2-1 机构常识（课件）《汽车机械基础》上好课（人交版·第5版)

2.1机构常识 汽车机械基础 人教版·第五版 同步精品课堂—中职专业课 1 教学目标 知识目标 1.掌握机器的 4 个基本组成部分。 2..解机器与机构的定义、共同特征。 3.掌握零件、构件、部件的概念。 4.掌握运动副的分类（低副、高副）。 能力目标 1.结合汽车实物，拆解分析其动力、传动、执行、控制四大组成部分。 2.结合单缸四冲程内燃机实例，辨析其中的构件、零件、运动副类型。 情感目标 1.建立 “结构决定功能” 的机械思维，养成严谨的工程思维习惯。 2.结合汽车行业发展，树立 “理论服务于实践” 的职业意识，激发专业学习兴趣。 1、导入环节 2、知识讲授 3、师生互动 4、课后练习 5、课堂小结 6、课后作业 目录 教学引入 从宏伟的风力发电机组，到精密的电动汽车变速箱；从工厂里的自动化生产线，到我们手中的智能手机摄像头伸缩结构。机械无处不在，它们是现代工业和新能源技术的基石。这些复杂的机械系统，无论其形态和功能如何千差万别，都遵循着共同的基本规律。 请观察我们的教室和日常生活，你能想到哪些‘机器’或‘机构’的例子？” 机器 机器 具有确定运动的装置，核心功能是实现能量的转换或完成有用的机械功，是能对外做功的运动装置。 特征：① 由多个构件组成；② 各构件间有确定相对运动；③ 能实现能量转换或做功。 机构 机构 具有确定相对运动的构件组合，主要用于传递和变换运动，是机器中实现运动的核心部分。 特征：① 由多个构件组成；② 各构件间具有确定的相对运动（不强调能量转换）。 示例：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。 核心关系：机器 ≈ 机构 + 原动件 + 控制系统 通常一部机器包含一个或多个机构，机构是机器的核心运动执行部分。 机器与机构的区别 共同点 （1）它们都是人为的实物组合。 （2）它们的各部分之间具有确定的相对运动。 （3）它们能代替或减轻人类的劳动，以完成有用的机械功（如汽车、机床和洗衣机）或转换机械能（如内燃机、发电机）。 机器与机构的区别 不同点 机构仅有机器的前两个特征，即机构也是人为的实物组合，并且各实物之间具有确定的相对运动。 若不讨论做功和能量转换方面的问题，仅从结构和运动的角度来看，机器和机构并无区别，所以习惯上把机器和机构统称为机械。 【互动环节】辨析机器与机构 火眼金睛：谁是机器？谁是机构？ 请同学们判断下列选项属于“机器”还是“机构” 【课堂练习1】概念辨析 01 下列哪个选项最准确地描述了“机器”和“机构”的关系？ A. 机器就是机构。 B. 机构是机器的运动核心部分。 C. 机器是机构的一部分。 D. 机器和机构没有关系。 02 在机械原理中，我们分析运动的基本单元是？ A. 零件 B. 构件 C. 部件 D. 机器 03 一台自行车，从机械原理的角度看，它是一个______；而其中的链条链轮系统，是一个______。 A. 机器，机构 B. 机构，机器 C. 机器，机器 D. 机构，机构 题目1解析 正确答案 B 机器包含机构，机构是实现机器运动功能的核心。机器还包括动力源、控制系统等，是一个完整的系统。 题目2解析 正确答案 B 构件是运动的单元体，是机构分析的基本单位。而零件是制造的单元，一个构件可以由多个零件刚性连接而成。 题目3解析 正确答案 A 自行车能实现能量转换（化学能转机械能）并完成有用功（代步），属于机器。链条链轮系统仅传递确定运动，属于机构。 【课堂练习1】概念辨析 . 零件 零件 定义：机器中最小的制造单元，不可再拆分为更简单的制造体。 示例：螺栓、螺母、齿轮、轴、轴承等基础工业元件。 本质：制造加工的基本单元，具有独立的几何形状和加工工艺。 核心关系：构件由零件组成 例如连杆构件可由连杆体、螺栓、螺母等零件通过焊接/铆接构成，但在运动分析中视为整体。理解“制造”与“运动”的不同视角是区分二者的关键。 构件 构件 定义：机构中运动的单元体，是组成机构的基本要素。 特点：可由单一零件或若干零件刚性联接而成，作为整体运动。 核心：分析时关注整体运动，而非内部组成细节。 部件 部件 从装配角度看，可以认为较复杂的机器是由若干部件组成的。部件是机器的装配单元，如汽车的变速器、驱动桥等。 【案例分析】内燃机中的构件与零件 根据背景资料，指出曲柄连杆机构在工作过程中，连杆主要承受哪几种力？其中，在作功行程中，连杆对活塞产生的侧向推力在气缸的哪一侧最大？另外，结合"构件"与"零件"的概念，指出曲轴应属于构件还是零件，并简述理由。 【案例分析答案】内燃机中的构件与零件 ① 连杆在工作过程中主要承受气体压力、惯性力及弯曲应力，属于交变载荷。 ② 在作功行程中，活塞顶部承受巨大的燃气爆发压力，通过活塞销传递给连杆，连杆作为二力构件受压，其对活塞的反作用力使活塞与缸套之间产生一个侧向推力，此侧称为主推力侧（TS） 。 ③ 曲轴属于构件（运动单元）。理由：曲轴本身是一个零件，但当它与其他零件（如飞轮、轴承）组装在一起并产生旋转运动时，便构成了一个运动单元——曲轴飞轮构件。构件是机器的运动单元，零件是制造单元。 运动副 机构是由两个以上的构件以一定的方式连接而成。这种连接既不同于螺栓连接，也不同于铆接、焊接之类的刚性连接，而是在连接处保持一定的相对运动。这种由两构件直接接触并产生一定相对运动的连接，称为运动副。 运动副--低副 两构件通过面接触所构成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动或移动，又可分为转动副和移动副。 转动副：若组成运动副的两构件之间只能绕同一轴线作相对转动，则该运动副称为转动副。 移动副：若组成运动副的两构件之间只能沿某一轴线方向做相对移动，则该运动副称为移动副。 运动副--高副 两构件之间以点或线相接触所组成的运动副称为高副。组成高副的两构件间的相对运动为转动兼移动。 运动副的类型 【图示讲解】常见运动副 转动副 通过铰链连接两个构件，允许它们绕公共轴线相对转动。就像门轴一样，是机械结构中实现旋转运动的基础连接方式。 移动副 两个构件只能沿某一方向做相对直线运动，如活塞在气缸内的往复滑动。它限制了转动和其他方向的移动自由度。 【图示讲解】常见运动副 齿轮副 由两个相互啮合的齿轮组成，能将主动轮的转动精确地传递给从动轮，同时改变转速或旋转方向，是传动系统的核心。 凸轮副 凸轮转动时，通过其轮廓曲线推动从动件按预定规律做往复运动。广泛应用于内燃机配气机构、自动机床等自动化装置中。 【课堂练习2】识别运动副 看图识副 练习2解析 图1：剪刀 剪刀的两片刀刃在铆钉处形成转动副，这是典型的低副连接形式，限制了两个构件之间的相对移动，只保留转动自由度。 图2：火车车轮 火车车轮与铁轨之间是高副（线接触），通过轮缘与轨道的接触实现导向，这种接触方式属于空间运动副的一种。 图3：方向盘 方向盘的转向轴与车架之间形成转动副，驾驶员通过转动方向盘将力矩传递给转向机构，实现车辆的转向控制。 图4：折叠椅 折叠椅的杆件连接处通常是转动副，利用低副的转动特性实现椅子的折叠与展开，结构简单且可靠性高。 图5：钟表齿轮 钟表里的齿轮啮合是高副（点/线接触），通过齿面的接触传递运动和动力，是机械传动中最常见的高副形式。 平面机构运动简图 用规定的简单符号和线条来代表构件和运动副，并按比例或不按比例绘制出的，用以表示机构各构件间相对运动关系的简单图形。它是对实际机械系统的抽象与简化，剔除了非运动学的物理细节。 简化分析 抛开复杂外形与非功能性结构，只关注机构运动学本质，剥离干扰，直击核心。 便于研究 为运动与受力分析提供几何模型，是工程计算和仿真的基础工具。 通用性强 是工程通用“技术语言”，助力工程师跨地域、跨领域高效交流设计与分析结果。 【案例分析】内燃机机构运动简图 1: 确定构件 明确机构的四个核心构件：1.气缸体（机架）；2.活塞；3.连杆；4.曲轴（原动件）。这是绘制简图的基础。 2: 确定运动副 分析连接关系：活塞与气缸体为移动副；活塞与连杆、连杆与曲轴、曲轴与气缸体均为转动副。 3 & 4: 绘制简图 用几何符号替代实物：滑块代表活塞，直线代表连杆，圆代表曲轴转动中心，连接各运动副并标注传动箭头。 最终成果：曲柄滑块机构运动简图 平面机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，称为机构的自由度 。它是衡量机构运动“自由程度”的核心指标，决定了驱动机构所需的原动件数量。 平面机构计算公式：F = 3n - 2PL - PH F:自由度n:活动构件数(机架不计) PL:低副数PH:高副数 自由度的物理意义 F > 0：机构可动。需给定F个原动件才能使其具有确定的运动。 F = 0：机构成为桁架，各构件间无相对运动，处于静定状态。 【案例分析】计算内燃机机构的自由度 活动构件 (n)： 包含活塞、连杆、曲轴，共计 3 个独立运动的构件。 低副 (PL)： 1个移动副（活塞-气缸）+ 3个转动副（活塞-连杆、连杆-曲轴、曲轴-气缸），总计 4 个。 高副 (PH)： 本机构中无高副，故为 0。 公式计算 自由度计算公式： F = 3n - 2PL - PH 代入数值： F = 3×3 - 2×4 - 0 = 9 - 8 最终结果： F = 1 【课堂练习3】 课堂练习3 单项选择题 1.电动汽车的动力部分是（ ） A. 发动机 B. 驱动电机 C. 变速箱 D. 传动轴 正确答案：B 燃油车动力为发动机，电动车动力为驱动电机。 【课堂练习3】 课堂练习3 单项选择题 2.机械中最小的制造单元是（ ） A. 构件 B. 零件 C. 部件 D. 机构 正确答案：B 零件是最小制造单元；构件是最小运动单元。 【课堂练习3】 课堂练习3 名词解释题 零件 正确答案：机械中不可拆分的最小制造单元，分为通用零件与专用零件。 本章核心知识点回顾 基本概念 明确机械系统中的基础定义，区分易混淆术语： •机器 vs. 机构：机器具有确定运动并能实现能量转换，机构仅实现运动和力的传递。 •构件 vs. 零件：构件是运动的单元体，零件是制造的单元体，构件可由多个零件组成。 核心要素 理解运动副是构成机构的关键连接要素： •低副：两构件通过面接触形成的运动副，如转动副（铰链）、移动副（滑块）。 •高副：两构件通过点或线接触形成的运动副，如齿轮副、凸轮副。 核心技能 掌握机构分析的两项核心实操能力： •绘制运动简图：用规定的符号和线条，简明表达机构的运动原理和结构特征。 •计算自由度：利用公式 F = 3n - 2PL - PH 判断机构是否具有确定的相对运动。 综合案例回顾：内燃机 提问：“现在，我们能否用今天学到的所有概念来完整地描述这个内燃机机构？” 它是一个机器 将化学能转化为机械能的能量转换装置。 核心是曲柄滑块机构 运动核心，实现旋转与往复运动的动力传输。 构件组成明确 由活塞、连杆、曲轴等刚性构件组成。 低副连接构件 通过转动副和移动副这两种低副连接。 运动简图的意义 剥离外观，清晰展示各构件的相对运动关系。 自由度为 1 F=1，一个原动件即可确定机构运动。 内燃机工作原理 本章小结 (一) 机器 实现能量转换或完成有用机械功的装置，是机械系统的最高层级。 机构 具有确定相对运动的构件组合，它能实现预期的机械运动形式。 构件 运动的单元体，可以是单一整体，也可以是多个零件的刚性组合。 零件 制造的单元体，是组成机械系统的最基本要素，不可再拆分。 课后作业 基础题 观察你身边的一种简单机械（如折叠桌、剪刀、抽屉滑轨），分析其构件组成、运动副类型，并尝试绘制其机构运动简图，重点标注出各运动副的连接方式。 进阶题 查找一种新能源设备（如电动汽车的车窗升降器、雨刮器等）的结构图，详细分析其机构组成，并运用自由度计算公式计算其自由度，验证机构的确定性运动。 思考题 结合本节课所学知识，阐述为什么说“机构是机器的运动核心”？请至少列举两个不同类型的机器案例（如工业机器人、内燃机）进行详细说明。 感谢观看 $