汽车机械基础（第4版）课件 项目1 任务1.1 平面机构结构分析

李亚杰汽车机械基础项目1汽车常用机构认知任务1.1平面机构的结构分析内燃配气机构组成的各构件都具有确定的相对运动。然而，任意拼凑的构件组合不一定能够运动，即使能够运动，也不一定具有确定的相对运动。只有对机构进行结构分析，了解各种机构的组成及其对运动的影响，以及机构具有确定的相对运动的条件，才能合理地使用现有机构并充分发挥其效能，同时为验证和改进设计提供依据。【任务描述】内燃机配气机构1—挺柱2—气门3—弹簧

4—摇臂

5—推杆6—凸轮

7—凸轮轴构件在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构。平面机构同一平面相互平行的平面至少有两个构件能在三维空间中相对运动。常用的机构大多数为平面机构。平面机构：空间机构：机构分类空间机构一、平面机构的组成1.构件的自由度自由度：构件可能出现的独立运动。一个做平面运动的自由构件有3个自由度。2.运动副

运动副：两个构件直接接触又能产生一定相对运动的连接称为运动副。轴与轴承传动齿轮约束：对构件独立运动的限制。活塞与连杆（1）低副--面接触

运动副中两个构件的接触形式主要有点、线、面（运动副元素）三种。（2）高副--点或线接触面接触点接触线接触移动副回转副回转副①回转副：组成运动副的两构件，只能绕某一轴线在一个平面内做相对转动的运动副；（1）低副面接触的接触部分压强较低，不易磨损，使用寿命较长。②移动副：组成运动副的两个构件，只能沿某一方向做相对直线运动的运动副。（2）高副齿轮副凸轮副点接触或线接触的接触部分压强较高，故容易磨损。高副提供约束及自由度情况：引入1个约束，保留2个自由度。低副提供约束及自由度情况：引入2个约束，保留1个自由度。回转副移动副平面机构自由度与约束情况

根据组成运动副的两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，运动副可分为平面运动副和空间运动副。

螺旋副球面副空间运动副机架-原动件-从动件-按给定运动规律独立运动的活动构件必有一个。其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。固定构件只有一个。构件机构由构件和运动副组成。3.构件类型二、机构运动简图的绘制回转副（1）运动副的表示方法1.机构运动简图的图形符号若构件固连在一起，则涂以焊接记号；画有斜线的构件代表机架。移动副凸轮副齿轮副齿轮副外啮合齿轮副内啮合（2）构件的表示方法两副构件

轴、杆等构件图形符号的图线用两倍粗实线表示，块类构件图形符号用小方块表示。三副构件步骤如下：①分析机构的运动情况，找出机构的机架、原动件和从动件。②分析构件间相对运动的性质，确定运动副的类型。③以与机构运动平面相平行的平面作为绘制运动简图的平面。④按比例尺用规定的符号和线条绘制机构运动简图。2.机构运动简图的绘制方法和步骤例1-1绘制单缸内燃机的运动简图。1—活塞2、8—推杆3—凸轮轴4—大齿轮

5—小齿轮6—曲轴7—连杆9-气缸体10-凸轮自由度计算公式：设平面机构有n个活动构件，PL个低副，PH个高副。F=3n-2PL-PHF=3×3–2×4–0

=

1

机构的自由度是指机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。三、机构具有确定相对运动的条件1.机构的自由度n=3，PL=4，PH=0

解：n=3，PL=4，PH=0

F=3n–2PL–PH=3×3–2×4–0=1解：n=2，PL=2，PH=1

F=3n–2PL–PH=3×2–2×2–1=1解：

计算实例n=5，PL

=7，PH=0

F=3n–2PL–PH=3×5–2×7–0=1解：例1-2计算单缸内燃机机构的自由度。F=3n–2PL–PH

=3×5–2×6–2=1解：（1）复合铰链：两个以上构件在同一处构成同轴线的回转副。处理：三个构件在同一轴线处，有两个回转副。n个构件时，有n–1个回转副。推理：2.计算机构自由度的注意事项412356n=5，PL=7，PH=0

F=3n–2PL–PH=3×5–2×7–0=1解：（2）局部自由度：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关。F＝33-23-1＝2（

）F＝32-22-1＝1（

）

在计算机构自由度时，局部自由度可预先排除。（3）虚约束：与其他约束重复而不起限制运动作用的约束。①两构件形成多个轴线重合的回转副。F＝31-21-0＝1（

）

在计算机构自由度时，应当除去虚约束不计。②两构件形成多个导路平行或重合的移动副。F＝32-22-1＝1（

）F＝32-22-1＝1（

）

在计算机构自由度时，应当除去虚约束不计。F＝33-24-0＝1（

）F＝34-26-0＝0（

）③两构件上连接点的运动轨迹互相重合。

在计算机构自由度时，应当除去虚约束不计。④机构中具有对运动不起作用的对称部分。

虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。F＝33-23-2＝1（

）例1-3计算图示筛料机构的自由度。F=3n–2PL–PH

=3×7–2×9–1=2解：例1-4计算图示冲压机构的自由度。F=3n–2PL–PH=3×9–2×12–2=1解：机构自由度原动件结论F＝3

3-2

4=11

F=原动件数目

机构有确定运动。F＝3

3-2

4

=12

F＜原动件数目

机构将破坏。3.机构具有确定的相对运动的条件机构自由度原动件结论F＝3

4-25=21

F＞原动件数目

机构运动不确定。F＝3

2-2

3

=00

F=0

机构为桁架结构，不能运动。F≤0F>0原动件数=F，运动确定。原动件数<F，运动不确定。原动件数>F，机构破坏。结论构件间无相对运动，不成为机构。构件机架原动件从动件运动副高副低副回转副移动副平面机构自由度计算平面机构运动简图1.

F=3n-2PL-PH2.注意事项复合铰链局部自由度虚约束具有确定运动的条件F＞0

=原动件数

总结运动副类型分析。凸轮6与挺柱1的接触形式是点接触或线接触，组成

副；气门2与弹簧3组成

副；气门2与摇臂4的接触形式是点接触或线接触，组成

副；摇臂4与推杆5组成

副；挺柱1与机架（内燃机壳体和气缸体）组成

副。①

计算机构的自由度：②

机构是否具有确定的相对运动？内燃机配气机构【任务实施】运动副类型分析。构件1与构件2、构件1与构件4、构件2与构件3、构件3与构件4组成

副。①

计算机构的自由度：②

机构是否具有确定的相对运动？四杆机构【任务实施】运动副类型分析。活塞1与气缸体8组成

副；活塞1与连杆7、连杆7与曲轴6、曲轴6与内燃机壳体组成

副；运动经小齿轮5传到大齿轮4，它们的接