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文档简介
机械设计基础--第二章平面机构的结构分析汇报人:AA2024-01-14目录CONTENTS机构结构分析基本概念平面机构自由度计算平面机构组成原理与结构特性平面连杆机构设计与分析凸轮机构设计与分析间歇运动机构设计与分析01CHAPTER机构结构分析基本概念机构中的运动单元体,分为固定构件和运动构件。构件运动副自由度两构件直接接触且能产生一定相对运动的连接。机构中具有独立运动的构件数目,决定了机构的运动性质。030201机构组成要素
运动副及其分类低副两构件通过面接触形成的运动副,如转动副和移动副。高副两构件通过点或线接触形成的运动副,如齿轮副和凸轮副。运动副的约束与自由度运动副对构件运动的限制称为约束,约束减少的自由度数目称为该运动副的级数。用简单的线条和符号表示机构中各构件和运动副的相对位置及相互关系的图形。机构示意图根据机构的实际尺寸和比例,选择合适的长度单位,用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。机构运动简图的绘制通过机构运动简图可以清晰地了解机构的组成、运动传递路线以及各构件之间的相对运动关系,为机构的进一步分析和设计提供依据。机构运动简图的分析机构运动简图02CHAPTER平面机构自由度计算平面机构自由度是指机构中所有活动构件相对于固定构件的独立运动参数的数目。它表示了机构运动的独立性和复杂性。自由度定义自由度的计算对于机构设计、分析和优化具有重要意义。通过自由度计算,可以了解机构的运动特性、约束条件以及是否存在冗余约束等问题,为后续的机构分析和设计提供基础。自由度意义自由度定义及意义平面机构自由度F=3n-2PL-PH计算公式其中,n为活动构件数,PL为低副数,PH为高副数。该公式基于机构运动学原理,通过计算活动构件数、低副数和高副数来求得机构的自由度。公式解释平面机构自由度计算公式计算实例:以某平面四杆机构为例,其活动构件数为3,低副数为4,高副数为0,代入公式F=3n-2PL-PH,可得F=3×3-2×4-0=1,即该机构的自由度为1。注意事项:在计算自由度时,需要注意以下几点1.正确识别活动构件和固定构件;2.正确识别低副和高副,并分别计数;3.对于复合铰链、局部自由度和虚约束等特殊情况需要特别处理;4.在计算过程中要保持单位一致,避免出现错误。计算实例与注意事项03CHAPTER平面机构组成原理与结构特性机构自由度机构具有确定运动的条件是自由度数等于原动件数,通过计算自由度可以判断机构是否具有确定的运动。机构组成原理的应用根据机构组成原理,可以分析和设计各种平面机构,如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。机构组成要素包括构件、运动副和约束等要素,构件通过运动副连接形成可动系统。平面机构组成原理根据构件的形状和运动特征,平面机构可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等多种类型。平面机构的类型不同类型的机构具有不同的运动特性和动力特性,如速度波动、加速度变化、传力性能等。机构特性分析通过对现有机构进行改进或组合,可以设计出具有新功能和特性的机构。机构创新设计结构类型与特性分析结构优化设计目标在满足功能要求的前提下,实现机构结构紧凑、重量轻、刚性好、传动效率高等目标。优化设计方法运用数学规划、有限元分析、拓扑优化等方法进行机构的结构优化设计。工程实例分析结合工程实例,介绍结构优化设计的具体应用和效果,如连杆机构的优化设计、凸轮轮廓的优化设计等。结构设计优化方法04CHAPTER平面连杆机构设计与分析由若干刚性构件通过低副(转动副或移动副)连接而成的机构,用以实现给定的运动规律和动力要求。构件间以低副连接,运动副元素为面接触,压强小、磨损轻、便于润滑,因此承载能力大、耐冲击;但运动副元素间存在间隙,导致运动精度低。连杆机构基本概念及特点连杆机构特点连杆机构定义根据构件之间的相对运动关系,可分为铰链四杆机构、单移动副机构、双移动副机构等。连杆机构类型连杆机构广泛应用于各种机械和仪器中,如内燃机、压缩机、冲床、剪床、千斤顶、机械手以及各种专用机械和仪器等。应用场景连杆机构类型与应用场景设计方法图解法、解析法和实验法。其中,图解法简单直观,但精度较低;解析法精度高,但计算复杂;实验法适用于复杂或特殊要求的机构设计。设计步骤首先根据工作要求选定机构类型,然后确定机构的运动学尺寸(如杆长、角度等),接着进行动力学计算(如求驱动力、驱动力矩等),最后进行强度、刚度和稳定性校核。连杆机构设计方法与步骤05CHAPTER凸轮机构设计与分析由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮机构定义通过凸轮的轮廓曲线变化,实现从动件的预期运动规律,具有结构紧凑、设计灵活、传动可靠等优点。凸轮机构特点根据凸轮形状可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮等;根据从动件类型可分为尖底从动件、滚子从动件和平底从动件等。凸轮机构分类凸轮机构基本概念及特点凸轮轮廓曲线设计方法及步骤设计方法:反转法、解析法和图解法等。确定从动件的运动规律;根据选定的轮廓曲线,求出凸轮的基圆半径和偏心距;设计步骤选择适当的凸轮轮廓曲线;绘制凸轮的轮廓曲线。凸轮机构受力分析与效率评估考虑凸轮与从动件之间的接触应力、摩擦力和惯性力等,进行受力分析,以确保机构的传力性能和稳定性。受力分析通过计算机构的传动效率、机械效率和动力效率等,评估机构的性能优劣。传动效率反映了机构的传动损失,机械效率反映了机构的摩擦损失,动力效率则综合反映了机构的传动和摩擦损失。效率评估06CHAPTER间歇运动机构设计与分析间歇运动机构基本概念及特点间歇运动机构定义间歇运动机构是指能够实现周期性停歇和运动的机构,广泛应用于各种机械设备中。间歇运动机构特点具有周期性停歇和运动的特点,能够实现精确的角度定位和运动控制,适用于需要周期性操作或分度运动的场合。棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮间歇运动机构常见间歇运动机构类型与工作原理01020304由棘轮和棘爪组成,通过棘爪的往复摆动实现棘轮的间歇转动。由槽轮和圆柱销组成,通过圆柱销在槽轮上的径向槽中的运动实现槽轮的间歇转动。由两个不完整的齿轮组成,通过齿轮的啮合与分离实现间歇运动。由凸轮、从动件和机架组成,通过凸轮的轮廓形状控制从动件的间歇运动。优化设计选择机构类型根据设计要求,选择合适的间歇运动机构类型,如棘轮机构、槽轮机构等。绘制机构简图根据设计参数,绘制间歇运动机构的简图,包括机构的组成、尺寸标注等。动力学分析对设计的间歇运动机构进行动力学分析,包括机构的受力分析、速度分析、加速度分析等。根据
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