機(jī)械工程導(dǎo)論第三講

1、三、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論(lln)共三十四頁機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量(nngling)、物料或信息。 機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞與轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。 一臺(tái)機(jī)器可能是由一種機(jī)構(gòu)組成，也可能是由若干種機(jī)構(gòu)組成，它們按一定的規(guī)律相互協(xié)調(diào)配合，通過有序的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞與轉(zhuǎn)換來完成預(yù)期的功能。 機(jī)構(gòu)是由單一或多個(gè)零件組成。 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)（重點(diǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）和零件設(shè)計(jì)的總和，分別在主干課“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”中學(xué)習(xí)。 共三十四頁方案設(shè)計(jì)主要包括三方面內(nèi)容(nirng)： 機(jī)械系統(tǒng)功能原理方案設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 方案的評(píng)價(jià)與優(yōu)選3.1 機(jī)械(jxi)產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)共三十四

2、頁 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)即機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)，內(nèi)容(nirng)為： 機(jī)構(gòu)及機(jī)械系統(tǒng)的選型與綜合動(dòng)作(dngzu)要求輸出運(yùn)動(dòng)形式數(shù)量運(yùn)動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)換類型數(shù)量輸入運(yùn)動(dòng)形式數(shù)量選擇創(chuàng)新滿足要求的機(jī)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)型式機(jī)械系統(tǒng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合3.2 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容共三十四頁 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)綜合(zngh)及分析機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)是進(jìn)行(jnxng)創(chuàng)造性構(gòu)思和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要過程。運(yùn)動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)換的具體參數(shù)及規(guī)律運(yùn)動(dòng)學(xué)尺度設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能分析動(dòng)力學(xué)初步設(shè)計(jì)若干設(shè)計(jì)方案最佳設(shè)計(jì)方案方案評(píng)價(jià)優(yōu)選共三十四頁 機(jī)構(gòu)的概念及功能 機(jī)構(gòu):兩個(gè)以上的構(gòu)件通過可動(dòng)聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)，各構(gòu)件之間具有確定

3、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 可按預(yù)期的規(guī)律(gul)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力的傳遞與轉(zhuǎn)換。 能將一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件的給定運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變成其他構(gòu)件所需的確定運(yùn)動(dòng)。 機(jī)構(gòu)的特征 人為的實(shí)物(shw)組合體。 各實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁 一個(gè)構(gòu)件也可以由幾個(gè)零件剛性(n xn)聯(lián)接組成。實(shí)例：連桿由連桿體、軸瓦、連桿蓋、螺栓、墊圈、螺母、連桿襯套等相互剛性聯(lián)接組成。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦內(nèi)燃機(jī)連桿3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念共三十四頁運(yùn)動(dòng)副 兩個(gè)構(gòu)件以一定(ydng)幾何形狀和尺寸的表面相互接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副元素 兩個(gè)構(gòu)件上相互接觸的表面。約束 運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

4、自由度所施加的限制。 3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念運(yùn)動(dòng)(yndng)副的分類空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分：平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)副球面副螺旋副共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念 平面運(yùn)動(dòng)(yndng)副類型 轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈） 移動(dòng)副面接觸 ，平面低副應(yīng)力低產(chǎn)生約束數(shù)：2自由度：1共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念 滾滑副點(diǎn)、線接觸(jich)，應(yīng)力高平面高副ttnnnntt產(chǎn)生約束數(shù)：1自由度：211 運(yùn)動(dòng)副及其分類共三十四頁運(yùn)動(dòng)(yndng)副名稱運(yùn)動(dòng)(yndng)副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副12121

5、212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平面運(yùn)動(dòng)副3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁平面(pngmin)高副螺旋(luxun)副2112121212球面副球銷副121212空間運(yùn)動(dòng)副12121221nntt21nntt共三十四頁一般(ybn)構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件(gujin)固定構(gòu)件同一構(gòu)件3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁三副(snf)構(gòu)件 兩副構(gòu)件(gujin) 一般構(gòu)件的表示方法 四副構(gòu)件 3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁 運(yùn)動(dòng)鏈:兩個(gè)以上構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的構(gòu)件系統(tǒng)(xtng),分為閉環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈和開環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈。平面閉式運(yùn)動(dòng)鏈單封閉回路閉鏈 p N （p

6、為運(yùn)動(dòng)副數(shù)，N為構(gòu)件數(shù)）3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念共三十四頁開式運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈(Open kinematic chain) 開式運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈廣泛應(yīng)用于機(jī)械手和機(jī)器人中。N p 13.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁 運(yùn)動(dòng)鏈的自由度：確定運(yùn)動(dòng)鏈中各構(gòu)件(gujin)相對(duì)于其中某一構(gòu)件(gujin)的位置所需的獨(dú)立參變量的數(shù)目。 3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念oxy約束對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制。A 一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件有三個(gè)自由度BA(xA,yA)oxy共三十四頁活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)：通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生(chnshng)的約束數(shù) ： 高副產(chǎn)生的約束數(shù)： 設(shè)一平面機(jī)構(gòu)有K

7、個(gè)構(gòu)件，通過Pl個(gè)低副，Ph個(gè)高副聯(lián)接，則：運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接前自由度： 自由度的計(jì)算3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁例1、計(jì)算曲柄(qbng)滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)Pl =3高副數(shù)Ph =012343.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁例2、計(jì)算(j sun)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度 活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)Pl =4高副數(shù)Ph =0123453.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁 運(yùn)動(dòng)鏈為一剛性桁架，不能成為(chngwi)機(jī)構(gòu)。 AB12C3平面三構(gòu)件運(yùn)動(dòng)鏈3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)Pl =3高副數(shù)Ph =0例3、計(jì)算三角架的自由

8、度共三十四頁12345678ABCDEF解：活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù) Pl =10高副數(shù) Ph =0B、C、D、E四處各含有(hn yu)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副例4：計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)(yndng)簡圖215691078343.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念自由度計(jì)算習(xí)題共三十四頁 活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)n=5低副數(shù)Pl =6高副數(shù)Ph =2習(xí)題(xt)解共三十四頁若干個(gè)1個(gè)1個(gè)或幾個(gè)(j ) 在運(yùn)動(dòng)鏈中，固定(gdng)某一構(gòu)件為機(jī)架，并給定一個(gè)或數(shù)個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，使其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)隨之確定，運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)架：相對(duì)固定不動(dòng)的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車

9、輛底盤。原動(dòng)件（主動(dòng)件）：運(yùn)動(dòng)已知的構(gòu)件，運(yùn)動(dòng)輸入的構(gòu)件。原動(dòng)件從動(dòng)件：其余活動(dòng)構(gòu)件。從動(dòng)件機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副機(jī)架 原動(dòng)件 從動(dòng)件機(jī)架機(jī)構(gòu)3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈成為機(jī)構(gòu)的首要條件：運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈自由度必須大于零。在F 0的條件下，進(jìn)一步判斷運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)欠窬哂写_定的運(yùn)動(dòng)。 共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念F3n2pLpH 3425 2 原動(dòng)件數(shù)F,運(yùn)動(dòng)鏈內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)關(guān)系(gun x)不確定。運(yùn)動(dòng)鏈不能成為機(jī)構(gòu)。原動(dòng)件數(shù)F,運(yùn)動(dòng)鏈內(nèi)部各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系確定。運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念F3n

10、2pLpH3324 1原動(dòng)件數(shù)(jin sh)F，運(yùn)動(dòng)鏈內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)關(guān)系將發(fā)生矛盾，其中最薄弱的構(gòu)件將會(huì)損壞。運(yùn)動(dòng)鏈不能成為機(jī)構(gòu)。原動(dòng)件數(shù)F，運(yùn)動(dòng)鏈內(nèi)部各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系確定。運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。共三十四頁曲柄(qbng)滑塊機(jī)構(gòu)滑塊(連架桿)固定(gdng)導(dǎo)桿(導(dǎo)軌)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)滑塊(連桿)擺動(dòng)導(dǎo)桿(連架桿)3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念平面四桿機(jī)構(gòu)：能實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換的最簡單的連桿機(jī)構(gòu)。共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念曲柄(qbng)搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)架曲柄機(jī)架搖桿搖桿搖桿共三十四頁3.3 機(jī)構(gòu)(jgu)的基本概念曲柄(qbng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊滑塊共三十四頁雙曲柄(qbng)機(jī)構(gòu)曲柄(qbng)曲柄3.3 機(jī)構(gòu)的基本概念共三十四頁內(nèi)容摘要三、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料或信息。機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞與轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)（重點(diǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）和零件設(shè)計(jì)的總和，分別在主干課“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”中學(xué)習(xí)。機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)即機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)，內(nèi)容為：。 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)綜合