第一章机械设计基础

前言在知识经济时代，一个国家的创新能力，包括知识创新和科技创新能力，是决定该国在国际竞争和世界总格局中的地位的重要因素。知识创新和科技创新在促进经济发展中起着巨大作用。如：美国的微软公司近年来，平均每周增加资产4亿美元......创新是技术进步的主要途径实现技术进步的途径：技术引进和自主技术开发1、技术引进：技术引进者完成技术引进有三个重要环节：技术引进、技术积蓄和技术普及。实施很难技术转让者担心“飞去来器效应”常常转让的是即将过时的技术。2、自主技术开发：自主技术开发的关键：培养出能够不断提供创造性成果的人才群体即技术市场上的一切竞争都归结为人才竞争。高等院校、科研部门等就是培养创造性人才的摇篮。本课程的目的1、拓宽学生知识面，开阔学生技术视野2、通过本课程中大量新机构设计成果分析，帮助学生积累机械创新经验。3、通过介绍新的设计理论和设计方法，为学生创新提供技术基础。本章重点基本机构的运动形式及特点平面机构中的高副低代平面机构的组成原理及结构分析第一章机械设计基础知识

§1—1基本机构的运动形态与变换一、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构

实现这种运动形式变换的基本机构：齿轮机构、摩擦轮传动机构、瞬心线机构、连杆机构、带传动机构、链传动机构、1．齿轮传动机构

图1-2齿轮系机构

特点：定轴轮系：传动比准确，但运动形式简单；周转轮系：可实现运动的合成和分解且行星轮可输出复杂的运动

图1-3摩擦轮传动机构

2、摩擦轮传动机构

特点：可无级变速3、瞬心线机构

4、连杆机构

特点：可以实现连续的、周期性的、变速转动输出

特点：构件运动形式多样，从而可实行已知运动规律和运动轨迹，但一般只能近似实现。

5、带传动机构

图1-6带传动机构示意图6、链传动机构图1-7链传动机构示意图特点：能缓冲吸振，且起安全保护装置作用，但传动比不准确

特点：平均传动比准确，瞬时传动比不准确。8、万向联轴器7、绳索传动机构图1-8、绳索传动机构图1-9万向联轴器特点：当两轴夹角变化时仍可继续工作二、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构

1、棘轮机构2、槽轮机构3、分度凸轮机构4、不完全齿轮机构特点：棘轮机构：有嘈声和冲击槽轮机构：转角大小不能调，有冲击凸轮：传动平稳，动力特性好能准确实现给定的运动规律不完全齿轮机构：转动角度范围设计灵活，从动轮运动开始和终止时冲击大三、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构1、曲柄摇杆机构2、曲柄摇块机构3、摆动导杆机构4、摆动从动件凸轮机构四、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构

曲柄滑块机构、正弦机构、直动从动件凸轮机构、带或链传动机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构、摩擦轮机构五、直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构

液压油缸或气缸、双滑块机构、斜面机构，移动凸轮机构等

六、直线移动转换为定轴转动或住复摆动的运动变换与实现机构

摆臂移动凸轮机构、直动螺旋到摆动的转换机构

应用实例：行走机构应用实例：机器人手臂摆动示意图应用实例：§1—2机构的组成原理和机构分析

1、杆组任何机构都包含机架、原动件和从动件系统三部分。从动系统还可分解为若干不可再分的自由度为零的运动链杆组组成平面机构的基本杆组应符合条件：如果运动副全部为低副，则上式变为：或最简单杆组为n=2、=3Ⅱ级杆组Ⅱ级杆组满足式(1．3)且n=4、=6的杆组称为Ⅲ级杆组I级机构：只由机架和原动件构成的机构(如杠杆机构、斜面机构等)Ⅱ级机构：由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的机构同一机构中可以包含不同级别的基本杆组Ⅲ级机构：最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的机构2．机构的组成原理若干个自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上，就可组成一个新的机构注意，在杆组并接时，不能将同一杆组的各个外接运动副接于同一构件上（如图杆组4、5中的转动副B、F），否则将起不到增加杆组的作用。3、平面机构的高副低代高副低代的条件是：（1）代替前后机构的自由度完全相同；（2）代替前后机构的运动状况(位移、速度、加速度)相同。两曲面接触的高副低代曲线与直线接触的高副低代曲线与点接触的高副低代4、机构的结构分析将已知机构分解为原动件、机架和若干个基本杆组，确定机构的级别，进而了解现有机构的组成，为设计新机构提供思路和依据。步骤：(1)除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度并确定原动件。(2)拆杆组。从远离原动件的构件开始拆分，按基本杆组的特征，首先试拆Ⅱ级组，若不可能时再试拆Ⅲ级组。必须注意，每拆出一个杆组后，剩下部分仍组成机构，且自由度数与原机构相同，直至全部拆分成杆组最后只剩下原动件。(3)确定机构的级别。例：计算图所示机构的自由度，并确定机构的级别F=3n一2PL—PH=3×5—2×7=1Ⅱ级机构若该机构的原动件是2，则只能拆下一个Ⅲ级组：5-4-3-6，所以是Ⅲ级机构例：计算图所示机构的自由度，并确定机构的级别F=3n一2PL—PH=3×7—2×9-1=2高副低代后：：3牛头刨床：高副低代后：：拆杆组：884Ⅱ级组：5-8Ⅲ级机构Ⅲ级组：3-7-2-6Ⅱ级组1-23-45-7Ⅱ级机构213456712345