平面運動副課件

第一章機械基礎(chǔ)簡介陶瓷特種陶瓷—高強度精密陶瓷形狀記憶合金二、常用金屬材料機器實例1：內(nèi)燃機功能：內(nèi)燃機是將燃氣燃燒時的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的機器

組成：見右圖氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪9一、機器的組成活塞下行，進氣閥打開，燃氣被吸入汽缸活塞上行，進氣閥關(guān)閉，壓縮燃氣點火后燃氣燃燒膨脹，推動活塞下行，經(jīng)連桿帶動曲軸輸出轉(zhuǎn)動

活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣工作過程：運動：原動件：活塞——由燃氣推動主運動：將活塞的往復(fù)直線運動→曲軸的回轉(zhuǎn)運動輔助運動：配氣——啟閉進排氣閥氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪9一、機器的組成機器實例2：牛頭刨床床身1，滑塊(2)6，電機3齒輪4、5，導(dǎo)桿7，刨頭8及其輔助部分經(jīng)變速機構(gòu)床身1導(dǎo)桿7齒輪5齒輪4滑塊6刨頭8功能：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，作機械功。把回轉(zhuǎn)運動→往復(fù)直線運動組成：見右圖一、機器的組成主運動系統(tǒng)—主體機構(gòu)運動：原動件——電動機主運動——切削運動輔助運動——工作臺的進給運動，讓刀運動等將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榕兕^的往復(fù)直線運動，以滿足刨削工件的需要一、機器的組成

機器：用來實現(xiàn)確定機械運動，完成有用的機械功，傳遞或轉(zhuǎn)換能量、物料、信息等的裝置。如車床——實現(xiàn)確定的機械運動，又作有用的機械功內(nèi)燃機——轉(zhuǎn)換能量

機構(gòu)：用來實現(xiàn)確定的相對運動的若干個構(gòu)件的組合。如齒輪機構(gòu)——傳遞運動凸輪機構(gòu)——轉(zhuǎn)換運動

機械：是機器和機構(gòu)的總稱。

一、機器的組成搖頭風(fēng)扇—連桿機構(gòu)

零件：組成構(gòu)件的基本單元。

圖示轎車除原動機部分、傳動部分和執(zhí)行部分外，還包含了控制系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)

機器——轎車機器——車床

機器——帶式輸送機機構(gòu)——凸輪機構(gòu)機構(gòu)——齒輪機構(gòu)零件裝配減速器滾動軸承二、機器的特征1）人為的實物組合——由人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)2）各實物間具有確定的相對運動如3）實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有效的機械功活塞—缸體：往復(fù)運動曲軸—缸體：轉(zhuǎn)動連桿—曲軸：擺動刨頭—床身：往復(fù)直線如內(nèi)燃機：熱能→機械能發(fā)電機：機械能→電能電動機：電能→機械能具有以上三個特征——機器只具有機器的前兩個特征——機構(gòu)牛頭刨主體機構(gòu)：把回轉(zhuǎn)運動→直線運動——作機械功凸輪機構(gòu)（配氣機構(gòu)）：把回轉(zhuǎn)→直線運動——作機械功曲柄滑塊機構(gòu)：將活塞的直線運動→曲柄的回轉(zhuǎn)運動如可見，機器與機構(gòu)的關(guān)系：機器是由一種或多種機構(gòu)組成的二、機器的特征

構(gòu)件：組成機器的各個相對運動的實物。是機器中獨立運動的單元體，由一個或幾個零件組成構(gòu)件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。構(gòu)件的分類：固定件：又稱機架，機構(gòu)中相對不動的構(gòu)件，如牛頭刨床的床身。原動件：又稱主動件或輸入構(gòu)件，是產(chǎn)生驅(qū)動力（或力矩）且運動規(guī)律已知的構(gòu)件，如牛頭刨床導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)中的滑塊。從動件：又稱輸出構(gòu)件，隨著原動構(gòu)件的運動而運動的構(gòu)件，如牛頭刨床導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)中的導(dǎo)桿。

零件：機械中不可拆的制造單元體。

專用零件：特定機器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片通用零件：各類機器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等

零件可分為兩類：二、機器的特征二、機器的特征

構(gòu)件與零件：單一零件——曲軸多個零件的剛性組合——連桿構(gòu)件是機器中獨立運動的單元體，由一個或幾個零件組成構(gòu)件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。三、課程的性質(zhì)和任務(wù)

一、性質(zhì)性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課目標：為了解醫(yī)療器械領(lǐng)域所涉及到的機械傳動原理、運行維修、改進等方面獲得必要的基本知識內(nèi)容：常用機構(gòu)的工作原理及設(shè)計方法：連桿、凸輪、齒輪等；通用零部件的設(shè)計與選型：聯(lián)接零件——螺紋、鍵、花鍵、銷聯(lián)接傳動零件——齒輪、蝸桿、帶、鏈、螺旋傳動軸系零件——軸、滑動軸承、滾動軸承、聯(lián)軸器和離合器其他——彈簧二、任務(wù)

(1)培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)理論解決簡單機構(gòu)和零件的設(shè)計問題,掌握通用機械零件的選用及計算方法。

(2)培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想，具有初步的機械設(shè)計與改進能力。(3)學(xué)會使用手冊、標準、規(guī)范等設(shè)計資料。

四、機械設(shè)計基本要求與內(nèi)容1、基本要求在滿足預(yù)期功能的前提下，使產(chǎn)品性能好，效率高，成本低，在預(yù)定的使用期限內(nèi)安全可靠。性能：強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、耐熱性2、主要內(nèi)容

1）確定機械的工作原理，選擇適宜的機構(gòu)

2）擬定設(shè)計方案

3）進行運動和受力分析，計算作用于各構(gòu)件上的載荷

4）進行零部件工作能力計算（強度計算）

5）整體和結(jié)構(gòu)設(shè)計

五、機械設(shè)計的一般過程

明確設(shè)計要求提出設(shè)計方案總體設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計試制鑒定產(chǎn)品定型信息反饋以減速器為例從中選出最佳方案在設(shè)計過程中，這些步驟是相互交錯、反復(fù)進行的。設(shè)計者要從實際出發(fā)，注重調(diào)查研究，善于學(xué)習(xí)，在實踐中不斷積累設(shè)計經(jīng)驗，以期取得最佳成果。↓n↑T，限制條件：通用化、標準化等齒輪減速（直齒、斜齒、蝸桿等）帶—齒輪—鏈或帶—齒輪等總體傳遞運動簡圖：（電機—帶—齒輪減速器—鏈—運輸帶）總裝圖、零部件圖及技術(shù)條件工廠試制、評價、論證平面低副運動副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的連接。運動副元素：構(gòu)件上參與接觸的點、線、面。平面運動副：兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)做相對運動的運動副。平面運動副的分類：低副：兩構(gòu)件形成面與面接觸的運動副，有轉(zhuǎn)動副和移動副

六、運動副

平面高副

高副：兩構(gòu)件以點或線的形式相接觸而組成的運動副

六、運動副

具有移動副元素和轉(zhuǎn)動副元素的構(gòu)件

六、運動副

七、機構(gòu)運動簡圖

機構(gòu)運動簡圖的概念

用規(guī)定的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關(guān)的尺寸，這種表明機構(gòu)的組成和各構(gòu)件間運動關(guān)系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。不嚴格按比例繪制的機構(gòu)運動簡圖稱為機構(gòu)示意圖。

平面機構(gòu)運動簡圖的繪制（1）分析機構(gòu)的組成，確定機架、原動件和從動件。（2）由原動件開始，依次分析構(gòu)件間的相對運動形式，確定運動副的類型和數(shù)目。顎式破碎機主體機構(gòu)

（3）選擇適當?shù)囊晥D平面和原動件位置，以便清楚地表達各構(gòu)件間的運動關(guān)系。通常選擇與構(gòu)件運動平面平行的平面作為投影面。（4）選擇適當?shù)谋壤擀蘈

=構(gòu)件實際長度/構(gòu)件圖樣長度（單位:m/mm或mm/mm），按照各運動副間的距離和相對位置，以規(guī)定的線條和符號繪圖。

常用構(gòu)件和運動副的簡圖符號見教材

例：

繪制如下圖所示的顎式破碎機主體機構(gòu)的運動簡圖。

七、機構(gòu)運動簡圖

例：繪制如下圖所示單缸內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖。已知LAB=75mm，LBC=300mm。解：

（1）在內(nèi)燃機中，活塞為原動件，曲軸AB為工作構(gòu)件?；钊耐鶑?fù)運動經(jīng)連桿BC變換為曲軸AB的旋轉(zhuǎn)運動。（2）活塞與缸體（機架）組成移動副，與連桿BC在C點組成轉(zhuǎn)動副;曲軸與缸體在A點組成轉(zhuǎn)動副，與連桿BC在B點組成轉(zhuǎn)動副。（3）選長度比例尺μL=0.01m/mm，按規(guī)定符號繪制機構(gòu)運動簡圖，如圖所示?；钊拇笮∨c運動無關(guān)，可酌定。單缸內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖單缸內(nèi)燃機實物結(jié)構(gòu)圖

七、機構(gòu)運動簡圖

1.自由度運動構(gòu)件相對于參考系所具有的獨立運動的數(shù)目，稱為構(gòu)件的自由度。2.約束對于相對運動所加的限制稱為約束。運動副約束數(shù)目和約束特點取決于運動副是低副還是高副.自由構(gòu)件的自由度

八、平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)自由度的計算和機構(gòu)具有確定運動的條件設(shè)一個平面機構(gòu)由N個構(gòu)件組成，其中必有一個構(gòu)件為機架，則活動構(gòu)件數(shù)為n=N-1。它們在未組成運動副之前，共有3n個自由度。用運動副連接后便引入了約束，減少了自由度。若機構(gòu)中有PL個低副、PH個高副，則平面機構(gòu)的自由度F的計算公

F=3n-2PL-PH

八、平面機構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束

1.復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件在同一處以同軸線的轉(zhuǎn)動副相連，稱為復(fù)合鉸鏈。一般地，k個構(gòu)件形成復(fù)合鉸鏈應(yīng)具有（k-1）個轉(zhuǎn)動副，計算自由度時應(yīng)注意找出復(fù)合鉸鏈。復(fù)合鉸鏈

八、平面機構(gòu)的自由度如下圖所示為直線機構(gòu)，該機構(gòu)在A、B、D、E四點均為由三個構(gòu)件組成軸線重合的兩個轉(zhuǎn)動副，即復(fù)合鉸鏈。該機構(gòu)：n=7，PL=10，PH=0，其自由度為：F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1直線機構(gòu)

八、平面機構(gòu)的自由度2.局部自由度

機構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其他構(gòu)件的運動。這些構(gòu)件所產(chǎn)生的這種局部運動的自由度稱為局部自由度。

在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)略去不計。如下圖所示凸輪機構(gòu)，該機構(gòu)的自由度為F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1

凸輪機構(gòu)

八、平面機構(gòu)的自由度

3.虛約束

機構(gòu)中與其他約束重復(fù)而對機構(gòu)運動不起新的限制作用的約束，稱為虛約束。虛約束常出現(xiàn)在下列場合:

（1）兩構(gòu)件間形成多個具有相同作用的運動副:①兩構(gòu)件在同一軸線上組成多個轉(zhuǎn)動副。如下圖(a).②兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副。如下圖(b).③兩構(gòu)件組成多處接觸點公法線重合的高副。如下圖(c).兩構(gòu)件組成多個運動副

八、平面機構(gòu)的自由度（2）兩構(gòu)件上連接點的運動軌跡互相重合。如下圖所示的機車車輪聯(lián)動機構(gòu)中，在計算機車車輪聯(lián)動機構(gòu)的自由度時應(yīng)除去不計，即F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1

（3）機構(gòu)中傳遞運動不起獨立作用的對稱部分。如下圖（b）所示的行星輪系，該機構(gòu)的自由度為