機械工程導(dǎo)論第三講

三、機械設(shè)計及理論

機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料或信息。機構(gòu)是實現(xiàn)運動的傳遞與轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。

一臺機器可能是由一種機構(gòu)組成，也可能是由若干種機構(gòu)組成，它們按一定的規(guī)律相互協(xié)調(diào)配合，通過有序的運動和動力的傳遞與轉(zhuǎn)換來完成預(yù)期的功能。

機構(gòu)是由單一或多個零件組成。

機械設(shè)計是機械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計（重點機構(gòu)設(shè)計）和零件設(shè)計的總和，分別在主干課“機械原理”和“機械設(shè)計”中學(xué)習(xí)。

方案設(shè)計主要包括三方面內(nèi)容：⑴機械系統(tǒng)功能原理方案設(shè)計⑵機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計⑶方案的評價與優(yōu)選3.1機械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計

機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計即機械系統(tǒng)運動簡圖設(shè)計，內(nèi)容為：

⑴機構(gòu)及機械系統(tǒng)的選型與綜合動作要求輸出運動形式數(shù)量運動傳遞轉(zhuǎn)換類型數(shù)量輸入運動形式數(shù)量選擇創(chuàng)新滿足要求的機構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)型式機械系統(tǒng)機構(gòu)協(xié)調(diào)配合3.2機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計的主要內(nèi)容⑵機械系統(tǒng)運動學(xué)及動力學(xué)綜合及分析機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計是進行創(chuàng)造性構(gòu)思和創(chuàng)新設(shè)計的重要過程。運動傳遞轉(zhuǎn)換的具體參數(shù)及規(guī)律運動學(xué)尺度設(shè)計運動及動力性能分析動力學(xué)初步設(shè)計若干設(shè)計方案最佳設(shè)計方案方案評價優(yōu)選

機構(gòu)的概念及功能

機構(gòu):兩個以上的構(gòu)件通過可動聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)，各構(gòu)件之間具有確定的相對運動。●可按預(yù)期的規(guī)律實現(xiàn)運動和力的傳遞與轉(zhuǎn)換。●能將一個或幾個構(gòu)件的給定運動，轉(zhuǎn)變成其他構(gòu)件所需的確定運動。

機構(gòu)的特征●人為的實物組合體?！窀鲗嶓w之間具有確定的相對運動。

3.3機構(gòu)的基本概念

一個構(gòu)件也可以由幾個零件剛性聯(lián)接組成。實例：連桿由連桿體、軸瓦、連桿蓋、螺栓、墊圈、螺母、連桿襯套等相互剛性聯(lián)接組成。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦內(nèi)燃機連桿3.3機構(gòu)的基本概念運動副

兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互接觸所形成的可動聯(lián)接。運動副元素

兩個構(gòu)件上相互接觸的表面。約束

運動副對構(gòu)件間的相對運動自由度所施加的限制。

3.3機構(gòu)的基本概念3.3機構(gòu)的基本概念運動副的分類空間運動副——空間運動按相對運動范圍分：平面運動副——平面運動√空間運動副球面副螺旋副3.3機構(gòu)的基本概念

平面運動副類型

轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈）

移動副面接觸，平面低副應(yīng)力低產(chǎn)生約束數(shù)：2自由度：13.3機構(gòu)的基本概念

滾滑副點、線接觸，應(yīng)力高平面高副ttnnnntt產(chǎn)生約束數(shù)：1自由度：2§1—1運動副及其分類運動副名稱運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平面運動副3.3機構(gòu)的基本概念平面高副螺旋副2112121212球面副球銷副121212空間運動副12121221nntt21nntt一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件3.3機構(gòu)的基本概念三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法四副構(gòu)件3.3機構(gòu)的基本概念

運動鏈:兩個以上構(gòu)件用運動副聯(lián)接的構(gòu)件系統(tǒng),分為閉環(huán)運動鏈和開環(huán)運動鏈。平面閉式運動鏈單封閉回路閉鏈pN

（p為運動副數(shù)，N為構(gòu)件數(shù)）3.3機構(gòu)的基本概念開式運動鏈(Openkinematicchain)

開式運動鏈廣泛應(yīng)用于機械手和機器人中。N

p

13.3機構(gòu)的基本概念

運動鏈的自由度：確定運動鏈中各構(gòu)件相對于其中某一構(gòu)件的位置所需的獨立參變量的數(shù)目。

3.3機構(gòu)的基本概念oxy約束——對獨立運動所加的限制。A

一個作平面運動的構(gòu)件有三個自由度BA(xA,yA)oxy活動構(gòu)件數(shù)：通過運動副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生的約束數(shù)：高副產(chǎn)生的約束數(shù)：設(shè)一平面機構(gòu)有K個構(gòu)件，通過Pl個低副，Ph個高副聯(lián)接，則：運動副聯(lián)接前自由度：

自由度的計算3.3機構(gòu)的基本概念例1、計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)Pl=3高副數(shù)Ph=012343.3機構(gòu)的基本概念例2、計算鉸鏈五桿機構(gòu)的自由度活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)Pl=4高副數(shù)Ph=0123453.3機構(gòu)的基本概念

運動鏈為一剛性桁架，不能成為機構(gòu)。AB12C3平面三構(gòu)件運動鏈3.3機構(gòu)的基本概念活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)Pl=3高副數(shù)Ph=0例3、計算三角架的自由度123