緒論及機構組成原理及可動性分析

緒論及機構組成一、機械原理課程的研究對象指執(zhí)行機械運動的裝置，它用來變換和傳遞能量、物料與信息。緒論1、對象：2、機器：而機械是機器與機構的總稱。是機械。內燃機插齒機構動力機器工作機器信息機器機器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機械能，或者把機械能變換成其他形式的能量。是完成有用的機械功或者是搬運物品。是用來獲得和變換信息。機器一定要作機械運動，并通過運動來實現(xiàn)能量物料和信息的變換。機器與其它裝置的主要區(qū)別是：機器是由機構組成的。平底凸輪機構內燃機連桿機構凸輪機構齒輪機構間歇運動機構帶傳動和鏈傳動機構螺旋機構組合機構常用的機構連桿機構凸輪機構曲柄搖桿機構滾輪凸輪機構齒輪機構間歇運動機構螺旋機構直齒輪的嚙合電影機構螺旋機構凸輪組合機構組合機構一.機械原理課程的性質:

它的任務是使學生掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，初步具有擬定機械傳動方案、分析和設計機構的能力?！?-2機械原理課程的內容

是研究機械性能分析與設計的基本理論與方法的專業(yè)基礎課程之一。機構分析：根據(jù)給定的機構運動簡圖來研究機構的運動特性和傳力特性。機構綜合：根據(jù)給定的機構運動特性和傳力特性來設計機構運動簡圖。二.機械原理研究的基本問題：機械原理研究的基本問題：機構分析機構綜合3、機構系統(tǒng)運動方案設計。三.機械原理的教學內容1、研究機構的組成及具有確定運動的條件。2、研究四種基本機構的特性和設計方法：連桿機構，凸輪機構，齒輪機構，間歇運動機構.4、機構及其系統(tǒng)動力學設計。結束機構組成原理§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成組成要素構件運動副構件是由一個或若干個零件組成。

（一）構件零件——制造的單元體。齒輪軸鍵構件分成機架（或固定構件）活動構件主動件從動件運動規(guī)律已知的活動構件稱為原動件。作用有驅動力或驅動力矩的活動構件稱為主動件。輸出運動或動力的從動件稱為輸出件。機構中的運動單元體。內燃機用運動副聯(lián)結后，彼此的相對運動受到某些約束.兩個構件在用運動副聯(lián)結前有六個獨立的相對運動。構件2xzy構件1O機構中兩構件直接接觸的可動聯(lián)接。§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成（一）構件（二）運動副轉動副21

（1）

根據(jù)運動副對被聯(lián)結的兩個構件相對運動約束數(shù)的不同，可將運動副分為至級副§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成（一）構件（二）運動副球面副（級副）球銷副（）轉動副（）

球銷副轉動副（2）

根據(jù)運動副中構件間的接觸形式分：移動副轉動副

常用的運動副齒輪副凸輪副低副：面接觸的運動副高副：點、線接觸的運動副。（3）根據(jù)構件間的相對運動分：平面運動副空間運動副轉動副移動副齒輪副球頂凸輪副§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成（一）構件（二）運動副（三）運動鏈用運動副聯(lián)結而成的相對可動的構件系統(tǒng)稱為運動鏈1234ABC1234ABCD123456ABCDEFG開式運動鏈閉式運動鏈單閉環(huán)運動鏈多閉環(huán)運動鏈機械手運動鏈§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成（一）構件（二）運動副（三）運動鏈（四）機構1234ABCD機構是用來傳遞運動和力且有一個構件為機架的用運動副聯(lián)結而成的構件系統(tǒng)。機構的形成§1-1機構的組成及運動簡圖一.機構的組成（一）構件（二）運動副（三）運動鏈（四）機構二.機構運動簡圖用線條和簡單圖形代表構件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的圖形。121212212121轉動副移動副直齒輪的嚙合球頂凸輪副CAB12344'D55'6內燃機ECAB1DFG2345678HI插齒機§1-2機構可動的運動學條件機構可動的條件可動的運動學條件可動的力學條件能動嗎？一.機構自由度的一般公式機構自由度——機構中各活動構件相對于機架的可能獨立運動的數(shù)目。含有運動副個數(shù)為：運動副級別運動副個數(shù)p1p2p3p4p5則或213ACB4D若機構中有n個活動構件，§1-2機構可動的運動學條件一.機構自由度的一般公式二.公共約束與平面機構自由度1.公共約束——在有些機構中，由于運動副的特殊配置而使機構中的所有活動構件共同失去了某些自由度，即給機構中的所有構件施加了某些公共的約束。1234ABCDOxzY12作平面運動的自由構件有3個獨立運動。2.平面機構自由度計算式（有3個公共約束）3.具有m個公共約束的機構，其自由度計算式：123ACB[例]m=4所以平面構件三自由度三.機構可動的運動學條件§1-2機構可動的運動學條件一.機構自由度的一般公式二.公共約束與平面機構自由度P5=4,P4=1,F=0n=3,n=2,P5=3,F=0231123ACB4Dn=3,P5=5,F=1B2C4ADE13n=3,P5=4,F=114123ABCD14C2B54ADE13n=4,P5=5,F=2C'結論：1.機構可能運動的條件是：2.機構具有確定運動的條件是：

即主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)F。輸入的獨立運動數(shù)目等于機構自由度數(shù)F。機構自由度數(shù)F1?！?-2機構可動的運動學條件四.計算機構自由度時應注意的問題（一）虛約束虛約束——機構中那些對構件間的相對運動不起獨立限制作用的重復約束。或稱消極約束。4F5ABCDEF123ADBCE？123ADBCE機構的虛約束機構的虛約束2常見的虛約束：1.機構中聯(lián)結構件與被聯(lián)結構件的軌跡重合？2.兩構件組成若干個導路中心線互相平行或重疊的移動副2CAB1343CAD=SD=DC2AB14D二維移動副虛約束常見的虛約束：4.在機構整個運動過程中，其中某兩構件上兩點之間的距離始終不變。5.機構中自由度F=–1的對稱部分。ACBD1232'4CAB1325DEFBC=EF，AB=CD，BE=CF，AE=DF。2132'2"O3.兩構件組成若干個軸線互相重合的轉動副。二維2Kh行星輪系四.計算機構自由度時應注意的問題（一）虛約束（二）局部自由度局部自由度——機構中個別構件所具有的不影響其它構件運動，即與整個機構運動無關的自由度。21ACB43?21ACB3四.計算機構自由度時應注意的問題（一）虛約束（二）局部自由度（三）正確確定運動副的數(shù)目？A2CB134DE56324復合鉸鏈——由個m構件在一處組成軸線重合的轉動副。實際有(m-1)個轉動副。[例]如圖所示F、B、D、C處是復合鉸鏈二維直線運動機構A[例]2CB13DE5647局部自由度虛約束機構具有確定運動,因為主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)F。EABCDOFGH§1-3機構可動的力學條件機構可動的力學條件不考慮摩擦時機構可動的力學條件考慮摩擦時機構可動的力學條件一.平面機構的壓力角和傳動角（一）壓力角與傳動角在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構中驅使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向線所夾的銳角。vcFF1F21ABCD234壓力角：傳動角：壓力角的余角。越小，受力越好。越大，受力越好。許用傳動角FvcABC12FvB3??2aAB134Cbvc畫出壓力角B123ACvFB132C（二）機構最小傳動角位置的確定1.鉸鏈四桿機構中，原動件為AB為曲柄。4vcABCDF123fB2C2B1C1一.平面機構的壓力角和傳動角（一）壓力角與傳動角當為銳角時，傳動角當為鈍角時，傳動角以AB為原動件的曲柄搖桿機構，當曲柄和機架處于兩共線位置時，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。vcFC4DAB123abcd2.AB為主動的曲柄滑塊機構FvcB1C1

只有使偏置方位、曲柄轉向、輸出件工作行程方向正確匹配，方能保證最小傳動角的瞬時位置，剛好處于工作較小的空回行程中。34AaB1Cb2e1當=90o時，可得min為§1-3機構可動的力學條件一.平面機構的壓力角和傳動角二.不考慮摩擦時機構可動的力學條件（一）機構的死點位置畫出壓力角1C234ABDabcd死點位置——在不計構件重力、慣性力和運動副中摩擦力的條件下，當機構處于傳動角=0o（或壓力角=90o）的機構位置。在此位置下，無論給機構主動件的驅動力或驅動力矩有多大，均不能使機構運動。vB1FB1縫紉機主運動機構踏板D腳AB1C1vBFBB2C22aAB134CbvcvBFB請思考：下列機構的死點位置在哪里；怎樣使機構通過死點位置。B123AC死點的利用：AB1C1DB2C2地面飛機起落架機構（二）不考慮摩擦時機構可動的力學條件其條件是：該機構不處于死點位置。三.考慮摩擦時機構可動的力學條件§1-3機構可動的力學條件一.平面機構的壓力角和傳動角二.不考慮摩擦時機構可動的力學條件

機構中的運動副是可動聯(lián)結，但若其中有一個運動副在外力及摩擦力的作用下變成不可動聯(lián)結，則機構顯然不可動。（一）運動副中的摩擦和自鎖BANBAFBARBAP當

時，若滑塊A原來靜止，則無論外力P增止多大，均不能使滑塊A運動，即稱之謂移動副的自鎖。1.移動副vAB注意：總反力RBA的方向總是逆著相對運動vAB而與相對運動方向成（90o+）。三.考慮摩擦時機構可動的力學條件（一）運動副中的摩擦和自鎖1.移動副2.轉動副MdPRBAFBANBA總反力RBA徑向力P和徑向力矩Md合成為一驅動力P'P'摩擦圓BAr軸頸O摩擦圓的半徑：f0—_當量摩擦系數(shù)結論：（1）總反力總是切于摩擦圓，產(chǎn)生的摩擦力矩逆著相對轉動方向;（2）當h時，即與摩擦圓相割或相切，產(chǎn)生自鎖。P'h三.考慮摩擦時機構可動的力學條件（一）運動副中的摩擦和自鎖（二）機構的自鎖區(qū)32AB14CF（驅動力）M1阻力矩2123R12R32

F43R32R21R41h'由驅動力F通過運動副傳給構件1的力矩32A14F（驅動力）C1R21R23R'21R'23B1232AB214R'21R21R23R'2322C2自鎖區(qū)——兩臨界自鎖位置所包含的區(qū)間。21R12ObLnn=90oxy對于傳動角始終為90°的機構，其傳力性能最佳且無死點。但是，即使只移動副的摩擦，在一定條件下也會自鎖。故當此機構的自鎖條件為：結論：機構在某一位置可動的力學條件是，機構中的所有運動副在外力及摩擦力的作用下均不發(fā)生自鎖。§1-4平面機構的組成原理及結構分析一.平面機構的組成原理平面機構具有確定運動的條件是機構的原動件數(shù)目等于機構的自由度數(shù)，故平面機構的從動系統(tǒng)的自由度數(shù)應為零。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F5桿組定義：不可再分解的自由度為零的運動鏈被稱為基本桿組，簡稱桿組。組成平面機構桿組的條件：平面機構桿組的類型含有高副的桿組低副桿組(p4=0)np5p4111230341460單構件高副組三構件高副組級組級組級組單構件高副組213ABCD三構件高副組2DC1BDC21DCBDCB級組21BCD內副——聯(lián)結桿組中構件的運動副。341224

級組——包含有三個內副元素的剛性構件的桿組。132134

級組——包含四個構件組成封閉四