第一章機械設(shè)計基礎(chǔ)

前言在知識經(jīng)濟時代，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)新在促進經(jīng)濟發(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)進步的主要途徑實現(xiàn)技術(shù)進步的途徑：技術(shù)引進和自主技術(shù)開發(fā)1、技術(shù)引進：技術(shù)引進者完成技術(shù)引進有三個重要環(huán)節(jié)：技術(shù)引進、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歸結(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構(gòu)設(shè)計成果分析，幫助學(xué)生積累機械創(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)。本章重點基本機構(gòu)的運動形式及特點平面機構(gòu)中的高副低代平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析第一章機械設(shè)計基礎(chǔ)知識

§1—1基本機構(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)機構(gòu)

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

圖1-2齒輪系機構(gòu)

特點：定軸輪系：傳動比準確，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摩擦輪傳動機構(gòu)

2、摩擦輪傳動機構(gòu)

特點：可無級變速3、瞬心線機構(gòu)

4、連桿機構(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、帶傳動機構(gòu)

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

特點：平均傳動比準確，瞬時傳動比不準確。8、萬向聯(lián)軸器7、繩索傳動機構(gòu)圖1-8、繩索傳動機構(gòu)圖1-9萬向聯(lián)軸器特點：當兩軸夾角變化時仍可繼續(xù)工作二、連續(xù)轉(zhuǎn)動到步進轉(zhuǎn)動的運動變換與實現(xiàn)機構(gòu)

1、棘輪機構(gòu)2、槽輪機構(gòu)3、分度凸輪機構(gòu)4、不完全齒輪機構(gòu)特點：棘輪機構(gòu)：有嘈聲和沖擊槽輪機構(gòu)：轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)，有沖擊凸輪：傳動平穩(wěn)，動力特性好能準確實現(xiàn)給定的運動規(guī)律不完全齒輪機構(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)機構(gòu)1、曲柄搖桿機構(gòu)2、曲柄搖塊機構(gòu)3、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)4、擺動從動件凸輪機構(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)機構(gòu)

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

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

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

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

1、桿組任何機構(gòu)都包含機架、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級機構(gòu)：只由機架和原動件構(gòu)成的機構(gòu)(如杠桿機構(gòu)、斜面機構(gòu)等)Ⅱ級機構(gòu)：由最高級別為Ⅱ級組的基本桿組構(gòu)成的機構(gòu)同一機構(gòu)中可以包含不同級別的基本桿組Ⅲ級機構(gòu)：最高級別為Ⅲ級組的基本桿組構(gòu)成的機構(gòu)2．機構(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架上，就可組成一個新的機構(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、平面機構(gòu)的高副低代高副低代的條件是：（1）代替前后機構(gòu)的自由度完全相同；（2）代替前后機構(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、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析將已知機構(gòu)分解為原動件、機架和若干個基本桿組，確定機構(gòu)的級別，進而了解現(xiàn)有機構(gòu)的組成，為設(shè)計新機構(gòu)提供思路和依據(jù)。步驟：(1)除去虛約束和局部自由度，計算機構(gòu)的自由度并確定原動件。(2)拆桿組。從遠離原動件的構(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，剩下部分仍組成機構(gòu)，且自由度數(shù)與原機構(gòu)相同，直至全部拆分成桿組最后只剩下原動件。(3)確定機構(gòu)的級別。例：計算圖所示機構(gòu)的自由度，并確定機構(gòu)的級別F=3n一2PL—PH=3×5—2×7=1Ⅱ級機構(gòu)若該機構(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級機構(gòu)例：計算圖所示機構(gòu)的自由度，并確定機構(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級機構(gòu)Ⅲ級組：3-7-2-6Ⅱ級組1-23-45-7Ⅱ級機構(gòu)213456712345