機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)--第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析匯報(bào)人：AA2024-01-14目錄CONTENTS機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析基本概念平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算平面機(jī)構(gòu)組成原理與結(jié)構(gòu)特性平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析01CHAPTER機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析基本概念機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動單元體，分為固定構(gòu)件和運(yùn)動構(gòu)件。構(gòu)件運(yùn)動副自由度兩構(gòu)件直接接觸且能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的連接。機(jī)構(gòu)中具有獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件數(shù)目，決定了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性質(zhì)。030201機(jī)構(gòu)組成要素

運(yùn)動副及其分類低副兩構(gòu)件通過面接觸形成的運(yùn)動副，如轉(zhuǎn)動副和移動副。高副兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸形成的運(yùn)動副，如齒輪副和凸輪副。運(yùn)動副的約束與自由度運(yùn)動副對構(gòu)件運(yùn)動的限制稱為約束，約束減少的自由度數(shù)目稱為該運(yùn)動副的級數(shù)。用簡單的線條和符號表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件和運(yùn)動副的相對位置及相互關(guān)系的圖形。機(jī)構(gòu)示意圖根據(jù)機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸和比例，選擇合適的長度單位，用規(guī)定的線條和符號繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖可以清晰地了解機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動傳遞路線以及各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動關(guān)系，為機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步分析和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖02CHAPTER平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)中所有活動構(gòu)件相對于固定構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目。它表示了機(jī)構(gòu)運(yùn)動的獨(dú)立性和復(fù)雜性。自由度定義自由度的計(jì)算對于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化具有重要意義。通過自由度計(jì)算，可以了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性、約束條件以及是否存在冗余約束等問題，為后續(xù)的機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。自由度意義自由度定義及意義平面機(jī)構(gòu)自由度F=3n-2PL-PH計(jì)算公式其中，n為活動構(gòu)件數(shù)，PL為低副數(shù)，PH為高副數(shù)。該公式基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)原理，通過計(jì)算活動構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)來求得機(jī)構(gòu)的自由度。公式解釋平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式計(jì)算實(shí)例：以某平面四桿機(jī)構(gòu)為例，其活動構(gòu)件數(shù)為3，低副數(shù)為4，高副數(shù)為0，代入公式F=3n-2PL-PH，可得F=3×3-2×4-0=1，即該機(jī)構(gòu)的自由度為1。注意事項(xiàng)：在計(jì)算自由度時，需要注意以下幾點(diǎn)1.正確識別活動構(gòu)件和固定構(gòu)件；2.正確識別低副和高副，并分別計(jì)數(shù)；3.對于復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束等特殊情況需要特別處理；4.在計(jì)算過程中要保持單位一致，避免出現(xiàn)錯誤。計(jì)算實(shí)例與注意事項(xiàng)03CHAPTER平面機(jī)構(gòu)組成原理與結(jié)構(gòu)特性機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是自由度數(shù)等于原動件數(shù)，通過計(jì)算自由度可以判斷機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動。機(jī)構(gòu)組成原理的應(yīng)用根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理，可以分析和設(shè)計(jì)各種平面機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。機(jī)構(gòu)組成要素包括構(gòu)件、運(yùn)動副和約束等要素，構(gòu)件通過運(yùn)動副連接形成可動系統(tǒng)。平面機(jī)構(gòu)組成原理根據(jù)構(gòu)件的形狀和運(yùn)動特征，平面機(jī)構(gòu)可分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等多種類型。平面機(jī)構(gòu)的類型不同類型的機(jī)構(gòu)具有不同的運(yùn)動特性和動力特性，如速度波動、加速度變化、傳力性能等。機(jī)構(gòu)特性分析通過對現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或組合，可以設(shè)計(jì)出具有新功能和特性的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型與特性分析結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)在滿足功能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、剛性好、傳動效率高等目標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃、有限元分析、拓?fù)鋬?yōu)化等方法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。工程實(shí)例分析結(jié)合工程實(shí)例，介紹結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用和效果，如連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、凸輪輪廓的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法04CHAPTER平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析由若干剛性構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副或移動副）連接而成的機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律和動力要求。構(gòu)件間以低副連接，運(yùn)動副元素為面接觸，壓強(qiáng)小、磨損輕、便于潤滑，因此承載能力大、耐沖擊；但運(yùn)動副元素間存在間隙，導(dǎo)致運(yùn)動精度低。連桿機(jī)構(gòu)基本概念及特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)定義根據(jù)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動關(guān)系，可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、單移動副機(jī)構(gòu)、雙移動副機(jī)構(gòu)等。連桿機(jī)構(gòu)類型連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀器中，如內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、沖床、剪床、千斤頂、機(jī)械手以及各種專用機(jī)械和儀器等。應(yīng)用場景連桿機(jī)構(gòu)類型與應(yīng)用場景設(shè)計(jì)方法圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。其中，圖解法簡單直觀，但精度較低；解析法精度高，但計(jì)算復(fù)雜；實(shí)驗(yàn)法適用于復(fù)雜或特殊要求的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟首先根據(jù)工作要求選定機(jī)構(gòu)類型，然后確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)尺寸（如桿長、角度等），接著進(jìn)行動力學(xué)計(jì)算（如求驅(qū)動力、驅(qū)動力矩等），最后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性校核。連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與步驟05CHAPTER凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析由凸輪、從動件和機(jī)架三個基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)定義通過凸輪的輪廓曲線變化，實(shí)現(xiàn)從動件的預(yù)期運(yùn)動規(guī)律，具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活、傳動可靠等優(yōu)點(diǎn)。凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)凸輪形狀可分為盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪等；根據(jù)從動件類型可分為尖底從動件、滾子從動件和平底從動件等。凸輪機(jī)構(gòu)分類凸輪機(jī)構(gòu)基本概念及特點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法：反轉(zhuǎn)法、解析法和圖解法等。確定從動件的運(yùn)動規(guī)律；根據(jù)選定的輪廓曲線，求出凸輪的基圓半徑和偏心距；設(shè)計(jì)步驟選擇適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€；繪制凸輪的輪廓曲線。凸輪機(jī)構(gòu)受力分析與效率評估考慮凸輪與從動件之間的接觸應(yīng)力、摩擦力和慣性力等，進(jìn)行受力分析，以確保機(jī)構(gòu)的傳力性能和穩(wěn)定性。受力分析通過計(jì)算機(jī)構(gòu)的傳動效率、機(jī)械效率和動力效率等，評估機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣。傳動效率反映了機(jī)構(gòu)的傳動損失，機(jī)械效率反映了機(jī)構(gòu)的摩擦損失，動力效率則綜合反映了機(jī)構(gòu)的傳動和摩擦損失。效率評估06CHAPTER間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)基本概念及特點(diǎn)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)定義間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)是指能夠?qū)崿F(xiàn)周期性停歇和運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)特點(diǎn)具有周期性停歇和運(yùn)動的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的角度定位和運(yùn)動控制，適用于需要周期性操作或分度運(yùn)動的場合。棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)常見間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)類型與工作原理01020304由棘輪和棘爪組成，通過棘爪的往復(fù)擺動實(shí)現(xiàn)棘輪的間歇轉(zhuǎn)動。由槽輪和圓柱銷組成，通過圓柱銷在槽輪上的徑向槽中的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)槽輪的間歇轉(zhuǎn)動。由兩個不完整的齒輪組成，通過齒輪的嚙合與分離實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動。由凸輪、從動件和機(jī)架組成，通過凸輪的輪廓形狀控制從動件的間歇運(yùn)動。優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇機(jī)構(gòu)類型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)類型，如棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等。繪制機(jī)構(gòu)簡圖根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的簡圖，包括機(jī)構(gòu)的組成、尺寸標(biāo)注等。動力學(xué)分析對設(shè)計(jì)的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，包括機(jī)構(gòu)的受力分析、速度分析、加速度分析等。根據(jù)