哈工大機(jī)械原理課件.ppt

1、機(jī) 械 原 理,哈爾濱工業(yè)大學(xué),2004年2月,第一章 緒論,1-1 機(jī)械原理課程的研究對(duì)象與內(nèi)容,機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。,機(jī) 械,機(jī) 器,機(jī) 構(gòu),研究對(duì)象：,什么是機(jī)器呢？,什么是機(jī)構(gòu)呢？,普通車床,數(shù)控車床,數(shù)控銑床，這是一種機(jī)器，主要用來加工平面和曲面。,鋸床,并聯(lián)機(jī)床原型機(jī),數(shù)控壓彎?rùn)C(jī),數(shù)控剪板機(jī),美國(guó)西科斯基公司生產(chǎn)的 “黑鷹”直升機(jī),“神舟五號(hào)”發(fā)射時(shí)的情景。發(fā)射塔、運(yùn)載火箭都是龐大的機(jī)器。,索杰納火星車 它是美國(guó)國(guó)家航空航天局于格林威治時(shí)間1997年7月4日17時(shí)07分發(fā)射的火星探路者號(hào)宇宙飛船成功地在火星表面著陸，該飛船攜帶了索杰納火星車，這也是一種機(jī)器。,世 界 最 小 的

2、 微 型 機(jī) 械 人Worlds smallest robot,美國(guó)山迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，成功研制了相信是世界最小的微型機(jī)械人，這微型機(jī)械人體積只有四分之一立方寸，體重小於一盎司。,什么是機(jī)器呢？,機(jī)器是一種人為實(shí)物組合的具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類的勞動(dòng)。,一部機(jī)器可能包含多種類型的機(jī)構(gòu)，也可能只包含一種機(jī)構(gòu)。,凸輪機(jī)構(gòu),齒輪機(jī)構(gòu),連桿機(jī)構(gòu),什么是機(jī)構(gòu)呢？,機(jī)構(gòu)可以定義為：是一個(gè)具有確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，或稱它是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的可動(dòng)裝置。,在機(jī)械原理課程中要研究以下內(nèi)容：,1、機(jī)構(gòu)的分析,（1）機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 研究機(jī)構(gòu)的組成原理，

3、即機(jī)構(gòu)組成的一般規(guī)律。 研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性與確定性的條件。,（2）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 研究在給定原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的條件下，機(jī)構(gòu)各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特性。,“機(jī)械原理”是一門從力學(xué)原理的角度研究機(jī)械的組成、分析與設(shè)計(jì)基本理論的課程，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。,2、常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題,主要研究：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。,3、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),4、機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題,主要研究：如何根據(jù)機(jī)器的功能來確定運(yùn)動(dòng)方案。,主要研究：機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、機(jī)械的調(diào)速和機(jī)構(gòu)的平衡。,（3）機(jī)構(gòu)的力分析 研究機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副中力的計(jì)算、摩擦及效率問題。,研究?jī)?nèi)容：,機(jī)

4、械設(shè)計(jì)的一般過程：,需求 分析,機(jī)械方案 設(shè) 計(jì),機(jī)械方案 運(yùn)動(dòng)分析,機(jī)械方案 動(dòng)力分析,機(jī) 械 造型設(shè)計(jì),機(jī)械工作 能力設(shè)計(jì),確 定 工藝方案,確 定 工藝參數(shù),機(jī)械結(jié)構(gòu) 設(shè) 計(jì),一臺(tái)典型的現(xiàn)代化機(jī)器是由四個(gè)部分組成的，即原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。,1-2 現(xiàn)代化機(jī)器的組成,原動(dòng)機(jī)用于提供動(dòng)力,原動(dòng)機(jī)主要有電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)三種形式 從運(yùn)動(dòng)形式來劃分有回轉(zhuǎn)、往復(fù)直線和步進(jìn)等多種運(yùn)動(dòng)形式,常用原動(dòng)機(jī)形式,電動(dòng)原動(dòng)機(jī):,電動(dòng)原動(dòng)機(jī)的形式是：電動(dòng)機(jī),從運(yùn)動(dòng)形式看，電動(dòng)機(jī)有輸出轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和輸出往復(fù)移動(dòng)的直線電動(dòng)機(jī),從電源形式看，電動(dòng)機(jī)有使用交流電源的交流電動(dòng)機(jī)和使用直流電源的直流電動(dòng)

5、機(jī),從控制形式看，有輸出位移、速度都不可控制的電動(dòng)機(jī)，有輸出位移、速度、力矩可以控制的控制電動(dòng)機(jī)。,這是最常用的交流異步電動(dòng)機(jī),這是步進(jìn)電機(jī)，它可以按輸入的電脈沖數(shù)回轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。,這是伺服電動(dòng)機(jī)，它可以精確的控制電動(dòng)機(jī)的輸出位移和轉(zhuǎn)速。,液壓原動(dòng)機(jī):,液壓原動(dòng)機(jī)的形式是：液壓馬達(dá)和液壓油缸。,液壓馬達(dá)輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液壓油缸輸出往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。,BM型擺線液壓馬達(dá),液壓油缸,氣動(dòng)原動(dòng)機(jī):,氣動(dòng)原動(dòng)機(jī)的形式是：氣動(dòng)馬達(dá)和氣缸。,氣動(dòng)馬達(dá)輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，氣缸輸出往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。,葉片馬達(dá),柱塞馬達(dá),無導(dǎo)桿氣缸,有導(dǎo)桿氣缸,氣 缸,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞或變換給執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中一般首先與電機(jī)聯(lián)接的

6、是減速機(jī)構(gòu)，最常用的是各種類型的減速器、變速器等。,圓柱齒輪減速器,錐齒輪減速器,擺線針輪減速器,重量0.7 kg 額定輸出扭矩 45 Nm 最大輸出扭矩 80 Nm,短程地對(duì)地導(dǎo)彈電舵機(jī),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 4200 rpm 輸出轉(zhuǎn)速 13 rpm,執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器的功能，如機(jī)床的刀架、機(jī)器人的手爪等。,該機(jī)器人的手爪協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)夾持球體實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)，這是一種智能型機(jī)器人。,全方位準(zhǔn)橢球齒輪柔性關(guān)節(jié),控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的工作協(xié)調(diào)，或者各機(jī)器之間的工作協(xié)調(diào)。,控制模式,1-3 設(shè)計(jì)與創(chuàng)新,一、設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)理論，應(yīng)用技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合應(yīng)用的過程,設(shè)計(jì)本身就是一種創(chuàng)造性勞動(dòng),二、創(chuàng)新,自

7、然科學(xué)領(lǐng)域的最高成就是發(fā)現(xiàn),應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的最高成就是發(fā)明,基礎(chǔ)理論知識(shí),應(yīng)用技術(shù)知識(shí),實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),發(fā)明：,強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí),勤奮的工作,兩用折疊椅,雙曲面滾柱加載器,同向傳動(dòng)齒輪,葉片差速泵,本章結(jié)束,飛船與火箭對(duì)接,EJ2000的尾噴口,第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合,機(jī) 械 原 理,哈爾濱工業(yè)大學(xué),2004年2月,2-1 研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的,機(jī)械原理課程對(duì)機(jī)械的研究主要有以下幾個(gè)方面：,一、對(duì)已有機(jī)械進(jìn)行分析,二、設(shè)計(jì)新的機(jī)械,本章主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合,其目的是：,、研究組成機(jī)構(gòu)的要素及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,、研究機(jī)構(gòu)的組成原理,、研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,、研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的綜合方法,2-

8、2 機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的 繪 制,一、機(jī)構(gòu)的組成要素,機(jī)構(gòu)的組成要素是：,、構(gòu)件,作為一個(gè)整體參與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的剛性單元體稱為構(gòu)件,一個(gè)構(gòu)件，可以是不能拆開的單一整體，也可能是由若干個(gè)不同零件組裝起來的剛性體。,例如：,、運(yùn)動(dòng)副,由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為 運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分稱為運(yùn)動(dòng)副元素。,對(duì)運(yùn)動(dòng)副的理解要把握以下三點(diǎn)：,（）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接； （）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),例如：請(qǐng)看教學(xué)模型演示,運(yùn)動(dòng)副是機(jī)械原理中最重要的概念之一,以上是機(jī)構(gòu)的兩大組成要素,可以說：機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)副逐一聯(lián)接各個(gè)構(gòu)件組成的。,二、運(yùn)

9、動(dòng)副的分類,組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副的類型決定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)副有多種類型，對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行正確的分類，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和綜合中是非常重要的。,、根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入的約束數(shù)分類,見表2-1,、根據(jù)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,球面高副,柱面高副,運(yùn)動(dòng)副元素以點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。,運(yùn)動(dòng)副元素以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。,球面低副,移動(dòng)副,轉(zhuǎn)動(dòng)副,、根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類,空間運(yùn)動(dòng)副,球銷副,螺旋副,圓柱套筒副,平面運(yùn)動(dòng)副,移動(dòng)副,轉(zhuǎn)動(dòng)副,三、運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu),開式運(yùn)動(dòng)鏈,閉式運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以撇開構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造，而只

10、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，也可以不按比例來繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，通常把這樣的簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。,常用機(jī)構(gòu)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副代表符號(hào),繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟,1. 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，然后確定構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型。,2. 為將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示清楚，恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。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)也可以就機(jī)械的不同部分選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上

11、的投影面，然后展開到同一平面上。總之，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要以正確、簡(jiǎn)單、清晰為原則。,3. 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，根?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，然后用規(guī)定的符號(hào)畫出各類運(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，這樣便可繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,繪制牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制十字滑塊聯(lián)軸節(jié)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2-3 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,(1)自由度與約束,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,(2)機(jī)構(gòu)自由度,機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度,什么是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)?,什么是機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)?,對(duì)于具有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共

12、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,什么是機(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。,這是機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,二、機(jī)構(gòu)自由度的意義及 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,所謂機(jī)構(gòu)的自由度，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)也就是機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有的原動(dòng)件數(shù)目。,計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度,n=2, PL=3, PH=0 F=3n2PLPH =3*2-2*3=0,n=3, PL=5, PH=0

13、 F=3n2PLPH =3*3-2*5=-1,n=3, PL=4, PH=0 F=3n2PLPH =3*3-2*4=1,n=4, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH =3*4-2*5=2,討論,n=2, PL=3, PH=0 F=3n2PLPH =3*2-2*3=0,n=3, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH =3*3-2*5=-1,1)若機(jī)構(gòu)自由度，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng),n=3, PL=4, PH=0 F=3n2PLPH =3*3-2*4=1,n=4, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH =3*4-2*5=2,2)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)是確定的，因此，機(jī)構(gòu)具

14、有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：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)F，則構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)是不確定的；,4）若，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。,三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),1. 復(fù)合鉸鏈,例：,由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,2. 局部自由度,不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，稱為局部自由度。,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)。,3. 虛約束,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，然后再進(jìn)行計(jì)算。,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

15、稱為虛約束。,常見的虛約束有以下幾種情況:,）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，其余都是虛約束。,帶虛約束的凸輪機(jī)構(gòu),帶虛約束的曲軸,）當(dāng)兩構(gòu)件構(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。,）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)若用具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來連接這兩個(gè)點(diǎn)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。,帶虛約束的桿機(jī)構(gòu),）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)限制作用的對(duì)稱部分也往往會(huì)引入虛約束。,帶虛約束的行星輪系,虛約束的本質(zhì)是什么?,從運(yùn)動(dòng)的角度看,虛約束就是“重復(fù)的約束”或者是“多余的約束”。,機(jī)構(gòu)中為什么要使用虛約束

16、?,a.使受力狀態(tài)更合理,b.使機(jī)構(gòu)平衡,c.考慮機(jī)構(gòu)在特殊位置的運(yùn)動(dòng),使用虛約束時(shí)要注意什么問題?,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。,2-4 平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理,機(jī)構(gòu)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,從動(dòng)件組,當(dāng)把該機(jī)構(gòu)的機(jī)架和原動(dòng)件拆去后，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：,這個(gè)從動(dòng)件組還可以分解成若干個(gè)更簡(jiǎn)單的、自由度等于零的從動(dòng)件組。,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，

17、它是機(jī)構(gòu)分析的重要的理論基礎(chǔ)。,機(jī)構(gòu)的組成原理,任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由 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,如果基本桿組的運(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)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 的倍數(shù)， PL應(yīng)是 的倍數(shù)。,這也就是說，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、基本桿組的類型,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。,（）RRP桿組,（）RPR桿組,（）PRP桿組,（）RPP桿組,除級(jí)桿組外，還有、級(jí)等較高級(jí)的基本桿組。,這是級(jí)桿組由個(gè)構(gòu)

18、件個(gè)低副組成，具有一個(gè)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)桿組由個(gè)構(gòu)件個(gè)低副組成，有個(gè)內(nèi)副。,機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例,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) ，已達(dá)到刨削加工目的。 試問圖示的構(gòu)件組合是否能達(dá)到此目的？ 如果不能，該如何修改？,解：首先計(jì)算設(shè)計(jì)方案草圖的自由度,改進(jìn)措施： 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。,改進(jìn)方案,改進(jìn)方案,改進(jìn)方案,改進(jìn)方案,例 2 如圖所示，已知： DE=FG=H

19、I，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)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）。,例 3 計(jì)算圖所示機(jī)構(gòu)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）。,局部自由度,虛約束,例 4 如圖所示, 已知HG=IJ,且相互平行；GL=JK，且相互平行。計(jì)算此機(jī)構(gòu)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）。,局部自由度,復(fù)合鉸鏈,虛約束,本章結(jié)束,機(jī) 械 原 理,哈爾濱工業(yè)大學(xué),2003年12月,第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),典型的凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理,從動(dòng)件,凸輪,滾子,機(jī)架,一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,盤形凸輪機(jī)構(gòu) 在印刷機(jī)中的應(yīng)用,等經(jīng)凸輪

20、機(jī)構(gòu) 在機(jī)械加工中的應(yīng)用,4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類,利用分度凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位,圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用,二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類,凸輪機(jī)構(gòu)分類,1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類,2、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類,3、按凸輪高副的鎖合方式分類,平面凸輪機(jī)構(gòu),空間凸輪機(jī)構(gòu),盤形凸輪,移動(dòng)凸輪,尖頂從動(dòng)件,滾子從動(dòng)件,平底從動(dòng)件,力鎖合,形鎖合,1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類,（1）平面凸輪機(jī)構(gòu),1）盤形凸輪,2）移動(dòng)凸輪,（ 2）空間凸輪機(jī)構(gòu),2、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類,（1） 直動(dòng)尖頂從動(dòng)件,對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件,偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件,（2）直動(dòng)滾子從動(dòng)件,（3）直動(dòng)平底從動(dòng)件,根

21、據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，以上三種從動(dòng)件還可分為直動(dòng)從動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。,擺動(dòng)滾子從動(dòng)件,擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件,擺動(dòng)平底從動(dòng)件,平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件,3、按凸輪高副的鎖合方式分類,1)力鎖合,2) 形鎖合,凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：,只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。,凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,4-2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇,一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)及基本名詞術(shù)語(yǔ),凸輪基圓基、圓半徑,偏距圓、偏距,從動(dòng)件行程,從動(dòng)件推程,從動(dòng)件回程,推程運(yùn)動(dòng)角,回程運(yùn)動(dòng)角,從動(dòng)件遠(yuǎn)(近)休程,遠(yuǎn)（

22、近）休止角,從動(dòng)件位移,二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,余弦加速度（簡(jiǎn)諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律,正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律,3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律,三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇,在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值 、加速度幅值 及其影響加以分析和比較。,對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,若干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較,4-3 按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤形凸輪廓線,一、凸輪設(shè)計(jì)的基本問題,1、已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪,已知條件：,運(yùn)動(dòng)規(guī)律,幾何尺寸：基圓半徑r0，偏距圓半徑e,2、已知從動(dòng)件行程h，設(shè)計(jì)凸輪,已知條件：,選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律,幾何尺寸：基圓半徑r0，偏距圓半徑e,從動(dòng)件行程h,二、凸輪設(shè)計(jì)的步驟,1、確定基圓、偏距圓,3、設(shè)計(jì)理論廓線,2、確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,4、設(shè)計(jì)實(shí)際廓線,三、凸輪理論廓線設(shè)計(jì)的基本原理,反轉(zhuǎn)法,反轉(zhuǎn)法,四