机械设计基础复习资料第一天.pptx

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1、1. 平面机构的自由度平面机构的自由度2. 平面连杆机构平面连杆机构8. 轴轴 6. 联接联接 4. 齿轮机构及其传动齿轮机构及其传动5. 轮系轮系 9. 滚动轴承滚动轴承 7. 带传动带传动基本知识总结回顾基本知识总结回顾3. 凸轮机构凸轮机构0.绪论绪论机构机构用来传递运动和力、有一个构件为机架，用构件间能够相对运动用来传递运动和力、有一个构件为机架，用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统的连接方式组成的构件系统机构机构=构件构件0（机架）（机架）+构件构件1+构件构件2+机器机器执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料、信息执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料、信息机器

2、机器=机构机构+电气液压等装置电气液压等装置构件构件运动单元运动单元零件零件制造单元制造单元一一 平面机构的自由度平面机构的自由度 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 1-2 平面机构的自由度平面机构的自由度 名词术语解释名词术语解释:1.构件构件 -独立的运动单元独立的运动单元 1-1 运动副及其分类运动副及其分类零件零件 -独立的制造单元独立的制造单元2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b) 直接接触、直接接触、c) 有相对运动有相对运动定义：运动副定义：运动副-两个构件直接接触组成的仍能产生两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可三个

3、条件，缺一不可运动副元素运动副元素-直接接触的部分（点、线、面）直接接触的部分（点、线、面）例如：例如：凸轮凸轮 齿轮齿廓齿轮齿廓 活塞与缸套活塞与缸套按运动副元素分有：按运动副元素分有：高副高副-点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。运动副的分类：运动副的分类：例如：滚动副、例如：滚动副、 凸轮副、凸轮副、 齿轮副等。齿轮副等。按运动副元素分有：按运动副元素分有：高副高副-点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副-面接触，应力低面接触，应力低例如：转动副（回转副）、移动副例如：转动副（回转副）、移动副 。运动副的分类：运动副的分类：1212例如：滚动副、例如：滚动副、 凸轮副、凸轮

4、副、 齿轮副等。齿轮副等。常用运动副的符号常用运动副的符号 国标国标GB4460-84运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副左视图左视图左视图左视图平平面面高高副副2121若干若干1个或几个个或几个1个个2. 机构机构定义定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构 。机架机架-作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆如机床床身、车辆底盘、飞机机身。底盘、飞机机身

5、。机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件原（主）动件原（主）动件-按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件-其余可动构件。其余可动构件。定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的定义：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。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：机构具有确定运动的条件为：自由度原动件数自由度原动件数1-2 平面机构的自由度平面机构的自由度一、一、 平面机构自由度的计算公式平面机构自

6、由度的计算公式作平面运动的刚体在空间的位置需作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。才能唯一确定。yx(x , y)F = 3单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2结论：结论：构件自由度自由构件的自由度数构件自由度自由构件的自由度数-约束数约束数移动副移动副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3经

7、运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副相联后，构件自由度会有变化： 活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式： F=3n-(2PL +Ph )要求：要求：记住上述公式，并能熟练应用。记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 3低副数低副数PL= 4F=3n - 2PL - PH =33 - 24 =1 高副数高副数PH=0S3123推广到一般：推广到一般： 计算五杆铰链机构的自由度计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数解：活

8、动构件数n= 4低副数低副数PL=5F=3n - (2PL + PH) =34 - (25+10) =2 高副数高副数PH=012341 1计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 2低副数低副数PL=2F=3n - （2PL +PH） =32 -（22+11） =1高副数高副数PH=1123二、二、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 7低副数低副数PL=6F=3n - （2PL - PH） 高副数高副数PH=37

9、 -（26+10）=9计算结果肯定不对！为什么？计算结果肯定不对！为什么？01.复合铰链复合铰链 -两个以上的构件在同一处以转动副两个以上的构件在同一处以转动副相联。相联。计算：计算：m个构件个构件, 有有m-1转动副。转动副。两个低副两个低副上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F=3n - 2PL - PH =37 -210-0 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF圆盘锯机构圆盘锯机构计算

10、图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。左边：左边：n= 3， PL=3，F=3n - 2PL - PH =33 -23 -1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有： F=32 -22 -1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=11231232.局部自由度局部自由度计算时去掉滚子和铰链：计算时去掉滚子和铰链： F=32 -22 -1 =1定义：定义：构件局部运动所产生的自由度。构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合。出现在加装滚子的场合。滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。123123解：解：n=4，

11、 PL=6，F=3n - 2PL - PH =34 -26 =0PH=0已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 1234ABCDEF3.虚约束虚约束 -对机构的运动实际不起作用的约束。对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。 FEAB CD 故增加构件故增加构件4前前、后后E点的轨迹都是圆弧。点的轨迹都是圆弧。增加的约束不起作用，应去掉构件增加的约束不起作用，应去掉构件4。1234ABCDEF重新计算：重新计算：n=3, PL=4, PH=0F=3n - 2PL - PH =33 -24 =1特

12、别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 ABCDEF出现虚约束的场合：出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且导路平行。两构件构成多个移动副，且导路平行。 3.两构件构成多个转动副，且同

13、轴。两构件构成多个转动副，且同轴。如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。4.运动时，两构件上的运动时，两构件上的两点距离始终不变。两点距离始终不变。5.对运动不起作用的对对运动不起作用的对称部分。如称部分。如多个行星轮多个行星轮。EF6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如如等宽凸轮等宽凸轮W注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA虚约束的作用虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、

14、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的各种出现虚约束的场合都是有条件的 !设计：潘存云CDABGFoEE计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。位置位置C ，2个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 F, 连接杆连接杆D虚约束虚约束 E，去除，去除En= 7PL = 7+2=9PH =1F=3n - 2PL - PH =37 -29 -1 =2CDABGFoE计算图1所示机构的自由度，图中画有箭头的构件为原动件。如果机构中有虚约束、局部自

15、由度或复合铰链，在图中标出或用文字表述。1、自由度自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。2、运动副运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。3、运动副按接触性质分：低副和高副低副和高副。低副：两构件通过面面接触组成的运动副称为低副。转动副：组成运动副的两构件只能在平面内相对转动，这种运动副称为转动副，或称铰链。移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。高副：两构件通过点或线点或线接触组成的运动副称为高副。4、机构中构件的分类机构中构件的分类： 固定构件（机架）用来支承活动构件（运动构件）的构件

16、。 原动件（主动件）运动规律已知的活动构件。 从动件 机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。5、平面自由度计算公式 F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H6、机构具有确定运动的条件：机构自由度机构自由度F 0F 0，且，且F F等于原动件数等于原动件数7 7、自由度计算注意事项、自由度计算注意事项 复合铰链复合铰链两个以上构件同时在一处用转动副相连接。K个构件汇交而成的复合铰链具有（K-1）个转动副。 局部自由度局部自由度与输出构件运动无关的自由度。 虚约束虚约束重复而对机构不起限制作用的约束。二二 连连 杆杆2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性铰链四杆机构的基本型式和特性2-2 铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件特征：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。