汽車構造 課件 3-1平面連桿機構

模塊三汽車常用機構

平面連桿機構

鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構的演化平面四桿機構的特性凸輪機構平面連桿機構1.能敘述平面連桿機構的定義。2.能敘述平面連桿機構中運動副及自由度的定義。3.能分析平面連桿機構的組成。4.能掌握繪制平面機構簡圖的方法及步驟。學習目標平面連桿機構一、平面機構引導問題：什么是平面機構？什么是平面連桿機構？所有運動構件都在同一平面，或相互平行的平面內(nèi)運動的機構，稱為平面機構。幾個桿件由低副連接，且所有構件在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的機構，稱為平面連桿機構。連桿機構中的構件稱為桿，一般連桿機構以所含桿件的數(shù)目來命名，如四桿機構、五桿機構、六桿機構等。平面四桿機構是平面連桿機構中最常見的形式，也是組成多桿機構的基礎。平面連桿機構二、運動副及分類引導問題：在機構中兩構件之間存在相互運動，如移動，轉動等，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；空間運動副是指構件可以在三維空間中做相對運動。大部分的常用機構都是平面機構，本章節(jié)僅就平面運動副和相關的平面機構進行介紹。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（1）低副兩構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動，又分為移動副和轉動副。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)的轉動。低副通常引入兩個約束，減少2個自由度。平面連桿機構（2）高副兩構件以點或線接觸而構成的運動副，常見的高副有凸輪副、齒輪副等，如圖3-1-3所示。高副的引入使構件可沿接觸處公切線t-t方向做相對移動，也能在回轉平面內(nèi)繞軸線轉動，但沿接觸處法線方向的相對移動受到約束。平面機構中的高副引入一個約束，保留了兩個自由度。平面連桿機構三、平面機構自由度的計算引導問題：一個構件在平面具有3個自由度，將n個構件通過運動副相連后，該機構的自由度如何計算？1.平面機構自由度的計算如一個平面機構由n個可動構件組成（不含固定不動的機架），未用運動副聯(lián)接之前，這些可動構件的自由度總數(shù)應為3n。同時假設機構中有PL個低副和PH個高副，由于引入1個低副，相應引入2個約束；引入1個高副，相應引入1個約束。若機構的自由度，以F表示，則有：平面連桿機構計算圖3-1-4和圖3-1-5所示機構的自由度。五桿機構的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2四桿機構的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面連桿機構2.平面機構具有確定相對運動的條件1）機構自由度大于0。2）機構原動件數(shù)目等于機構自由度數(shù)目。若自由度小于或等于0，則會出現(xiàn)機構被卡死，無法運動，不能稱之為機構。平面連桿機構3.計算平面機構自由度的注意事項（1）復合鉸鏈由兩個以上的構件在同一處以轉動副相連而成的鉸鏈稱為復合鉸鏈。圖3-1-7所示為三個構件形成的兩個轉動副的復合鉸鏈?？梢酝扑銥椋河衝個構件在一處組成復合鉸鏈，應含有（n-1）個轉動副。F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1平面連桿機構（2）局部自由度在某些機構中，某個構件所能產(chǎn)生的局部運動不影響機構中其他構件相對運動，這種自由度稱為局部自由度。在計算機構的自由度時，局部自由度不應計入。圖3-1-9a所示為滾子凸輪機構，滾子是為減少高副接觸處的摩擦而設計的，這是平面機構中局部自由度最常見的形式。滾子在A的轉動不會影響推桿的移動及凸輪的轉動，在計算時可假想滾子與推桿是一體的，如圖3-1-9b所示。此機構中有2個構件，1個轉動副、1個移動副、1個高副。平面連桿機構（3）虛約束在某些機構中，有些重復出現(xiàn)的，對機構運動不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。在計算機構的自由度時，不應計算虛約束。虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下場合：1）兩構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的運動。由此可判定EF桿引入的為虛約束，計算時應去掉，如圖3-1-10b所示。F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面連桿機構2）當兩構件組成多個移動副，且其導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①若機構中兩活動構件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用帶兩個轉動副的構件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束，如圖3-1-12所示。