《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》實(shí)用優(yōu)質(zhì)課件

1、汽車機(jī)械基礎(chǔ)課程組汽車機(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)研究內(nèi)容： (1) 研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動的條件； (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：研究目的： 在機(jī)構(gòu)設(shè)計中，需要知道機(jī)構(gòu)是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動；對機(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；通過對機(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)動分析和動力分析提供方便。第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組成與運(yùn)動簡圖一、機(jī)構(gòu)的組成 機(jī)構(gòu)是由各個具有確定相對運(yùn)動的運(yùn)動單元組成。 1. 構(gòu)件構(gòu)件 構(gòu)件(link)機(jī)器中每一個獨(dú)立的運(yùn)動單

2、元體。 2. 運(yùn)動副運(yùn)動副 由兩個構(gòu)件組成的可動的聯(lián)接稱為運(yùn)動副運(yùn)動副(kinematics pair)。例如軸與軸襯的配合，滑塊與導(dǎo)軌的接觸。 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 移動副移動副 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。齒輪副齒輪副 l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)動的機(jī)構(gòu)。 （常用的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為平面機(jī)構(gòu)）l空間機(jī)構(gòu) 至少有兩個構(gòu)件能在三維空間中相對運(yùn)動。 空間任意兩個構(gòu)件1與2，當(dāng)它們尚未構(gòu)起運(yùn)動副之前，構(gòu)件1相對于構(gòu)件2共有6個相對運(yùn)動的自由度。當(dāng)兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運(yùn)動副，則兩者間的相對運(yùn)動便受到一定的約束，其相對運(yùn)動自由度減少的數(shù)目就等于

3、該運(yùn)動副所引入的約束的數(shù)目。兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)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(yùn)動副自由度：約 束：對獨(dú)立運(yùn)動的限制構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目運(yùn)動副的分類運(yùn)動副的分類：(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)動副統(tǒng)稱為高副；面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副則稱為低副。 (2) 按兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動的不同分：轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副、移動副、螺旋副、球面副、平面運(yùn)動副、空間運(yùn)動副。122121122121212121212運(yùn)動副的符號轉(zhuǎn)動副：移動副：2112凸輪副：齒輪副：運(yùn)動副的符號三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和運(yùn)動副，并按一定的比例尺表示運(yùn)動副的

4、相對位置的簡單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。繪制步驟如下： (1) 分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(dāng)?shù)耐队八矔r位置。 (3) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?scale)。 (4) 用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。 (5) 檢驗(yàn)。 顎式碎石機(jī)61AOF2345BDECab四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(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)動規(guī)律后，此時系統(tǒng) 才成為機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)自由度

5、平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式HLPPnF2323411104233F（原動件數(shù)F，機(jī)構(gòu)破壞） 原動件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度 鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)：205243F12345AEBCCDD14原動件數(shù)0，原動件數(shù)=F，運(yùn)動確定原動件數(shù)F，機(jī)構(gòu)破壞四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 1. 復(fù)合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接。 若有m個構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈(joint)相聯(lián)接時，其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)應(yīng)等于(m-1)個。 五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(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，并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動。我們把這種局部運(yùn)動的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計算機(jī)構(gòu)的自由度時，應(yīng)從機(jī)構(gòu)自由度的計算

6、公式中將局部自由度減去。 凸輪機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng)對于圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度為 F=33-24-0=1 F=32-22-1=1五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng) 3. 虛約束 在機(jī)構(gòu)中，有些運(yùn)動副帶入的約束，對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動實(shí)際上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機(jī)構(gòu)的自由度時應(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)動副聯(lián)接其聯(lián)接點(diǎn)的運(yùn)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(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng)2) 如

7、果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)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(jī)構(gòu)自由度時應(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)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合(如2-15所示)，則只能算一個轉(zhuǎn)動副（轉(zhuǎn)動軸線重合）。圖2-15五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(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)，則只能算一個平面高副（機(jī)構(gòu)對稱）。圖2-16五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng) 3)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動的過程中，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)動副桿將此兩點(diǎn)相聯(lián)，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。 F

8、=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(jī)構(gòu)自由度時應(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F=3*n-2Pl-Ph=3*3-2*3-2=2 對圖2-18五、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(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)動形式。如：轉(zhuǎn)動，擺動，移動，平面運(yùn)動2、運(yùn)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。

9、運(yùn)動規(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)3.3.缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 1) 有較長的運(yùn)動鏈，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，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)的動載荷。所以連桿機(jī)構(gòu)一般不宜用于高速傳動。 3)只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律； 4)設(shè)計復(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)動機(jī)構(gòu)。abc所有運(yùn)動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機(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)：1A423CBD4機(jī)架1，3連架桿 定軸轉(zhuǎn)動2連桿 平面運(yùn)動整轉(zhuǎn)副：

10、二構(gòu)件相對運(yùn)動為整周轉(zhuǎn)動。擺動副： 二構(gòu)件相對運(yùn)動不為整周轉(zhuǎn)動。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)動的連架桿搖桿：非整周轉(zhuǎn)動的連架桿1A423CBD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，若兩個這架稈中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動。2.雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個這架桿都是曲柄，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)(dou

11、ble-rocker mechanism)。 3.雙搖桿機(jī)構(gòu)DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe3二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏距ee0，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e=0， 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)件3為機(jī)架移動導(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整周相對轉(zhuǎn)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)Bba1A2dC3cD4A1CB2dD4B1abcAD4B2C2abdc

12、a+db+c (1)bc+d-a即a+bc+d (2)ceAC2E：a+be即有曲柄的條件:ba+e e=0, ba 原動件作勻速轉(zhuǎn)動，從動件作往復(fù)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，從動件正行程和反行程的平均速度不相等。1從動件慢行程平均速度從動件快行程平均速度K二、行程速度變化系數(shù)1、機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動特性：2、行程速度變化系數(shù)218018021212211,tt從動件慢行程 快行程 180180212112ttttKBCDAC21CB12B1211180KK極位夾角（C2AC1）（其值與構(gòu)件尺寸有關(guān)，可能90） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)： AeB2B1C12C慢行程121CB1B2A12擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)： AB2BDCC2C11BnPPPtcvminmaxcosPPtsinPPn三、壓力角和傳動角1、壓力角 從動件上某點(diǎn)的受力方向與從動件上該點(diǎn)速度方向的所夾的銳角。4、壓力角的計算 AB2BDCC2C11BnPPPtcvminmax