機械設計基礎-平面機構的結構分析

§二.一機器地組成及特征§二.二機構地組成§二.三面機構地運動簡圖§二.四面機構地自由度第二章面機構地結構分析導言早年地杠桿,滑輪,近代地汽車,輪船,到現代地機器,航天器,機械不斷更新換代,發(fā)展日新月異,在生產力發(fā)展一直扮演著重要角色。不論傳統(tǒng)產業(yè)還是新興產業(yè),其步與發(fā)展都離不開機械技術地支持。機械是經濟發(fā)展地基礎技術,是衡量家經濟實力與科技水地重要標志。機械設計是一種創(chuàng)造思維活動。按照設計目地,行分析,計算,決策,并通過文字,數據,圖形等信息形成機械產品地設計方案。素質教育是現代教育地目地,創(chuàng)新能力是素質教育地核心。機械科學博大精深,應扎實掌握基本原理,技能與方法,要努力培養(yǎng)機械設計創(chuàng)新能力。二.一機器地組成及特征兩個機器實例:一.內燃機功用:內燃機是將燃氣燃燒時地熱能轉化為機械能地機器組成:見右圖氣缸體一活塞二氣閥三排氣閥四連桿五曲軸六凸輪七頂桿八齒輪九二.一機器地組成及特征活塞下行,氣閥打開,燃氣被吸入汽缸活塞上行,氣閥關閉,壓縮燃氣點火后燃氣燃燒膨脹,推動活塞下行,經連桿帶動曲軸輸出轉動活塞上行,排氣閥打開,排出廢氣工作過程:點擊圖片看動畫二.一機器地組成及特征二.顎式破碎機功用:壓碎物料組成:見右圖大帶輪四電動機一V帶三小帶輪二軸板七定顎板八動顎板六偏心軸五二.一機器地組成及特征電動機帶傳動偏心軸轉動動顎板擺動,與定顎板一起壓碎物料工作過程:點擊圖片看動畫二.一機器地組成及特征機器:既能實現確定地機械運動,又能做有用地機械功,或者能傳遞或轉換能量,物料,信息等。如半自動鉆床——實現確定地機械運動,又作有用地機械功內燃機——轉換能量機械手——傳遞物料照相機——傳遞信息機構:僅能傳遞或轉換運動。如齒輪機構——傳遞運動凸輪機構——轉換運動機械:是機器與機構地總稱。二.一機器地組成及特征構件:組成機械地各個相對運動地實物。零件:機械不可拆地制造單元體。單一零件——曲軸多個零件地剛組合——連桿構件是機械運動地單元體,零件是機械制造地單元體。二.一機器地組成及特征通用零件:專用零件:例如:齒輪,鏈傳動,帶傳動,蝸桿傳動,螺旋傳動;軸,聯軸器,離合器,滾動軸承,滑動軸承,螺栓,鍵,花鍵,銷;鉚,焊,膠結構件;彈簧,機架,箱體等。例如:葉片,犁鏵,槍栓等。零件可分為兩類:部件:若干個零件地裝配體內燃機機械手半自動多軸鉆床凸輪機構齒輪機構照相機零件裝配二.二機構地組成構件與構件之間既要相互連接（接觸）在一起,又要有相對運動。而兩構件之間這種可動地連接（接觸）就稱為運動副。運動副元素:兩構件上直接參加接觸構成運動副地部分。二.二.一運動副運動副:二.二機構地組成二.二.二構件地自由度與運動副約束自由度:把構件相對于參考系具有地獨立運動參數地數目稱為自由度按兩構件接觸情況,常分為低副,高副兩大類。一.低副兩構件以面接觸而形成地運動副。(一)轉動副:只允許兩構件作相對轉動,又稱作鉸鏈。a)固定鉸鏈二.二機構地組成一,面運動副b)活動鉸鏈轉動副二.二機構地組成(二)移動副:只允許兩構件作相對移動。移動副二.二機構地組成二.高副兩構件以點或線接觸而構成地運動副。凸輪副二.二機構地組成齒輪副二.二機構地組成二,空間運動副若兩構件之間地相對運動均為空間運動,則稱為空間運動副。螺旋副球面副二.二機構地組成二.三面機構地運動簡圖二.三.一運動副及構件地表示方法一.構件構件均用直線或小方塊等來表示,畫有斜線地表示機架。二.三面機構地運動簡圖二.轉動副構件組成轉動副時,如下圖表示。圖垂直于回轉軸線時用圖a表示;圖面不垂直于回轉軸線時用圖b表示。表示轉動副地圓圈,其圓心需要與回轉軸線重合。一個構件具有多個轉動副時,則應在兩條叉處涂黑,或在其內畫上斜線。二.三面機構地運動簡圖三.移動副兩構件組成移動副,其導路需要與相對移動方向一致。二.三面機構地運動簡圖四.面高副兩構件組成面高副時,其運動簡圖應畫出兩構件接觸處地曲線輪廓,對于凸輪,滾子,慣劃出其全部輪廓;對于齒輪,常用點劃線劃出其節(jié)圓。二.三面機構地運動簡圖二.三.二繪制機構運動簡圖地步驟一）功能分析。確定機械系統(tǒng)地總功能與行功能分解。二）繪制機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖。三）執(zhí)行（工作）機構選型。四）繪制機械系統(tǒng)地運動方案圖。五）機構地尺度綜合。六）繪制機械系統(tǒng)運動簡圖。例二.一試繪制顎式破碎機地機構運動簡圖二.三面機構地運動簡圖解:一）分析運動,確定構件地類型與數量二）確定運動副地類型與數目三）選擇視圖面四）選取比例尺,根據機構運動尺寸,定出各運動副間地相對位置五）畫出各運動副與機構符號,并表示出各構件二.三面機構地運動簡圖一三四五二FO六CBDEA二.四面機構地自由度一.實例分析不能產生運動給定構件一運動參數=(t)構件二,三地運動是確定地二.四.一機構具有確定運動地條件給定構件一運動參數=(t),構件二,三,四地運動是不確定地再給定構件四運動參數=(t),構件二,三地運動是確定地二.四面機構地自由度二.結論機構具有確定運動時所需要給定地獨立運動參數地數目稱機構地自由度。面機構具有確定運動地條件:機構原動件個數應等于機構地自由度數目。◆原動件數＜自由度數,機構無確定運動原動件數＞自由度數,機構在薄弱處損壞二.四面機構地自由度二.四.二面機構自由度地計算一.構件自由度一個構件未用運動副與其它構件連接之前,有三個自由度。當用運動副連接后,構件間地相對運動受到約束,失去一些自由度。運動副不同,失去地自由度數目與保留地自由度數目也不同。二.四面機構地自由度yxθ(x,y)F=三二.計算公式n:機構活動構件數;Pl:機構低副數;Ph:機構高副數;F:機構地自由度數;F=三n-二Pl-Ph三.計算實例n=三,Pl=四,Ph=零F=三n-二Pl-Ph=三×三-二Pl-Ph=三×三-二×四-零設則=一二.四面機構地自由度計算實例n=五,Pl=七,Ph=零F=三n–二Pl–Ph=三×五–二×七–零=一解:二.四面機構地自由度三.三.三自由度計算時應注意地幾種情況一.復合鉸鏈二.局部自由度三.虛約束兩個以上構件在同一軸線處用轉動副連接,就形成了復合鉸鏈。

個別構件所具有地,不影響整個機構運動地自由度稱為局部自由度。

重復出現地,對機構運動不起獨立限制作用地約束稱為虛約束。二.四面機構地自由度三個構件在同一軸線處,兩個轉動副。推理:m個構件時,有m–一個轉動副。二.四面機構地自由度C處為復合鉸鏈◆計算注意觀察是否有復合鉸鏈,以免漏算轉動副數目,出現計算錯誤。n=五,Pl=七,Ph=零=三×五-二×七–零=一F=三n-二Pl–Ph二.四面機構地自由度滾子地轉動自由度并不影響整個機構地運動,屬局部自由度。計入局部自由度時n=三,Pl=三,Ph=一F=三×三-二×-一=二與實際不符.二.四面機構地自由度應除去局部自由度,即把滾子與從動件看作一個構件。處理方法◆實際結構上為減小摩擦采用局部自由度,"除去"指計算不計入,并非實際拆除。N=二,Pl=二,Ph=一,F=三×二-二×二–一=一與實際相符二.四面機構地自由度n=四,Pl=六,Ph=零構件五給機構引入三個自由度,四個約束。多出地一個約束對機構地運動不起獨立地限制作用,是虛約束。與實際不符F=三×四-二×六–零=零二.四面機構地自由度n=三,Pl=四,Ph=零F=三×三-二×四–零=一處理方法與實際相符應除去虛約束,即將產生虛約束地構件五及運動副除去不計。二.四面機構地自由度一.兩構件未組成運動副前,連接點處地軌跡已重合為一,組成地運動副存在虛約束?！粲嬎銘獙a生虛約束地構件及運動副一起除去不計。虛約束常見情況及處理二.四面機構地自由度虛約束常見情況及處理

◆計算只計入一個移動副。二.兩構件組成多個移動副,且導路相互行或重合時,只有一個移動副起約束作用,其余為虛約束。二.四面機構地自由度三.兩構件組成多個轉動副,且軸線重合,只有一個轉動副起約束作用,其余為約束。虛約束常見情況及處理

◆計算只計入一個轉動副。二.四面機構地自由度虛約束常見情況及處理◆計算應將產生虛約束地構件及運動副一起除去不計。四.兩構件兩點間未組成運動副前距離保持不變,兩點間用另一構件連接時,將產生虛約束。二.四面機構地自由度虛約束常見情況及處理◆計算應將對稱部