资源简介 (共47张PPT)项目一 平面连杆机构任务1 机械组成认识任务2 认识运动副任务3 平面连杆机构类型的判断及应用任务4 平面连杆机构的基本特性任务5 平面连杆机构的演化项目二 凸轮机构模块一 汽车常用机构项目一 平面连杆机构本项目概述本项目主要介绍平面连杆机构。平面连杆机构制造简单,易于获得较高的制造精度,在汽车和各类机械中获得广泛应用。本项目主要包括五个任务:机械组成认识、认识运动副、平面连杆机构类型的判断及应用、平面连杆机构的基本特性、平面连杆机构的演化。通过任务学习,认识运动副和平面连杆机构,学习并理解汽车雨刮器、车门玻璃升降机构、汽车前轮转向机构、发动机曲柄连杆机构、车门开闭机构、汽车起重机、自卸汽车的翻斗机构等是如何实现运动的。任务1 机械组成认识汽车是一个复杂的整体,由车身、发动机、转向系统、传动轴、制动系统、电脑和传感器等组成,每一个组成部分又由多个小单元组成,而每一个小单元又是由若干机构或构件组成,汽车的整体结构组成图如图1-1-1所示。图1-1-1 汽车整体结构组成图任务1 机械组成认识一、机器与机构机器是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置,它能变换或传递能量、物料与信息,以代替或减轻人的体力劳动和脑力劳动。比如汽车就能够变换能量、传递物料,通过汽车乘坐或驾驶汽车来减轻人的劳动强度;又如,计算机可以减轻人的脑力劳动等。以汽车为例来说明机器的组成,如图1-1-2所示。图1-1-2 汽车动力传输系统结构图任务1 机械组成认识一、机器与机构机器的组成通常包括动力部分、传动部分、执行部分、控制部分和保障部分,各组成部分的作用和应用以汽车举例,如表1-1-1所示。组 成 部分 作 用 举 例动力部分 机器的动力源,将其他形式的能量转换为机械能,为机器驱动各部件运动提供动力 发动机、电动机、蒸汽机、空气压缩机、液压油泵传动部分 连接动力部分与执行部分之间的桥梁。将动力部分的动力和运动传给执行部分的中间装置 离合器、变速器、传动轴、驱动桥、带传动、链传动、齿轮传动、螺旋传动、四杆机构、液压与气动传动执行部分 工作部分,直接完成机器预定的功能 车轮控制部分 控制机器其他基本部分,使操作者能随时实现或终止各种操作预期的功能 转向盘和转向系统、变速杆、制动器及其踏板、离合器及其踏板、加速踏板等组成汽车的控制系统安全保障 部分 保障机器的正常工作 车道保持、车灯照明、润滑、安全带、安全气囊、ABS、ASR、EBD表1-1-1 汽车各组成部分的作用和应用举例任务1 机械组成认识一、机器与机构机器与机构既有区别又有联系,从各自特征与功用上去分析,机器与机构的区别如表1-1-2所示。名 称 特 征 功 用机 器 (1)任何机器都是人为的实物组合; (2)各运动实体之间具有确定的相对运动; (3)在生产过程中,能代替或减轻人们的劳动,完成有用的机械能(如汽车、机床、洗衣机等)或转换机械能(如发动机、发电机、空气压缩机、油泵等) 利用机械能来做功或实现能量转换机 构 只具有机器特征中的(1)和(2)两项,不具备(3)项 仅用于实现传递运动和力,不能实现做功或能量转换表1-1-2 机器与机构的区别任务1 机械组成认识一、机器与机构如果单纯从结构和运动角度分析,机构与机器之间并无本质区别,因此在很多场合中将机构和机器统称为机械。机械的种类繁多、应用广泛,按照机械的用途不同,可分为动力机械、加工机械、运输机械和信息机械等,常见机械的类型、功能及应用举例如表1-1-3所示。表1-1-3 常见机械的类型、功能及应用举例类 型 功 能 应 用 举 例动力机械 实现其他形式能量与机械能之间的转换 电动机、发动机、发电机、液压泵、压缩机等加工机械 改变物料的状态、性质、结构和形状 金属切削机床、粉碎机、冲压机、织布机、轧钢机、包装机、缝纫机等运输机械 改变人或物料的空间位置 汽车、机车、缆车、船舶、飞机、电梯、起重机、运输机等信息机械 获取或处理各种信息 复印机、打印机、绘图机、传真机、相机、摄像机等任务1 机械组成认识二、构件与零件构件是机构中的运动单元,构件之间有确定的相对运动,其形状和尺寸主要取决于运动性质。比如曲轴、连杆、活塞等。从制造角度看,机器是由若干个零件组成的。零件是机器组成中不可再拆的最小单元,是机器的制造单元。机器、机构、构件、零件之间的关系如示:任务2 认识运动副一、运动副在机构中,两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接称为运动副。如图1-1-9所示的发动机曲柄连杆机构。两个构件上直接接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副元素。运动副构成三要素:①两个构件;②直接接触;③有相对运动,三要素缺一不可。图1-1-9 发动机曲柄连杆机构任务2 认识运动副二、运动副的分类根据运动副中两构件之间的接触形式不同,运动副可分为低副和高副两大类。分 类 名 称 定 义低副: 两构件之间为面接触 转动副 两构件之间做相对转动,又称为铰链或铰接移动副 两构件之间做相对直线移动螺旋副 既有相对直线移动又有相对转动转动副移动副螺旋副任务2 认识运动副二、运动副的分类根据运动副中两构件之间的接触形式不同,运动副可分为低副和高副两大类。分 类 名 称高副: 两构件之间为点接触或线接触 滚动轮接触凸轮与从动杆齿轮啮合车轮与地面齿轮啮合配气机构任务3 平面连杆机构类型的判断一、平面四杆机构平面连杆机构是将一些刚性构件以转动副或移动副连接而成的平面机构,属于低副机构。这种机构可以实现预期运动规律、位置、轨迹等要求较复杂的平面运动,在生产中广泛用于动力的传递或运动形式的改变。最常见的平面连杆机构是平面四杆机构。其中,全部运动副都是转动副的四杆机构和含有一个移动副的四杆机构应用最为广泛。任务3 平面连杆机构类型的判断一、铰链四杆机构图1-1-16所示的铰链四杆机构:固定不动的构件2称为机架;不与机架直接相连的构件4称为连杆;与机架相连的构件1、3称为连架杆;曲柄:连架杆能做整周旋转的构件;摇杆:连架杆仅能在某一个角度(小于180°)范围内摇摆的构件。图1-1-16 铰链四杆机构的组成动图运动简图任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型在铰链四杆机构中,根据连架杆运动形式的不同,可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本形式。1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的作用是将主动曲柄的连续转动转换为从动摇杆的往复摆动;也可以将主动摇杆的往复摆动转换为从动曲柄的连续转动。图1-1-17 曲柄摇杆机构运动简图任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的实际应用及运动分析如表所示。图 例 机 构 简 图 主 动 件 机构运动分析 应 用曲柄主动,摇杆从动,有急回特性 主动曲柄CD回转,从动摇杆AB往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮水器动作 剪板机、破碎机、搅拌机、筛沙机、抽油机、跑步机、雷达俯仰装置、汽车前窗刮水器、空调出风口风向摆动装置、牛头刨床横向进给机构、送料机构摇杆主动,曲柄从动,有死点位置 踏板(相当于摇杆)为主动件,当脚蹬踏板时,通过连杆使带轮(相当于曲柄)做整周旋转运动 缝纫机的踏板机构任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型2.双曲柄机构两个连架杆都能够做整周旋转运动的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中,双曲柄机构能将主动曲柄的整周旋转运动,转换为从动曲柄的整周旋转运动。当一个曲柄为主动件做匀速转动时,另一个从动件曲柄做周期性的变速旋转运动,也可以做等速转动。图1-1-18 双曲柄机构运动简图任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型2.双曲柄机构双曲柄机构在日常生活中的机械上应用广泛,比如天平、公交车车门开关机构等。汽车车门启闭机构蒸汽火车车轮机构运动分析:两曲柄的转向相反,角速度也不相同。牵动主动曲柄的延伸端,能使两扇车门同时开启或关闭机构运动分析:利用平行四边形机构两曲柄转向相同、角速度相等的特点,使从动车轮与主动车轮具有完全相同的运动轨迹。为了防止这种机构在运动过程中变为反向双曲柄机构,在机构中增设了一个辅助构件(曲柄CD)任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型3.双摇杆机构两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。它可将主动摇杆的往复摆动经连杆转变为从动摇杆的往复摆动。图1-1-19 双摇杆机构运动简图任务3 平面连杆机构类型的判断二、铰链四杆机构的类型3.双摇杆机构① 两摇杆转速不同。② 主动摇杆的匀速摆动转化为从动摇杆的变速摆动。③ 有死点位置,无急回特性电动机外壳AB是一个摇杆,CD为另一个摇杆,蜗轮作为连杆BC,由蜗杆传动,带动主动摇杆CD往复摆动,从而带动从动摇杆AB做往复摆动,实现风扇摇头连架杆AB、CD均为摇杆,飞机起飞后,AB杆逆时针转动,CD杆连接的轮子收起;反之,轮子放下摇杆AB、CD同向摆动并带动两轮同时转向,但两前轮转过的角度不同,这样就能保证汽车转向时所有车轮的轴线都交于一点任务3 平面连杆机构类型的判断三、铰链四杆机构的类型判断1.曲柄存在的条件曲柄是能做整周旋转的连架杆,只有这种能做整周旋转的构件才能实现连续转动,所以曲柄是机构中的关键构件。铰链四杆机构中是否存在曲柄,主要取决于机构中各杆件的相对长度和机架的选择。铰链四杆机构存在曲柄条件为:① 最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和;② 连架杆与机架中必须有一个是最短杆。上述两个条件必须同时满足,否则铰链四杆机构中无曲柄存在。任务3 平面连杆机构类型的判断三、铰链四杆机构的类型判断2.铰链四杆机构三种基本类型判别的方法最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和,这是曲柄存在的前提条件。(1)最短杆+最长杆<其余两杆长度之和,则有以下三种情况。① 以最短杆为一个连架杆—曲柄摇杆机构;最短杆为曲柄,当摇杆为主动件时存在死点位置。② 以最短杆为机架—双曲柄机构;两个连架杆都是曲柄。③ 以最短杆为连杆—双摇杆机构;无曲柄存在。如图1-1-20所示的三个机构,均满足“最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和”这一前提条件,但由于机架或连架杆的选择不同,最终形成了三种不同的铰链四杆机构。任务3 平面连杆机构类型的判断三、铰链四杆机构的类型判断2.铰链四杆机构三种基本类型判别的方法如图1-1-20所示的三个机构,均满足“最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和”这一前提条件,但由于机架或连架杆的选择不同,最终形成了三种不同的铰链四杆机构。图1-1-20 基本类型判别任务3 平面连杆机构类型的判断三、铰链四杆机构的类型判断2.铰链四杆机构三种基本类型判别的方法(2)最短杆+最长杆=其余两杆长度之和,任意杆为机架 ——(平行)双曲柄机构,这是一个特例。最短杆+最长杆>其余两杆长度之和,任意杆为机架 —— 双摇杆机构。例:已知各杆件的尺寸如图1-1-21所示,若分别以杆件AB、BC、CD、DA为机架,相应得到何种机构?解:AB为最短杆,AD为最长杆,因,所以满足杆长和条件。若以AB为机架,即以最短杆为机架,两个连架杆BC、AD均为曲柄,因此得到双曲柄机构;若以AD或BC为机架,即以最短杆为连架杆,因此得到曲柄摇杆图1-1-21 四杆机构基本类型判别任务4 平面连杆机构的基本特性一、急回特性在曲柄摇杆机构中,以曲柄为主动件,摇杆为从动件,将曲柄的回转运动转换为摇杆的往复摆动。当机构在运行过程中,从动件往复运行同样的路程,但前进和后退两个方向的速度是不一样的,即“前进稍慢、退回快速”,这一特性被称为四杆机构的急回特性,有急回特性的四杆机构运动简图如图1-1-29所示。图1-1-29 有急回特性的四杆机构运动简图任务4 平面连杆机构的基本特性一、急回特性衡量一个四杆机构急回特性的相对程度,可用行程速度变化系数K来表示,称为行程速度变化系数。式中, θ为极位夹角,即摇杆在极限位置时,曲柄两位置之间所夹锐角。上式表明,当机构有极位夹角θ 时,则K>1,机构有急回特性;极位夹角 θ 越大,机构的急回特性越明显;极位夹角 θ=0°时,则K=1,机构往返所用的时间相同,机构无急回特性。图1-1-29 有急回特性的四杆机构运动简图任务4 平面连杆机构的基本特性二、压力角与传动角衡量一个四杆机构其传递动力性能大小的特性参数是压力角。压力角:在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下,机构中输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向所夹的锐角α。传动角:压力角的余角 ,即 =90°-α。压力角和传动角的示意图如图1-1-31所示。压力角α越小或者传动角 越大,有效分力就越大,对机构的传动越有利;反之,则降低机构的传动效率。图1-1-31 压力角和传动角示意图任务4 平面连杆机构的基本特性三、死点位置在曲柄摇杆机构中,以摇杆为主动件,将摇杆的往复摆动转换为曲柄的直线运动,机构在运动的某一瞬时突然“卡死”或出现运动方向不确定(反转)现象,机构的这个位置称为死点位置。图1-1-32 死点位置任务4 平面连杆机构的基本特性三、死点位置当死点有害时,需要机构顺利通过死点位置的方法 为了使机构能够顺利地通过死点位置,保持正常工作,常采用以下方法 方法一:利用飞轮的惯性作用来通过死点位置,缝纫机曲轴上的大带轮,就兼有飞轮作用方法二:采用多组机构错列,如右图所示两组车轮的错列装置,两级机构的曲柄错列相错90°的机构顺利通过死点位置方法三:增设辅助构件,如右图所示平行双曲柄机构,在机构的死点位置,由于死点位置运动的不确定性,平行双曲柄机构可能变成反向双曲柄,在机构中增设一个辅助曲柄EF表1-1-9 死点有害的示例及解决方案任务4 平面连杆机构的基本特性三、死点位置表1-1-10 死点有利的示例死点位置有害时应该加以克服,但在某些场合却是有利的,可以用来实现工作要求,如下图所示的钻床夹紧机构 如下图所示主飞机起落架机构。连杆BC和从动曲柄CD成一直线,此时机轮上即使受到很大的力,但由于机构处于死点位置,起落架也不会反转,从而使飞机的降落更加安全可靠 还原 收起放下如下图所示为汽车维修中经常使用的杠杆式夹紧钳,俗称大力钳。这是死点机构在汽车维修中应用的典型实例。调整螺钉即调整杆件AB的长度,以适应不同厚度的工件产生死点位置。当卡在死点位置时,大力钳可以产生非常大的夹紧力,通常用于螺母六角损坏时无法使用扳手或套筒时的拆卸,也在汽车钣金的焊接中,用于夹紧工件 任务5 平面连杆机构的演化一、曲柄滑块机构如图1-1-37所示,构件3称为滑块,与机架4构成一个移动副;构件1是曲柄,构件2是连杆。当曲柄AB做圆周运动时,滑块C在连杆BC的带动下做直线往复运动。当滑块转动副中心移动路线中心线的延长线通过曲柄回转中心时,称为对心曲柄滑块机构,如图1-1-37(a)所示;当滑块上转动副中心移动路线中心线的延长线与曲柄回转中心有偏心距e的时候,称为偏置曲柄滑块机构,如图1-1-37(b)所示。图中距离H称为滑块的行程,其距离等于曲柄AB长度的2倍,即H=2AB。图1-1-37 曲柄滑块机构任务5 平面连杆机构的演化二、摇杆滑块机构将图1-1-38(a)中的滑块3作为机架,曲柄AB为主动件,杆BC成为绕铰链C摆动的摇杆,杆AC演变成为滑动杆做往复直线移动,就得到摇杆滑块机构,如图1-1-38(a)所示,也称为定块机构。常用于日常生活中的手压水泵等机械中。图1-1-38(b)中所示的手压水泵就是该机构的应用实例。在图1-1-38(b)所示的手压水泵中,当扳动手柄AB时,主动件曲柄AB做上下往复回转,带动杆BC绕铰链C做往复摆动,从而带动活塞杆(杆4)作为滑块在缸筒(机架3)中做上下直线移动,完成抽水的运动。图1-1-38 摇杆滑块机构及应用任务5 平面连杆机构的演化三、曲柄摇块机构若将图1-1-38(a)中的连杆BC作为机架,杆AB为曲柄做整周回转运动,滑块3只能绕铰链C摆动,导杆AC与滑块3组成移动副,就得到曲柄摇块机构,如图1-1-40(a)所示的曲柄摇块机构常用于吊车、工程机械等机械机构中。图1-1-40(b)所示的自卸卡车的翻斗举升机构就是该机构的应用实例。图1-1-40(b)自卸卡车的举升机构,主动件AB匀速转动,杆件3绕铰链摆动,可以使滑块4在杆件3中做直线运动并随杆件3做变速摆动,从而使液压缸随着车斗反转的同时进行摆动,完成自卸翻斗工作。图1-1-40 曲柄摇块机构及应用任务5 平面连杆机构的演化四、导杆机构引导滑块移动的构件称为导杆。连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。若将图1-1-41(a)中的构件AB作为机架,构件BC作为曲柄,构件3沿导杆AC移动并做平面运动,就得到曲柄导杆机构,如图1-1-41所示。若 ,导杆4能做整周转动,则称为曲柄转动导杆机构(见图1-1-41(a)),常与其他构件组合,用于插床以及回转泵等机械中。若 ,导杆4只能摆动,则称为曲柄摆动导杆机构(见图1-1-41(b)),常与其他构架组合,用于牛头刨床和插床等机械中。图1-1-41 曲柄导杆机构项目二 凸轮机构本项目概述机械的执行部分多采用机构进行运动形式的转换,以满足机械各种工作任务的需要。机械执行部分最常见的机构有平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构。本项目主要介绍凸轮机构的组成及其运动特点。本项目主要包括一个任务:凸轮机构的组成及应用。通过任务学习,了解凸轮机构的组成,学习并理解汽车发动机配气机构实现开启和关闭进、排气门的工作原理。任务 凸轮机构的组成及应用一、组成凸轮机构是由凸轮(主动件)、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构,如图1-2-1所示。其中,凸轮是一个具有特殊曲线轮廓或凹槽的构件,主动件凸轮通常做等速转动或移动,通过高副接触使从动件得到预期的运动规律,简单描述就是凸轮机构从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓形状。图1-2-1 凸轮机构任务 凸轮机构的组成及应用二、特点由图1-2-2所示凸轮机构应用实例中可见,凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触,迫使从动件有规律的直线往复运动(直动)或摆动。这种直动或摆动的运动规律要求,决定了所需凸轮的轮廓形状,即改变凸轮形状就可以使凸轮机构的从动件获得较复杂的运动规律。所以说,从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线。图1-2-2 绕线机凸轮机构的运动状态任务 凸轮机构的组成及应用三、凸轮机构的类型、特点及应用每种凸轮机构适用于不同的场合,常见凸轮机构的类型、特点及应用场合如表所示。分类方式及应用 特 点 应 用 场 合按凸轮的形状分类 盘形凸轮机构 平面凸轮机构 也叫圆盘凸轮机构,是凸轮机构最基本的形式,其结构简单,从动件行程不大 应用最广,多用于行程较短的场合,如发动机配气机构、油泵驱动机构等板状凸轮机构 也叫移动凸轮机构,是回转中心半径趋向无穷大的盘形凸轮机构的演变形式 多用于靠模仿形机械中,如车床仿形机构圆柱凸轮机构 空间凸轮 在圆柱(轴)的端面上做出曲线轮廓或者在圆柱面上开有曲线凹槽,能使从动杆获得较大的行程 适用于行程较大的机械,如车床横刀架进给机构按从动件的形状分类 尖顶从动件 从动件结构简单、动作灵敏度高,但易磨损,承载能力小 适用于速度低、传力小和动作灵敏等场合。例如仪表机构滚子从动件 滚子摩擦阻力小、承载能力强,但从动件结构复杂、质量大,其运动惯性大 应用广泛,适用于重载、低速。发动机摇臂平顶从动件 结构简单、受力平稳,凸轮与从动件之间易于形成油膜。摩擦阻力适中,但灵敏性差,凸轮不能有凹形造型 常用于高速、轻载场合,如发动机气门挺柱按从动件的运动方式分类 移动从动件 从动件沿自身轴线做往复直线运动或摆动 应用较广,如发动机配气机构、车床仿形机构摆动从动件 从动杆绕着一个固定点做往复摆动 应用较少,如车床仿形机构任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程1.基圆以凸轮的回转轴心O为圆心,以凸轮轮廓的最小值OA为半径(Rmin)所做的圆,称为基圆。基圆是一个假想圆,其也是凸轮轮廓的一部分。如图所示,DA区间的凸轮轮廓就是基圆的一部分。任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程2.推程如图1-2-5所示的AB区间,从动件尖顶被凸轮轮廓推动上行,以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程称为推程。任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程3.行程如图1-2-5所示OB-OA的值,从动件在推程中从基圆(最低点)到轮廓最高点上升的最大位移H称为行程。任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程4.回程如图1-2-5所示的CD区间,从动件在回位弹簧力或自身重力的作用下,以一定的运动规律由位置C回到起始位置D的过程。不论凸轮形状如何,凸轮转过一周,从动件均有推程和回程两个动作过程。任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程5.压力角在从动件与凸轮的接触点位置A处,以从动件在A点受力的方向线(凸轮轮廓曲线的法线)与从动件运动速度方向所夹的锐角 称为凸轮在点A的压力角,如图所示。任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程6.从动件常用的运动规律从动件的运动规律决定了凸轮的轮廓形状。因此,设计凸轮轮廓时,必须首先确定从动件的运动规律。常用从动件的运动规律有等速运动规律和等加速等减速运动规律,如表所示。任务 凸轮机构的组成及应用任务 凸轮机构的组成及应用任务 凸轮机构的组成及应用四、凸轮机构的基本参数及运动过程7.凸轮机构参数对机构工作的影响凸轮机构的轮廓曲线和从动件的结构参数影响该机构的运动特性,凸轮机构各个参数对机构的影响如表所示。任务 凸轮机构的组成及应用 展开更多...... 收起↑ 资源预览