绪论及机构组成原理及可动性分析

绪论及机构组成一、机械原理课程的研究对象指执行机械运动的装置，它用来变换和传递能量、物料与信息。绪论1、对象：2、机器：而机械是机器与机构的总称。是机械。内燃机插齿机构动力机器工作机器信息机器机器是能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。是完成有用的机械功或者是搬运物品。是用来获得和变换信息。机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换。机器与其它装置的主要区别是：机器是由机构组成的。平底凸轮机构内燃机连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构带传动和链传动机构螺旋机构组合机构常用的机构连杆机构凸轮机构曲柄摇杆机构滚轮凸轮机构齿轮机构间歇运动机构螺旋机构直齿轮的啮合电影机构螺旋机构凸轮组合机构组合机构一.机械原理课程的性质:

它的任务是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，初步具有拟定机械传动方案、分析和设计机构的能力。§0-2机械原理课程的内容

是研究机械性能分析与设计的基本理论与方法的专业基础课程之一。机构分析：根据给定的机构运动简图来研究机构的运动特性和传力特性。机构综合：根据给定的机构运动特性和传力特性来设计机构运动简图。二.机械原理研究的基本问题：机械原理研究的基本问题：机构分析机构综合3、机构系统运动方案设计。三.机械原理的教学内容1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。2、研究四种基本机构的特性和设计方法：连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇运动机构.4、机构及其系统动力学设计。结束机构组成原理§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成组成要素构件运动副构件是由一个或若干个零件组成。

（一）构件零件——制造的单元体。齿轮轴键构件分成机架（或固定构件）活动构件主动件从动件运动规律已知的活动构件称为原动件。作用有驱动力或驱动力矩的活动构件称为主动件。输出运动或动力的从动件称为输出件。机构中的运动单元体。内燃机用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束.两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。构件2xzy构件1O机构中两构件直接接触的可动联接。§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成（一）构件（二）运动副转动副21

（1）

根据运动副对被联结的两个构件相对运动约束数的不同，可将运动副分为至级副§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成（一）构件（二）运动副球面副（级副）球销副（）转动副（）

球销副转动副（2）

根据运动副中构件间的接触形式分：移动副转动副

常用的运动副齿轮副凸轮副低副：面接触的运动副高副：点、线接触的运动副。（3）根据构件间的相对运动分：平面运动副空间运动副转动副移动副齿轮副球顶凸轮副§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成（一）构件（二）运动副（三）运动链用运动副联结而成的相对可动的构件系统称为运动链1234ABC1234ABCD123456ABCDEFG开式运动链闭式运动链单闭环运动链多闭环运动链机械手运动链§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成（一）构件（二）运动副（三）运动链（四）机构1234ABCD机构是用来传递运动和力且有一个构件为机架的用运动副联结而成的构件系统。机构的形成§1-1机构的组成及运动简图一.机构的组成（一）构件（二）运动副（三）运动链（四）机构二.机构运动简图用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副，按比例作出的图形。121212212121转动副移动副直齿轮的啮合球顶凸轮副CAB12344'D55'6内燃机ECAB1DFG2345678HI插齿机§1-2机构可动的运动学条件机构可动的条件可动的运动学条件可动的力学条件能动吗？一.机构自由度的一般公式机构自由度——机构中各活动构件相对于机架的可能独立运动的数目。含有运动副个数为：运动副级别运动副个数p1p2p3p4p5则或213ACB4D若机构中有n个活动构件，§1-2机构可动的运动学条件一.机构自由度的一般公式二.公共约束与平面机构自由度1.公共约束——在有些机构中，由于运动副的特殊配置而使机构中的所有活动构件共同失去了某些自由度，即给机构中的所有构件施加了某些公共的约束。1234ABCDOxzY12作平面运动的自由构件有3个独立运动。2.平面机构自由度计算式（有3个公共约束）3.具有m个公共约束的机构，其自由度计算式：123ACB[例]m=4所以平面构件三自由度三.机构可动的运动学条件§1-2机构可动的运动学条件一.机构自由度的一般公式二.公共约束与平面机构自由度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'结论：1.机构可能运动的条件是：2.机构具有确定运动的条件是：

即主动件数等于机构自由度数F。输入的独立运动数目等于机构自由度数F。机构自由度数F1。§1-2机构可动的运动学条件四.计算机构自由度时应注意的问题（一）虚约束虚约束——机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制作用的重复约束。或称消极约束。4F5ABCDEF123ADBCE？123ADBCE机构的虚约束机构的虚约束2常见的虚约束：1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合？2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副2CAB1343CAD=SD=DC2AB14D二维移动副虚约束常见的虚约束：4.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。5.机构中自由度F=–1的对称部分。ACBD1232'4CAB1325DEFBC=EF，AB=CD，BE=CF，AE=DF。2132'2"O3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。二维2Kh行星轮系四.计算机构自由度时应注意的问题（一）虚约束（二）局部自由度局部自由度——机构中个别构件所具有的不影响其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。21ACB43?21ACB3四.计算机构自由度时应注意的问题（一）虚约束（二）局部自由度（三）正确确定运动副的数目？A2CB134DE56324复合铰链——由个m构件在一处组成轴线重合的转动副。实际有(m-1)个转动副。[例]如图所示F、B、D、C处是复合铰链二维直线运动机构A[例]2CB13DE5647局部自由度虚约束机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。EABCDOFGH§1-3机构可动的力学条件机构可动的力学条件不考虑摩擦时机构可动的力学条件考虑摩擦时机构可动的力学条件一.平面机构的压力角和传动角（一）压力角与传动角在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角。vcFF1F21ABCD234压力角：传动角：压力角的余角。越小，受力越好。越大，受力越好。许用传动角FvcABC12FvB3??2aAB134Cbvc画出压力角B123ACvFB132C（二）机构最小传动角位置的确定1.铰链四杆机构中，原动件为AB为曲柄。4vcABCDF123fB2C2B1C1一.平面机构的压力角和传动角（一）压力角与传动角当为锐角时，传动角当为钝角时，传动角以AB为原动件的曲柄摇杆机构，当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（）。vcFC4DAB123abcd2.AB为主动的曲柄滑块机构FvcB1C1

只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向正确匹配，方能保证最小传动角的瞬时位置，刚好处于工作较小的空回行程中。34AaB1Cb2e1当=90º时，可得min为§1-3机构可动的力学条件一.平面机构的压力角和传动角二.不考虑摩擦时机构可动的力学条件（一）机构的死点位置画出压力角1C234ABDabcd死点位置——在不计构件重力、惯性力和运动副中摩擦力的条件下，当机构处于传动角=0º（或压力角=90º）的机构位置。在此位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动。vB1FB1缝纫机主运动机构踏板D脚AB1C1vBFBB2C22aAB134CbvcvBFB请思考：下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。B123AC死点的利用：AB1C1DB2C2地面飞机起落架机构（二）不考虑摩擦时机构可动的力学条件其条件是：该机构不处于死点位置。三.考虑摩擦时机构可动的力学条件§1-3机构可动的力学条件一.平面机构的压力角和传动角二.不考虑摩擦时机构可动的力学条件

机构中的运动副是可动联结，但若其中有一个运动副在外力及摩擦力的作用下变成不可动联结，则机构显然不可动。（一）运动副中的摩擦和自锁BANBAFBARBAP当

时，若滑块A原来静止，则无论外力P增止多大，均不能使滑块A运动，即称之谓移动副的自锁。1.移动副vAB注意：总反力RBA的方向总是逆着相对运动vAB而与相对运动方向成（90º+）。三.考虑摩擦时机构可动的力学条件（一）运动副中的摩擦和自锁1.移动副2.转动副MdPRBAFBANBA总反力RBA径向力P和径向力矩Md合成为一驱动力P'P'摩擦圆BAr轴颈O摩擦圆的半径：f0—_当量摩擦系数结论：（1）总反力总是切于摩擦圆，产生的摩擦力矩逆着相对转动方向;（2）当h时，即与摩擦圆相割或相切，产生自锁。P'h三.考虑摩擦时机构可动的力学条件（一）运动副中的摩擦和自锁（二）机构的自锁区32AB14CF（驱动力）M1阻力矩2123R12R32

F43R32R21R41h'由驱动力F通过运动副传给构件1的力矩32A14F（驱动力）C1R21R23R'21R'23B1232AB214R'21R21R23R'2322C2自锁区——两临界自锁位置所包含的区间。21R12ObLnn=90ºxy对于传动角始终为90°的机构，其传力性能最佳且无死点。但是，即使只移动副的摩擦，在一定条件下也会自锁。故当此机构的自锁条件为：结论：机构在某一位置可动的力学条件是，机构中的所有运动副在外力及摩擦力的作用下均不发生自锁。§1-4平面机构的组成原理及结构分析一.平面机构的组成原理平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F5杆组定义：不可再分解的自由度为零的运动链被称为基本杆组，简称杆组。组成平面机构杆组的条件：平面机构杆组的类型含有高副的杆组低副杆组(p4=0)np5p4111230341460单构件高副组三构件高副组级组级组级组单构件高副组213ABCD三构件高副组2DC1BDC21DCBDCB级组21BCD内副——联结杆组中构件的运动副。341224

级组——包含有三个内副元素的刚性构件的杆组。132134

级组——包含四个构件组成封闭四