汽车构造 课件 3-1平面连杆机构

模块三汽车常用机构

平面连杆机构

铰链四杆机构铰链四杆机构的演化平面四杆机构的特性凸轮机构平面连杆机构1.能叙述平面连杆机构的定义。2.能叙述平面连杆机构中运动副及自由度的定义。3.能分析平面连杆机构的组成。4.能掌握绘制平面机构简图的方法及步骤。学习目标平面连杆机构一、平面机构引导问题：什么是平面机构？什么是平面连杆机构？所有运动构件都在同一平面，或相互平行的平面内运动的机构，称为平面机构。几个杆件由低副连接，且所有构件在同一平面或相互平行平面内运动的机构，称为平面连杆机构。连杆机构中的构件称为杆，一般连杆机构以所含杆件的数目来命名，如四杆机构、五杆机构、六杆机构等。平面四杆机构是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。平面连杆机构二、运动副及分类引导问题：在机构中两构件之间存在相互运动，如移动，转动等，这些运动可否称为运动副？何为低副？何为高副？举例说明低副和高副。由两个构件直接接触而组成的，形成既具有一定约束又具有一定相对运动的连接，称为运动副。如图3-1-1所示的发动机的运动副，缸体1与活塞2、活塞2与连杆3、连杆3与曲轴4均保持直接接触，并产生一定的相对运动，所以它们都是运动副。两构件组成的运动副是通过点、线或面接触来实现的，称之为运动副元素。平面连杆机构按照运动副之间的相对运动是在平面的还是空间的，可以分为平面运动副和空间运动副。平面运动副是指构件工作时在同一平面，或相互平行的平面内做相对运动；空间运动副是指构件可以在三维空间中做相对运动。大部分的常用机构都是平面机构，本章节仅就平面运动副和相关的平面机构进行介绍。面运动副按照接触方式不同，通常把运动副分为低副和高副两类。平面连杆机构（1）低副两构件以面接触而形成的运动副。根据它们的相对运动是移动还是转动，又分为移动副和转动副。一个平面内的自由体通常具有三个自由度，即沿X方向和Y方向的移动，以及在XY平面内的转动。低副通常引入两个约束，减少2个自由度。平面连杆机构（2）高副两构件以点或线接触而构成的运动副，常见的高副有凸轮副、齿轮副等，如图3-1-3所示。高副的引入使构件可沿接触处公切线t-t方向做相对移动，也能在回转平面内绕轴线转动，但沿接触处法线方向的相对移动受到约束。平面机构中的高副引入一个约束，保留了两个自由度。平面连杆机构三、平面机构自由度的计算引导问题：一个构件在平面具有3个自由度，将n个构件通过运动副相连后，该机构的自由度如何计算？1.平面机构自由度的计算如一个平面机构由n个可动构件组成（不含固定不动的机架），未用运动副联接之前，这些可动构件的自由度总数应为3n。同时假设机构中有PL个低副和PH个高副，由于引入1个低副，相应引入2个约束；引入1个高副，相应引入1个约束。若机构的自由度，以F表示，则有：平面连杆机构计算图3-1-4和图3-1-5所示机构的自由度。五杆机构的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2四杆机构的自由度：

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面连杆机构2.平面机构具有确定相对运动的条件1）机构自由度大于0。2）机构原动件数目等于机构自由度数目。若自由度小于或等于0，则会出现机构被卡死，无法运动，不能称之为机构。平面连杆机构3.计算平面机构自由度的注意事项（1）复合铰链由两个以上的构件在同一处以转动副相连而成的铰链称为复合铰链。图3-1-7所示为三个构件形成的两个转动副的复合铰链。可以推算为：有n个构件在一处组成复合铰链，应含有（n-1）个转动副。F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1平面连杆机构（2）局部自由度在某些机构中，某个构件所能产生的局部运动不影响机构中其他构件相对运动，这种自由度称为局部自由度。在计算机构的自由度时，局部自由度不应计入。图3-1-9a所示为滚子凸轮机构，滚子是为减少高副接触处的摩擦而设计的，这是平面机构中局部自由度最常见的形式。滚子在A的转动不会影响推杆的移动及凸轮的转动，在计算时可假想滚子与推杆是一体的，如图3-1-9b所示。此机构中有2个构件，1个转动副、1个移动副、1个高副。平面连杆机构（3）虚约束在某些机构中，有些重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算机构的自由度时，不应计算虚约束。虚约束经常出现在以下场合：1）两构件连接点的运动轨迹互相重合。图3-1-10a中，由于EF平行且等于AB和CD，杆5上的E点与杆3上的E点重合，EF杆存在与否都不影响整个机构的运动。由此可判定EF杆引入的为虚约束，计算时应去掉，如图3-1-10b所示。F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1平面连杆机构2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束，如图3-1-11所示。平面连杆机构①若机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用带两个转动副的构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束，如图3-1-12所示。