第一章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

前言在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，一個(gè)國(guó)家的創(chuàng)新能力，包括知識(shí)創(chuàng)新和科技創(chuàng)新能力，是決定該國(guó)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和世界總格局中的地位的重要因素。知識(shí)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(guó)的微軟公司近年來(lái)，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(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步的途徑：技術(shù)引進(jìn)和自主技術(shù)開(kāi)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(gè)重要環(huán)節(jié)：技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)積蓄和技術(shù)普及。實(shí)施很難技術(shù)轉(zhuǎn)讓者擔(dān)心“飛去來(lái)器效應(yīng)”常常轉(zhuǎn)讓的是即將過(guò)時(shí)的技術(shù)。2、自主技術(shù)開(kāi)發(fā)：自主技術(shù)開(kāi)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(chǎng)上的一切競(jìng)爭(zhēng)都?xì)w結(jié)為人才競(jìng)爭(zhēng)。高等院校、科研部門(mén)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(shí)面，開(kāi)闊學(xué)生技術(shù)視野2、通過(guò)本課程中大量新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成果分析，幫助學(xué)生積累機(jī)械創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)。3、通過(guò)介紹新的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，為學(xué)生創(chuàng)新提供技術(shù)基礎(chǔ)。本章重點(diǎn)基本機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式及特點(diǎn)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(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

§1—1基本機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與變換一、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)形式變換的基本機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、瞬心線機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、1．齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖1-2齒輪系機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：定軸輪系：傳動(dòng)比準(zhǔn)確，但運(yùn)動(dòng)形式簡(jiǎn)單；周轉(zhuǎn)輪系：可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解且行星輪可輸出復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)

圖1-3摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2、摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：可無(wú)級(jí)變速3、瞬心線機(jī)構(gòu)

4、連桿機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、周期性的、變速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出

特點(diǎn)：構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，從而可實(shí)行已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡，但一般只能近似實(shí)現(xiàn)。

5、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

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

特點(diǎn)：平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。8、萬(wàn)向聯(lián)軸器7、繩索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖1-8、繩索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖1-9萬(wàn)向聯(lián)軸器特點(diǎn)：當(dāng)兩軸夾角變化時(shí)仍可繼續(xù)工作二、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)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(diǎn)：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(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)力特性好能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不完全齒輪機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍設(shè)計(jì)靈活，從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)沖擊大三、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)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(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)四、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到往復(fù)直線移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)、帶或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)五、直線移動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)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(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)等

六、直線移動(dòng)轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或住復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換與實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

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

應(yīng)用實(shí)例：行走機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：機(jī)器人手臂擺動(dòng)示意圖應(yīng)用實(shí)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(dòng)件和從動(dòng)件系統(tǒng)三部分。從動(dòng)系統(tǒng)還可分解為若干不可再分的自由度為零的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副全部為低副，則上式變?yōu)椋夯蜃詈?jiǎn)單桿組為n=2、=3Ⅱ級(jí)桿組Ⅱ級(jí)桿組滿足式(1．3)且n=4、=6的桿組稱為Ⅲ級(jí)桿組I級(jí)機(jī)構(gòu)：只由機(jī)架和原動(dòng)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(jí)機(jī)構(gòu)：由最高級(jí)別為Ⅱ級(jí)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(jí)別的基本桿組Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu)：最高級(jí)別為Ⅲ級(jí)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(gè)自由度為零的基本桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上，就可組成一個(gè)新的機(jī)構(gòu)注意，在桿組并接時(shí)，不能將同一桿組的各個(gè)外接運(yùn)動(dòng)副接于同一構(gòu)件上（如圖桿組4、5中的轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(dòng)件、機(jī)架和若干個(gè)基本桿組，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別，進(jìn)而了解現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的組成，為設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度并確定原動(dòng)件。(2)拆桿組。從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件開(kāi)始拆分，按基本桿組的特征，首先試拆Ⅱ級(jí)組，若不可能時(shí)再試拆Ⅲ級(jí)組。必須注意，每拆出一個(gè)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(dòng)件。(3)確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。例：計(jì)算圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別F=3n一2PL—PH=3×5—2×7=1Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)若該機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件是2，則只能拆下一個(gè)Ⅲ級(jí)組：5-4-3-6，所以是Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu)例：計(jì)算圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并確定機(jī)構(gòu)的級(jí)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(jí)組：5-8Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu)Ⅲ級(jí)組：3-7-2-6Ⅱ級(jí)組1-23-45-7Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)213456712345