汽車機(jī)械基礎(chǔ)課件

汽車機(jī)械基礎(chǔ)課件演示文稿當(dāng)前1頁，總共47頁。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(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。當(dāng)前2頁，總共47頁。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組成與運(yùn)動(dòng)簡圖一、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?；剞D(zhuǎn)副

移動(dòng)副

當(dāng)前3頁，總共47頁。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

當(dāng)前4頁，總共47頁。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)。當(dāng)前5頁，總共47頁。

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)目當(dāng)前6頁，總共47頁。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。當(dāng)前7頁，總共47頁。運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：當(dāng)前8頁，總共47頁。凸輪副：齒輪副：運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)當(dāng)前9頁，總共47頁。三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

用簡單的線條和規(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)位置的簡單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。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)用簡單的線條和規(guī)定的符號(hào)繪圖。

(5)檢驗(yàn)。當(dāng)前10頁，總共47頁。顎式碎石機(jī)61AOF2345BDECab當(dāng)前11頁，總共47頁。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)。當(dāng)前12頁，總共47頁。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)自由度當(dāng)前13頁，總共47頁。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)）當(dāng)前14頁，總共47頁。構(gòu)件間沒有相對(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)的條件當(dāng)前15頁，總共47頁。F≤0，構(gòu)件間無相對(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)的條件當(dāng)前16頁，總共47頁。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)當(dāng)前17頁，總共47頁。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)當(dāng)前18頁，總共47頁。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)當(dāng)前19頁，總共47頁。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)當(dāng)前20頁，總共47頁。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)當(dāng)前21頁，總共47頁。

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)當(dāng)前22頁，總共47頁。

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)當(dāng)前23頁，總共47頁。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=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)當(dāng)前24頁，總共47頁。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)當(dāng)前25頁，總共47頁。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：①承載能力大；②便于潤滑。壽命長幾何形狀簡單——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當(dāng)前26頁，總共47頁。平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)3.缺點(diǎn)：

1)有較長的運(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)雜當(dāng)前27頁，總共47頁。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當(dāng)前28頁，總共47頁。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)：當(dāng)前29頁，總共47頁。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)當(dāng)前30頁，總共47頁。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)當(dāng)前31頁，總共47頁。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)。當(dāng)前32頁，總共47頁。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)。當(dāng)前33頁，總共47頁。

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)當(dāng)前34頁，總共47頁。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化當(dāng)前35頁，總共47頁。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)當(dāng)前36頁，總共47頁。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)當(dāng)前37頁，總共47頁。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)當(dāng)前38頁，總共47頁。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：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)件與最長構(gòu)件的長度之和小于等于其它兩構(gòu)件長度之和。（桿長之和的條件）1.平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件當(dāng)前39頁，總共47頁。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為兩大類：（1）最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和大于其他兩構(gòu)件長度之和，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)件與最長構(gòu)件的長度之和小于等于其他兩構(gòu)件長度之和，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)當(dāng)前40頁，總共47頁。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當(dāng)前41頁，總共47頁。

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、行程速度變化系數(shù)當(dāng)前42頁，總共47頁。從動(dòng)件慢行程快行程∴極位夾角θ（<C2AC1）（其值與構(gòu)件尺寸有關(guān)，可能<90°，>90°）

當(dāng)前43頁，