汽车常用机构组成.ppt

§§1. 1. 平面机构的组成平面机构的组成§§2. 2. 机构运动简图及其绘机构运动简图及其绘制制§§3. 3. 机构自由度的计算机构自由度的计算§4. 平面机构的组成原理与结构分析平面机构：平面机构：所有构件在同一平面或所有构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构相互平行的平面内运动的机构 1.1.构件构件 ————机器中每一个独立的运动单元机器中每一个独立的运动单元构件的自由度构件的自由度————构件的独立运动数目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xy02.2.运动副运动副——两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联结常见平面运动副凸凸轮轮副副转转动动副副移动副齿齿轮轮副副结论：结论：　　 平面低副具有两个约束，平面高副具有一个约束平面低副具有两个约束，平面高副具有一个约束平面运动副平面运动副低副低副——面接触面接触（（转动副、移副、移动副副））高副高副——线接触（线接触（凸凸轮副、副、齿轮副副)空间运动副球球面面副副螺螺旋旋副副3.3.运动链运动链开式链开式链闭式链闭式链——两个以上的构件用运动副联接而构成的系统。

构件构件运动副运动副运动链运动链机构机构 运动链运动链固定一个构件的固定一个构件的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. 1. 平面机构运动简图平面机构运动简图———— 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运动关系的简单图形称为机构运动简图原动件原动件————箭头箭头 如构件2固定件固定件————斜线斜线 如构件1构件刚化构件刚化————涂黑涂黑2112构件的表示方法：构件的表示方法：————常用线条、块、圆或示意性轮廓表示常用线条、块、圆或示意性轮廓表示 ————须用规定的符号表示须用规定的符号表示转转动动副副移移动动副副12211212121212121212运动副的表示方法：运动副的表示方法：两运两运动构件构成的运构件构成的运动副副两构件之一两构件之一为固定件固定件时的运的运动副副常常用用运运动动副副符符号号常常用用运运动动副副符符号号凸凸轮轮副副齿齿轮轮副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1212122.2.运动简图的绘制步骤：运动简图的绘制步骤： 1 1）分析机构运动，弄清构件数目；）分析机构运动，弄清构件数目；牛牛头头刨刨床床牛牛头头刨刨床床主主运运动动机机构构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牛头刨床结构示意图牛头刨床结构示意图牛头刨床运动简图牛头刨床运动简图【【例例2-12-1】】绘制牛头刨床主运动机构的运动简图绘制牛头刨床主运动机构的运动简图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OOAB1234【例2-2】3.3.平面机构运动简图绘制时注意问题：平面机构运动简图绘制时注意问题：1 1）忽略构件外形，主要表达运动副关系；）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；一、机构自由度计算公式：一、机构自由度计算公式：铰链四杆机构铰链四杆机构：　　n n＝ ３，３，ＰＰL L＝４，＝４，ＰＰH H＝０＝０　　　　ＦＦ＝３＝３××３－２３－２××４－０＝１４－０＝１ （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铰链三杆机构：铰链三杆机构：　　n n＝ ２，２，ＰＰL L＝３，＝３，ＰＰH H＝０＝０　　　　ＦＦ＝３＝３××２－２２－２××３－０＝０３－０＝０ 　　 （机构不能运动） 铰链三杆机构铰链五杆机构：铰链五杆机构：　　n n＝ ４，４，ＰＰL L＝５，＝５，ＰＰH H＝０＝０　　　　ＦＦ＝３＝３××４－２４－２××５－０＝２５－０＝２ 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：结论：　　机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是 ：：　　　　ＦＦ＞０且＞０且ＦＦ等于原动件数等于原动件数W W二、机构具有确定运动的条件：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【【例例2-12-1】】分析牛头刨床主运动机构的自由度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　 n＝ 6，ＰL＝8，ＰH＝1 Ｆ＝3n - 2pL - pH =３×6－２×8－1＝１ 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课课 堂堂 练练 习习 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. 1.复合铰链复合铰链————两个以上的构件同在一处以转动副相联结。

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三、计算平面机构自由度时的注意问题 处理方法：Ｋ个构件构成的复合铰，计（Ｋ－１）个转动副复合铰链复合铰链锯床进给机构锯床进给机构【例2-3】计算图示锯床进给机构的自由度锯锯床床进进给给机机构构解：此机构A、Ｂ、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：n＝７ ＰL=10 PH=0复合铰链的常见表现形式：123123123123123123× 2. 2.局部自由度局部自由度————对整个机构运动无关的自由度对整个机构运动无关的自由度凸凸轮轮机机构构左图：左图：右图：右图：处理方法： 认为滚子与杆焊结成一体 3. 3.虚约束虚约束————重复限制机构运动的约束重复限制机构运动的约束中图：中图：右图：右图：虚约束之一：轨迹重合处理方法： 解除虚约束构件及其运动副机机车车车车轮轮联联动动机机构构 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：虚约束之二： 移动副导路平行处理方法： 只计一处移动副12344 虚约束之三：转动副轴线重合虚约束之三：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：AB处理方法：只计一处转动副虚约束之四：虚约束之四： 对称部分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：行行星星轮轮系系处理方法：只计一部分小结虚约束：小结虚约束：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【【例例2-42-4】】计算大筛机构的自由度计算大筛机构的自由度 , ,并判断机构运动是否确定并判断机构运动是否确定 解：：F F处滚子为局部自由度，处滚子为局部自由度， ＣＣ处为复合铰链，处为复合铰链， Ｅ、Ｅ、G G之一为虚约束之一为虚约束则：因Ｆ＝W＝２所以该机构运动是确定的G 【【例例2-52-5】】计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度 , ,并判断机构运动是否确定并判断机构运动是否确定 解：：D D处滚子为局部自由度，处滚子为局部自由度， E E、、F F处为复合铰链，处为复合铰链， I I、、J J之一为虚约束。

之一为虚约束则：因Ｆ＝W＝1所以该机构运动是确定的I I J J 1. 1. 全低副机构的组成全低副机构的组成（（1 1）基本机构）基本机构原动件原动件机机 架架12112=基本机构 + 从动件系统一个基本机构的自由度数为一个基本机构的自由度数为1 1（（2 2）从动件系统）从动件系统n为２的倍数为２的倍数pL为为3的倍数的倍数杆组杆组————最简单的自由最简单的自由度为零的构件组度为零的构件组① Ⅱ① Ⅱ级杆组（级杆组（ⅡⅡ级组）级组） ————RRRRRR型型RRPRRP型型RPRRPR型型PRPPRP型型RPPRPP型型② Ⅲ② Ⅲ级杆组（级杆组（ ⅢⅢ级组）级组） ————3、机构自由度计算注意问题： 1、机构自由度计算： 方法、意义方法、意义 复合铰链￿￿￿￿￿￿￿局部自由度￿￿￿￿识别及处理方法 虚约束 2、机构运动确定的条件作业：作业： 教材习题：教材习题：2-1 2-1 a a、、b b、、c c* *、、d d* * 2-2 2-2 a a、、b b、、c c、、d d 学习指南：第二章练习题学习指南：第二章练习题 2. 12. 1）） b b、、c c 注“* *”——选作题 作业要求：作业要求： ① ①用山东建筑大学实验用山东建筑大学实验报告纸；报告纸； ② ②画图要用尺子、圆规画图要用尺子、圆规等作图工具。

等作图工具 预习内容：预习内容： 1 1、何为基本杆组、何为基本杆组? ?何为何为ⅡⅡ级杆组及级杆组及ⅢⅢ级杆组？级杆组？ 2 2、何为机构的级别？如何对机构进行结构分析？、何为机构的级别？如何对机构进行结构分析？基本机构基本机构杆组杆组机构机构若干若干机构的组成原理机构的组成原理———— 任何机构都是由若干个任何机构都是由若干个基本杆组基本杆组依次连接于依次连接于原动件原动件和和机架机架上所组成的系统上所组成的系统例例：：原动件为转动构件的基本机构分别 联接Ⅱ级杆组的五种形式构成的机构又例又例：：原动件为转动构件的基本机构联接 两个Ⅱ级杆组构成的机构基本机构加基本机构加ⅡⅡ级杆组级杆组e) 正弦机构a)￿铰链四杆机构铰链四杆机构b)￿曲柄滑块机构曲柄滑块机构d)￿正切机构正切机构c) 摆动导杆机构摆动导杆机构基本机构加两个基本机构加两个ⅡⅡ级杆组级杆组例：例： 破碎机机构就是由两个破碎机机构就是由两个ⅡⅡ级杆组和基本机构串联成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）机构的级别机构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，修改其错误结构分析机构结构组成，修改其错误结构——结构改错（（1 1）高副低代的定义：）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 2）高副低代应满足的条件：）高副低代应满足的条件：（（3 3）高副低代的方法：）高副低代的方法：2 2、高副低代机构、高副低代机构自由度完全相同自由度完全相同瞬瞬时速度和加速度完全相同速度和加速度完全相同代替机构和原机构一个构件一个构件￿￿￿￿￿￿￿￿两个两个转动副副 高副 转动副位置——过高副接触点找两轮廓的曲率中心 例：图示机构中高副用低副取代例：图示机构中高副用低副取代31243124（（4 4）高副低代的两种特殊情况）高副低代的两种特殊情况: :②若两接触轮廓之一为一点，替代转动副的位置即选在该点①如果两接触轮廓之一为直线，替代转动副演化成移动副【【例例2-62-6】】对上图所对上图所示机构作结构分析，示机构作结构分析，并确定机构的级别。

并确定机构的级别 ③ 拆杆组：② 高副低代① 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Ⅱ级组，不成，再拆Ⅲ级组顺序：从远离原动件的构件开始； ④ 确定机构的级别【【例例2-62-6】】解：解：1 1）计算机构自由度）计算机构自由度F=F=3 3××5 5 - - 2 2××7=1 7=1 该机构为Ⅱ级机构该机构为低副机构2）拆杆组由两个Ⅱ级杆组加基本机构组成IJC123456I【【例例2-72-7】】对图示机构作结构对图示机构作结构分析，并分析当构件分析，并分析当构件ABAB和和EGEG分分别为原动件时机构的级别别为原动件时机构的级别解：1.计算机构自由度 F=3×6-2×8-1=1 局部自由度局部自由度2.高副低代虚虚约束束1234567 71）EG为原动件时：3.拆杆组判断机构级别46215873——机构为Ⅱ级机构Ⅱ级杆组基本机构Ⅱ级杆组Ⅱ级杆组IJC123456872）AB为原动件时：——机构为Ⅲ级机构3.拆杆组判断机构级别IJC1234568745673281Ⅲ级杆组Ⅱ级杆组基本机构【【例例2-82-8】】 : : 试分析图示牛头刨床试分析图示牛头刨床的结构，如有问题，请改正。

的结构，如有问题，请改正2）结构分析解:（1） 计算机构自由度 F＝3n－2PL－PH＝3×4－2×6＝0 机构不能动 (d) (d)图所示部分不是杆图所示部分不是杆组，机构组成不合理可变成组，机构组成不合理可变成 (e)(e)图所示杆组这时机构改成图所示杆组这时机构改成如右图所示的机构如右图所示的机构该机构为该机构为ⅡⅡ级机构F F＝＝3 3n n-2-2P PL L- -P PH H=3=3××5 5－－2 2××7=17=1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 .1 B.0 C .原动件数1)1)两构件通过点或线接触而构成的运动副为两构件通过点或线接触而构成的运动副为 ；它引入；它引入 个约束两构件通过面接触而构成的运动副为两构件通过面接触而构成的运动副为 ，它引入，它引入 个约束。

个约束7）有两个平面机构的自由度都等于１，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 .1 B.0 C .25）某机构为Ⅲ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Ⅲ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2 2、机构运动简图的绘制、机构运动简图的绘制3 3、平面机构自由度的计算及、平面机构自由度的计算及 运动确定性的判断运动确定性的判断4 4、平面机构的组成原理及结构分析、平面机构的组成原理及结构分析运动副的表达绘图和读图计算和判断方法特殊情况的处理拆杆组方法结构改错1 1、平面机构的组成、平面机构的组成运动副的识别运动副的约束作业：教材习题：教材习题： 2-4 2-4 b b 2-3*2-3*、、2-4a*2-4a* 要求：要求：画图表示拆杆组过程画图表示拆杆组过程 预习：1.1.何谓速度瞬心？相对瞬心与绝对瞬心有何区别？何谓速度瞬心？相对瞬心与绝对瞬心有何区别？2. 2. 如何确定瞬心的位置？如何确定瞬心的位置？§§ 1 1 机构结构分析的目的机构结构分析的目的§§ 3 3 平面机构自由度的计平面机构自由度的计算算§§ 5 5 平面机构的结构综合平面机构的结构综合a)a)构件构件b)b)运动副及其分类运动副及其分类c)c)机构的组成机构的组成d)d)运动简图的绘制方法步骤运动简图的绘制方法步骤e)e)举例举例a)a)基本概念基本概念b)b)举例举例c)c)应注意的问题应注意的问题d)d)举例举例§§ 4 4 平面机构的组成与结构构分平面机构的组成与结构构分析析 a)a)全低副机构的组成全低副机构的组成b)b)高副低代机构的组成高副低代机构的组成c)c)结构分析结构分析§§ 2 2 平面机构的组成与平面机构的组成与 运动简图的绘制运动简图的绘制** ** 主要参考资主要参考资料料* * 知识拓知识拓展展 1. 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的同学，可参阅张启先编著的《《空间机构的分析与综合空间机构的分析与综合》》（上册）（北京：（上册）（北京：机械工业出版社，机械工业出版社，19841984）书中从研究空间开式运动链的自由度公式及末杆）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，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了空间封闭形机构的组成原理 2. 2. 本章所给出的自由度计算公式（本章所给出的自由度计算公式（2 2————1 1），只是用于计算单），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算就比较繁复同学在需要时可参阅繁复同学在需要时可参阅F.FreudensteinF.Freudenstein，，R.AlizadeR.Alizade所著的论文所著的论文《《OnOnthe Degree of Freedom of Mechanisms with Variable General the Degree of Freedom of Mechanisms with Variable General ConstraintConstraint》》（（The Fourth World Congress on the Theory of Machines and The Fourth World Congress on the Theory of Machines and MechanismsMechanisms，，19751975） 3. 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，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需要用到图论的一些基本知识曹惟庆在其编著的《《机构组成原理机构组成原理》》（北（北京：高等教育出出版社，京：高等教育出出版社，19831983）一书中，以平面低副机构为例，介绍是单）一书中，以平面低副机构为例，介绍是单自由度机构的类型综合和平面杆组的类型综合问题。

有兴趣的同学可参阅自由度机构的类型综合和平面杆组的类型综合问题有兴趣的同学可参阅该书1. 1. 孙桓、陈作模主编孙桓、陈作模主编《《机械原理机械原理》》（（高教出版社高教出版社，，19961996））2. 2. 郑文纬、吴克坚主编郑文纬、吴克坚主编《《机械原理机械原理》》（高教出版社，（高教出版社，19971997））3. 3. 曹惟庆主编曹惟庆主编《《机构组成原理机构组成原理》》（高教出版社，（高教出版社，19831983））4.4.张启先主编张启先主编《《空间机构的分析与综合（上册）空间机构的分析与综合（上册）》》 （（机机械工业出版社械工业出版社，，19841984））5. 5. 符炜符炜《《含齿轮副的平面机构的自由度计算含齿轮副的平面机构的自由度计算》》 （西安：机（西安：机械科学与技术，械科学与技术，19901990（（2 2））））6. 6. 孙桓孙桓《《机械原理课程参考教案机械原理课程参考教案》》（西工大，（西工大，19921992））。