第一章機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)

前言在知識經(jīng)濟(jì)時代，一個國家的創(chuàng)新能力，包括知識創(chuàng)新和科技創(chuàng)新能力，是決定該國在國際競爭和世界總格局中的地位的重要因素。知識創(chuàng)新和科技創(chuàng)新在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著巨大作用。如：美國的微軟公司近年來，平均每周增加資產(chǎn)4億美元......創(chuàng)新是技術(shù)進(jìn)步的主要途徑實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步的途徑：技術(shù)引進(jìn)和自主技術(shù)開發(fā)1、技術(shù)引進(jìn)：技術(shù)引進(jìn)者完成技術(shù)引進(jìn)有三個重要環(huán)節(jié)：技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)積蓄和技術(shù)普及。實施很難技術(shù)轉(zhuǎn)讓者擔(dān)心“飛去來器效應(yīng)”常常轉(zhuǎn)讓的是即將過時的技術(shù)。2、自主技術(shù)開發(fā)：自主技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵：培養(yǎng)出能夠不斷提供創(chuàng)造性成果的人才群體即技術(shù)市場上的一切競爭都?xì)w結(jié)為人才競爭。高等院校、科研部門等就是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的搖籃。本課程的目的1、拓寬學(xué)生知識面，開闊學(xué)生技術(shù)視野2、通過本課程中大量新機(jī)構(gòu)設(shè)計成果分析，幫助學(xué)生積累機(jī)械創(chuàng)新經(jīng)驗。3、通過介紹新的設(shè)計理論和設(shè)計方法，為學(xué)生創(chuàng)新提供技術(shù)基礎(chǔ)。本章重點基本機(jī)構(gòu)的運動形式及特點平面機(jī)構(gòu)中的高副低代平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析第一章機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)知識

§1—1基本機(jī)構(gòu)的運動形態(tài)與變換一、連續(xù)轉(zhuǎn)動到連續(xù)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

實現(xiàn)這種運動形式變換的基本機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪傳動機(jī)構(gòu)、瞬心線機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、帶傳動機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)、1．齒輪傳動機(jī)構(gòu)

圖1-2齒輪系機(jī)構(gòu)

特點：定軸輪系：傳動比準(zhǔn)確，但運動形式簡單；周轉(zhuǎn)輪系：可實現(xiàn)運動的合成和分解且行星輪可輸出復(fù)雜的運動

圖1-3摩擦輪傳動機(jī)構(gòu)

2、摩擦輪傳動機(jī)構(gòu)

特點：可無級變速3、瞬心線機(jī)構(gòu)

4、連桿機(jī)構(gòu)

特點：可以實現(xiàn)連續(xù)的、周期性的、變速轉(zhuǎn)動輸出

特點：構(gòu)件運動形式多樣，從而可實行已知運動規(guī)律和運動軌跡，但一般只能近似實現(xiàn)。

5、帶傳動機(jī)構(gòu)

圖1-6帶傳動機(jī)構(gòu)示意圖6、鏈傳動機(jī)構(gòu)圖1-7鏈傳動機(jī)構(gòu)示意圖特點：能緩沖吸振，且起安全保護(hù)裝置作用，但傳動比不準(zhǔn)確

特點：平均傳動比準(zhǔn)確，瞬時傳動比不準(zhǔn)確。8、萬向聯(lián)軸器7、繩索傳動機(jī)構(gòu)圖1-8、繩索傳動機(jī)構(gòu)圖1-9萬向聯(lián)軸器特點：當(dāng)兩軸夾角變化時仍可繼續(xù)工作二、連續(xù)轉(zhuǎn)動到步進(jìn)轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

1、棘輪機(jī)構(gòu)2、槽輪機(jī)構(gòu)3、分度凸輪機(jī)構(gòu)4、不完全齒輪機(jī)構(gòu)特點：棘輪機(jī)構(gòu)：有嘈聲和沖擊槽輪機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)，有沖擊凸輪：傳動平穩(wěn)，動力特性好能準(zhǔn)確實現(xiàn)給定的運動規(guī)律不完全齒輪機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動角度范圍設(shè)計靈活，從動輪運動開始和終止時沖擊大三、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、曲柄搖塊機(jī)構(gòu)3、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4、擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)四、連續(xù)轉(zhuǎn)動到往復(fù)直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)、帶或鏈傳動機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋傳動機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)五、直線移動轉(zhuǎn)換為直線移動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

液壓油缸或氣缸、雙滑塊機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)，移動凸輪機(jī)構(gòu)等

六、直線移動轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動或住復(fù)擺動的運動變換與實現(xiàn)機(jī)構(gòu)

擺臂移動凸輪機(jī)構(gòu)、直動螺旋到擺動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

應(yīng)用實例：行走機(jī)構(gòu)應(yīng)用實例：機(jī)器人手臂擺動示意圖應(yīng)用實例：§1—2機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)分析

1、桿組任何機(jī)構(gòu)都包含機(jī)架、原動件和從動件系統(tǒng)三部分。從動系統(tǒng)還可分解為若干不可再分的自由度為零的運動鏈桿組組成平面機(jī)構(gòu)的基本桿組應(yīng)符合條件：如果運動副全部為低副，則上式變?yōu)椋夯蜃詈唵螚U組為n=2、=3Ⅱ級桿組Ⅱ級桿組滿足式(1．3)且n=4、=6的桿組稱為Ⅲ級桿組I級機(jī)構(gòu)：只由機(jī)架和原動件構(gòu)成的機(jī)構(gòu)(如杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)等)Ⅱ級機(jī)構(gòu)：由最高級別為Ⅱ級組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)同一機(jī)構(gòu)中可以包含不同級別的基本桿組Ⅲ級機(jī)構(gòu)：最高級別為Ⅲ級組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)2．機(jī)構(gòu)的組成原理若干個自由度為零的基本桿組依次連接到原動件和機(jī)架上，就可組成一個新的機(jī)構(gòu)注意，在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構(gòu)件上（如圖桿組4、5中的轉(zhuǎn)動副B、F），否則將起不到增加桿組的作用。3、平面機(jī)構(gòu)的高副低代高副低代的條件是：（1）代替前后機(jī)構(gòu)的自由度完全相同；（2）代替前后機(jī)構(gòu)的運動狀況(位移、速度、加速度)相同。兩曲面接觸的高副低代曲線與直線接觸的高副低代曲線與點接觸的高副低代4、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析將已知機(jī)構(gòu)分解為原動件、機(jī)架和若干個基本桿組，確定機(jī)構(gòu)的級別，進(jìn)而了解現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的組成，為設(shè)計新機(jī)構(gòu)提供思路和依據(jù)。步驟：(1)除去虛約束和局部自由度，計算機(jī)構(gòu)的自由度并確定原動件。(2)拆桿組。從遠(yuǎn)離原動件的構(gòu)件開始拆分，按基本桿組的特征，首先試拆Ⅱ級組，若不可能時再試拆Ⅲ級組。必須注意，每拆出一個桿組后，剩下部分仍組成機(jī)構(gòu)，且自由度數(shù)與原機(jī)構(gòu)相同，直至全部拆分成桿組最后只剩下原動件。(3)確定機(jī)構(gòu)的級別。例：計算圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并確定機(jī)構(gòu)的級別F=3n一2PL—PH=3×5—2×7=1Ⅱ級機(jī)構(gòu)若該機(jī)構(gòu)的原動件是2，則只能拆下一個Ⅲ級組：5-4-3-6，所以是Ⅲ級機(jī)構(gòu)例：計算圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并確定機(jī)構(gòu)的級別F=3n一2PL—PH=3×7—2×9-1=2高副低代后：：3牛頭刨床：高副低代后：：拆桿組：884Ⅱ級組：5-8Ⅲ級機(jī)構(gòu)Ⅲ級組：3-7-2-6Ⅱ級組1-23-45-7Ⅱ級機(jī)構(gòu)213456712345