《汽车机械基础》课件-项目三：汽车常用机构-平面机构分析

汽车机械基础1.平面连杆机构Contents1连杆2平面四杆机构的基本型式连杆应用实例：内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、翻箱机、椭圆仪、机械手爪、开窗、车门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：

①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。③连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。连杆缺点：①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。②产生动载荷（惯性力），不适合高速。③设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类:平面连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。平面四杆机构的基本型式基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。名词解释：曲柄—作整周定轴回转的构件；连杆—作平面运动的构件；连架杆—与机架相联的构件；摇杆—作定轴摆动的构件；周转副—能作360°相对回转的运动副；摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。1连架杆2连杆3连架杆4机架平面四杆机构的基本型式（1）曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。ABC1243DABDC1243雷达天线俯仰机构曲柄主动平面四杆机构的基本型式（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如叶片泵、惯性筛等。平面四杆机构的基本型式自用盘编号JJ321002ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB实例：火车轮特例：平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动BC=ADABDC摄影平台ADBCB’C’天平播种机料斗机构平面四杆机构的基本型式（3）双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构－汽车转向机构、风扇摇头机构2.静力学公理概述汽车为什么可以匀速行驶在斜坡上？静力学静？平衡状态静止状态匀速直线运动状态---------------------------------------------静力学公理刚体？刚体是一种理想化的力学模型---------------------------------------------静力学公理公理一(二力平衡公理)GFn静力学公理公理二(力的平行四边形公理)F1F2F合a作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的大小和方向由平行四边形公理确定。静力学公理公理三(加减平衡力系公理)可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。GFnF1F2图1图2图3静力学公理公理四(作用力与反作用力公理)两物体间存在作用力与反作用力，两力大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上，作用线沿同一直线。3.力和力矩概述在日常生活中，我们离不开力。汽车在行驶过程中只有当汽车行驶的驱动力大于各种阻力之和时，汽车才能加速行驶。静力学公理力力矩目录力什么是力？力，是物体对物体相互之间的机械作用，力不能脱离物体而单独存在。它是力学中的基本概念之一，是使物体获得加速度或形变的外因。力力是使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形的原因。其中，使物体运动状态发生变化的效应称为力的外效应或运动效应；使物体形状发生改变的效应称为力的内效应或变形效应。运动状态发生变化物体形状发生改变力力的三要素：力的大小、方向和作用点来表示，其中任何一个要素改变时，力的作用效应也随之改变。力的表示右左力力如何表示呢？矢量大小方向标量只有大小，没有方向力可以用矢量表示力的三个要素，该矢量的长度按一定比例尺表示力的大小；矢量的方向表示力的方向；矢量的始端或终端（点B）表示力的作用点；所沿的直线表示力的作用线。牛顿(N)1N=1公斤•米/秒2（kg•m/s2)力矩力对某点的矩称为力矩，它是力使物体绕该点转动效应的度量。力矩

力矩的表达式为

4.约束与约束反力约束与约束力自由体与非自由体约束平面任意力系平衡的充分必要条件是：力系的主矢和对于任一点的主矩都等于零，即概念：限制物体B位移的物体A（不唯一）称为物体B的约束。名称概念例子自由体可以在空间里任意移动子弹，气球非自由体某些位移受到周围物体限制吊灯，汽车约束与约束力主动力与被动力约束力平面任意力系平衡的充分必要条件是：力系的主矢和对于任一点的主矩都等于零，即约束作用在物体上的力，约束力是被动力的一种，大小方向取决于主动力的大小方向。名称概念例子主动力改变物体运动状态的力重力，推力被动力因为被施加了力而被迫产生的力绳内张力，摩擦力作用点：约束与物体的接触点。方向：与约束阻碍位移方向相反。常见的几种类型的约束柔绳、链条、胶带等非刚性体所构成的柔性约束特点：柔软易变形，不可伸缩，不计自重（轻绳），不可抵抗弯曲与压力。受力分析：作用点：物体连接点上方向：沿着绳索中心线背离物体常见的几种类型的约束理想光滑接触面概念：物体与约束接触面光滑。受力方向：摩擦可忽略，沿接触处法线方向指向物体。常见的几种类型的约束光滑圆柱铰链约束组成：两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。约束特点：这类约束的本质为光滑接触面约束，因其接触点位置未定，故只能确定铰链的约束反力为一通过销钉中心的大小和方向均无法预先确定的未知力。通常此力就用两个大小未知的正交分力来表示。铰链约束分类：这类约束有固定铰链支座、活动铰链支座和中间铰链等。常见的几种类型的约束光滑圆柱铰链约束固定铰链支座常见的几种类型的约束光滑圆柱铰链约束活动铰链支座常见的几种类型的约束光滑圆柱铰链约束中间铰链两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即构成中间铰链，其约束反力用两个正交的分力表示。5.受力分析受力分析在工程实际中，为了求出未知的约束反力，需要根据已知力，应用平衡条件求解。为此，首先要确定构件受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向，这个分析过程称为物体的受力分析。受力分析画物体受力图关键步骤为选研究对象;取分离体;画上主动力;画出约束反力。为了清晰地表示物体的受力情况，可以把需要研究的物体（称为受力体）从周围的物体（称为施力体）中分离出来，单独画出它的简图，这个步骤叫做取研究对象或取分离体。画出分离体上所有作用力的图称为物体的受力图。受力分析画受力图时还应注意以下问题：受力图只画研究对象的简图和所受的全部力；每画一力都要有依据，不多不漏；不要画错力的方向，反力要和约束性质相符，物体间的相互约束力要符合力的作用与反作用公理。平衡条件和平衡方程平衡条件平衡方程平面任意力系平衡的充分必要条件是：力系的主矢和对于任一点的主矩都等于零，即平衡力系的平衡方程为力的合成与分解力的三要素：力的大小、方向和作用点来表示，其中任何一个要素改变时，力的作用效应也随之改变。合力与分力定义：如果几个力共同作用产生的效果与一个力的作用效果相同，这一个力

就叫做那几个力的合力，那几个力叫做这一个力的分力.关系：合力与分力是等效替代关系.受力分析力的合成是求几个力的合力的过程.力的分解求一个力的分力过程.力的分解是力的合成的逆运算。运算法则平行四边形定则：求两个互成角度的分力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向.如图甲所示，F1、F2为分力，F为合力。三角形定则：把两个矢量的首尾顺次连接起来，第一个矢量的首到第二个矢量的尾的有向线段为合矢量.如图乙，F1、F2为分力，F为合力。受力分析