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1、汽车机械基础,授课：胡志恒,项目四 汽车常用机构,P.89,项目四 汽车常用机构,常用机构：平面连杆机构、凸轮机构等机构。 内容：机构的组成、运动规律、汽车常用机构,P.89,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度,平面连杆机构：基本形式及其演化。 机构的组成、运动规律,任务描述,P.90,机器定义：机器是人工实物组合、各部分之间有确定的运动关系、能实现功能转换。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度一、机构的相关概念,P.90,机器的组成：机器机构构件零件。 零件：是最基本的制造单元。专用零件和通用零件。 构件：机器中运动的最小单元。可由若干个零件组成。 机构：由若干构件组成独立的运动
2、体系。 机器：是一个完整设备的总成通称， “机器”是由若干“机构”组成的。 机械：是机器和机构的总称。,曲柄滑块机构 连杆构件 连杆零件,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度一、机构的相关概念,P.90,平面机构：组成机构的所有构件都在同一平面或平行平面内运动。,空间机构：组成机构的所有构件在空间运动,构件的约束：为保证机构的运动规律，对构件的某些自由度必需有一定的限制，这就是“约束”。 约束方式：铰链（转动副）、滑块（移动副）、螺旋副、齿轮副等等。,1. 构件的自由度 两构件之间的联接方式：如铰链联接，能限制构件的某些运动。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 二、平面机构的组成,
3、P.90,平面构件的自由度：平面自由构件，可以有3个独立运动，即沿x方向的移动、沿y方向的移动以及绕任意点A的转动。（即2移1转）,运动副：两个构件之间的可动联接称为运动副，以实现两构件的联接并实现确定的相对运动。,2. 运动副,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 二、平面机构的组成,P.90,（1）低副 两构件之间通过面与面接触而组成的运动副称为低副。,（2）高副 两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。,3. 运动副的分类 平面运动副：低副与高副。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 二、平面机构的组成,P.90,3. 运动副的分类,任务一 绘制平面机构运动简图和计算
4、自由度 二、平面机构的组成,P.90,机构中的构件的类型： （1）固定构件（也称机架）是用来支承活动构件（运动构件）的构件。 （2）原动件（也称主动件）是运动规律己知的活动构件。它的运动是由外界输入的，故又称为输人构件。 （3）从动件是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件。 机构的组成：由原动件、从动件和机架组成。特殊机构可以没有从动件，但必须有原动件和机架，如电动机、液压油缸等。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 二、平面机构的组成,P.90,4. 机构构件类型,机构运动简图：用规定符号表示构件和运动副的类型，并确定运动副的相对位置及与运动
5、有关的尺寸，表示机构组成和各构件间运动关系的简单图形。,2. 常用构件和运动副的符号 机构运动简图中的运动副表示如下,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 三、平面机构运动简图的绘制,P.90,1. 机构运动简图的概念,其它说明代号：,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 三、平面机构运动简图的绘制,P.90,2. 常用构件和运动副的符号,（1）分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。 （2）从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间相对运动的性质，确定活动构件数目、运动副的类型和数目。 （3）合理选择视图平面，应选择能较好表示运动关系的平面为视图平面。 （4）选择合适的比例尺，
6、长度比例尺用 表示，在机械设计中规定如下：, = 实际长度图示长度 （5） 按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符号绘制机构运动简图。 （6） 各转动中心标以大写的英文字母，各构件标阿拉伯字母，机构的原动件以箭头标出。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 三、平面机构运动简图的绘制,P.90,2. 常用构件和运动副的符号,绘制机构运动简图的一般步骤如下：,平面机构的每个活动构件，在未用运动副联接之前，都有三个自由度。 当两个构件组成运动副之后，它们的相对运动就受到约束，自由度随之减少。 一个约束，使构件失去一个自由度。 在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高
7、副引入一个约束，使构件看失去一个自由度。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,1. 平面机构自由度公式,由公式可知，机构自由度 F 取决于活动构件的件数以及运动副的性质（低副或高副）和个数。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,1. 平面机构自由度公式 机构的自由度：,1）复合铰链,三个或更多的构件在同一处联接成同轴线的2个或更多个转动副，就构成了复合铰链； 复合铰链，每增加一次应加一个转动副。,2）局部自由度,在有的机构中为了其它一些非运动的原因，设置了附加构件，这种附加构件的运动是完全独立的，对整个构件的运
8、动毫无影响，我们把这种独立运动称为局部自由度。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,2.计算机构自由度的注意事项（三种特殊情况）,3）虚约束：,指机构中与其它约束重复，对机构不产生新的约束作用的约束。在自由度计算中不应计入约束。, 两构件间形成多处具有相同作用的运动副, 两构件上联接点的运动轨迹重合, 机构中具有对运动起相同作用的对称部分,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,2.计算机构自由度的注意事项（三种特殊情况）,要使所设计的运动链成为机构，组成运动链的各构件之间必须具有确定的相对运动。不能产生运动或作无
9、规则运动的运动链均不能成为机构。 机构具有确定相对运动的条件：机构的自由度数不能为零 ，且机构的自由度与机架所具有的独立运动（原动件）的数目相等。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,3. 机构具有确定相对运动的条件,(a),练一练,机构的自由度数不能为零 ，且机构的自由度与机架所具有的独立运动（原动件）的数目相等。,任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,3. 机构具有确定相对运动的条件,(b),(c),任务一 绘制平面机构运动简图和计算自由度 四、平面机构自由度的计算,P.90,任务实施,例：教材作业P.99第
10、四计算题。,解：机构有两个原动件；总共有8个构件（可动构件有7个）。机构有9个低副（6个转动副，2个移动副）、1个高副。,1.铰链四杆机构的组成,任务二 平面连杆机构及其特性分析 一、铰链四杆机构的组成和基本形式,P.90,组成： 1个机架、2个连架杆（曲柄或摇杆）、1个连杆。,2.铰链四杆机构的类型,三种基本形式,(1)曲柄摇杆机构,(2)双曲柄机构。,(3)双摇杆机构。,任务二 平面连杆机构及其特性分析 一、铰链四杆机构的组成和基本形式,P.90,一个曲柄,二个曲柄,无曲柄,曲柄摇杆机构,2.铰链四杆机构的类型,(1) 曲柄摇杆机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 一、铰链四杆机构的组成
11、和基本形式,P.90,两个连架杆中，具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。,惯性筛机构,双曲柄机构,2.铰链四杆机构的类型,(2) 双曲柄机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 一、铰链四杆机构的组成和基本形式,P.90,两个连架杆中，具有两个曲柄(无摇杆)的铰链四杆机构。,平行(反向)双曲柄机构,双摇杆机构,2.铰链四杆机构的类型,(3) 双摇杆机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 一、铰链四杆机构的组成和基本形式,P.101,两个连架杆中，具有两个摇杆(无曲柄)的铰链四杆机构。,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,铰链四杆机构的演化 : 改变铰链四杆机构的
12、某些结构，可以演化为其它常见的连杆机构。,1.曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的演化形式。,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,1.曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的演化形式。由曲柄、连杆、滑块、机架组成。,2.导杆机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,牛头刨床,导杆机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,3. 摇块机构和定块机构,定块机构（移动导杆机构）,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,3. 摇块机构和定块机构,摇块机构（摆动导杆滑块机构）
13、,4. 双滑块机构,任务二 平面连杆机构及其特性分析 二、平面四杆机构的演化,P.90,1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件,条件1：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，此条件称为“杆长之和条件”。 条件2：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。,任务二 平面连杆机构及其特性分析 三、铰链四杆机构中曲柄存在的条件,P.90,1根曲柄,2根曲柄,2.铰链四杆机构基本类型的判别准则 （1）若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构。 （2）若机构满足杆长之和条件，则以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构； (3) 若机构满足杆长之和条件，则以最短杆为机架时为双曲柄机构； (4) 若机构满足杆
14、长之和条件，则以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构。,任务二 平面连杆机构及其特性分析 三、铰链四杆机构中曲柄存在的条件,P.90,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,1急回运动特性,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.105,在曲柄摇杆机构中, 当以曲柄为匀速旋转时, 摇杆的往返速度不等.,急回行程速比：,极位夹角：,1急回运动特性,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.105,在曲柄摇杆机构中, 当以曲柄为匀速旋转时, 摇杆的往返速度不等.,2死点位置,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.105,当以机
15、构的摇杆为主动件、曲柄为从动件，在机构处于压力角 的位置时，曲柄不能动作的位置。 死点位置有两个，位于连杆与曲柄共线时的位置。,2死点位置,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.105,死点的害处：影响机构平稳性，特别是启动性能。,死点的解决办法：惯性、多组错列。,2死点位置,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.105,死点的用处：用于锁定机构。,压力角和传动角都是在不断的变化，为保证机构有足够的传动能力，在设计时应控制传动角的大小，一般取最小传动角：,3压力角和传动角,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,P.
16、105,压力角： 从动件上受力点的驱动力F的方向与这点运动方向V之间所夹的锐角，用 表示。 传动角：压力角的余角称为，用 表示。,例：四杆机构如图所示： 1) 以AB或CD为机架时，即最短杆AD成连架杆，故为曲柄摇杆机构； 2) 以BC为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构； 3)以AD为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。,任务实施,任务二 平面连杆机构及其特性分析 四、平面四杆机构的基本特性,凸轮机构的组成：是由凸轮（主动件）、从动件和机架三个基本构件组成。,任务三 凸轮机构 一、凸轮机构的组成和应用,凸轮机构的应用：,1.按凸轮的形状分,(1)盘形凸轮,(2)移动凸轮,(3
17、)圆柱凸轮,2.按从动件的型式分,(1)尖顶从动件。,(2)滚子从动件。,(3)平底从动件。,3.按从动件的运动形式分 移动（直线移动）和摆动,任务三 凸轮机构 二、凸轮机构的分类,1基本概念,基圆：以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘制的圆。推程：从动件由最低处上升到最高处的过程。升程：推程中从动件所走过的距离（从动件的最大位移），用h表示。推程运动角：与推程对应的凸轮转角t远休止角：与从动件停留在最高处对应的凸轮转角s啊）。回程：从动件由最高处下降到最低处的过程。回程运动角：与回程对应的凸轮转角h。近休止角：与从动件停留在最低处对应的凸轮转角s。,任务三 凸轮机构 三、凸轮机构的基本参数和从
18、动件的运动规律,1基本概念,基圆、推程、升程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角,任务三 凸轮机构 三、凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律,2. 从动件的运动规律,1）等速运动规律,从动件推程或回程的运动速度为常数的运动规律，称为等速运动规律。,2） 等加速等减速运动规律,从动件在一个行程h中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。,任务三 凸轮机构 三、凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律,图解法绘制凸轮轮廓曲线的原理是“反转法”，即在整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（w），于是凸轮静止不动，,任务三 凸轮机构 四、图解法设计凸轮轮廓,设计步骤,（1） 选取适当比例尺作位移线图,（2）作基圆取分点,（3）画轮廓曲线,任务三 凸轮机构 四、图解法设计凸轮轮廓,任务三 凸轮机构 四、图解法设计凸轮轮廓,
