第一章机构设计基础(授课).ppt
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第一章机构设计基础(授课).ppt
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Eail:
cen_,上课方式、考核方法,授课课时安排:
56课时讲课,4课时两次实验。
考核方法:
卷面考试(7080%)与平时成绩(2030%)平时成绩包括:
作业、出勤、实验。
参考资料:
机械原理孙桓主编;高等教育出版社等。
我的希望,我希望:
你能喜欢我的课;,我希望:
你能勇于回答我的问题;,我希望:
你能敢于向我提出问题;,我希望:
你能通过我的课程,培养创新精神,增强能力。
要引导思维;不要代替思维;更不要窒息思维。
老师在教学过程中,同学在学习过程中,我的希望,研究对象:
机械(mechanism)。
第一章机构设计基础,一机械的组成,机械原理:
研究机械的运动及动力特性,以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。
是机械设计理论和方法中的重要分支。
机械是机器与机构的总称。
1-1机械设计慨述,1-1机械设计慨述,一台发展完善的现代化机器可由四部分组成:
原动机、传动机构、执行机构和控制系统。
1、机器的组成(ComposingofaMachine):
轿车组成:
1-1机械设计慨述,普通车床加工机械,机器,FA-22猛禽战斗攻击机,“罗斯福”号舰母,“神舟九号”发射时的情景。
发射塔、运载火箭都是庞大的机器。
索杰纳火星车它是美国国家航空航天局于格林威治时间1997年7月4日17时07分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆,该飞船携带了索杰纳火星车,这也是一种机器。
内燃机,齿轮机构,曲柄滑块机构,凸轮机构,内燃机由:
曲柄滑块机构、,齿轮机构、,凸轮机构组成。
机器的特征:
1.它们都是由零件人为装配组合而成的实物体;,机构,机器,机械,结论:
2.各构件之间具有确定的相对运动;,3.能完成有用的机械功或转化机械能。
构件:
机器中每一个独立的运动单元体。
构件可以是单一的整体,也可是由几个零件组成的钢性结构。
构件与零件的区别,*零件,*构件,如内燃机的连杆,零件:
最小的不可分割的制造单元。
如:
轴、连杆体、连杆盖、轴瓦、螺栓、螺母等。
机构和机器的区别,机构(mechanism):
是用来传递运动和力或改变运动形式的机械装置。
机构只是一个构件系统,,机器(machine):
除构件系统外,还包含电气、液压等其它系统。
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。
动力机器,工作机器,信息机器,机器,是完成有用的机械功或者是搬运物品。
例金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、飞机、起重机输送机等。
是用来获得和变换信息。
例如,复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。
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。
例如,内燃机、涡轮机、电动机、发电机等。
根据工作类型的不同,机器分为:
机器是由机构组成的。
连杆机构,常用的机构,齿轮机构,凸轮机构,常用的机构,凸轮机构,常用的机构,常用的机构,双爪棘轮机构,槽轮机构,常用的机构,内不完全齿轮机构,内槽轮机构,球面槽轮机构,常用的机构,螺旋机构,组合机构,常用的机构,间歇运动机构,组合机构:
锥齿轮槽轮机构,组合机构:
螺旋齿轮单十字万向机构,组合机构:
自卸货车翻转机构,组合机构:
齿轮-连杆,1、机构结构分析的理论机构的组成原理、机构运动的可能性及确定性条件;机构的运动分析,即研究在给定原动件运动的条件下,机构各点的轨迹、位移、速度和加速度等运动特性;机构的力分析,即研究机构各运动副中力的计算方法、摩擦及机械效率问题。
二本课程的内容、性质和任务,内容:
2、常用机构的分析与设计问题常用机构:
齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。
本课程将讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。
3、机器动力学问题主要研究在已知力作用下机械的真实运动规律;机器运转过程中速度波动的调节问题以及机械运转过程中所产生惯性力系的平衡问题。
4、机构的选型及机械运动系统设计的基本知识。
二本课程的内容、性质和任务,二本课程的内容、性质和任务,性质:
是研究性能分析与设计的基本理论与方法的专业基础课程之一。
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。
平面机构:
机构中所有构件均在一个或相互平行的平面内运动。
1-2平面机构的组成原理及具有确定运动的条件,平面机构,空间机构,一、运动副(KineticPair),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。
一、运动副(KineticPair),定义:
机构中两构件直接接触并仍能产生某些相对运动的可动联接。
运动副元素:
两构件上能够参加接触而构成运动副的部分。
例:
轴1与轴承2的配合,运动副元素:
圆柱面、圆孔面,例:
滑块1与导轨2的接触,运动副元素:
棱柱面、棱孔面,例:
两齿轮轮齿的啮合,运动副元素:
两齿廓曲面,两个构件在平面用运动副联结前共有六个独立的相对运动。
自由度减少的数目=运动副引入的约束数,约束:
对独立运动的限制,自由度:
构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。
一、运动副(KineticPair),1.按运动副引入的约束数分:
可将运动副分为至级副。
1.按运动副引入的约束数分,I级副,II级副,球面低副(III级副),圆柱套筒副(级副),1.按运动副引入的约束数分,转动副(级副),移动副(级副),1.按运动副引入的约束数分,螺旋1,螺母2,运动副简图,非独立运动,1.按运动副引入的约束数分,2.按两构件间的接触形式分,球面高副,柱面高副,齿轮副,高副:
点、线接触的运动副,引入1个约束。
低副:
面接触的运动副,引入2个约束。
转动副,移动副,2.按两构件间的接触形式分,3.按两构件的相对运动形式分,空间运动副,球销副,螺旋副,圆柱套筒副,运动副元素间只能相互作平面平行运动,则称之为平面运动副,否则称为空间运动副。
平面运动副,移动副(slidingpair),转动副(revolutepair),3.按两构件的相对运动形式分类,运动链(KinematicalChain),运动链:
把两个以上的构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。
运动链,具有确定的相对运动,机构,桁架,运动链,相对运动不确定,无相对运动,运动链(KinematicalChain),机构,机构:
运动链中,若固定某一构件(机架),并给另一个或数个构件以确定的独立的运动(原动件),使其余构件(从动件)的运动随之确定的这种运动链(kineticchain)。
机构的形成,二平面机构运动简图,机构运动简图(KinematicalDiagrams)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。
不按比例来绘制的图形,则称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号,机架,常用机构构件、运动副代表符号,常用机构构件、运动副代表符号,转动副,常用机构构件、运动副代表符号,移动副,偏心轮,常用机构构件、运动副代表符号,常用机构构件、运动副代表符号,常用机构构件、运动副代表符号,绘制机构运动简图的步骤,2.合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置。
3.选择适当的比例尺l;l=实际长度m/图示长度mm。
5.检验。
1.分析机构运动路线,定出其原动部分、工作部分,弄清传动部分。
(即可确定构件数;运动副性质),4.定出各运动副相对位置,用规定的符号和线条绘出简图,原动件上标上箭头(指示运动方向)。
例题一:
内燃机,例题一:
内燃机,例题二:
小型压力机,分析整个机构的工作原理,例题二:
小型压力机,机构组成,动作原理和运动情况,例题二:
小型压力机,例题二:
小型压力机,例题三:
破碎机机构,额式破碎机,例题四:
油泵机构,1-3平面机构自由度的计算,一、平面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。
构件独立运动的数目称为自由度。
对构件运动的限制作用称为约束。
一、平面机构自由度的一般公式,机构的自由度=机构的独立运动数目,平面机构独立运动的数目为:
所有活动构件的自由度的和减去所有运动副引入约束数目的和。
若平面机构中有n个活动构件,各构件之间共构成了Pl个低副和Ph个高副,则它们共引入(2Pl+Ph)个约束。
则机构的自由度F为:
n活动构件数;,Pl低副;,Ph高副。
二机构具有确定运动的条件,n=2,P5=3,F=0,n=3,P5=5,F=1,n=3,P5=4,F=1,n=4,P5=5,F=2,结论:
1.机构可能运动的条件是:
即机构自由度数F大于或等于1且等于主动件数。
机构自由度数F1。
输入的独立运动数目等于机构自由度数F。
2.机构具有确定运动的条件是:
三计算机构自由度时应注意的问题,?
1.复合铰链,由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。
由m个构件在一处组成轴线重合的转动副。
实际上有(m-1)个转动副。
m构件数。
惯性筛机构,1.复合铰链,例题:
计算机构自由度,如图所示F、B、D、C处是复合铰链,2.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。
在计算机构自由度时,局部自由度应当舍弃不计。
?
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。
3.虚约束,?
虚约束平行四边形,在计算中将产生虚约束的构件和运动副去掉,然后再进行计算。
3.虚约束,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)当两构件组成多个移动副,且其导路互相平行或重合时,则只有一个移动副起约束作用,其余都是虚约束。
F=32-221=1,3.虚约束,虚约束,(3)当两构件构成多个转动副,且轴线互相重合时,则只有一个转动副起作用,其余转动副都是虚约束。
3.虚约束,(4)机构运动过程中,其中某两构件上两点之间的距离始终不变,则将两点以构件联接,将会引入一个虚约束。
带虚约束的杆机构,F=3n-2p-p=3*4-2*6=0?
F=3n-2p-p=3*3-2*4=1,3.虚约束,(5)机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入虚约束。
3.虚约束,3.虚约束,(6)如果两构件在多处接触而构成平面高副,且各接触点处的公法线彼此重合,则只能算一个平面高副,其余为虚约束。
无虚约束,有虚约束,虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束”或者是“多余的约束”。
提示:
一般情况下,虚约束往往出现在有对称、重复的结构特点处。
计算自由度应除去虚约束不计,但仍应是一个独立的机构,且一般输入、输出不能拆除。
机构中为什么要使用虚约束?
a.可以改善受力、增加刚性、使受力状态更合理;,b.使机构平衡,c.保证机构不反向,顺利通过某些特殊位置的运动等。
使用虚约束时要注意什么问题?
保证满足虚约束存在的几何条件;其相关尺寸的制造精度要求高,增大了制造成本。
例1图示牛头刨床设计方案草图。
设计思路为:
动力由曲柄1输入,通过滑块2使摆动导杆3作往复摆动,并带动滑枕4作往复移动,以达到刨削加工目的。
试问图示的构件组合是否能达到此目的?
如果不能,该如何修改?
机构自由度计算举例,机构自由度计算举例,解:
首先计算设计方案草图的自由度,即表示如果按此方案设计机构,机构是不能运动的。
必须修改,以达到设计目的。
改进措施:
1.增加一个低副和一个活动构件;,2.用一个高副代替低副。
改进方案,
(1),F=3*5-2*7=1,
(2),F=3*4-2*5-1=1,(3),(4),(5),(6),(7),F=3*5-2*7=1,F=3*5-2*7=1,F=3*5-2*7=1,F=3*5-2*7=1,F=3*5-2*7=1,例2:
判断图示运动链的运动是否确定?
若运动不确定,请修改方案使其运动确定,并画出其机构运动简图。
该运动链不能动,改进方案
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- 第一章 机构 设计 基础 授课