汽车常用机构组成

,模块三汽车常用机构的组成和结构分析,1.平面机构的组成,2.机构运动简图及其绘制,3.机构自由度的计算,4.平面机构的组成原理与结构分析,平面机构：所有构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。,1.构件机器中每一个独立的运动单元。,1平面机构的组成,构件的自由度构件的独立运动数目。,原动件：运动规律已知的活动构件。从动件：随原动件运动的其余活动构件。固定件(机架)：支持活动构件的构件。,一个做平面运动的独立构件有三个自由度,2.运动副,两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联结。,1平面机构的组成,常见平面运动副,转动副,移动副,齿轮副,1平面机构的组成,空间运动副,球面副,螺旋副,3.运动链,开式链,闭式链,两个以上的构件用运动副联接而构成的系统。,1平面机构的组成,4.机构,将某一构件固定，其余构件均有确定相对运动的运动链。,1平面机构的组成,1.平面机构运动简图用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各机件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。,2机构运动简图及其绘制,原动件箭头如构件2,固定件斜线如构件1,构件刚化涂黑,构件的表示方法：,常用线条、块、圆或示意性轮廓表示。,须用规定的符号表示。,转动副,移动副,2机构运动简图及其绘制,运动副的表示方法：,常用运动副符号,凸轮副,齿轮副,尖端推杆,滚子推杆,平底推杆,外啮合圆柱齿轮,内啮合圆柱齿轮,齿轮齿条啮合,2机构运动简图及其绘制,2.运动简图的绘制步骤：,1）分析机构运动，弄清构件数目；,牛头刨床,牛头刨床主运动机构,4）标注：构件编号、运动副字母、原动件箭头。,3）表达运动副和构件；三选：选视图、选比例、选位置,2）判定运动副的类型和数目；按接触情况和相对运动,2机构运动简图及其绘制,牛头刨床结构示意图,牛头刨床运动简图,【例2-1】绘制牛头刨床主运动机构的运动简图,2机构运动简图及其绘制,绘制图示平面机构的运动简图。（图中偏心盘1绕固定轴O转动，通过构件2使滑块3相对于机架往复移动。）,O,2机构运动简图及其绘制,【例2-2】,3.平面机构运动简图绘制时注意问题：,1）忽略构件外形，主要表达运动副关系；,3）同一构件上的不同零件尽可能用同一数码标注。,2）视图平面一般选择为构件的运动平面；,2机构运动简图及其绘制,一、机构自由度计算公式：,3平面机构自由度的计算,铰链四杆机构：n，L，H,（当取1个构件为原动件时，机构有确定的相对运动。）,机构的自由度机构所具有的独立运动的数目。,机构自由度：,设机构有N个构件，N-1=n个活动构件，用PL个低副，PH个高副联接后，,机构的3n个自由度，受到（2PL+PH）个约束，则：,铰链四杆机构,3平面机构自由度的计算,铰链三杆机构：n，L，H（机构不能运动）,铰链三杆机构,铰链五杆机构：n，L，H,铰链五杆机构,（当取2个构件为原动件时，机构各构件的运动才确定。）,结论：机构具有确定运动的条件是：且等于原动件数W,3平面机构自由度的计算,二、机构具有确定运动的条件：,通常，每个原动件只具有一个独立运动，因此，机构自由度数与原动件的数目相等时，机构才能有确定的运动。,牛头刨床的原动件为电动机带动的小齿轮,【例2-1】分析牛头刨床主运动机构的自由度：,因原动件数为1，等于自由度数故机构具有确定的相对运动。,n6，L8，H13n-2pL-pH=681,课堂小结,1、运动副：类型、约束情况、识别和判断,2、机构运动简图：识图、绘制方法（运动副的表达）,3、机构自由度计算：应用、理解,课堂练习,绘制图示内燃机机构的运动简图，计算机构的自由度并判断机构是否有确定的相对运动。,1.复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副相联结。,三、计算平面机构自由度时的注意问题,3平面机构自由度的计算,处理方法：个构件构成的复合铰，计（）个转动副。,复合铰链,锯床进给机构,【例2-3】计算图示锯床进给机构的自由度。,锯床进给机构,3平面机构自由度的计算,解：此机构A、C、D四处均由三个构件组成复合铰链，,原动件为1等于机构自由度数，故机构运动是确定的。,则：nL=10PH=0,3平面机构自由度的计算,复合铰链的常见表现形式：,2.局部自由度对整个机构运动无关的自由度。,凸轮机构,左图：,右图：,3平面机构自由度的计算,处理方法：认为滚子与杆焊结成一体,3.虚约束重复限制机构运动的约束。,右图：,虚约束之一：轨迹重合,3平面机构自由度的计算,处理方法：解除虚约束构件及其运动副,机车车轮联动机构,两构件在多处构成移动副且移动方向彼此平行时，只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。如图所示机构D、D之一为虚约束。这时：,3平面机构自由度的计算,处理方法：只计一处移动副,虚约束之三：转动副轴线重合,两构件有多处接触而构成转动副且转动轴线相互重合时，只有一个转动副起约束作用，如图中曲轴的两转动副A、B之一为虚约束。这时：,3平面机构自由度的计算,处理方法：只计一处转动副,虚约束之四：对称部分,机构中对传递运动不起独立作用的对称部分,在右图中，行星轮系中的行星轮2、2为虚约束，去掉后：,行星轮系,3平面机构自由度的计算,处理方法：只计一部分,小结虚约束：,3平面机构自由度的计算,1）虚约束是在一定的几何条件下出现的。,2）虚约束的作用是为了改善构件受力状态或增大其刚性。,3）应用虚约束时，要保证设计和加工中的几何精度，否则就会变成实约束。,【例2-4】计算大筛机构的自由度,并判断机构运动是否确定。,解：F处滚子为局部自由度，处为复合铰链，、G之一为虚约束。,3平面机构自由度的计算,则：,因W所以该机构运动是确定的。,【例2-5】计算图示机构的自由度,并判断机构运动是否确定。,解：D处滚子为局部自由度，E、F处为复合铰链，I、J之一为虚约束。,3平面机构自由度的计算,则：,因W1所以该机构运动是确定的。,I,J,4平面机构的组成原理与结构分析,1.全低副机构的组成,一个基本机构的自由度数为1,（2）从动件系统,n为的倍数pL为3的倍数,杆组最简单的自由度为零的构件组,4平面机构的组成原理与结构分析,级杆组（级组）,RRR型,RRP型,RPR型,PRP型,RPP型,4平面机构的组成原理与结构分析,级杆组（级组）,4平面机构的组成原理与结构分析,课堂小结,3、机构自由度计算注意问题：,1、机构自由度计算：方法、意义,2、机构运动确定的条件,作业：教材习题：2-1a、b、c*、d*2-2a、b、c、d学习指南：第二章练习题2.1）b、c注“*”选作题,作业要求：用山东建筑大学实验报告纸；画图要用尺子、圆规等作图工具。,预习内容：1、何为基本杆组?何为级杆组及级杆组？2、何为机构的级别？如何对机构进行结构分析？,机构的组成原理任何机构都是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的系统。,4平面机构的组成原理与结构分析,例：原动件为转动构件的基本机构分别联接级杆组的五种形式构成的机构,又例：原动件为转动构件的基本机构联接两个级杆组构成的机构,基本机构加级杆组,a)铰链四杆机构,b)曲柄滑块机构,d)正切机构,c)摆动导杆机构,基本机构加两个级杆组,例：破碎机机构就是由两个级杆组和基本机构串联成。,同一机构中可包含不同级别的基本杆组，把机构中所包含的基本杆组的最高级数作为机构的级数。,（3）机构的级别,4平面机构的组成原理与结构分析,机构结构分析,分析机构中包含的杆组，确定机构级别。,拆杆组,分析机构结构组成，修改其错误结构。,结构改错,（1）高副低代的定义：将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替。,（2）高副低代应满足的条件：,（3）高副低代的方法：,2、高副低代机构,高副,转动副位置过高副接触点找两轮廓的曲率中心,4平面机构的组成原理与结构分析,例：图示机构中高副用低副取代,4平面机构的组成原理与结构分析,（4）高副低代的两种特殊情况:,若两接触轮廓之一为一点，替代转动副的位置即选在该点,如果两接触轮廓之一为直线，替代转动副演化成移动副,4平面机构的组成原理与结构分析,【例2-6】对上图所示机构作结构分析，并确定机构的级别。,拆杆组：,高副低代。,除去虚约束和局部自由度，计算机构自由度。,3、平面机构的结构分析方法：,判断：每拆出一杆组后，剩下部分仍是一个自由度不变的完整机构，直至只剩下基本机构。,拆法：先试拆级组，不成，再拆级组。,顺序：从远离原动件的构件开始；,确定机构的级别,4平面机构的组成原理与结构分析,平面机构的结构分析,【例2-6】解：1）计算机构自由度F=35-27=1,拆杆组,该机构为级机构。,该机构为低副机构。,2）拆杆组,由两个级杆组加基本机构组成。,【例2-7】对图示机构作结构分析，并分析当构件AB和EG分别为原动件时机构的级别。,解：1.计算机构自由度F=36-28-1=1,平面机构的结构分析,2.高副低代,7,拆杆组,平面机构的结构分析,1）EG为原动件时：,3.拆杆组判断机构级别,机构为级机构。,级杆组,基本机构,级杆组,级杆组,拆杆组,2）AB为原动件时：,机构为级机构。,平面机构的结构分析,3.拆杆组判断机构级别,级杆组,级杆组,基本机构,拆杆组,平面机构的结构分析,【例2-8】:试分析图示牛头刨床的结构，如有问题，请改正。,（2）结构分析,解:（1）计算机构自由度F3n2PLPH34260机构不能动,结构改错,平面机构的结构分析,(d)图所示部分不是杆组，机构组成不合理。可变成(e)图所示杆组。这时机构改成如右图所示的机构。该机构为级机构。F3n-2PL-PH=3527=1,结构改错,课堂讨论,2）根据平面机构组成原理，任何机构都可看成是由加和组成。,3）机构中相对静止的构件称为，机构中按给定运动规律运动的构件称为。,4）杆组是自由度等于的运动链。A.1B.0C.原动件数,1)两构件通过点或线接触而构成的运动副为；它引入个约束。两构件通过面接触而构成的运动副为，它引入个约束。,7）有两个平面机构的自由度都等于，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时其自由度等于。A.1B.0C.2,5）某机构为级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是。A.至少含有一个级杆组B.至少含有三个基本杆组C.含有基本机构和二个基本杆组,6）机构中只有一个。A.原动件B.从动件C.机架,课堂讨论,本章小结,2、机构运动简图的绘制,3、平面机构自由度的计算及运动确定性的判断,4、平面机构的组成原理及结构分析,1、平面机构的组成,作业：教材习题：2-4b2-3*、2-4a*要求：画图表示拆杆组过程,预习：,1.何谓速度瞬心？相对瞬心与绝对瞬心有何区别？2.如何确定瞬心的位置？,目录索引,1机构结构分析的目的,3平面机构自由度的计算,5平面机构的结构综合,a)构件b)运动副及其分类c)机构的组成d)运动简图的绘制方法步骤e)举例,a)基本概念b)举例c)应注意的问题d)举例,4平面机构的组成与结构构分析,a)全低副机构的组成b)高副低代机构的组成c)结构分析,2平面机构的组成与运动简图的绘制,*主要参考资料,*知识拓展,1.在进行机械运动方案创新设计阶段，计算所设计的运动链的自由度，并判断其能否为机构，是设计工作中十分重要的一步。本章介绍了自由度计算公式，并着重讨论了平面机构自由度计算时需要注意的问题。限于篇幅，对空间机构的自由度没有展开讨论。希望在这方面作深入研究的同学，可参阅张启先编著的空间机构的分析与综合（上册）（北京：机械工业出版社，1984）书中从研究空间开式运动链的自由度公式及末杆自由度分析入手，推导了空间单封闭形机构和多封闭形机构的自由度公式，并介绍了其计算方法及注意事项。此外，还介绍了空间封闭形机构的组成原理。2.本章所给出的自由度计算公式（21），只是用于计算单环闭链，或虽系多环闭链但各环的公共约束数目相同的机构的自由度。当机构中含有多个环，而各环的公共约束数目又不相同时，机构自由度的计算就比较繁复。同学在需要时可参阅F.Freudenstein，R.Alizade所著的论文OntheDegreeofFreedomofMechanismswithVariableGeneralConstraint,知识拓展,（TheFourthWorldCongressontheTheoryofMachinesandMechanisms，1975）。3.确定机构的运动，要求构件数和运动副数目之间满足一定的关系，这个关系就是机构自由计算公式。在给定了所需设计的机构自由度的前提下，运动副数目和构件数的多种组合都可以满足该式，即公式的解不是唯一的。这就为选择和设计机构留下了比较和择优的余地。从这个意义上讲，机构自由度计算公式又称为机构的组成公式。把一定数量的构件和运动副进行排列搭配以组成机构的过程，称为机构的类型综合。它可为创新机构提供途径。在进行机构类型综合时，需要用到图论的一些基本知识。曹惟庆在其编著的