機械設(shè)計基礎(chǔ)第一章

機械設(shè)計基礎(chǔ)第一章第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.運動副a)兩個構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－直接接觸的部分（點、線、面）例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運動副－－兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月運動副的分類：1)按引入的約束數(shù)分有：

I級副II級副III級副I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2)按相對運動范圍分有：平面運動副－平面運動平面機構(gòu)－全部由平面運動副組成的機構(gòu)。IV級副例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)。空間運動副－空間運動V級副1V級副2V級副3兩者關(guān)聯(lián)空間機構(gòu)－至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3)按運動副元素分有：①高副－點、線接觸，應(yīng)力高。②低副－面接觸，應(yīng)力低例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月運動副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動副、移動副（面接觸）平面高副:齒輪副、凸輪副（點、線接觸）空間低副:螺旋副、球面副、圓柱副（面接觸）空間高副:球和圓柱與平面、球與圓柱副(點、線接觸)運動副特性:運動副一經(jīng)形成,組成它的兩個構(gòu)件間的可能的相對運動就確定。而且這種可能的相對運動,只與運動副類型有關(guān),而與運動副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月§1－2平面機構(gòu)的運動簡圖機構(gòu)運動簡圖:（表示機構(gòu)運動特征的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置與原機械具有完全相同的運動特性1.工程上常用一些規(guī)定的符號代表運動副第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月平面副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點、線接觸)xyoxyottnnnt機械設(shè)計基礎(chǔ)——平面連桿機構(gòu)第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月空間副高副：點、線接觸球面副螺旋副了解機械設(shè)計基礎(chǔ)——平面連桿機構(gòu)第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件機架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件機械設(shè)計基礎(chǔ)——平面連桿機構(gòu)第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月若干1個或幾個1個機構(gòu)中構(gòu)件的分類機架－作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。機構(gòu)的組成：機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件原（主）動件－按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件－其余可動構(gòu)件。第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月繪制機構(gòu)運動簡圖步驟：1.運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例簡易沖床偏心泵引線機構(gòu)第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)平面運動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動)(2)平面運動副引入的約束R(對獨立的運動所加的限制)xyＯ21與其它構(gòu)件未連之前：3用運動副與其它構(gòu)件連接后,運動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束一、平面機構(gòu)自由度的計算公式§1－3平面機構(gòu)的自由度第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月如果：活動構(gòu)件數(shù)：n低副數(shù)：pl高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月機構(gòu)自由度舉例1：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

1第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月給定S3＝S3(t)，一個獨立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時給定θ1和θ4，則θ3θ2能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)。θ4S3123S’3θ11234θ1機構(gòu)自由度舉例2：計算下列兩種機構(gòu)的自由度第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度。原動件－能獨立運動的構(gòu)件?！咭粋€原動件只能提供一個獨立參數(shù)∴機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)自由度＝原動件數(shù)第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項12345678ABCDEF例計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n－2PL－PH高副數(shù)PH=0=3×7－2×6－0=9計算結(jié)果肯定不對！第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月m個構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副m-1個低副(1)復(fù)合鉸鏈412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356②錯對5232351m個構(gòu)件,m-1個鉸鏈第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－331＝

2F＝3n－2pl－ph＝3

－2

－221＝

1錯對(2)局部自由度定義：機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨立的局部運動,不影響機構(gòu)輸出運動的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計算機構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件動畫動畫第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限制作用的運動副叫虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合處理方法：計算自由度時，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運動副）去掉結(jié)論F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1錯221＝1對—排除之一為虛約束(3)虛約束第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變時C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合時D機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分E兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個移動副，其導(dǎo)路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個高副，但接觸點之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝1動畫第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件AB效果完全一樣，為虛約束計算時應(yīng)將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來計算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0BA錯對＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月C兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與構(gòu)件3上的C點C3軌跡重合，為虛約束計算時應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計算同理，也可將構(gòu)件4當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1動畫第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月D機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分在該機構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束計算時應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉來計算同理，將齒輪2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月E兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月虛約束——結(jié)論機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機構(gòu)不能運動采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設(shè)計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件123第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月自由度計算小結(jié)自由度計算公式:F＝3n－2pl－ph機構(gòu)自由度＝3×活動構(gòu)件數(shù)－(2×低副數(shù)+1×高副數(shù))計算步驟:確定活動構(gòu)件數(shù)目確定運動副種類和數(shù)目確定特殊結(jié)構(gòu):局部自由度、虛約束、復(fù)合鉸鏈計算、驗證自由度幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理:1、復(fù)合鉸鏈—計算在內(nèi)2、局部自由度—排除3、虛約束--重復(fù)約束—排除第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月F=3n-2PL-Ph=37-29-1=2例：第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月速度瞬心就是作平面運動的兩個構(gòu)件上瞬時相對速度等于零的點或絕對速度相等的點(等速重合點)1.什么是速度瞬心？

兩剛體作平面相對運動，在任一瞬時，其相對運動可看作是繞某一重合點的轉(zhuǎn)動。該重合點稱為速度瞬心或瞬時回轉(zhuǎn)中心，簡稱瞬心。

§1-4速度瞬心及其應(yīng)用若兩剛體都是運動的，其瞬心稱為相對速度瞬心（絕對速度相同，相對速度為零）；若兩個剛體中有一個是靜止不動的（機架）則其瞬心稱為絕對速度瞬心（此點的絕對速度為零，相對速度為零）。第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月速度瞬心的個數(shù)：2.機構(gòu)瞬心數(shù)的確定設(shè)有k個構(gòu)件1，2，3，4，．．．，k第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.瞬心位置的確定

(1)通過運動副直接連接的兩個構(gòu)件12P1221P12∞轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件12MP12高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）移動副連接的兩個構(gòu)件nnt12M高副連接的兩個構(gòu)件（存在滾動和滑動）第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：三個作平面平行運動的構(gòu)件的三個瞬心必在同一條直線上。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月兩剛體作平面相對運動，在任一瞬時，其相對運動可看作是繞某一重合點的轉(zhuǎn)動。該重合點稱為速度瞬心或瞬時回轉(zhuǎn)中心，簡稱瞬心?！?-4速度瞬心及其應(yīng)用第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

瞬心是兩剛體上瞬時相對速度為零的重合點，是瞬時絕對速度相同的重合點（簡稱同速點）。是兩剛體上的特殊重合點。若兩剛體都是運動的，其瞬心稱為相對速度瞬心（絕對速度相同，相對速度為零）；若兩個剛體中有一個是靜止不動的（機架）則其瞬心稱為絕對速度瞬心（此點的絕對速度為零，相對速度為零）。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月兩構(gòu)件瞬心位置的確定：1、當(dāng)兩剛體的相對運動已知時，它們的瞬心位置可根據(jù)瞬心的定