《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》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?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：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 構(gòu)件(link)機(jī)器中每一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單

2、元體。 2. 運(yùn)動(dòng)副運(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)副運(yùn)動(dòng)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(dòng)副移動(dòng)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(dòng)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(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

3、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。122121122121212121212運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：2112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

4、相對(duì)位置的簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(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)61AOF2345BDECab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

5、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式HLPPnF2323411104233F（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)：205243F12345AEBCCDD14原動(dòng)件數(shù)0，原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)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

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(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=33-24-0=1 F=32-22-1=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*n2PlPh=3*42*6=0 錯(cuò) F=3*n2PlPh=3*32*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

7、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

8、=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。

9、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)3.3.缺點(diǎn)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)。abc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)：1A423CBD4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：

10、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(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)(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(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+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(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。1從動(dòng)件慢行程平均速度從動(dòng)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(dòng)特性：2、行程速度變化系數(shù)218018021212211,tt從動(dòng)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(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)： AB2BDCC2C11BnPPPtcvminmaxcosPPtsinPPn三、壓力角和傳動(dòng)角1、壓力