机械设计基础第一章

机械设计基础第一章第一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日2.运动副a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动运动副元素－直接接触的部分（点、线、面）例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可第二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日运动副的分类：1)按引入的约束数分有：

I级副II级副III级副I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。第三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日2)按相对运动范围分有：平面运动副－平面运动平面机构－全部由平面运动副组成的机构。IV级副例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副－空间运动V级副1V级副2V级副3两者关联空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。第四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日3)按运动副元素分有：①高副－点、线接触，应力高。②低副－面接触，应力低例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。例如：转动副（回转副）、移动副。第五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日运动副类型小结平面低副:转动副、移动副（面接触）平面高副:齿轮副、凸轮副（点、线接触）空间低副:螺旋副、球面副、圆柱副（面接触）空间高副:球和圆柱与平面、球与圆柱副(点、线接触)运动副特性:运动副一经形成,组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动,只与运动副类型有关,而与运动副的具体结构无关。第六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日§1－2平面机构的运动简图机构运动简图:（表示机构运动特征的一种工程用图）用简单线条表示构件规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性1.工程上常用一些规定的符号代表运动副第七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日平面副低副：转动副、移动副(面接触)高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触)xyoxyottnnnt机械设计基础——平面连杆机构第八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日空间副高副：点、线接触球面副螺旋副了解机械设计基础——平面连杆机构第九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日2构件的表示方法杆、轴类构件机架同一构件两副构件三副构件机械设计基础——平面连杆机构第十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日若干1个或几个1个机构中构件的分类机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。从动件－其余可动构件。第十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日绘制机构运动简图步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。简图比例尺：μl=实际尺寸m/图上长度mm思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。第十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日举例简易冲床偏心泵引线机构第十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日第十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日(1)平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动)(2)平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制)xyＯ21与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后,运动副引入约束,原自由度减少xyoxyottnnR=2R=2R=1结论：平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束一、平面机构自由度的计算公式§1－3平面机构的自由度第十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日如果：活动构件数：n低副数：pl高副数：phxyＯ21未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n-(2pl+ph)机构自由度F：F=3n-2pl-ph第十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日机构自由度举例1：1234F=3n－2pl－ph

=3－2－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3－2－450=

2F=3n－2pl－ph

=3－2－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3－2－340=

1F=3n－2pl－ph

=3－2－451=

1第十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日给定S3＝S3(t)，一个独立参数θ1＝θ1（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2θ3θ4均不能唯一确定。若同时给定θ1和θ4，则θ3θ2能唯一确定，该机构需要两个独立参数。θ4S3123S’3θ11234θ1机构自由度举例2：计算下列两种机构的自由度第十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。原动件－能独立运动的构件。∵一个原动件只能提供一个独立参数∴机构具有确定运动的条件为：机构自由度＝原动件数第十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二、计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF例计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！第二十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日m个构件(m>2)在同一处构成转动副m-1个低副(1)复合铰链412356F＝3n－2pl－ph

＝3－2－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3－2－570＝

1412356②错对5232351m个构件,m-1个铰链第二十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日F＝3n－2pl－ph

＝3－2－331＝

2F＝3n－2pl－ph＝3－2－221＝

1错对(2)局部自由度定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机构输出运动的自由度局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件动画动画第二十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日不影响机构运动传递的重复约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束虚约束经常发生的场合处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉结论F＝3n－2PL－PH

＝3－2－123F＝3n－2PL－PH

＝3－2－231＝-1错221＝1对—排除之一为虚约束(3)虚约束第二十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日虚约束经常发生的场合A两构件之间构成多个运动副时B两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时C联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D机构中对运动不起作用的对称部分E两构件构成高副，两处接触，且法线重合第二十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日A两构件之间构成多个运动副时两构件组合成多个转动副，且其轴线重合两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数123123目的：为了改善构件的受力情况F＝3n－2PL－PH

＝3－2－221＝1动画第二十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日B两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3－2－340F＝3n－2PL－PH

＝3－2－460＝

0BA错对＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3－2－340＝1第二十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日C两构件上联接点的轨迹重合在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3－2－340＝1动画第二十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日D机构中对运动不起作用的对称部分在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样目的：为了改善构件的受力情况F＝3n－2PL－PH

＝3－2－332＝112345第二十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日E两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第二十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日虚约束——结论机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件123第三十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日自由度计算小结自由度计算公式:F＝3n－2pl－ph机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)计算步骤:确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度几种特殊结构的处理:1、复合铰链—计算在内2、局部自由度—排除3、虚约束--重复约束—排除第三十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日F=3n-2PL-Ph=37-29-1=2例：第三十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日速度瞬心就是作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零的点或绝对速度相等的点(等速重合点)1.什么是速度瞬心？

两刚体作平面相对运动，在任一瞬时，其相对运动可看作是绕某一重合点的转动。该重合点称为速度瞬心或瞬时回转中心，简称瞬心。

§1-4速度瞬心及其应用若两刚体都是运动的，其瞬心称为相对速度瞬心（绝对速度相同，相对速度为零）；若两个刚体中有一个是静止不动的（机架）则其瞬心称为绝对速度瞬心（此点的绝对速度为零，相对速度为零）。第三十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日速度瞬心的个数：2.机构瞬心数的确定设有k个构件1，2，3，4，．．．，k第三十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日3.瞬心位置的确定

(1)通过运动副直接连接的两个构件12P1221P12∞转动副连接的两个构件12MP12高副连接的两个构件（纯滚动）移动副连接的两个构件nnt12M高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）第三十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日(2)不直接连接的两个构件三心定理：三个作平面平行运动的构件的三个瞬心必在同一条直线上。第三十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日两刚体作平面相对运动，在任一瞬时，其相对运动可看作是绕某一重合点的转动。该重合点称为速度瞬心或瞬时回转中心，简称瞬心。§1-4速度瞬心及其应用第三十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日

瞬心是两刚体上瞬时相对速度为零的重合点，是瞬时绝对速度相同的重合点（简称同速点）。是两刚体上的特殊重合点。若两刚体都是运动的，其瞬心称为相对速度瞬心（绝对速度相同，相对速度为零）；若两个刚体中有一个是静止不动的（机架）则其瞬心称为绝对速度瞬心（此点的绝对速度为零，相对速度为零）。第三十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日两构件瞬心位置的确定：1、当两刚体的相对运动已知时，它们的瞬心位置可根据瞬心的定义求出。设已知