《汽车机械基础》课件

五、计算平面机构自由度时应注意的事项
3)在机构运动的过程中，若两构件上某两点之
间的距离始终保持不变，则如用双转动副杆将此 两点相联，也将带入1个虚约束，图2-17所示。 F=3*n-2Pl-P =3*4-2*6=0 错 图 h2-17
F=3*n-2Pl-Ph=3*3-2*4=1 对
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
——双摇杆机构
曲柄滑块机构有曲柄的条件：
B
1
A
a
B
2
e
b
C
E
C
1
2
△AC1E：b-a>e
△AC2E：a+b>e
即有曲柄的条件:b>a+e e=0, b>a
二、行程速度变化系数
1、机构的急回运动特性： 原动件作匀速转动，从动件作往复运动的 机构，从动件正行程和反行程的平均速度不 相等。
2、行程速度变化系数
原动件数<机构自由度数，机构运动不确定（任意 乱动）
四、机构具有确定运动的条件
F 3 4 2 6 0 0
构件间没有相对运动机构→刚 性桁架
F 3 3 2 5 0 1
（多一个约束）超静定桁架
四、机构具有确定运动的条件
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定
汽车机械基础
汽车机构分析
机电工程系
《汽车机械基础课程组》
第11章 机构的组成及汽车常用机构
研究内容：
(1) 研究机构的组成及其具有确定运动的条件； (2) 根据结构特点进行机构的结构分类； (3) 研究机构的组成原理。 研究目的： 在机构设计中，需要知道机构是怎样组合起来的， 而且在什么条件下才能实现确定的运动；对机构组成 原理的研究还可以为新机构的创造提供途径；通过对 机构的结构分析与分类，可以为举一反三地研究机构 的运动分析和动力分析提供方便。
自由度： 构件含有独立运动的数目 约 束：对独立运动的限制
运动副的分类：
(1) 按两构件的接触情况进行分：点或线接触而构 成的运动副统称为高副；面接触而构成的运动副 则称为低副。 (2) 按两构件之间的相对运动的不同分：转动副或 回转副、移动副、螺旋副、球面副、平面运动副、 空间运动副。
运动副的符号
∴ 180
K 1 K 1
极位夹角θ （<C2AC1）（其值与构件尺寸有关，可能
<90°，>90°）
曲柄滑块机构：
1 C1
e
慢行程
C2
1
A 2

B2
B1
摆动导杆机构：
1 B1 2 C A B2

三、压力角和传动角
1、压力角α 从动件上某点的受力方向与从动件上该点速 度方向的所夹的锐角。
连杆机构在实际中用处 较多，如图a中的机械手驱动
机构，图 b 中的溜冰鞋刹车
机构和图c中的夹子驱动机构。
a
c b
二、平面四杆机构的基本型式
一、铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
一、铰链四杆机构
C
4—机架
1，3—连架杆 →定轴转动 2—连杆 →平面运动
2 B 1 A
3
4
D
二构件相对运动为整周转动。 整转副： 摆动副： 二构件相对运动不为整周转动。
4)在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部 分所带入的约束亦为虚约束（轨迹重合）。
F=3*n-2Pl-Ph=3*5-2*5-6=-1 错 F=3*n-2Pl-Ph=3*3-2*3-2=2 对
图2-18
第二节 平面连杆机构
一、平面连杆机构： 用低副连接而成的平面机构。 平面连杆机构的特点： 1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动， 移动，平面运动 2、运动副为低副： 面接触： ①承载能力大；②便于润滑。寿命长 几何形状简单——便于加工，成本低。 运动规律丰富，可以满足不同轨迹的要求
F=3*n—2Pl—Ph=3*4—2*6=0 错 F=3*n—2Pl—Ph=3*3—2*4=1 对
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
2) 如果两构件在多处接触而构 成移动副，且移动方向彼此
平行 ( 如图 2-14 所示 ) ，则只
能算一个移动副。
图2-14
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
如果两构件在多
F>0，
原动件数<F，运动不确定
原动件数>F，机构破坏
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链：两个以上的构件同在一处以转动 副相联接。 若有 m 个构件以复合铰链 (joint) 相联 接时，其构成的转动副数应等于(m-1)个。
Hale Waihona Puke Baidu
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
2. 局部自由度 在有些机构中，某些构件所产生的局部运动， 并不影响其他构件的运动。我们把这种局部运动 的自由度称为局部自由度，如图所示。在计算机 构的自由度时，应从机构自由度的计算公式中将 局部自由度减去。
凸轮机构三维实体图
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
对于图示凸轮机构自由度为
F=3×3-2×4-0=1
F=3×2-2×2-1=1
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
3. 虚约束 在机构中，有些运动副带入的约束，对机构的运 动实际上不起约束作用，我们把这类约束称为虚约 束。在计算机构的自由度时应将这类虚约束除去。 机构中的虚约束常发生在下列情况： 1) 在机构中如果两构件用转动副联接其联接点 的运动轨迹重合，则该联接将 带入1个虚约束。 • 多余约束
一、铰链四杆机构
曲柄：作整周转动的连架杆 摇杆：非整周转动的连架杆 铰链四杆机构的基本形式：
1）曲柄摇杆机构
2）双曲柄机构
B 1 A
C 2 3
3）双摇杆机构
4
D
1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，
若两个这架秆中一个为曲 柄，另一个为摇杆，则此 四杆机构称为曲柄摇杆机 构；当曲柄为原动件，摇
杆为从动件时，可将曲柄
平面连杆机构的特点
3.缺点： 1) 有较长的运动链，使连杆机构产生较大的积 累误差，降低机械效率。 2) 连杆及滑块的质心都在作变速运动，它们所 产生的惯性力难于用一般的平衡方法加以消除， 增加机构的动载荷。所以连杆机构一般不宜用 于高速传动。 3)只能近似实现给定的运动规律； 4)设计复杂
一、平面连杆机构
2
转动副：
2
2
2 2
1
1
1
1
1
1 2 2 1 2 2
1 2 1 2
移动副：
1
运动副的符号
齿轮副：
凸轮副：
2
2
1
1
三、机构运动简图
用简单的线条和规定的符号表示组成机构的构件 和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位 置的简单图形称为机构运动简图。绘制步骤如下： (1) 分析机构的运动情况，定出其原动部分、工作部 分，搞清楚传动部分。 (2) 合理选择投影面及原动件适当的投影瞬时位置。 (3) 选择适当的比例尺(scale)。 (4) 用简单的线条和规定的符号绘图。 (5) 检验。
铰链四杆机构分为两大类：
（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两 构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇 杆机构。 （2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其 他两构件长度之和，最短构件上两个转动副均为 整转副。
取最短构件为机架 ——双曲柄机构
——曲柄摇杆机构 取最短构件任一相邻构件为机架 取最短构件对面的构件为机架
颚式碎石机
1 6 F A
O
5
2
4 C
3
B
D
E
a
b
四、机构具有确定运动的条件
机构具有确定运动时所必须给定的独立运动
参数的数目，称为机构的自由度。 机构具有确定运动的条件：机构的自由度必 须大于或等于l，且机构原动件的数目应等于机构 的自由度的数目。
如图，只有在给构件4
确定运动规律后，此时系统 才成为机构。
两齿轮轮齿的啮合，球面
与平面的接触，圆柱与平面的
接触。
齿 轮 副

平面机构
构件在同一平面或在相互平行的平面内运
动的机构。 （常用的机构大多数为平面机构）

空间机构 至少有两个构件能在三维空间中相对运动。
二、自由度、约束与运动副
空间任意两个构件1与2，当它们尚未构起运动 副之前，构件1相对于构件2共有6个相对运动的自 由度。当两构件以某种方式相联接而构成运动副， 则两者间的相对运动便受到一定的约束，其相对运 动自由度减少的数目就等于该运动副所引入的约束 的数目。两构件构成运动副后所 受到的约束数最少为1，而最多为5。
3 C 2 B A 1 4 3 1 D 3 C B 2 1 A 4 B A 1 2 4 C 3 A D B 2 Kc C 4 Kc
e
1.曲柄滑块机构
偏距e
e≠0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构
1.曲柄滑块机构
曲柄滑块机构： 构件4为机架——曲柄滑块
构件1为机架——转动导杆
构件2为机架——曲柄摇块
从动件快行程平均速度 1 K 从动件慢行程平均速度
C C1
1 180 1 2 2 2 180
C2
ψ
B 1 A 2 B1 B2 D
1 t1 , 2 t2
从动件慢行程
快行程

t1 1 180 K t2 2 180 t1 t2
的连续转动转变成摇杆的
往复摆动。
2.双曲柄机构
在铰链四杆机构中，若两个这架杆都是曲柄，
则称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，若其相对 两杆平行且相等，则成为平行四边形机构。
3.双摇杆机构
铰链四杆机构中两连架杆都是摇杆，则称
为双摇杆机构(double-rocker mechanism)。
二、铰链四杆机构的演化
4、压力角的计算
P Pt
90 ,

C1
90 , 180

B2
A B1
D
四、死点位置：
0, 90
B1 A B2 P C1 D
1 、机构停在死点位置，不能起 动。 运转时，靠惯性冲过死点。 2、利用死点实例
C2
死点的应用
1.平面四杆机构有曲柄的条件
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 由此可见：两构件作整周相对转动的条件：(整 转副存在的条件) （1）此两构件中必有一构件为运动链中的最短 构件。 （2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于 其它两构件长度之和。（杆长之和的条件）
Pt P cos
Pn C B C2 max B2 A B1 D
min vc
P Pt
Pn P sin
C1
三、压力角和传动角
2、传动角γ，P与Pn夹角， 90 （经常用γ衡量机构的传动质量） 3、许用压力角 一般： 40
Pn C B C2 max min vc
处相配合而构成转动 副，且转动轴线重合 ( 如 2-15 所 示 ) ， 则 只 能算一个转动副（转
动轴线重合）。
图2-15
五、计算平面机构自由度时应注意的事项
如果两构件在多
处相接触而构成平面 高副，且各接触点处 的公法线彼此重合 (如图2-16所示)，则
只能算一个平面高副
（机构对称）。
图2-16
构件3为机架——移动导杆
四、铰链四杆机构的基本性质
1.平面四杆机构有曲柄的条件
C B a1 A b 2 3 c d 4 D B1 b a A C1 B2 d 4 c D A a B2 d 4 C2 b c D
若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置 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)
第一节 机构的组成与运动简图
一、机构的组成
机构是由各个具有确定相对运动的运动单元组成。 1. 构件 构件(link)—机器中每一个独立的运动单元体。 2. 运动副 由两个构件组成的可动的联接称为运动副(kinematics pair)。例如轴与 轴衬的配合，滑块与导轨的接触。
回 转 副
移 动 副
一、机构的组成
平面机构自由度
平面机构自由度计算公式
F 3n 2PL PH
2 3
F 3 3 2 4 0 1
（原动件数>F，机构破坏）
4
1 1
原动件数=机构自由度
铰链五杆机构：
C 3 2 B 1 A 1 5 C' D 4 4 E D'
F 3 4 2 5 0 2