虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下場合：1）兩構(gòu)件連接點的運動軌跡互相重合。圖3-1-10a中，由于EF平行且等于AB和CD，桿5上的E點與桿3上的E點重合，EF桿存在與否都不影響整個機構(gòu)的運動。由此可判定EF桿引入的為虛約束，計算時應(yīng)去掉，如圖3-1-10b所示。F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面連桿機構(gòu)2）當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束，如圖3-1-11所示。平面連桿機構(gòu)①若機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用帶兩個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束，如圖3-1-12所示。