【正文】 1. 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與運(yùn)動分析； 2. 常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法； 3. 機(jī)械動力學(xué)分析； 零件 (Part) ： 零件是制造加工的單元，任何機(jī)器都是有許多零件配合組合而成。有時一個零件就是一個構(gòu)件，作為獨(dú)立的 運(yùn)動單元體參與運(yùn)動。如 內(nèi)燃機(jī) 中，曲柄既是一 個零件，同時也是一個構(gòu)件。 ２ 學(xué)習(xí)本課程的目的 ? 課程地位：機(jī)械類專業(yè)必修的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。創(chuàng)造新 的機(jī)械，挖潛現(xiàn)有設(shè)備的潛力，了解機(jī)械設(shè)備的性能。 一、注意課程性質(zhì)和地位 13 167。 ? 較數(shù)學(xué)．物理．力學(xué)等先修課程更加結(jié)合工程實(shí)際； ? 只研究各種機(jī)械共性的基本理論問題。 三、注意培養(yǎng)自己運(yùn)用所學(xué)理論和方法解決工程實(shí)際問題的能力。 一、機(jī)械工業(yè)發(fā)展趨勢 14 167。 ? 重載； ? 高精度． 高效率． 低噪音； ? 體積范圍大，大者龐然大物，小者用納米技術(shù)加工； 二、機(jī)械原理學(xué)科研究方向 三、研究內(nèi)容 ? 自控機(jī)構(gòu)； ? 機(jī)器人機(jī)構(gòu)； ? 仿生機(jī)構(gòu)； ? 柔性機(jī)構(gòu)； ? 機(jī)電氣液綜合機(jī)構(gòu)。 15 四、研究方法 ? 圖解到解析。 ? 最基本原理和方法； 學(xué)習(xí)要求 ? 聽課。 16 本 章 習(xí) 題 Structural Analysis of Planar Mechanisms 第二章 ? 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 ? 機(jī)構(gòu)的組成 ? 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 ? 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 ? 平面機(jī)構(gòu)的自由度 ? 平面機(jī)構(gòu)的組成原理．結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析 一．主要內(nèi)容 ? 機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動的條件 ? 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類 機(jī)械原理的基本任務(wù)之一是對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動及動力分析。 ? 機(jī)構(gòu)組成原理 研究構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)時的規(guī)律； 按組成原理對機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類。 ? 轉(zhuǎn)動副／回轉(zhuǎn)副 Revolute(turning) pairs／鉸鏈 Pivots, Pin joints ? 移動副 Prismatic pair /Sliding pair ? 螺旋副 Helical pairs ? 球面副 Spheric pairs ? 高副 Higher Pairs：點(diǎn)線接觸的運(yùn)動副。 閉式運(yùn)動鏈 Closed chain 開式運(yùn)動鏈 Open chain 四．機(jī)構(gòu) Mechanisms 原動件 機(jī)架 從動件 機(jī) 架 Frame / Fixed link： 相對靜止的構(gòu)件。 從動件 Followers / driven link：運(yùn)動取決于原動件和其余活動構(gòu)件。 ? 空間機(jī)構(gòu) Spatial mechanism ? 構(gòu)件的組合； ? 構(gòu)件間用運(yùn)動副相連； ? 各構(gòu)件間具有確定的相對運(yùn)動； ? 構(gòu)件中有機(jī)架．原動件．從動件。 ? 繪制路線：原動件 ??中間傳動件 ??最終從動件（輸出構(gòu)件） ? 觀察重點(diǎn)：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動副類型； ? 良好習(xí)慣：各種運(yùn)動副和構(gòu)件用規(guī)定的符號表達(dá)。 四．機(jī)構(gòu)示意圖 六．常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號及構(gòu)件表示方法 電 機(jī) 帶 傳 動 ? 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號 外嚙合圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)嚙合圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號 (續(xù)二 ) 鏈 傳 動 齒 輪 齒 條 傳 動 圓 錐 齒 輪 傳 動 圓 柱 蝸 桿 蝸 輪 傳 動 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號 (續(xù)三 ) 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 棘 輪 機(jī) 構(gòu) 桿．軸 類構(gòu)件 固定 構(gòu)件 ? 構(gòu)件表示方法 見 GB446084 構(gòu)件表示方法（續(xù)） 同一 構(gòu)件 兩 副 構(gòu) 件 三 副 構(gòu) 件 ? 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制練習(xí)。 A D B C B C B C B C B C ?１ 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，給定 1個獨(dú)立運(yùn)動 參數(shù)，其余構(gòu)件的運(yùn)動完全確定。 二．機(jī)構(gòu)自由度 ——使機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參變數(shù)。 x y Ｏ 2 一．平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度 1 ? 與其它構(gòu)件未連之前： 3 ? 用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后， 運(yùn)動副引入約束，原自由度 減少。 １ 一．平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 Mobility equation 設(shè)：可動構(gòu)件數(shù)： n 低副數(shù)： pl 高副數(shù)： ph 未連接前總自由度： 3n 連接后引入的總約束數(shù)： 2pl+ph 機(jī)構(gòu)自由度 F： F=3n (2pl + ph) 例： F=3n (2pl + ph) F=3n (2pl + ph) =3?3 (2 ?4+0)=1 =3?4 (2 ?5+0)=2 B C A D B C D A E B C A F=3n (2pl + ph) =3?2 (2 ?3+0)=0 B C A D E F=3n (2pl + ph) =3?3 (2 ?5+0)=1 30 B C A F=3n (2pl + ph) =3?3 (2 ?4+0)=1 F=3n (2pl + ph) =3?2 (2 ?2+1)=1 F=3n (2pl + ph) =3?4 (2 ?5+1)=1 F=3n (2pl + ph) =3?3 (2 ?3+1)=2 ? 一．正確計(jì)算運(yùn)動副數(shù) ? 復(fù)合鉸鏈 multiple pin joints /pound hinges ——兩個以上構(gòu)件在同一處鉸接。 F=3n (2pl + ph) =3?3 (2 ?3+1)1=1 1 2 3 F’ 四． 除去虛約束 redundant(passive) constraint ——有些運(yùn)動副引入的 約束，實(shí)際上不起 約束作用，這樣的 約束為虛約束 p’。 P’=2p’l3n’ F=3n (2pl + ph ) =3?4 (2 ?6+01)=1 p’) F=3n (2pl + ph ) =3?3 (2 ?4+0)=1 F=3n (2pl + ph ) =3?4 (2 ?6+0)=0 ? B C E F 2 3 4 x y A 常見虛約束： 1) 二構(gòu)件上軌跡重合點(diǎn) 用轉(zhuǎn)動副連接，引入 虛約束 ； 1 2 D 3 B C 2 B D 3 C 3 C 2 B D 1 2) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中二構(gòu)件 上兩點(diǎn)距離不變，用雙 轉(zhuǎn)動副桿連接該兩點(diǎn)， 引入虛約束； E F 2 4 B C 3 E F 2 4 B C 3 A D 1 F=3n (2pl + ph ) =3?4 (2 ?6+01)=1 p’) F=3n (2pl + ph ) =3?4 (2 ?6+01)=1 p’) 3) 對機(jī)構(gòu)運(yùn)動無約束 作用的對稱重復(fù)部 分引入虛約束。 低副數(shù) p’l=2。 p’=2? p’l + p’h 3 ?n’ =2 ?2+43 ? 2=2 注意虛約束的特定條件，若特定 條件不滿足，虛約束變實(shí)約束。 ? 確定運(yùn)動副數(shù) pl． ph。 ? 確定虛約束 p’。 14。 1。 F=3n(2 pl+php’)F’ 則，該機(jī)構(gòu)需要１個原動件。 設(shè)平面低副機(jī)構(gòu)， n個活動構(gòu)件， pl個低副，必有 3n2pl=0 或 npl 23?n的取值： 2, 4, 6... 桿組類型 ? 雙桿組（ II級桿組 ） n=2, pl=3； 1 2 A B C 1 A B 2 C 1 B 2 C A 1 B 2 C A 1 B 2 C A 內(nèi)副 (B)與外副 (A,C) 2. 機(jī)構(gòu)組成原理 ——機(jī)構(gòu)由基本桿組聯(lián)接于原動件和機(jī)架上而構(gòu)成。 外副 A,D,F。 三． 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 ? 任務(wù)：把機(jī)構(gòu)分解為 機(jī)架及原動件 ＋ 若干 基本桿組 ； ? 要點(diǎn)：機(jī)架和原動件開始 , 能拆則拆，至不可拆為止； 優(yōu)先拆 II級桿組，不能出現(xiàn)單桿從動件； 同一構(gòu)件或運(yùn)動副，不能在兩處出現(xiàn)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A B C D E F G H I J K L M 解： 1. 機(jī)構(gòu)自由度 F=3n(2pl+php’)F’ =3?92 ?13=1 2. 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 當(dāng)構(gòu)件１為 原動件時 8 9 C F G 1 10 A 2 3 4 5 6 7 8 9 B C D E F G H I J K L M 1 10 A 2 3 B D E 7 H I J 6 4 5 K L M 該機(jī)構(gòu)為 II級機(jī)構(gòu)。 本章基本要求 1. 掌握基本概念 零件 (1) 原 (主 )動件 構(gòu)件 從動件 機(jī) 架 自由度 (2) 約束 桿組 (3) 運(yùn)動鏈 機(jī)構(gòu) 閉式鏈 開式鏈 運(yùn)動副 (4) 運(yùn)動副元素 空間運(yùn)動副 平面運(yùn)動副 轉(zhuǎn)動副 移動副 平面高副 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 (5) 機(jī)構(gòu)示意圖 復(fù)合鉸鏈 (6) 局部自由度 虛約束 桿組的級別 (7) 機(jī)構(gòu)的級別 機(jī)構(gòu)的組成 (8) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 2. 正確繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 3. 正確計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度 4. 根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理正確進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 本 章 作 業(yè) 第三章 ?研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的目的和方法 ? 速度瞬心法及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的運(yùn)用 ? 用相對運(yùn)動圖解法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 ? 用解析法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 一．機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的任務(wù) 二．機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的目的 ——根據(jù)原動件的運(yùn)動規(guī)律和機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸，求其它構(gòu)件的 角位移 ． 角速度 ． 角加速度 及某些 點(diǎn)的位移．軌跡．速度．加速度 。 一、針對的工程問題 ２ １ ３ ４ ?２ ?4 ?1 ?2 1 2 3 C ?1 1 2 v2 3 １ ２ ３ ４ ?1 v3 主．從動件 之速度關(guān)系 1 2 二、速度瞬心及其求法 1. 速度瞬心 ：互作平面運(yùn)動的二構(gòu)件上瞬時速度 相等的重合點(diǎn)。 證明：瞬心數(shù)目 N=3?(31)/2=3 3 ?2 ?3 vC2 vC3 C 反證 p23在 p1２ p13連線上： p12 p13 則 vC2?vC3，Ｃ不是 23構(gòu)件之瞬心 p23, p23必在 p1２ p13上。 p12 p23 p34 p14 隱含的瞬心 p13, p24 要點(diǎn)： 取含 3構(gòu)件的三構(gòu)件組 兩次確定 p13。求機(jī)構(gòu)的傳動比 i=?2/?4。 求滑塊速度 v3。求機(jī)構(gòu)的傳動比 i12。 極點(diǎn) p 三．矢量方程圖解法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 例 1：已知 lAB． lBC． lBE． lCE． lCD． ?2； 求： .,6644336???????? ?????? EE av解： 1. 作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 2. 速度分析