機(jī)械原理教程第二版清華大學(xué)出版社第一章.ppt

第1章 機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu),1.1 機(jī)構(gòu)的組成 1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.3 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 1.4 機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,零件：?jiǎn)为?dú)加工的制造單元體,1.1 機(jī)構(gòu)的組成,1.1.1 構(gòu)件 1.1.2 運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件之間直接接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接,兩個(gè)相鄰構(gòu)件直接接觸 兩者之間允許一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 每個(gè)構(gòu)件至少和另外一個(gè)構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接,自由構(gòu)件(空間)：F = 6 自由構(gòu)件(平面)：F = 3,約束：運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制,運(yùn)動(dòng)副的分類方法：,n = 1, 2 5,按接觸部分的幾何形狀分類： 按接觸形式分類： 按引入的約束數(shù)目分類： 按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：,平面運(yùn)動(dòng)副,低副,轉(zhuǎn)動(dòng)副,五級(jí)副,R,P,按接觸部分的幾何形狀分類： 按接觸形式分類： 按引入的約束數(shù)目分類： 按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：,平面運(yùn)動(dòng)副,低副,移動(dòng)副,五級(jí)副,按接觸形式分類： 按引入的約束數(shù)目分類： 按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類： 按接觸部分的幾何形狀分類：,平面運(yùn)動(dòng)副,高副,平面高副,四級(jí)副,低副機(jī)構(gòu),高副機(jī)構(gòu),1.1.3 運(yùn)動(dòng)鏈,開式運(yùn)動(dòng)鏈（開鏈） 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉系統(tǒng),閉式運(yùn)動(dòng)鏈（閉鏈） 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng),1.1.4 機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。,機(jī)架,原動(dòng)件,從動(dòng)件,在運(yùn)動(dòng)鏈中，將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。,閉式鏈機(jī)構(gòu),開式鏈機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)鏈,具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),機(jī)構(gòu),桁架,運(yùn)動(dòng)鏈,相對(duì)運(yùn)動(dòng)不確定,無相對(duì)運(yùn)動(dòng),分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu),新機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,用國標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出表示機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)明圖形。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與原機(jī)械具有完全相同運(yùn)動(dòng)特性。,用于現(xiàn)有機(jī)械或新機(jī)械原理方案的設(shè)計(jì)、分析與討論,重點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、組成方式等在方案設(shè)計(jì)階段并不影響 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 運(yùn)動(dòng)副類型表明了構(gòu)件之間的聯(lián)接關(guān)系和傳動(dòng)方式 構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸是運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ) 不嚴(yán)格按比例可繪制機(jī)構(gòu)示意圖,國標(biāo)規(guī)定的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示符號(hào) 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法,1.2.1 構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法,機(jī)架,機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接 (內(nèi)副),機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過移動(dòng)副聯(lián)接,兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件聯(lián)接,雙副構(gòu)件 (一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副),注：點(diǎn)劃線表示與其聯(lián)接的其他構(gòu)件,雙副構(gòu)件 (一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副),偏心輪,三副構(gòu)件 (一個(gè)構(gòu)件和三個(gè)外副),三副構(gòu)件 (一個(gè)構(gòu)件和三個(gè)外副),原動(dòng)機(jī),1.2.2 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,小型壓力機(jī),2. 沿著傳動(dòng)路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。,轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,平面高副,3. 選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面,選擇原則 1 清楚表達(dá)機(jī)構(gòu)的主體部分； 2 盡可能反映機(jī)構(gòu)的全面運(yùn)動(dòng)； 3 可以選擇其他視圖平面作為補(bǔ)充。,1.2.2 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,1. 分析整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作原理,沿著傳動(dòng)路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 關(guān)系，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目,3. 選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面,4. 繪圖,選擇機(jī)架,提取構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸,確定比例尺,選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)狀態(tài),確定各運(yùn)動(dòng)副位置，繪圖,編號(hào)：A、B、C 表示運(yùn)動(dòng)副 1、2、3 表示構(gòu)件 O1、O2表示固定轉(zhuǎn)軸,原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向,運(yùn)動(dòng)鏈,具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),機(jī)構(gòu),桁架,運(yùn)動(dòng)鏈,相對(duì)運(yùn)動(dòng)不確定,無相對(duì)運(yùn)動(dòng),1.3 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件,運(yùn)動(dòng)鏈的自由度 F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 P1,K 級(jí) 運(yùn) 動(dòng) 副,n 為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目，Pk 表示 k 級(jí)副的數(shù)目,自動(dòng)駕駛儀操作裝置,1.3.1 運(yùn)動(dòng)鏈的自由度計(jì)算,構(gòu)件數(shù)目：N = 4 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目：n = 3,運(yùn)動(dòng)副：,機(jī)架1和活塞2：圓柱副（4級(jí)副）,活塞2和連桿3：轉(zhuǎn)動(dòng)副（5級(jí)副）,連桿3和搖桿4：球面副（3級(jí)副）,搖桿4和機(jī)架1：轉(zhuǎn)動(dòng)副（5級(jí)副）,P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2,F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 P1 = 63524131 = 1,P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2,n = 3,公共約束作用下的運(yùn)動(dòng)鏈自由度,平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度,平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度 F = 3n - 2P5 - P4,例：計(jì)算平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度,1,2,3,4,5,P4 = 1 P5 = 5,n = 4,F = 34 25 1 = 1,1.3.2 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件,運(yùn)動(dòng)鏈的自由度 F = ? 運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)情況如何?,F = 34 - 25 = 2 1 個(gè)原動(dòng)件,F 0，但原動(dòng)件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)不確定，不能成為機(jī)構(gòu)。,F = 33 - 24 = 1 2 個(gè)原動(dòng)件,F 0，但原動(dòng)件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈被破壞，不能成為機(jī)構(gòu)。,運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：,運(yùn)動(dòng)鏈中取一個(gè)構(gòu)件相對(duì)固定作為機(jī)架，運(yùn)動(dòng)鏈 相對(duì)于機(jī)架的自由度必須大于零，且原動(dòng)件數(shù)目 等于運(yùn)動(dòng)鏈自由度數(shù)。 滿足此條件的運(yùn)動(dòng)鏈即成為機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)自由度的 計(jì)算可采用運(yùn)動(dòng)鏈自由度的計(jì)算公式。,“機(jī)構(gòu)”的定義：在運(yùn)動(dòng)鏈中，將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。,F = 1 1 個(gè)原動(dòng)件：活塞 實(shí)現(xiàn)搖桿的往復(fù)擺動(dòng),1.3.3 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題,問題1：復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副 聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。,解決方案 k 個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈， 實(shí)際上構(gòu)成了 ( k-1 ) 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,F = 35 - 27 = 1,解決方案 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，假想滾子和安裝滾子 的構(gòu)件固接為一個(gè)整體，成為一個(gè)構(gòu)件 或在計(jì)算結(jié)果中去除局部自由度,問題2：局部自由度 某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運(yùn)動(dòng)而不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自 由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的場(chǎng)合。,問題3：虛約束 在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。,場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副,F = 31 - 22 = -1,解決方案 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為 兩個(gè)構(gòu)件之間只形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副,兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)與導(dǎo)路重合或平行的移動(dòng)副,等寬凸輪機(jī)構(gòu),等徑凸輪機(jī)構(gòu),場(chǎng)合二：兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變,AB = BC = BD DAC = 90 除 B、C、D點(diǎn)，各點(diǎn)軌跡為一橢圓 D點(diǎn)軌跡是沿 Y 軸的直線,場(chǎng)合三：聯(lián)接構(gòu)件和被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合,場(chǎng)合四：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對(duì)稱部分,為了傳遞較大功率，保持機(jī)構(gòu)受力平衡，在機(jī)構(gòu)中增加對(duì)稱部分,虛約束的引入，一般是為了改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率 或者其它特殊需求； 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用； 虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果 這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實(shí)約束，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；,虛約束問題小結(jié)：,機(jī)械設(shè)計(jì)中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計(jì)、加工、裝 配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。,例：計(jì)算大篩機(jī)構(gòu)自由度,復(fù)合鉸鏈？ 局部自由度？ 虛約束？,n = 7 P4 = 1 P5 = 9 F = 37 - 29 1 = 2,構(gòu)件 + 運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)鏈 機(jī)構(gòu),1.4 機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,平面低副運(yùn)動(dòng)鏈自由度 F = 3n - 2P5,基本桿組 F = 0,n = 2 P5 = 3 級(jí)桿組（雙桿組）,n = 4 P5 = 6 級(jí)桿組,n = 2 P5 = 3 級(jí)桿組（雙桿組）,n = 4 P5 = 6 級(jí)桿組,1.4.1 機(jī)構(gòu)的組成原理,機(jī)架和原動(dòng)件,機(jī)構(gòu)的組成：,在機(jī)架和原動(dòng)件上每增加一個(gè)基本桿組，并不改變?cè)瓉淼?自由度，每次增加都可以獲得一個(gè)新機(jī)構(gòu)；,設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，在滿足相同工作要求的前提下，機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，桿組級(jí)別越低越好，運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好。,F = 3n - 2P5 P4,1.4.2 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是指把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、原動(dòng)件和 機(jī)架，是機(jī)構(gòu)組成的反過程，又稱為拆桿組。,機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析原則：,首先，從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的部分開始拆分； 試拆時(shí)，先試拆低級(jí)別桿組； 每拆完一個(gè)桿組，剩余的部分仍然是一個(gè)完整機(jī)構(gòu)。,機(jī)構(gòu)的命名： 以機(jī)構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級(jí)別,原動(dòng)件不同，機(jī)構(gòu) 的級(jí)別也有可能不同,1,2,3,4,5,6,7