机械工程导论第三讲

1、三、机械设计及理论(lln)共三十四页机器是执行机械运动的装置，用来转换或传递能量(nngling)、物料或信息。 机构是实现运动的传递与转换的系统。 一台机器可能是由一种机构组成，也可能是由若干种机构组成，它们按一定的规律相互协调配合，通过有序的运动和动力的传递与转换来完成预期的功能。 机构是由单一或多个零件组成。 机械设计是机械产品的总体方案设计（重点机构设计）和零件设计的总和，分别在主干课“机械原理”和“机械设计”中学习。 共三十四页方案设计主要包括三方面内容(nirng)： 机械系统功能原理方案设计 机械系统运动方案设计 方案的评价与优选3.1 机械(jxi)产品的总体方案设计共三十四

2、页 机械系统运动方案设计即机械系统运动简图设计，内容(nirng)为： 机构及机械系统的选型与综合动作(dngzu)要求输出运动形式数量运动传递转换类型数量输入运动形式数量选择创新满足要求的机构类型和结构型式机械系统机构协调配合3.2 机械系统运动方案设计的主要内容共三十四页 机械系统运动学及动力学综合(zngh)及分析机械系统运动方案设计是进行(jnxng)创造性构思和创新设计的重要过程。运动传递转换的具体参数及规律运动学尺度设计运动及动力性能分析动力学初步设计若干设计方案最佳设计方案方案评价优选共三十四页 机构的概念及功能 机构:两个以上的构件通过可动联接形成的构件系统，各构件之间具有确定

3、的相对运动。 可按预期的规律(gul)实现运动和力的传递与转换。 能将一个或几个构件的给定运动，转变成其他构件所需的确定运动。 机构的特征 人为的实物(shw)组合体。 各实体之间具有确定的相对运动。3.3 机构的基本概念共三十四页 一个构件也可以由几个零件刚性(n xn)联接组成。实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺母、连杆衬套等相互刚性联接组成。连杆体连杆盖螺栓垫圈螺母连杆衬套轴瓦内燃机连杆3.3 机构(jgu)的基本概念共三十四页运动副 两个构件以一定(ydng)几何形状和尺寸的表面相互接触所形成的可动联接。运动副元素 两个构件上相互接触的表面。约束 运动副对构件间的相对运动

4、自由度所施加的限制。 3.3 机构(jgu)的基本概念共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念运动(yndng)副的分类空间运动副空间运动按相对运动范围分：平面运动副平面运动空间运动副球面副螺旋副共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念 平面运动(yndng)副类型 转动副（回转副、铰链） 移动副面接触 ，平面低副应力低产生约束数：2自由度：1共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念 滚滑副点、线接触(jich)，应力高平面高副ttnnnntt产生约束数：1自由度：211 运动副及其分类共三十四页运动(yndng)副名称运动(yndng)副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副12121

5、212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副3.3 机构的基本概念共三十四页平面(pngmin)高副螺旋(luxun)副2112121212球面副球销副121212空间运动副12121221nntt21nntt共三十四页一般(ybn)构件的表示方法杆、轴构件(gujin)固定构件同一构件3.3 机构的基本概念共三十四页三副(snf)构件 两副构件(gujin) 一般构件的表示方法 四副构件 3.3 机构的基本概念共三十四页 运动链:两个以上构件用运动副联接的构件系统(xtng),分为闭环运动链和开环运动链。平面闭式运动链单封闭回路闭链 p N （p

6、为运动副数，N为构件数）3.3 机构(jgu)的基本概念共三十四页开式运动(yndng)链(Open kinematic chain) 开式运动(yndng)链广泛应用于机械手和机器人中。N p 13.3 机构的基本概念共三十四页 运动链的自由度：确定运动链中各构件(gujin)相对于其中某一构件(gujin)的位置所需的独立参变量的数目。 3.3 机构(jgu)的基本概念oxy约束对独立运动所加的限制。A 一个作平面运动的构件有三个自由度BA(xA,yA)oxy共三十四页活动(hu dng)构件数：通过运动副联接后，低副产生(chnshng)的约束数 ： 高副产生的约束数： 设一平面机构有K

7、个构件，通过Pl个低副，Ph个高副联接，则：运动副联接前自由度： 自由度的计算3.3 机构的基本概念共三十四页例1、计算曲柄(qbng)滑块机构的自由度。解：活动(hu dng)构件数n=3低副数Pl =3高副数Ph =012343.3 机构的基本概念共三十四页例2、计算(j sun)铰链五杆机构的自由度 活动(hu dng)构件数n=4低副数Pl =4高副数Ph =0123453.3 机构的基本概念共三十四页 运动链为一刚性桁架，不能成为(chngwi)机构。 AB12C3平面三构件运动链3.3 机构(jgu)的基本概念 活动构件数n=2低副数Pl =3高副数Ph =0例3、计算三角架的自由

8、度共三十四页12345678ABCDEF解：活动(hu dng)构件数n=7低副数 Pl =10高副数 Ph =0B、C、D、E四处各含有(hn yu)两个转动副例4：计算图示圆盘锯机构的自由度。3.3 机构的基本概念共三十四页内燃机的运动(yndng)简图215691078343.3 机构(jgu)的基本概念自由度计算习题共三十四页 活动(hu dng)构件数n=5低副数Pl =6高副数Ph =2习题(xt)解共三十四页若干个1个1个或几个(j ) 在运动链中，固定(gdng)某一构件为机架，并给定一个或数个构件的运动，使其余构件的运动随之确定，运动链机架：相对固定不动的构件，如机床床身、车

9、辆底盘。原动件（主动件）：运动已知的构件，运动输入的构件。原动件从动件：其余活动构件。从动件机构的组成：机构构件+运动副机架 原动件 从动件机架机构3.3 机构的基本概念共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念运动(yndng)链成为机构的首要条件：运动(yndng)链自由度必须大于零。在F 0的条件下，进一步判断运动链是否具有确定的运动。 共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念F3n2pLpH 3425 2 原动件数F,运动链内部的运动关系(gun x)不确定。运动链不能成为机构。原动件数F,运动链内部各构件运动关系确定。运动链成为机构。共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念F3n

10、2pLpH3324 1原动件数(jin sh)F，运动链内部的运动关系将发生矛盾，其中最薄弱的构件将会损坏。运动链不能成为机构。原动件数F，运动链内部各构件运动关系确定。运动链成为机构。共三十四页曲柄(qbng)滑块机构滑块(连架杆)固定(gdng)导杆(导轨)摆动导杆机构滑块(连杆)摆动导杆(连架杆)3.3 机构的基本概念平面四杆机构：能实现各种运动形式转换的最简单的连杆机构。共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念曲柄(qbng)摇杆机构双摇杆机构机架曲柄机架摇杆摇杆摇杆共三十四页3.3 机构(jgu)的基本概念曲柄(qbng)摆动导杆机构双滑块机构曲柄摆动导杆滑块滑块共三十四页双曲柄(qbng)机构曲柄(qbng)曲柄3.3 机构的基本概念共三十四页内容摘要三、机械设计及理论。机器是执行机械运动的装置，用来转换或传递能量、物料或信息。机构是实现运动的传递与转换的系统。机械设计是机械产品的总体方案设计（重点机构设计）和零件设计的总和，分别在主干课“机械原理”和“机械设计”中学习。机械系统运动方案设计即机械系统运动简图设计，内容为：。 机械系统运动学及动力学综合