专升本机械设计基础第2章平面机构

专升本机械设计基础第2章平面机构汇报人：AA2024-01-14CATALOGUE目录平面机构概述平面机构组成及分类平面连杆机构设计原理与方法凸轮机构设计原理与方法间歇运动机构设计原理与方法平面机构运动分析与综合01平面机构概述平面机构特点运动副元素在同一平面内或相互平行的平面内；机构的运动发生在某一确定的平面内。运动副的约束反力作用线与该平面垂直；平面机构定义：平面机构是指所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。平面机构定义与特点自动化生产线在自动化生产线中，平面机构被大量应用于传送带、机械手、分拣装置等设备中，实现生产过程的自动化和高效化。机械工程平面机构在机械工程中应用广泛，如机床、汽车、航空航天器等机械设备中，都有平面机构的身影。机器人技术平面机构也是机器人技术中的重要组成部分，如机器人的关节、手臂、手指等部件，都需要采用平面机构来实现灵活的运动和精确的定位。平面机构应用领域学习目标与要求掌握平面机构的基本概念和特点；掌握平面机构的结构分析和设计方法；了解平面机构的应用领域和发展趋势；具备分析和解决平面机构问题的能力。02平面机构组成及分类固定不动的构件，起到支撑和连接其他活动构件的作用。机架原动件从动件机构中主动独立运动的构件，通常为动力源所在部分。随原动件的运动而运动的构件，实现机构预期的输出运动。030201组成要素及功能平面连杆机构01由若干刚性构件用低副（转动副或移动副）连接而成的平面机构，具有结构简单、制造方便、工作可靠、能承受较大载荷和较高速运动等优点。凸轮机构02由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，通过凸轮的轮廓形状与从动件之间的相互作用力传递运动和动力。具有结构紧凑、设计灵活、易于实现复杂运动规律等优点。齿轮机构03由两个或多个齿轮组成的高副机构，通过齿轮齿廓间的啮合传递运动和动力。具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。常见类型及其特点03汽车变速箱中的齿轮传动机构通过不同齿轮的组合和啮合实现汽车不同档位的变速和变矩功能。01内燃机中的曲柄连杆机构将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，实现内燃机的工作循环。02缝纫机中的凸轮挑线机构通过凸轮的旋转运动驱动挑线杆上下运动，实现缝纫机缝纫过程中的挑线动作。案例分析：典型平面机构应用03平面连杆机构设计原理与方法由若干刚性构件通过低副（转动副、移动副）连接而成的机构，用以实现预期的平面运动。连杆机构定义具有确定的相对运动，且构件间作用力为内力，不改变机构的运动特性。连杆机构性质根据构件形状和运动特性可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等。连杆机构分类连杆机构基本概念和性质

设计原则与方法论述设计原则满足预期运动要求，实现预定功能；保证机构的运动学和动力学性能；结构简单、紧凑、重量轻、制造方便。设计方法图解法、解析法和实验法。其中图解法包括几何作图法、复数矢量法和瞬心法；解析法包括位移矩阵法、速度瞬心法和加速度瞬心法。设计步骤明确设计任务和要求；选择机构类型；确定机构尺寸；进行运动学和动力学分析；校核机构性能；绘制机构简图和装配图。曲柄摇杆机构优化设计。通过改变曲柄长度、连杆长度和摇杆长度等参数，实现预期的运动轨迹和速度要求。案例一双曲柄机构优化设计。通过调整两个曲柄的长度和相对位置，实现特定的运动规律和动力学性能要求。案例二双摇杆机构优化设计。通过改变两个摇杆的长度和相对位置，以及连杆的长度和形状，实现特定的运动轨迹和力传递要求。案例三案例分析：连杆机构优化设计实践04凸轮机构设计原理与方法凸轮机构特点凸轮机构具有结构紧凑、设计灵活、适应性强等优点，广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置中。凸轮机构分类根据凸轮形状和运动形式的不同，凸轮机构可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构和圆柱凸轮机构等。凸轮机构定义凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮机构基本概念和性质设计原则在凸轮机构设计中，应遵循结构简单、紧凑、传动平稳、准确实现预期运动规律等原则。设计方法凸轮机构的设计方法主要包括图解法和解析法。图解法适用于简单凸轮机构的设计，而解析法适用于复杂凸轮机构的设计。设计步骤设计凸轮机构时，首先应根据工作要求选定适当的凸轮机构类型，然后确定从动件的运动规律，再选择适当的凸轮轮廓曲线，最后进行凸轮的尺寸设计和强度校核。设计原则与方法论述某自动生产线上的送料机构设计。采用盘形凸轮机构实现送料机构的间歇运动，通过优化凸轮轮廓曲线，提高了送料精度和效率。案例一某汽车发动机配气系统设计。采用圆柱凸轮机构实现发动机的配气过程，通过改进凸轮的制造工艺和材料，提高了配气系统的可靠性和耐久性。案例二某机器人关节驱动装置设计。采用移动凸轮机构实现机器人关节的旋转运动，通过引入先进的控制算法，实现了关节驱动装置的高精度和快速响应。案例三案例分析：凸轮机构创新设计实践05间歇运动机构设计原理与方法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。间歇运动机构定义具有周期性、停歇和运动时间可调、运动规律多样等特点。间歇运动机构特点根据实现原理和结构形式的不同，可分为棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等。间歇运动机构分类间歇运动机构基本概念和性质设计原则与方法论述满足使用要求、保证可靠性、提高传动效率、降低成本等。设计方法根据使用要求和条件，选择合适的间歇运动机构类型；确定机构的基本参数和尺寸；进行运动学和动力学分析；优化设计方案并进行实验验证。注意事项避免过载和冲击；保证润滑和散热；考虑加工和装配工艺性等。设计原则案例一某生产线上的间歇送料机构改进设计。通过优化凸轮轮廓曲线，提高送料精度和稳定性，减少振动和噪音。案例二某包装机械中的间歇转位机构改进设计。采用新型不完全齿轮机构，实现高精度、高速度的间歇转位，提高生产效率和质量。案例三某自动化生产线上的间歇输送机构改进设计。通过改进链轮结构和传动方式，降低能耗和维护成本，提高输送效率和可靠性。案例分析：间歇运动机构改进设计实践06平面机构运动分析与综合运动分析方法论述通过搭建实验装置，测量机构运动过程中的实际数据，进而分析机构运动特性。实验法真实可靠，但受实验条件和成本的限制。实验法通过建立平面机构的数学模型，运用数学方法求解机构运动参数，如位移、速度和加速度等。这种方法精度高，但计算过程复杂。解析法利用机构运动简图和几何关系，通过作图的方式求解机构运动参数。图解法直观易懂，但精度相对较低。图解法基于运动学的综合方法根据机构运动学原理，通过设定机构的运动参数（如位移、速度和加速度等）来实现预期的运动轨迹或运动规律。这种方法适用于简单平面机构的综合。基于动力学的综合方法在考虑机构受力和动力特性的基础上，通过优化机构的结构参数和驱动方式来实现预期的运动性能。这种方法适用于复杂平面机构的综合。基于智能算法的综合方法利用遗传算法、神经网络等智能算法对机构进行综合设计。这种方法能够处理复杂的约束条件和优化目标，但需要大量的计算资源和时间。运动综合方法论述要点三案例背景某复杂平面机构用于实现特定的工艺动作，要求对其进行运动分析和综合以验证设计合理性并优化性能。要点一要点二运动分析过程首先建立机构的数学模型，运用解析法求解机构在各关键位置的运动参数；然后通过图解法