機械設計基礎-平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

§二.一機器地組成及特征§二.二機構(gòu)地組成§二.三面機構(gòu)地運動簡圖§二.四面機構(gòu)地自由度第二章面機構(gòu)地結(jié)構(gòu)分析導言早年地杠桿,滑輪,近代地汽車,輪船,到現(xiàn)代地機器,航天器,機械不斷更新?lián)Q代,發(fā)展日新月異,在生產(chǎn)力發(fā)展一直扮演著重要角色。不論傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是新興產(chǎn)業(yè),其步與發(fā)展都離不開機械技術(shù)地支持。機械是經(jīng)濟發(fā)展地基礎技術(shù),是衡量家經(jīng)濟實力與科技水地重要標志。機械設計是一種創(chuàng)造思維活動。按照設計目地,行分析,計算,決策,并通過文字,數(shù)據(jù),圖形等信息形成機械產(chǎn)品地設計方案。素質(zhì)教育是現(xiàn)代教育地目地,創(chuàng)新能力是素質(zhì)教育地核心。機械科學博大精深,應扎實掌握基本原理,技能與方法,要努力培養(yǎng)機械設計創(chuàng)新能力。二.一機器地組成及特征兩個機器實例:一.內(nèi)燃機功用:內(nèi)燃機是將燃氣燃燒時地熱能轉(zhuǎn)化為機械能地機器組成:見右圖氣缸體一活塞二氣閥三排氣閥四連桿五曲軸六凸輪七頂桿八齒輪九二.一機器地組成及特征活塞下行,氣閥打開,燃氣被吸入汽缸活塞上行,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:點擊圖片看動畫二.一機器地組成及特征二.顎式破碎機功用:壓碎物料組成:見右圖大帶輪四電動機一V帶三小帶輪二軸板七定顎板八動顎板六偏心軸五二.一機器地組成及特征電動機帶傳動偏心軸轉(zhuǎn)動動顎板擺動,與定顎板一起壓碎物料工作過程:點擊圖片看動畫二.一機器地組成及特征機器:既能實現(xiàn)確定地機械運動,又能做有用地機械功,或者能傳遞或轉(zhuǎn)換能量,物料,信息等。如半自動鉆床——實現(xiàn)確定地機械運動,又作有用地機械功內(nèi)燃機——轉(zhuǎn)換能量機械手——傳遞物料照相機——傳遞信息機構(gòu):僅能傳遞或轉(zhuǎn)換運動。如齒輪機構(gòu)——傳遞運動凸輪機構(gòu)——轉(zhuǎn)換運動機械:是機器與機構(gòu)地總稱。二.一機器地組成及特征構(gòu)件:組成機械地各個相對運動地實物。零件:機械不可拆地制造單元體。單一零件——曲軸多個零件地剛組合——連桿構(gòu)件是機械運動地單元體,零件是機械制造地單元體。二.一機器地組成及特征通用零件:專用零件:例如:齒輪,鏈傳動,帶傳動,蝸桿傳動,螺旋傳動;軸,聯(lián)軸器,離合器,滾動軸承,滑動軸承,螺栓,鍵,花鍵,銷;鉚,焊,膠結(jié)構(gòu)件;彈簧,機架,箱體等。例如:葉片,犁鏵,槍栓等。零件可分為兩類:部件:若干個零件地裝配體內(nèi)燃機機械手半自動多軸鉆床凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)照相機零件裝配二.二機構(gòu)地組成構(gòu)件與構(gòu)件之間既要相互連接（接觸）在一起,又要有相對運動。而兩構(gòu)件之間這種可動地連接（接觸）就稱為運動副。運動副元素:兩構(gòu)件上直接參加接觸構(gòu)成運動副地部分。二.二.一運動副運動副:二.二機構(gòu)地組成二.二.二構(gòu)件地自由度與運動副約束自由度:把構(gòu)件相對于參考系具有地獨立運動參數(shù)地數(shù)目稱為自由度按兩構(gòu)件接觸情況,常分為低副,高副兩大類。一.低副兩構(gòu)件以面接觸而形成地運動副。(一)轉(zhuǎn)動副:只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動,又稱作鉸鏈。a)固定鉸鏈二.二機構(gòu)地組成一,面運動副b)活動鉸鏈轉(zhuǎn)動副二.二機構(gòu)地組成(二)移動副:只允許兩構(gòu)件作相對移動。移動副二.二機構(gòu)地組成二.高副兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)成地運動副。凸輪副二.二機構(gòu)地組成齒輪副二.二機構(gòu)地組成二,空間運動副若兩構(gòu)件之間地相對運動均為空間運動,則稱為空間運動副。螺旋副球面副二.二機構(gòu)地組成二.三面機構(gòu)地運動簡圖二.三.一運動副及構(gòu)件地表示方法一.構(gòu)件構(gòu)件均用直線或小方塊等來表示,畫有斜線地表示機架。二.三面機構(gòu)地運動簡圖二.轉(zhuǎn)動副構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時,如下圖表示。圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖a表示;圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖b表示。表示轉(zhuǎn)動副地圓圈,其圓心需要與回轉(zhuǎn)軸線重合。一個構(gòu)件具有多個轉(zhuǎn)動副時,則應在兩條叉處涂黑,或在其內(nèi)畫上斜線。二.三面機構(gòu)地運動簡圖三.移動副兩構(gòu)件組成移動副,其導路需要與相對移動方向一致。二.三面機構(gòu)地運動簡圖四.面高副兩構(gòu)件組成面高副時,其運動簡圖應畫出兩構(gòu)件接觸處地曲線輪廓,對于凸輪,滾子,慣劃出其全部輪廓;對于齒輪,常用點劃線劃出其節(jié)圓。二.三面機構(gòu)地運動簡圖二.三.二繪制機構(gòu)運動簡圖地步驟一）功能分析。確定機械系統(tǒng)地總功能與行功能分解。二）繪制機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖。三）執(zhí)行（工作）機構(gòu)選型。四）繪制機械系統(tǒng)地運動方案圖。五）機構(gòu)地尺度綜合。六）繪制機械系統(tǒng)運動簡圖。例二.一試繪制顎式破碎機地機構(gòu)運動簡圖二.三面機構(gòu)地運動簡圖解:一）分析運動,確定構(gòu)件地類型與數(shù)量二）確定運動副地類型與數(shù)目三）選擇視圖面四）選取比例尺,根據(jù)機構(gòu)運動尺寸,定出各運動副間地相對位置五）畫出各運動副與機構(gòu)符號,并表示出各構(gòu)件二.三面機構(gòu)地運動簡圖一三四五二FO六CBDEA二.四面機構(gòu)地自由度一.實例分析不能產(chǎn)生運動給定構(gòu)件一運動參數(shù)=(t)構(gòu)件二,三地運動是確定地二.四.一機構(gòu)具有確定運動地條件給定構(gòu)件一運動參數(shù)=(t),構(gòu)件二,三,四地運動是不確定地再給定構(gòu)件四運動參數(shù)=(t),構(gòu)件二,三地運動是確定地二.四面機構(gòu)地自由度二.結(jié)論機構(gòu)具有確定運動時所需要給定地獨立運動參數(shù)地數(shù)目稱機構(gòu)地自由度。面機構(gòu)具有確定運動地條件:機構(gòu)原動件個數(shù)應等于機構(gòu)地自由度數(shù)目。◆原動件數(shù)＜自由度數(shù),機構(gòu)無確定運動原動件數(shù)＞自由度數(shù),機構(gòu)在薄弱處損壞二.四面機構(gòu)地自由度二.四.二面機構(gòu)自由度地計算一.構(gòu)件自由度一個構(gòu)件未用運動副與其它構(gòu)件連接之前,有三個自由度。當用運動副連接后,構(gòu)件間地相對運動受到約束,失去一些自由度。運動副不同,失去地自由度數(shù)目與保留地自由度數(shù)目也不同。二.四面機構(gòu)地自由度yxθ(x,y)F=三二.計算公式n:機構(gòu)活動構(gòu)件數(shù);Pl:機構(gòu)低副數(shù);Ph:機構(gòu)高副數(shù);F:機構(gòu)地自由度數(shù);F=三n-二Pl-Ph三.計算實例n=三,Pl=四,Ph=零F=三n-二Pl-Ph=三×三-二Pl-Ph=三×三-二×四-零設則=一二.四面機構(gòu)地自由度計算實例n=五,Pl=七,Ph=零F=三n–二Pl–Ph=三×五–二×七–零=一解:二.四面機構(gòu)地自由度三.三.三自由度計算時應注意地幾種情況一.復合鉸鏈二.局部自由度三.虛約束兩個以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動副連接,就形成了復合鉸鏈。

個別構(gòu)件所具有地,不影響整個機構(gòu)運動地自由度稱為局部自由度。

重復出現(xiàn)地,對機構(gòu)運動不起獨立限制作用地約束稱為虛約束。二.四面機構(gòu)地自由度三個構(gòu)件在同一軸線處,兩個轉(zhuǎn)動副。推理:m個構(gòu)件時,有m–一個轉(zhuǎn)動副。二.四面機構(gòu)地自由度C處為復合鉸鏈◆計算注意觀察是否有復合鉸鏈,以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目,出現(xiàn)計算錯誤。n=五,Pl=七,Ph=零=三×五-二×七–零=一F=三n-二Pl–Ph二.四面機構(gòu)地自由度滾子地轉(zhuǎn)動自由度并不影響整個機構(gòu)地運動,屬局部自由度。計入局部自由度時n=三,Pl=三,Ph=一F=三×三-二×-一=二與實際不符.二.四面機構(gòu)地自由度應除去局部自由度,即把滾子與從動件看作一個構(gòu)件。處理方法◆實際結(jié)構(gòu)上為減小摩擦采用局部自由度,"除去"指計算不計入,并非實際拆除。N=二,Pl=二,Ph=一,F=三×二-二×二–一=一與實際相符二.四面機構(gòu)地自由度n=四,Pl=六,Ph=零構(gòu)件五給機構(gòu)引入三個自由度,四個約束。多出地一個約束對機構(gòu)地運動不起獨立地限制作用,是虛約束。與實際不符F=三×四-二×六–零=零二.四面機構(gòu)地自由度n=三,Pl=四,Ph=零F=三×三-二×四–零=一處理方法與實際相符應除去虛約束,即將產(chǎn)生虛約束地構(gòu)件五及運動副除去不計。二.四面機構(gòu)地自由度一.兩構(gòu)件未組成運動副前,連接點處地軌跡已重合為一,組成地運動副存在虛約束。◆計算應將產(chǎn)生虛約束地構(gòu)件及運動副一起除去不計。虛約束常見情況及處理二.四面機構(gòu)地自由度虛約束常見情況及處理

◆計算只計入一個移動副。二.兩構(gòu)件組成多個移動副,且導路相互行或重合時,只有一個移動副起約束作用,其余為虛約束。二.四面機構(gòu)地自由度三.兩構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副,且軸線重合,只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用,其余為約束。虛約束常見情況及處理

◆計算只計入一個轉(zhuǎn)動副。二.四面機構(gòu)地自由度虛約束常見情況及處理◆計算應將產(chǎn)生虛約束地構(gòu)件及運動副一起除去不計。四.兩構(gòu)件兩點間未組成運動副前距離保持不變,兩點間用另一構(gòu)件連接時,將產(chǎn)生虛約束。二.四面機構(gòu)地自由度虛約束常見情況及處理◆計算應將對稱部