機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院共一百三十七頁(yè) 復(fù)印鄭文緯、吳克堅(jiān)機(jī)械原理(yunl)第七版的如下頁(yè)：P499-502，P506，P508，P514，P516，P521，P527-529，P531-533，P545作 業(yè)題1-9、1-12、1-13；題2-1、題2-7；題3-4、題3-9；題4-1、題4-3；題5-8、題5-18、題5-20；題6-6、題6-8；題9-7共一百三十七頁(yè)3機(jī)械原理(yunl)課程特點(diǎn)是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程的基礎(chǔ)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)(yndo)學(xué)生進(jìn)入機(jī)械科學(xué)的殿堂共一百三十七頁(yè)4機(jī)械原理(yunl)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是基于理解、而不是基于記憶；本課程不適合短時(shí)

2、間突擊(tj)學(xué)習(xí)；機(jī)械原理課程不及格率偏高，希望大家加倍努力。共一百三十七頁(yè)5機(jī)械(jxi)原理主要教學(xué)內(nèi)容第1章 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第3章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第4章 齒輪(chln)機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第5章 輪系第6章 其他機(jī)構(gòu)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)共一百三十七頁(yè)61-1 概述1-2 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及其具有確定 運(yùn)動(dòng)的條件1-3 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算1-4 機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)(jigu)分析共一百三十七頁(yè)1、人類(lèi)行為能力的延伸：工具、簡(jiǎn)單機(jī)械、復(fù)雜(fz)機(jī)械、各種車(chē)輛、各種武器；2、人類(lèi)思維能力的延伸：數(shù)、算盤(pán)、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)人類(lèi)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷(bdun)的創(chuàng)造發(fā)明

3、，這種發(fā)明的類(lèi)型主要是以下兩種1-1 概述共一百三十七頁(yè)8由幾種簡(jiǎn)單工具而來(lái):石器時(shí)代:石刀、石斧、桔槔、轆轤(l l)。省力或便于用力。 牲畜力、風(fēng)力、火力。省力或擴(kuò)大力。西漢：畜力馬排18世紀(jì)60年代：蒸汽機(jī)。作為動(dòng)力，促進(jìn)了其它工業(yè)的 發(fā)展。19世紀(jì)60年代：直流發(fā)電機(jī)。19世紀(jì)80年代：交流發(fā)電機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)初：電動(dòng)機(jī)取代了蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)是驅(qū)動(dòng)各種工 作機(jī)械的基礎(chǔ)。機(jī)械(jxi)和機(jī)械(jxi)設(shè)計(jì)發(fā)展的歷史共一百三十七頁(yè)9 桔槔 一根豎立的架子上加上一根細(xì)長(zhǎng)的杠桿，當(dāng)中是支點(diǎn)，末端懸掛一個(gè)重物，前段懸掛水桶。一起一落，汲水可以省力。當(dāng)人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠桿末端

4、的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。桔槔早在春秋時(shí)期就已相當(dāng)普遍，而且延續(xù)(ynx)了幾千年，是中國(guó)農(nóng)村歷代通用的舊式提水器具。這種簡(jiǎn)單的汲水工具雖簡(jiǎn)單，但它使勞動(dòng)人民的勞動(dòng)強(qiáng)度得以減輕。共一百三十七頁(yè)10洗衣機(jī)的發(fā)明19世紀(jì)中期，人們利用機(jī)械模仿人工洗滌的動(dòng)作，即通過(guò)翻滾、摩擦、水的沖刷，并借助洗滌劑的去污作用(zuyng)達(dá)到洗凈衣物的目的。隨后，又出現(xiàn)了第一臺(tái)蒸汽洗衣機(jī)共一百三十七頁(yè)11 1880年，美國(guó)出現(xiàn)(chxin)了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開(kāi)始取代人力。之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。但真正意義上洗衣機(jī)的誕生要到電動(dòng)機(jī)發(fā)明之后。1911年，惠而浦發(fā)明了世界上第一臺(tái)電動(dòng)式-

5、攪拌洗衣機(jī)，1928年-西門(mén)子-滾筒洗衣機(jī)，1958年-三洋 -波輪洗衣機(jī)，1947年發(fā)明了世界上第一臺(tái)全自動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著人類(lèi)家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。 共一百三十七頁(yè)12機(jī)器(j q)行為能力的延伸人類(lèi)通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐創(chuàng)造(chungzo)了機(jī)器，并使其不斷發(fā)展形成當(dāng)今多種多樣的類(lèi)型。在現(xiàn)代生產(chǎn)和日常生活中，機(jī)器已成為代替或減輕人類(lèi)勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。使用機(jī)器的水平是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。共一百三十七頁(yè)13機(jī)器(j q)圖例自動(dòng)(zdng)換刀機(jī)構(gòu)滾珠螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)共一百三十七頁(yè)14轎車(chē)的總體(zngt)構(gòu)造共一百三十七頁(yè)15內(nèi)燃機(jī)用途(yngt)最廣的

6、熱力機(jī)械共一百三十七頁(yè)16柴油機(jī)與汽油機(jī)共一百三十七頁(yè)17小型精密(jngm)之伺服沖床共一百三十七頁(yè)機(jī)械原理是一門(mén)研究機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)基本理論問(wèn)題的課程(kchng)。一、機(jī)械原理課程研究的對(duì)象機(jī)械(Machinery)是機(jī)器(Machine)與機(jī)構(gòu)(Mechanism)的總稱。共一百三十七頁(yè)191、機(jī)器(j q) (Machine)的定義機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，機(jī)器用來(lái)變換或傳遞能量、物料、信息。機(jī)器是一種人為實(shí)物組合的具有確定(qudng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，機(jī)器用來(lái)完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類(lèi)的勞動(dòng)。共一百三十七頁(yè)20原動(dòng)機(jī)：凡將其他形式能量變換為機(jī)械能

7、的機(jī)器(j q)稱為原動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)（分別將熱能和電能變換為機(jī)械能）等都是原動(dòng)機(jī)。工作機(jī)：凡利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物料、信息的機(jī)器稱為工作機(jī)，如發(fā)電機(jī)（機(jī)械能變換為電能）、起重機(jī)（傳遞物料）、金屬切削機(jī)床（變換物料外形）、錄音機(jī)（變換和傳遞信息）等都屬于工作機(jī)。在日常生活和工程實(shí)踐中隨處都可見(jiàn)到各種各樣的機(jī)器，例如：原動(dòng)機(jī)與工作(gngzu)機(jī)共一百三十七頁(yè)汽車(chē)(qch)飛機(jī)(fij)膠片放映機(jī)挖掘機(jī)機(jī)床（牛頭刨床）切糕機(jī)共一百三十七頁(yè)22機(jī)器(j q)的組成(Composing of a Machine)一臺(tái)發(fā)展完善(wnshn)的現(xiàn)代化機(jī)器可由四部分組成：1、原動(dòng)機(jī)、2、傳動(dòng)

8、機(jī)構(gòu)、3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、控制系統(tǒng)、共一百三十七頁(yè)23（1）原動(dòng)機(jī)： 為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)提供(tgng)動(dòng)力。圖01所示為單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，它是由汽缸體1、活塞2、進(jìn)氣閥3、排氣閥4、連桿(lin n)5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9和10等組成。共一百三十七頁(yè)24單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)燃?xì)馔苿?dòng)活塞作往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪和頂桿是用來(lái)啟閉進(jìn)氣閥和排氣閥的。為了保證曲軸每轉(zhuǎn)兩周進(jìn)、排氣閥各啟閉一次，曲軸與凸輪軸之間安裝了齒數(shù)比為1：2的齒輪。這樣，當(dāng)燃?xì)馔苿?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，各構(gòu)件(gujin)協(xié)調(diào)地動(dòng)作，進(jìn)、排氣閥有規(guī)律地啟閉，加上汽化、點(diǎn)火等裝置的配合，就把熱能轉(zhuǎn)換為曲軸回轉(zhuǎn)的機(jī)械能。共一百三

9、十七頁(yè)25在圖示內(nèi)燃機(jī)中，活塞、連桿、曲軸和氣缸體組成一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(jgu)，可將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪、頂桿和氣缸體組成凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)轫敆U有規(guī)律的間歇移動(dòng)。曲軸和凸輪軸上的齒輪與氣缸體組成齒輪機(jī)構(gòu)，使兩軸保持一定的速比。 內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程(chngchng)共一百三十七頁(yè)共一百三十七頁(yè)27大功率內(nèi)燃機(jī)共一百三十七頁(yè)28（2）傳動(dòng)(chundng)機(jī)構(gòu)：按執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)的特定要求，把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如：常用的各種( zhn)減速和變速裝置均可作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。共一百三十七頁(yè)29（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：它是一部機(jī)器中最接近作業(yè)工作端的機(jī)構(gòu)，它通過(guò)執(zhí)行構(gòu)件

10、與被作業(yè)件相接觸，以完成作業(yè)任務(wù)。如：起重機(jī)和挖掘機(jī)中的起重(q zhn)吊運(yùn)和挖掘機(jī)構(gòu)。共一百三十七頁(yè)30（4）控制系統(tǒng)(kn zh x tn)用來(lái)處理機(jī)器(j q)各組成部分之間，以及與外部其它機(jī)器(j q)之間的工作協(xié)調(diào)關(guān)系，它通常由各種計(jì)算機(jī)和控制器組成。共一百三十七頁(yè)31工業(yè)(gngy)機(jī)器人圖02所示為一工業(yè)機(jī)器人，它由鉸接(jioji)臂機(jī)械手1、計(jì)算機(jī)控制器2、液壓裝置3和電力裝置4組成。共一百三十七頁(yè)32機(jī)器人各部分(b fen)的功用當(dāng)機(jī)械手的大臂、小臂和手按指令有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)時(shí)，手端夾持(ji ch)器（圖中未示出）便將物料搬運(yùn)到預(yù)定的位置。在這部機(jī)器中，機(jī)械手是傳遞運(yùn)動(dòng)和

11、執(zhí)行任務(wù)的裝置是機(jī)器的主體部分，電力裝置和液壓裝置提供動(dòng)力，計(jì)算機(jī)實(shí)施控制。共一百三十七頁(yè)從以上二例可以看出，機(jī)器的主體部分是由許多運(yùn)動(dòng)(yndng)構(gòu)件組成的用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)。在一般情況(qngkung)下，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和力，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間應(yīng)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 共一百三十七頁(yè)34它是人為的實(shí)物組合體各實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能代替和減輕人類(lèi)的勞動(dòng)并完成(wn chng)有效的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能機(jī)器具有以下(yxi)三點(diǎn)共同特征共一百三十七頁(yè)35構(gòu)件(gujin)與零件機(jī)構(gòu)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以(

12、ky)是單一的整體，也可以(ky)是由幾個(gè)零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。因此：構(gòu)件是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元。零件是制造的單元共一百三十七頁(yè)36構(gòu)件是獨(dú)立(dl)的運(yùn)動(dòng)單元如圖所示內(nèi)燃機(jī)的連桿就是由連桿體、連桿蓋、螺栓以及螺母等幾個(gè)零件組成。這些零件之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(yndng)構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)(yndng)單元，成為一個(gè)構(gòu)件。 共一百三十七頁(yè)37零件是制造(zhzo)的單元機(jī)械中的零件可以分為(fn wi)兩類(lèi)：一類(lèi)稱為通用零件，它在各種機(jī)械中都能遇到，如齒輪、螺釘、軸、彈簧等；另一類(lèi)稱為專(zhuān)用零件，它只出現(xiàn)于某些機(jī)械之中，如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)的活塞等。共一百三十七頁(yè)382、機(jī)構(gòu)(jgu)(Mechanism)它是

13、一個(gè)具有相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)(yndng)的構(gòu)件系統(tǒng)，用來(lái)傳遞與變換運(yùn)動(dòng)(yndng)和動(dòng)力的可動(dòng)裝置。它是機(jī)器的重要組成部分。常用的機(jī)構(gòu)有：齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。共一百三十七頁(yè)連桿機(jī)構(gòu)凸輪(tln)機(jī)構(gòu)齒輪(chln)機(jī)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)共一百三十七頁(yè)40機(jī)構(gòu)與機(jī)器(j q)的區(qū)別在于：機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)之外還包含電氣、液壓等其他裝置；機(jī)構(gòu)只用于傳遞(chund)運(yùn)動(dòng)和力，機(jī)器除傳遞運(yùn)動(dòng)和力之外，還應(yīng)當(dāng)具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。 共一百三十七頁(yè)41機(jī)械：機(jī)器(j q)和機(jī)構(gòu)的總稱在研究(ynji)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和受力情

14、況時(shí)，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之間并無(wú)區(qū)別。因此，習(xí)慣上用“機(jī)械”一詞作為機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。共一百三十七頁(yè)42機(jī)械(jxi)原理課程研究的內(nèi)容本課程專(zhuān)門(mén)研究各種機(jī)器(j q)和機(jī)構(gòu)的共同性的基本理論問(wèn)題，其主要內(nèi)容有：1、各種機(jī)構(gòu)的分析問(wèn)題：主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析(含機(jī)構(gòu)的組成)、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)受力分析等。2、常用的各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。3、機(jī)器動(dòng)力學(xué)問(wèn)題：主要研究在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)問(wèn)題。共一百三十七頁(yè)學(xué)習(xí)機(jī)械原理課程的主要目的可以概括為如下幾個(gè)(j )方面：1、認(rèn)識(shí)機(jī)械,了解機(jī)械2、掌握方法,分析機(jī)構(gòu)3、開(kāi)闊思路,設(shè)計(jì)與創(chuàng)新機(jī)械4、更新觀念,發(fā)展機(jī)械學(xué)科二

15、、機(jī)械(jxi)原理課程的學(xué)習(xí)目的和作用共一百三十七頁(yè)441、 認(rèn)識(shí)(rn shi)機(jī)械,了解機(jī)械本課程對(duì)機(jī)械的組成原理、工作原理、運(yùn)動(dòng)(yndng)分析以及設(shè)計(jì)理論與方法都作了基本介紹，這對(duì)于在以后實(shí)習(xí)、專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)以及工作中認(rèn)識(shí)機(jī)械、了解機(jī)械和進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握機(jī)械都大有好處。共一百三十七頁(yè)452、掌握(zhngw)方法,分析機(jī)構(gòu)各種機(jī)械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：作機(jī)械運(yùn)動(dòng)。因而，運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互包絡(luò)等基本概念和方法，在各種機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)中都得到廣泛應(yīng)用。問(wèn)題：齒輪是怎么加工(ji gng)出來(lái)的？共一百三十七頁(yè)例如：用齒條刀具加工(ji gng)齒輪時(shí)，齒

16、輪的齒形就是由刀具與輪坯間相互包絡(luò)形成的。共一百三十七頁(yè)473、開(kāi)闊思路,設(shè)計(jì)(shj)與創(chuàng)新機(jī)械本課程講授的機(jī)構(gòu)分析(fnx)與設(shè)計(jì)的基本理論與方法，不僅用于課程所學(xué)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，還為以后的機(jī)械設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。課程的目的是提供基本方法，開(kāi)闊思路，便于學(xué)習(xí)者運(yùn)用它。根據(jù)實(shí)際要求分析比較各種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，合理地選擇機(jī)構(gòu)，構(gòu)思并設(shè)計(jì)基本機(jī)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)。共一百三十七頁(yè)例如，以下幾種機(jī)構(gòu)(齒輪、凸輪、連桿(lin n)機(jī)構(gòu)）可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，什么情況下用哪種機(jī)構(gòu)更好些，這要由設(shè)計(jì)者進(jìn)行創(chuàng)造性運(yùn)用。共一百三十七頁(yè)494、更新觀念,發(fā)展(fzhn)機(jī)械學(xué)科當(dāng)今機(jī)械學(xué)學(xué)科的發(fā)展已離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的計(jì)算技術(shù)，在學(xué)習(xí)過(guò)

17、程中，要充分利用機(jī)構(gòu)分析與計(jì)算機(jī)快速計(jì)算、存貯和比較的功能去解決較為(jio wi)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，要把對(duì)機(jī)械的研究與其他學(xué)科的技術(shù)（電、液、氣、計(jì)算機(jī)、控制等）充分地結(jié)合起來(lái)，去推動(dòng)機(jī)械學(xué)科的發(fā)展。共一百三十七頁(yè)505、本課程(kchng)的學(xué)習(xí)方法預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)多講解實(shí)例和習(xí)題、增加習(xí)題課的比重，（以教材為主，結(jié)合講解各重點(diǎn)大學(xué)考研試題）；要求同學(xué)們積極發(fā)言和上臺(tái)做題，以達(dá)到及時(shí)解疑和提高學(xué)習(xí)效率的目的按時(shí)完成作業(yè)(zuy)：準(zhǔn)備二個(gè)作業(yè)(zuy)本最重要的一點(diǎn)：加強(qiáng)溝通，動(dòng)態(tài)反饋共一百三十七頁(yè)1-2 平面機(jī)構(gòu)的組成(z chn)原理平面機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)中所有(suyu)構(gòu)件均在一個(gè)或幾個(gè)平行平

18、面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。12341234另有空間機(jī)構(gòu)概念。 (avi)(avi)共一百三十七頁(yè)研究目的之一：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性及具有(jyu)確定運(yùn)動(dòng)的條件 123412351234研究目的之二：繪制(huzh)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 共一百三十七頁(yè)研究目的(md)之三：研究機(jī)構(gòu)的組成原理共一百三十七頁(yè)一、機(jī)構(gòu)的組成要素 1. 構(gòu)件(Component，Link) 定義：機(jī)器中每個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體 特點(diǎn)：一個(gè)構(gòu)件，可以是一個(gè)零件，也可能(knng)是由若干個(gè)不同零件組裝起來(lái)的剛性體。 從運(yùn)動(dòng)角度看：任何機(jī)器都是由若干個(gè)構(gòu)件組合而成共一百三十七頁(yè)由三個(gè)零件組成(z chn)的構(gòu)件構(gòu)件零件1零件2零件3共一百三十七頁(yè)內(nèi)燃機(jī)

19、中連桿共一百三十七頁(yè)曲 軸共一百三十七頁(yè)二. 運(yùn)動(dòng)(yndng)副(Joint，Kinematical Pair) 定義：由兩個(gè)構(gòu)件組成的仍能產(chǎn)生某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接 特點(diǎn)： () 運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接(lin ji)； () 運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成； () 組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副元素：把兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分運(yùn)動(dòng)副元素(avi)共一百三十七頁(yè)機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)(yndng)副連接起來(lái)的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的構(gòu)件系統(tǒng)。三、運(yùn)動(dòng)副的分類(lèi)(fn li) 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型決定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。(avi)(avi)共一百三十七頁(yè)1. 根據(jù)(gnj)運(yùn)動(dòng)副所引入的約束數(shù)分類(lèi)表2-1

20、常用運(yùn)動(dòng)副及其簡(jiǎn)圖名稱圖 形簡(jiǎn)圖符號(hào)副級(jí)自由度名稱圖 形簡(jiǎn)圖符號(hào)副級(jí)自由度球面高副I5圓柱套筒副IV2柱面高副II4轉(zhuǎn)動(dòng)副V1球面低副III3移動(dòng)副V1球銷(xiāo)副IV2螺旋副V1共一百三十七頁(yè)2. 根據(jù)(gnj)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸情況分類(lèi) 運(yùn)動(dòng)副元素以點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。球面高副(avi)柱面高副(avi)共一百三十七頁(yè) 運(yùn)動(dòng)副元素以面接觸(jich)的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。移動(dòng)副(avi)球面低副(avi)回轉(zhuǎn)副(avi)共一百三十七頁(yè)3. 根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件(gujin)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi) 空間(kngjin)運(yùn)動(dòng)副螺旋副 (avi)圓柱套筒副(avi)球銷(xiāo)副(avi)共

21、一百三十七頁(yè)4. 平面(pngmin)運(yùn)動(dòng)副A. 低副移動(dòng)(ydng)副(avi)轉(zhuǎn)動(dòng)副(avi)齒輪副(avi)凸輪副(avi)B. 高副共一百三十七頁(yè)四、機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(Kinematical Diagrams)的繪制1. 定義 為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以撇開(kāi)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造(guzo)，而只用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副位置，表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)情況。這樣繪制出能夠準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的最簡(jiǎn)明圖形就稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 只是為了表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)系，可以不按比例來(lái)繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，通常把這樣的簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。共一百三十七頁(yè)常用

22、機(jī)構(gòu)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)(yndng)副代表符號(hào)共一百三十七頁(yè)常用機(jī)構(gòu)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)(yndng)副代表符號(hào)GB4460-84共一百三十七頁(yè)共一百三十七頁(yè)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yndng)簡(jiǎn)圖的步驟1. 分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路線 在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，首先確定機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和執(zhí)行件，兩者之間為傳動(dòng)部份，由此確定出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件；構(gòu)件之間的是聯(lián)接，即運(yùn)動(dòng)副，從而確定構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型。 2. 選擇合適的投影面 一般選擇與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的面為投影面，必要時(shí)也可以(ky)就機(jī)械的不同部分選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的投影面，然后展開(kāi)到同一平面上。3. 保證運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置準(zhǔn)確性 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，根?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各

23、運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，然后用規(guī)定的符號(hào)畫(huà)出各類(lèi)運(yùn)動(dòng)副，并將同一構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)用簡(jiǎn)單線條連接起來(lái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。共一百三十七頁(yè)繪制(huzh)牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(avi)(avi)共一百三十七頁(yè)繪制破碎機(jī)機(jī)構(gòu)(jgu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖選取(xunq)比例尺l (avi)共一百三十七頁(yè)試?yán)L制該機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(avi)共一百三十七頁(yè)1-3 平面機(jī)構(gòu)自由度(Degrees of Freedom)的計(jì)算及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式 1. 構(gòu)件的自由度與約束(yush) 構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度 對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的限制作用稱為約束共一百三十七頁(yè)xyzxyz(avi)(avi

24、)共一百三十七頁(yè)2. 機(jī)構(gòu)自由度 使機(jī)構(gòu)具有確定(qudng)運(yùn)動(dòng)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度什么是獨(dú)立(dl)運(yùn)動(dòng)?(avi)(avi)(avi)共一百三十七頁(yè)什么是機(jī)構(gòu)(jgu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)?(avi)共一百三十七頁(yè)什么(shn me)是機(jī)構(gòu)的自由度? 機(jī)構(gòu)的自由度=機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目 平面機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目為：所有活動(dòng)構(gòu)件的自由度的和減去所有運(yùn)動(dòng)副引入約束數(shù)目的和。 對(duì)于具有(jyu)n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)成了Pl個(gè)低副和Ph個(gè)高副，則它們共引入(2PL+Ph)個(gè)約束。機(jī)構(gòu)的自由度F顯然應(yīng)為： F=3n(2PL+Ph)=3n2PLPh這是機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

25、公式共一百三十七頁(yè) 機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算(j sun)式的驗(yàn)證 F=3n(2Pl+Ph)=3*3 2* 3 1=2 F=3n(2Pl+Ph)=3*3 0 0=9 F=3*32*10=7 F=3*32*20=5 F=3*32*30=31234共一百三十七頁(yè)二、機(jī)構(gòu)(jgu)自由度的意義及機(jī)構(gòu)(jgu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目（獨(dú)立運(yùn)動(dòng)件數(shù)）等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。計(jì)算下列(xili)機(jī)構(gòu)的自由度n=2, Pl=3, Ph=0 F=3n2PlPh=3*2-2*3=0n=3, Pl=5, Ph=0 F=3n2PlPh=3*3-2*5=-1共一百三十七頁(yè)n=3, Pl=4, P

26、h=0 F=3n2PlPh=3*3-2*4=1n=4, Pl=5, Ph=0 F=3n2PLPh=3*4-2*5=2共一百三十七頁(yè)結(jié)論(jiln)：n=2, Pl=3, Ph=0 F=3n2PlPh=3*2-2*3=0n=3, Pl=5, Ph=0 F=3n2PlPh=3*3-2*5=-11) 若機(jī)構(gòu)(jgu)自由度，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)共一百三十七頁(yè)n=3, Pl=4, Ph=0 F=3n2PlPh=3*3-2*4=1n=4, Pl=5, Ph=0 F=3n2PlPh=3*4-2*5=22) 若且與原動(dòng)件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是確定(qudng)的，因此，機(jī)構(gòu)具有確定(qudng)運(yùn)動(dòng)的條

27、件是：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)； 3) 若0，而原動(dòng)件數(shù)0，而原動(dòng)件數(shù)F，則構(gòu)件間不能運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生破壞。共一百三十七頁(yè)三、計(jì)算機(jī)構(gòu)(jgu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1. 復(fù)合鉸鏈(Multiple Joint) 由兩個(gè)以上(yshng)構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。31824567F = 3n-2pl-ph = 3*7-2*6-0 = 9 ?(avi)共一百三十七頁(yè)由m個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈(jiolin)應(yīng)當(dāng)包含(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。312321(avi)(avi)共一百三十七頁(yè)31824567F = 3n-2pl-ph = 3*7-2*10-0 = 1(avi)共一百三十七頁(yè)2.

28、 局部自由度(Local Degree of Freedom) 不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，稱為(chn wi)局部自由度。 處理方式：在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。(avi)共一百三十七頁(yè) 3. 虛約束(yush)(Void Constrain)(avi)(avi)(avi)(avi)(avi)共一百三十七頁(yè)F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=0 ?CB311DMN245AF=3n-2pL-ph=3*3-2*4=131DC24BA(avi)(avi) 運(yùn)動(dòng)(yndng)不確定共一百三十七頁(yè) 在機(jī)構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。

29、 處理方式：應(yīng)在計(jì)算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副去掉，然后(rnhu)再進(jìn)行計(jì)算。F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=031DCMN245BAN共一百三十七頁(yè) 虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響 有虛約束的機(jī)構(gòu)，其相關(guān)尺寸的制造精度要求高，增大了制造成本。 機(jī)構(gòu)中的虛約束數(shù)越多，要求精度高的尺寸參數(shù)就越多， 制造難度也就越大。 虛約束的多少(dusho)也是機(jī)構(gòu)性能的一個(gè)重要指標(biāo)； 改善構(gòu)件的受力情況； 保證機(jī)械順利通過(guò)某些特殊位置等。共一百三十七頁(yè)常見(jiàn)的虛約束(yush)有以下幾種情況: 1) 當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其

30、余都是虛約束。帶虛約束(yush)的凸輪機(jī)構(gòu)EE(avi)共一百三十七頁(yè)帶虛約束(yush)的曲軸 2) 當(dāng)兩構(gòu)件(gujin)構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。(avi)共一百三十七頁(yè) 3) 如果機(jī)構(gòu)中兩活動(dòng)構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有(jyu)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來(lái)連接這兩個(gè)點(diǎn)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ?帶虛約束的桿機(jī)構(gòu)(avi)共一百三十七頁(yè) 4) 輸入件與輸出件間有多組完全相同的運(yùn)動(dòng)鏈也往往(wngwng)會(huì)引入虛約束。帶虛約束的行星輪系22231(avi)共一百三十七頁(yè)虛約束(yush

31、)的本質(zhì)是什么? 從運(yùn)動(dòng)(yndng)的角度看,虛約束就是“重復(fù)的約束”或者是“多余的約束”。22321CB311DMN245A共一百三十七頁(yè)機(jī)構(gòu)中為什么要使用虛約束? a. 使受力狀態(tài)更合理或增加構(gòu)件的剛性 b. 使機(jī)構(gòu)平衡 c. 考慮機(jī)構(gòu)在特殊(tsh)位置的運(yùn)動(dòng)使用虛約束時(shí)要注意什么問(wèn)題? 保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用虛約束時(shí)，機(jī)械制造的精度要提高。共一百三十七頁(yè)1-4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析與綜合 一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)(jgu)都是由機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件組構(gòu)成的。機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件組共一百三十七頁(yè)從動(dòng)件組 當(dāng)把該機(jī)構(gòu)(jgu)的機(jī)架和原動(dòng)件拆

32、去后，則余下的從動(dòng)件組為：這個(gè)從動(dòng)件組的自由度為零，即： n = 4, Pl = 6 F = 3n2Pl = 3*4-2*6 = 0 這個(gè)從動(dòng)件組還可以(ky)分解成若干個(gè)更簡(jiǎn)單的、自由度等于零的從動(dòng)件組。共一百三十七頁(yè)分解？還能進(jìn)一步分解嗎？還能進(jìn)一步分解嗎？n=2, Pl=3 F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=2, Pl=3 F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=4, Pl=6 F=3n2Pl=3*4-2*6=0共一百三十七頁(yè) 這樣的從動(dòng)件組已經(jīng)不能進(jìn)一步分解成更簡(jiǎn)單、自由度為零的從動(dòng)件組。 通常把這樣的從動(dòng)件組稱為：基本桿組 基本桿組的概念非常重要，它是機(jī)構(gòu)分析的重要的理論基礎(chǔ)。 機(jī)

33、構(gòu)的組成原理：任何機(jī)構(gòu)都可以(ky)看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架上所組成的。共一百三十七頁(yè) 如果(rgu)基本桿組的運(yùn)動(dòng)副全為低副，則基本桿組自由度的計(jì)算公式為： 由于活動(dòng)(hu dng)構(gòu)件數(shù)n和低副數(shù)Pl都必須是整數(shù)，所以 n應(yīng)是 2的倍數(shù)， Pl應(yīng)是 3的倍數(shù)。 也就是說(shuō)，在一個(gè)基本桿組中，其構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)有以下關(guān)系：n=2, Pl=3 n=4, Pl=6 n=6, Pl=9 二、基本桿組的類(lèi)型F=3n-2Pl=0n=2Pl /3共一百三十七頁(yè) 最簡(jiǎn)單的平面基本桿組是由兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副組成的桿組，稱之為級(jí)桿組。 級(jí)桿組是機(jī)構(gòu)中最常見(jiàn)的一類(lèi)(y li)基本桿組。 級(jí)桿組有以

34、下五種形式：(1) RRR桿組(2) RRP桿組共一百三十七頁(yè)(3) RPR桿組 (4) PRP桿組(5) RPP桿組共一百三十七頁(yè)除級(jí)桿組外，還有、級(jí)等較高級(jí)的基本(jbn)桿組。 這是級(jí)桿組由4個(gè)構(gòu)件6個(gè)低副組成，具有一個(gè)(y )3副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。 這是級(jí)桿組由4個(gè)構(gòu)件6個(gè)低副組成，有4個(gè)內(nèi)副。共一百三十七頁(yè)例：牛頭刨床(ni tu po chun)主機(jī)構(gòu)的組成原理牛頭刨床主機(jī)構(gòu)3C245BADE163C245BADE16a)3C2BA1645DEb)共一百三十七頁(yè)三、平面機(jī)構(gòu)(jgu)的結(jié)構(gòu)分析 目的：通過(guò)分析機(jī)構(gòu)的組成來(lái)確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。 機(jī)構(gòu)的級(jí)別取決于該機(jī)構(gòu)

35、能夠分解出的基本桿組的最高級(jí)別。 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟是： 1)計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件。 2)從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的地方開(kāi)始拆桿組。先試拆級(jí)組，當(dāng)不可能時(shí)再拆級(jí)組。但應(yīng)注意，每拆一個(gè)桿組后，剩下的部分仍組成機(jī)構(gòu)，且自由度與原機(jī)構(gòu)相同，直至全部桿組拆出只剩下級(jí)機(jī)構(gòu)。 3) 確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。 共一百三十七頁(yè)例：試確定圖示機(jī)構(gòu)(jgu)的級(jí)別解：1) 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。F=3n-2pl-ph=3*7-2*10-0=1；以構(gòu)件1為原動(dòng)件。 2) 進(jìn)行結(jié)構(gòu)(jigu)分析 1Ab)78HIJIa)12345678ABCDEFGHJDE2345BCFG共一百三十七頁(yè)3) 確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別另：若將該機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件由

36、構(gòu)件(gujin)1改為構(gòu)件8，則有結(jié)構(gòu)(jigu)分析圖8JC12AB34DEF57GHII12345678ABCDEFGHJ共一百三十七頁(yè)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算(j sun)舉例例 1 圖示牛頭刨床設(shè)計(jì)方案草圖。設(shè)計(jì)思路為：動(dòng)力由曲柄1輸入，通過(guò)滑塊2使擺動(dòng)導(dǎo)桿 3 作往復(fù)擺動(dòng)，并帶動(dòng)滑枕4作往復(fù)移動(dòng) ，以達(dá)到刨削加工目的。 試問(wèn)圖示的構(gòu)件(gujin)組合是否能達(dá)到此目的？ 如果不能，該如何修改？1234共一百三十七頁(yè)解：首先(shuxin)計(jì)算設(shè)計(jì)方案草圖的自由度 F = 3n-2Pl-Ph=34-26 =0改進(jìn)措施(cush)：1. 增加一個(gè)低副和一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件；2. 用一個(gè)高副代替低副。即表示如果按此方案設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)是不能運(yùn)動(dòng)的。必須修改，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。1234共一百三十七頁(yè)改進(jìn)(gijn)方案(2)(1)共一百三十七頁(yè)改進(jìn)(gijn)方案(4)(3)共一百三十七頁(yè)改進(jìn)(gijn)方案(5)(6)共一百三十七頁(yè)改進(jìn)(gijn)方案(7)共一百三十七頁(yè)例 2 如圖所示，已知： DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。計(jì)算此機(jī)構(gòu)(jgu)的自由度 (若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請(qǐng)標(biāo)出