第二章機械設計概論1

2.5機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)的自在度平面機構(gòu)：一切構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)稱為平面機構(gòu)，否那么稱為空間機構(gòu)2.5.1運動副及其分類運動副：使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的聯(lián)接稱為運動副運動副分為：低副、高副1、低副：兩構(gòu)件經(jīng)過面接觸組成的運動副〔1〕轉(zhuǎn)動副(鉸鏈〕組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動〔2〕挪動副組成運動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對挪動2、高副：兩構(gòu)件經(jīng)過點或線接觸組成的運動副球面高副柱面高副空間運動副球面副螺旋副圓柱套筒副一切機械都是假設干構(gòu)件的組合體，這些構(gòu)件由運動副相聯(lián)接并具有確定相對運動。2.5.2平面機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖：實踐構(gòu)件的外形和構(gòu)造往往很復雜，在研討機構(gòu)運動時,為使問題簡化，撇開與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副詳細構(gòu)造,僅用簡單線條和符號來表示構(gòu)件和運動副。這種用簡單線條和符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副的位置，以闡明機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡化圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖〔1〕固定件〔機架〕：是用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件?！?〕原動件：是運動規(guī)律知的活動構(gòu)件。它的運動是由外界輸入的，故又稱為輸入構(gòu)件?！?〕從動件:隨著原動件的運動而運動的其他活動構(gòu)件，其中輸出機構(gòu)的預期運動的從動件稱為輸出構(gòu)件。任何一個機構(gòu)中，必有一個固定件，一個或幾個原動件，其他的都是從動件。機構(gòu)中的構(gòu)件分三類：固定件〔機架〕原動件(自動件〕從動件繪制機構(gòu)運動簡圖的方法和步驟1.確定機構(gòu)的原動件和輸出構(gòu)件，兩者之間為傳動部份，分析確定傳動部份的構(gòu)件及構(gòu)件間運動副的類型，從而確定整個機構(gòu)的構(gòu)件及運動副。2.為將機構(gòu)運動簡圖表示清楚，恰當?shù)剡x擇投影面。普通選擇與多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的面為投影面，必要時也可以就機械的不同部分選擇兩個或兩個以上的投影面，然后展開到同一平面上。3.選擇適當?shù)谋壤?，根?jù)機構(gòu)的運動尺寸定出各運動副之間的相對位置，然后用規(guī)定的符號畫出各類運動副，并將同一構(gòu)件上的運動副符號用簡單線條銜接起來，這樣便繪制出機構(gòu)的運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖中的常用符號運動簡圖中的常用符號例2-1繪制如下圖顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖一個作平面運動的自在構(gòu)件具有三個獨立運動。相對于參考坐標系，構(gòu)件所具有的獨立運動稱為構(gòu)件的自在度運動副限制構(gòu)件的獨立運動即為引入約束2.5.3平面機構(gòu)的自在度〔1〕轉(zhuǎn)動副(鉸鏈〕〔2〕挪動副各種運動副引入的約束高副：1平面機構(gòu)自在度的計算公式對于具有n個活動構(gòu)件的平面機構(gòu)，假設各構(gòu)件之間共構(gòu)成了PL個低副和PH個高副，那么它們共引入(2PL+PH)個約束。機構(gòu)的自在度F應為:

F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH2機構(gòu)自在度的意義及具有確定運動的條件例2.2例2.3例2.4綜上所述，機構(gòu)的自在度Ｆ、機構(gòu)原動件的數(shù)目和機構(gòu)的運動有著親密的關(guān)系：1)假設機構(gòu)自在度Ｆ≤０，那么機構(gòu)不能動；2)假設Ｆ>０且與原動件數(shù)相等，那么機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是確定的，因此，機構(gòu)具有確定的相對運動的條件是：機構(gòu)的自在度Ｆ>０且機構(gòu)的原動件數(shù)等于機構(gòu)的自在度數(shù)；3)假設Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，那么構(gòu)件間的運動是不確定的;4〕假設Ｆ>０，而原動件數(shù)>F，那么構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞。機構(gòu)自在度的意義就是機構(gòu)具有確定的相對運動時所必需給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。3計算機構(gòu)自在度時應留意的事項〔1〕復合鉸鏈例由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復合鉸鏈。由m個構(gòu)件聚集而成的復合鉸鏈該當包含(m-1)個轉(zhuǎn)動副?！?〕部分自在度不影響機構(gòu)輸入與輸出運動關(guān)系的個別構(gòu)件的獨立運動稱為部分自在度。在計算機構(gòu)自在度時，部分自在度該當舍棄不計。〔3〕虛約束在運動副的約束中，有些約束所起的限制造用是反復的，這種不起獨立限制造用的約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)的自在度時，應將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運動副去掉，然后再進展計算。虛約束對運動不起作用，但可以添加構(gòu)件的剛性、使構(gòu)件受力平衡。常見的虛約束有以下幾種情況:１〕當兩構(gòu)件組成多個挪動副，且其導路相互平行或重合時，那么只需一個挪動副起約束作用，其他都是虛約束。帶虛約束的凸輪機構(gòu)２〕當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線相互重合時，那么只需一個轉(zhuǎn)動副起作用，其他轉(zhuǎn)動副都是虛約束。帶虛約束的曲軸3〕機構(gòu)中對運動起反復限制造用的對稱部分也往往會引入虛約束。帶虛約束的行星輪系自在度：機構(gòu)自在度計算舉例圖示牛頭刨床設計方案草圖。設計思緒為：動力由曲柄1輸入，經(jīng)過滑塊2使擺動導桿3作往復擺動，并帶動滑枕4作往復挪動，以到達刨削加工目的。試問圖示的構(gòu)件組合能否能到達此目的？假設不能，該如何修正？圖1解：首先計算設計方案草圖的自在度改良措施：1、添加一個低副和一個活動構(gòu)件；2、用一個高副替代低副。即表示假設按此方案設計機構(gòu)，機構(gòu)是不能運動的。必需修正，以到達設計目的。2.6現(xiàn)代設計方法簡介1．計算機輔助設計計算機輔助設計〔ComputerAidedDesign〕，簡稱CAD。它是把計算機技術(shù)引入設計過程，利用計算機來完成計算、選型、繪圖及其它作業(yè)的一種現(xiàn)代設計方法。

2．優(yōu)化設計優(yōu)化設計〔OptimalDesign〕是把最優(yōu)化數(shù)學原理運用于工程設計問題，在一切可行方案中尋求最正確設計方案的一種現(xiàn)代設計方法。進展工程優(yōu)化設計，首先需將工程問題按優(yōu)化設計所規(guī)定的格式建立數(shù)學模型，然后選用適宜的優(yōu)化計算方法在計算機上對數(shù)學模型進展尋優(yōu)求解，得到工程設計問題的最優(yōu)設計方案。3．可靠性設計可靠性設計〔ReliabilityDesign〕是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為實際根底，以失效分析、失效預測及各種可靠性實驗為根據(jù)，以保證產(chǎn)品的可靠性為目的的現(xiàn)代設計方法。產(chǎn)品可靠性的定義為：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能的才干。有許多力學和場問題，如復雜構(gòu)件的變形與受力，彈流問題等，都很難得出解析解，通常只能求出數(shù)值解。常用的數(shù)值解法有：有限差分法和有限元法。差分法雖簡單但采用的是正交網(wǎng)格，不宜逼近曲線邊境；有限元法的網(wǎng)格那么可逼近任何曲線邊境，因此它是一種較通用的數(shù)值算法。4．有限元法〔FiniteElementMethod〕5．工業(yè)藝術(shù)外型設計它是指在保證產(chǎn)品適用功能的前提下，用藝術(shù)手段按照美學法那么對工業(yè)產(chǎn)品進展外型活動，對工業(yè)產(chǎn)品的構(gòu)造尺寸、面子形狀、顏色、材質(zhì)、線條、裝飾及人機關(guān)系等要素進展有機的綜合處置，從而設計出優(yōu)質(zhì)美觀的產(chǎn)品外型。適用和美觀的最正確一致是工業(yè)藝術(shù)外型設計的根本原那么。最終應使產(chǎn)品在保證明用的前提下，具有美的、富有表現(xiàn)力的審美特性。6．反求工程設計反求工程是消化吸化并改良國內(nèi)外先進技術(shù)的一系列任務方法和技術(shù)的總和。它對提高我國的科技和管理程度有著重要的意義。它是經(jīng)過實物或技術(shù)資料對已有的先進產(chǎn)品進展分析、解剖、實驗，了解其資料、組成、構(gòu)造、性能、功能，掌握其工藝原理和任務機理，以進展消化仿制、改良或開展、發(fā)明新產(chǎn)品的一種方法和技術(shù)。它是針對消化吸收先進技術(shù)的系列分析方法和運用技術(shù)的組合。反求工程包括設計反求、工藝反求、管理反求等各個方面。7．模塊化設計模塊化設計是在對產(chǎn)品進展功能分析的根底上，劃分并設計出一系列功能模塊，經(jīng)過模塊的不同選擇和組合就可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。產(chǎn)品模塊設計是用盡能夠少的種類和數(shù)量的模塊組成盡能夠多種類和規(guī)格的產(chǎn)品。模塊化設計具有如下優(yōu)點：能減少產(chǎn)品的設計和制造時間，縮短供貨周期，；有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)，；有利于提高產(chǎn)質(zhì)量量，降低消費本錢，；便于產(chǎn)品的維修。類似設計是類似性實際在機械領域的詳細運用。是參考與所設計的內(nèi)容類似的實驗或設計結(jié)果來進展設計。類似設計包含以下四個方面：系列產(chǎn)品的類似設計：設計系列產(chǎn)品時，首先選定某一中檔型號的產(chǎn)品為基型，對它進展最正確方案設計，定出其資料參數(shù)和尺寸。然后經(jīng)過類似性原理求出系列中其它產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸。模型實驗：是指不直接研討自然景象或過程本身，而是用與這些景象或過程類似的模型來進展研討的一種方法。實物仿真：是對所研討和設計系統(tǒng)的模型進展實驗的過程。仿真模型和實踐景象普通是不同的物理過程，但過程的本質(zhì)是能用一樣的數(shù)學方程描畫的。8．類似設計9．設計方法學設計方法學是以系統(tǒng)的觀念來研討產(chǎn)品的設計程序、設計規(guī)律和設計中的思想與任務方法。它所研討的內(nèi)容包括：〔1〕設計過程及程序。研討將功能要求轉(zhuǎn)化為圖紙的設計過程，總結(jié)設計思想規(guī)律，尋求合理的設計程序?！?〕設計思想。研討設計中的思想規(guī)律，總結(jié)設計人員發(fā)明性思想的方法和技術(shù)?！?〕設計評價。研討設計方案優(yōu)劣的評價方法，建立評價目的體系，運用價值工程和多目的優(yōu)化技術(shù)進展定性和定量的綜合評價?！?〕設計信息。研討能經(jīng)過計算機調(diào)閱的設計信息庫的建立和運用?！?〕現(xiàn)代設計實際與方法的運用。研討如何把各種現(xiàn)代設計實際與方法運用到設計過程中去，實現(xiàn)設計自動化。2.6.2現(xiàn)代設計方法的特點現(xiàn)代設計方法的根本特點如下：〔1〕程式性〔并行設計〕：采用并行設計的思想，