緒論及機構(gòu)組成原理及可動性分析

緒論及機構(gòu)組成一、機械原理課程的研究對象指執(zhí)行機械運動的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息。緒論1、對象：2、機器：而機械是機器與機構(gòu)的總稱。是機械。內(nèi)燃機插齒機構(gòu)動力機器工作機器信息機器機器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機械能，或者把機械能變換成其他形式的能量。是完成有用的機械功或者是搬運物品。是用來獲得和變換信息。機器一定要作機械運動，并通過運動來實現(xiàn)能量物料和信息的變換。機器與其它裝置的主要區(qū)別是：機器是由機構(gòu)組成的。平底凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)間歇運動機構(gòu)帶傳動和鏈傳動機構(gòu)螺旋機構(gòu)組合機構(gòu)常用的機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)滾輪凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)間歇運動機構(gòu)螺旋機構(gòu)直齒輪的嚙合電影機構(gòu)螺旋機構(gòu)凸輪組合機構(gòu)組合機構(gòu)一.機械原理課程的性質(zhì):

它的任務(wù)是使學生掌握機構(gòu)學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，初步具有擬定機械傳動方案、分析和設(shè)計機構(gòu)的能力?！?-2機械原理課程的內(nèi)容

是研究機械性能分析與設(shè)計的基本理論與方法的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。機構(gòu)分析：根據(jù)給定的機構(gòu)運動簡圖來研究機構(gòu)的運動特性和傳力特性。機構(gòu)綜合：根據(jù)給定的機構(gòu)運動特性和傳力特性來設(shè)計機構(gòu)運動簡圖。二.機械原理研究的基本問題：機械原理研究的基本問題：機構(gòu)分析機構(gòu)綜合3、機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計。三.機械原理的教學內(nèi)容1、研究機構(gòu)的組成及具有確定運動的條件。2、研究四種基本機構(gòu)的特性和設(shè)計方法：連桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)，間歇運動機構(gòu).4、機構(gòu)及其系統(tǒng)動力學設(shè)計。結(jié)束機構(gòu)組成原理§1-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成組成要素構(gòu)件運動副構(gòu)件是由一個或若干個零件組成。

（一）構(gòu)件零件——制造的單元體。齒輪軸鍵構(gòu)件分成機架（或固定構(gòu)件）活動構(gòu)件主動件從動件運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件稱為原動件。作用有驅(qū)動力或驅(qū)動力矩的活動構(gòu)件稱為主動件。輸出運動或動力的從動件稱為輸出件。機構(gòu)中的運動單元體。內(nèi)燃機用運動副聯(lián)結(jié)后，彼此的相對運動受到某些約束.兩個構(gòu)件在用運動副聯(lián)結(jié)前有六個獨立的相對運動。構(gòu)件2xzy構(gòu)件1O機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動聯(lián)接?！?-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運動副轉(zhuǎn)動副21

（1）

根據(jù)運動副對被聯(lián)結(jié)的兩個構(gòu)件相對運動約束數(shù)的不同，可將運動副分為至級副§1-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運動副球面副（級副）球銷副（）轉(zhuǎn)動副（）

球銷副轉(zhuǎn)動副（2）

根據(jù)運動副中構(gòu)件間的接觸形式分：移動副轉(zhuǎn)動副

常用的運動副齒輪副凸輪副低副：面接觸的運動副高副：點、線接觸的運動副。（3）根據(jù)構(gòu)件間的相對運動分：平面運動副空間運動副轉(zhuǎn)動副移動副齒輪副球頂凸輪副§1-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運動副（三）運動鏈用運動副聯(lián)結(jié)而成的相對可動的構(gòu)件系統(tǒng)稱為運動鏈1234ABC1234ABCD123456ABCDEFG開式運動鏈閉式運動鏈單閉環(huán)運動鏈多閉環(huán)運動鏈機械手運動鏈§1-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運動副（三）運動鏈（四）機構(gòu)1234ABCD機構(gòu)是用來傳遞運動和力且有一個構(gòu)件為機架的用運動副聯(lián)結(jié)而成的構(gòu)件系統(tǒng)。機構(gòu)的形成§1-1機構(gòu)的組成及運動簡圖一.機構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運動副（三）運動鏈（四）機構(gòu)二.機構(gòu)運動簡圖用線條和簡單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的圖形。121212212121轉(zhuǎn)動副移動副直齒輪的嚙合球頂凸輪副CAB12344'D55'6內(nèi)燃機ECAB1DFG2345678HI插齒機§1-2機構(gòu)可動的運動學條件機構(gòu)可動的條件可動的運動學條件可動的力學條件能動嗎？一.機構(gòu)自由度的一般公式機構(gòu)自由度——機構(gòu)中各活動構(gòu)件相對于機架的可能獨立運動的數(shù)目。含有運動副個數(shù)為：運動副級別運動副個數(shù)p1p2p3p4p5則或213ACB4D若機構(gòu)中有n個活動構(gòu)件，§1-2機構(gòu)可動的運動學條件一.機構(gòu)自由度的一般公式二.公共約束與平面機構(gòu)自由度1.公共約束——在有些機構(gòu)中，由于運動副的特殊配置而使機構(gòu)中的所有活動構(gòu)件共同失去了某些自由度，即給機構(gòu)中的所有構(gòu)件施加了某些公共的約束。1234ABCDOxzY12作平面運動的自由構(gòu)件有3個獨立運動。2.平面機構(gòu)自由度計算式（有3個公共約束）3.具有m個公共約束的機構(gòu)，其自由度計算式：123ACB[例]m=4所以平面構(gòu)件三自由度三.機構(gòu)可動的運動學條件§1-2機構(gòu)可動的運動學條件一.機構(gòu)自由度的一般公式二.公共約束與平面機構(gòu)自由度P5=4,P4=1,F=0n=3,n=2,P5=3,F=0231123ACB4Dn=3,P5=5,F=1B2C4ADE13n=3,P5=4,F=114123ABCD14C2B54ADE13n=4,P5=5,F=2C'結(jié)論：1.機構(gòu)可能運動的條件是：2.機構(gòu)具有確定運動的條件是：

即主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F。輸入的獨立運動數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)F。機構(gòu)自由度數(shù)F1?！?-2機構(gòu)可動的運動學條件四.計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題（一）虛約束虛約束——機構(gòu)中那些對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的重復(fù)約束?；蚍Q消極約束。4F5ABCDEF123ADBCE？123ADBCE機構(gòu)的虛約束機構(gòu)的虛約束2常見的虛約束：1.機構(gòu)中聯(lián)結(jié)構(gòu)件與被聯(lián)結(jié)構(gòu)件的軌跡重合？2.兩構(gòu)件組成若干個導(dǎo)路中心線互相平行或重疊的移動副2CAB1343CAD=SD=DC2AB14D二維移動副虛約束常見的虛約束：4.在機構(gòu)整個運動過程中，其中某兩構(gòu)件上兩點之間的距離始終不變。5.機構(gòu)中自由度F=–1的對稱部分。ACBD1232'4CAB1325DEFBC=EF，AB=CD，BE=CF，AE=DF。2132'2"O3.兩構(gòu)件組成若干個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副。二維2Kh行星輪系四.計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題（一）虛約束（二）局部自由度局部自由度——機構(gòu)中個別構(gòu)件所具有的不影響其它構(gòu)件運動，即與整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。21ACB43?21ACB3四.計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題（一）虛約束（二）局部自由度（三）正確確定運動副的數(shù)目？A2CB134DE56324復(fù)合鉸鏈——由個m構(gòu)件在一處組成軸線重合的轉(zhuǎn)動副。實際有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。[例]如圖所示F、B、D、C處是復(fù)合鉸鏈二維直線運動機構(gòu)A[例]2CB13DE5647局部自由度虛約束機構(gòu)具有確定運動,因為主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F。EABCDOFGH§1-3機構(gòu)可動的力學條件機構(gòu)可動的力學條件不考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件一.平面機構(gòu)的壓力角和傳動角（一）壓力角與傳動角在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向線所夾的銳角。vcFF1F21ABCD234壓力角：傳動角：壓力角的余角。越小，受力越好。越大，受力越好。許用傳動角FvcABC12FvB3??2aAB134Cbvc畫出壓力角B123ACvFB132C（二）機構(gòu)最小傳動角位置的確定1.鉸鏈四桿機構(gòu)中，原動件為AB為曲柄。4vcABCDF123fB2C2B1C1一.平面機構(gòu)的壓力角和傳動角（一）壓力角與傳動角當為銳角時，傳動角當為鈍角時，傳動角以AB為原動件的曲柄搖桿機構(gòu)，當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。vcFC4DAB123abcd2.AB為主動的曲柄滑塊機構(gòu)FvcB1C1

只有使偏置方位、曲柄轉(zhuǎn)向、輸出件工作行程方向正確匹配，方能保證最小傳動角的瞬時位置，剛好處于工作較小的空回行程中。34AaB1Cb2e1當=90o時，可得min為§1-3機構(gòu)可動的力學條件一.平面機構(gòu)的壓力角和傳動角二.不考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件（一）機構(gòu)的死點位置畫出壓力角1C234ABDabcd死點位置——在不計構(gòu)件重力、慣性力和運動副中摩擦力的條件下，當機構(gòu)處于傳動角=0o（或壓力角=90o）的機構(gòu)位置。在此位置下，無論給機構(gòu)主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多大，均不能使機構(gòu)運動。vB1FB1縫紉機主運動機構(gòu)踏板D腳AB1C1vBFBB2C22aAB134CbvcvBFB請思考：下列機構(gòu)的死點位置在哪里；怎樣使機構(gòu)通過死點位置。B123AC死點的利用：AB1C1DB2C2地面飛機起落架機構(gòu)（二）不考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件其條件是：該機構(gòu)不處于死點位置。三.考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件§1-3機構(gòu)可動的力學條件一.平面機構(gòu)的壓力角和傳動角二.不考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件

機構(gòu)中的運動副是可動聯(lián)結(jié)，但若其中有一個運動副在外力及摩擦力的作用下變成不可動聯(lián)結(jié)，則機構(gòu)顯然不可動。（一）運動副中的摩擦和自鎖BANBAFBARBAP當

時，若滑塊A原來靜止，則無論外力P增止多大，均不能使滑塊A運動，即稱之謂移動副的自鎖。1.移動副vAB注意：總反力RBA的方向總是逆著相對運動vAB而與相對運動方向成（90o+）。三.考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件（一）運動副中的摩擦和自鎖1.移動副2.轉(zhuǎn)動副MdPRBAFBANBA總反力RBA徑向力P和徑向力矩Md合成為一驅(qū)動力P'P'摩擦圓BAr軸頸O摩擦圓的半徑：f0—_當量摩擦系數(shù)結(jié)論：（1）總反力總是切于摩擦圓，產(chǎn)生的摩擦力矩逆著相對轉(zhuǎn)動方向;（2）當h時，即與摩擦圓相割或相切，產(chǎn)生自鎖。P'h三.考慮摩擦時機構(gòu)可動的力學條件（一）運動副中的摩擦和自鎖（二）機構(gòu)的自鎖區(qū)32AB14CF（驅(qū)動力）M1阻力矩2123R12R32

F43R32R21R41h'由驅(qū)動力F通過運動副傳給構(gòu)件1的力矩32A14F（驅(qū)動力）C1R21R23R'21R'23B1232AB214R'21R21R23R'2322C2自鎖區(qū)——兩臨界自鎖位置所包含的區(qū)間。21R12ObLnn=90oxy對于傳動角始終為90°的機構(gòu)，其傳力性能最佳且無死點。但是，即使只移動副的摩擦，在一定條件下也會自鎖。故當此機構(gòu)的自鎖條件為：結(jié)論：機構(gòu)在某一位置可動的力學條件是，機構(gòu)中的所有運動副在外力及摩擦力的作用下均不發(fā)生自鎖。§1-4平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析一.平面機構(gòu)的組成原理平面機構(gòu)具有確定運動的條件是機構(gòu)的原動件數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)，故平面機構(gòu)的從動系統(tǒng)的自由度數(shù)應(yīng)為零。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F5桿組定義：不可再分解的自由度為零的運動鏈被稱為基本桿組，簡稱桿組。組成平面機構(gòu)桿組的條件：平面機構(gòu)桿組的類型含有高副的桿組低副桿組(p4=0)np5p4111230341460單構(gòu)件高副組三構(gòu)件高副組級組級組級組單構(gòu)件高副組213ABCD三構(gòu)件高副組2DC1BDC21DCBDCB級組21BCD內(nèi)副——聯(lián)結(jié)桿組中構(gòu)件的運動副。341224

級組——包含有三個內(nèi)副元素的剛性構(gòu)件的桿組。132134

級組——包含四個構(gòu)件組成封閉四