機械原理教程第二版清華大學出版社第一章.ppt

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