汽车机械基础-机构的组成及汽车常用机构

第6章机构的组成及汽车常用机构1、掌握机构及运动副的概念2、掌握平面连杆机构的基本形式及应用特点3、熟悉凸轮机构的基本形式及应用特点4、熟悉汽车上常用机构的结构与原理一.机构的组成机构由若干构件组成的，但是若干构件并不一定能组成机构。构件的组合必须具有确定的相对运动才能成为机构。构件在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构，称为平面机构。二、运动副及其分类1.构件的自由度、约束与运动副构件是机构中具有相对运动的单元体，是组成机构的主要要素之一。自由度：构件可能出现的独立运动。约束：对物体运动的限制。机构中的构件由于相互联接，其独立运动受到约束。因此，必然失去一些自由度，但又保留一些自由度。运动副：使两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的联接。运动副元素：组成运动副的两构件在相对运动中可能参加接触的点、线、面。根据组成运动副的两构件之间的接触特性，运动副可分为低副和高副。（1）低副。两构件之间通过面接触形成的运动副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。①转动副：组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线做相对转动。②移动副：若组成运动副的两构件只能沿某一轴线做相对直线移动。平面机构中的低副引入两个约束条件，失去2个自由度，仅保留一个自由度。2.运动副的分类(2)高副两构件之间通过点或线接触组成的运动副。在平面机构中两构件组成高副后，平面机构中的高副引入一个约束，而保留两个自由度。3.运动副符号由于两构件间的相对运动仅与其直接接触部分的几何形状有关，而与构件本身的实际结构无关，常将构件和运动副用简单的符号来表示。机架或固定件转动副移动副凸轮副组成机构的构件,根据运动副性质可分为三类:(1)机架:机构中固定于参考系的构件。(2)主动件(原动件）：机构中输入运动或动力的构件。(3)从动件：机构中除主动件以外，随着主动件的运动而运动的其余可动构件。机构可由机架、原动件及所有的从动件系统所组成。4.机构中构件的分类及组成三、机构具有确定运动的条件1.平面机构的自由度平面机构的自由度应为全部活动构件在自由状态时自由度总数与全部运动副引入的约束总数之差。F：平面运动机构的自由度数n:表示机构的活动构件数PL：机构中共有低副的个数PH：机构中共有高副的个数平面机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PHP181例11.12.平面机构具有确定的相对运动的条件机构的自由度数目表明机构具有的独立运动的数目。机构要运动，其自由度必须大于零。机构中每个主动构件相对于机架只有一个独立运动。因此，机构具有确定的相对运动的必要条件是机构的自由度F0，并且主动构件数与机构的自由度数相等。P181例11.133.计算平面机构自由度时的注意事项(1)复合铰链。由K个构件构成的复合铰链，转动副数目应为（K-1）个。P184例11.173213121010273F(2)局部自由度。与输出件运动无关的自由度称局部自由度。（无论“滚子3”转与不转，都不影响“推杆2”的运动）。计算机构自由度时，可将局部自由度除去不计。F=3×2−2×2−1=1(3)虚约束。在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。(虚约束虽然对运动不起作用，但可以增加构件的刚性)①转动副轴线重合的虚约束②移动副导路平行的虚约束③机构对称部分的虚约束④轨迹重合的虚约束例3：试求下图大筛子机构的自由度。（分析：活动构件n=7，7个转动副和两个移动副，一个高副）解：F=3×7-2×9-1=2此机构的自由度为2，有两个原动件。1234567891234567896.2平面连杆机构平面连杆机构是由若干构件以低副联接而成的机构，也称为平面低副机构。特点：全低副（面接触），压强低，利于润滑，故磨损小、传载大、寿命长；易加工，精度高，制造成本低等。缺点：由于低副中存在着间隙，机构将不可避免地产生运动误差，不易精确地实现复杂的运动规律。最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。它不仅应用广泛，而且又是多杆机构的基础。分为：铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，前者是基本形式，后者由前者演化而来。二.铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构是将4个构件以4个转动副（铰链）联接而成的平面机构。1234ABCD机架连架杆连架杆连杆连架杆能绕机架做整周转动的称为曲柄，若只能绕机架在小于360°的范围内做往复摆动的则称为摇杆。铰链四杆机构有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。（1）曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆，此种四杆机构即称为曲柄摇杆机构。（2）双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄时，此种四杆机构即称为双曲柄机构。（3）双摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是摇杆时，此种四杆机构即称为双摇杆机构。双摇杆机构应用实例：三、铰链四杆机构的演化机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用实例四、铰链四杆机构的基本性质1.曲柄存在的条件对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，因此可以按曲柄的存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。它们的根本区别，就在于机构内有没有曲柄存在。可将四杆机构曲柄存在的条件概括为：（1）连架杆与机架中必有一个是最短杆。（2）最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。上述两个条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄存在条件，还可作如下推论：（1）若最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和则有可能有以下三种情况：（a）以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构。（b）以最短杆为机架时，为双曲柄机构。（c）以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。（2）最短杆与最长杆之和大于其余两杆长度之和，不论哪一杆为机架，均为双摇杆机构。2.急回运动特性当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的平均速度是不同的，摇杆的这种运动特性称为急回运动特性。摇杆的急回运动特性的程度，通常用行程速比系数K来衡量。急回运动特性6.3凸轮机构凸轮机构是通过凸轮与从动件之间的接触来传递运动和动力的，是一种常用的高副机构。1、凸轮机构的组成与特点凸轮机构是由凸轮、从动杆、机架及附属装置所组成的高副机构。优点：只要适当设计出凸轮的轮廓曲线就可以使从动件得到各种预期的运动规律，而且结构简单、紧凑，运动可靠。缺点：由于凸轮机构与从动杆之间为点接触或线接触，压强较大，容易磨损，而且凸轮轮廓曲线的加工比较困难，因此，凸轮机构多用于要求精确实现比较复杂的运动规律而传力并不大的场合。2、凸轮机构的类型1）按凸轮的形状和运动分类盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构2）按从动件的形状分类尖顶从动件滚子从动件平底从动件