平面运动副

第一章机械基础简介陶瓷特种陶瓷—高强度精密陶瓷形状记忆合金二、常用金属材料机器实例1：内燃机功能：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器组成：见右图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9一、机器的组成活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动活塞上行，排气阀打开，排出废气工作过程：运动：原动件：活塞——由燃气推动主运动：将活塞的往复直线运动→曲轴的回转运动辅助运动：配气——启闭进排气阀气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9一、机器的组成机器实例2：牛头刨床床身1，滑块(2)6，电机3齿轮4、5，导杆7，刨头8及其辅助部分经变速机构床身1导杆7齿轮5齿轮4滑块6刨头8功能：将电能转变为机械能，作机械功。把回转运动→往复直线运动组成：见右图一、机器的组成主运动系统—主体机构运动：原动件——电动机主运动——切削运动辅助运动——工作台的进给运动，让刀运动等将电机的回转运动转变为刨头的往复直线运动，以满足刨削工件的需要一、机器的组成机器：用来实现确定机械运动，完成有用的机械功，传递或转换能量、物料、信息等的装置。如车床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功内燃机——转换能量机构：用来实现确定的相对运动的若干个构件的组合。如齿轮机构——传递运动凸轮机构——转换运动机械：是机器和机构的总称。一、机器的组成摇头风扇—连杆机构零件：组成构件的基本单元。图示轿车除原动机部分、传动部分和执行部分外，还包含了控制系统和其它辅助系统机器——轿车机器——车床机器——带式输送机机构——凸轮机构机构——齿轮机构零件装配减速器滚动轴承二、机器的特征1）人为的实物组合——由人工组合的构件系统2）各实物间具有确定的相对运动如3）实现能量转换或完成有效的机械功活塞—缸体：往复运动曲轴—缸体：转动连杆—曲轴：摆动刨头—床身：往复直线如内燃机：热能→机械能发电机：机械能→电能电动机：电能→机械能具有以上三个特征——机器只具有机器的前两个特征——机构牛头刨主体机构：把回转运动→直线运动——作机械功凸轮机构（配气机构）：把回转→直线运动——作机械功曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转运动如可见，机器与机构的关系：机器是由一种或多种机构组成的二、机器的特征构件：组成机器的各个相对运动的实物。是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。构件的分类：固定件：又称机架，机构中相对不动的构件，如牛头刨床的床身。原动件：又称主动件或输入构件，是产生驱动力（或力矩）且运动规律已知的构件，如牛头刨床导杆滑块机构中的滑块。从动件：又称输出构件，随着原动构件的运动而运动的构件，如牛头刨床导杆滑块机构中的导杆。零件：机械中不可拆的制造单元体。专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等零件可分为两类：二、机器的特征二、机器的特征构件与零件：单一零件——曲轴多个零件的刚性组合——连杆构件是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。三、课程的性质和任务一、性质性质：技术基础课目标：为了解医疗器械领域所涉及到的机械传动原理、运行维修、改进等方面获得必要的基本知识内容：常用机构的工作原理及设计方法：连杆、凸轮、齿轮等；通用零部件的设计与选型：联接零件——螺纹、键、花键、销联接传动零件——齿轮、蜗杆、带、链、螺旋传动轴系零件——轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器其他——弹簧二、任务(1)培养学生运用基础理论解决简单机构和零件的设计问题,掌握通用机械零件的选用及计算方法。(2)培养学生正确的设计思想，具有初步的机械设计与改进能力。(3)学会使用手册、标准、规范等设计资料。四、机械设计基本要求与内容1、基本要求在满足预期功能的前提下，使产品性能好，效率高，成本低，在预定的使用期限内安全可靠。性能：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、耐热性2、主要内容1）确定机械的工作原理，选择适宜的机构2）拟定设计方案3）进行运动和受力分析，计算作用于各构件上的载荷4）进行零部件工作能力计算（强度计算）5）整体和结构设计五、机械设计的一般过程明确设计要求提出设计方案总体设计结构设计试制鉴定产品定型信息反馈以减速器为例从中选出最佳方案在设计过程中，这些步骤是相互交错、反复进行的。设计者要从实际出发，注重调查研究，善于学习，在实践中不断积累设计经验，以期取得最佳成果。↓n↑T，限制条件：通用化、标准化等齿轮减速（直齿、斜齿、蜗杆等）带—齿轮—链或带—齿轮等总体传递运动简图：（电机—带—齿轮减速器—链—运输带）总装图、零部件图及技术条件工厂试制、评价、论证平面低副运动副：两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接。运动副元素：构件上参与接触的点、线、面。平面运动副：两构件只能在同一平面内做相对运动的运动副。平面运动副的分类：低副：两构件形成面与面接触的运动副，有转动副和移动副六、运动副平面高副高副：两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副六、运动副具有移动副元素和转动副元素的构件六、运动副七、机构运动简图机构运动简图的概念用规定的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构的组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。不严格按比例绘制的机构运动简图称为机构示意图。平面机构运动简图的绘制（1）分析机构的组成，确定机架、原动件和从动件。（2）由原动件开始，依次分析构件间的相对运动形式，确定运动副的类型和数目。颚式破碎机主体机构（3）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各构件间的运动关系。通常选择与构件运动平面平行的平面作为投影面。（4）选择适当的比例尺μL=构件实际长度/构件图样长度（单位:m/mm或mm/mm），按照各运动副间的距离和相对位置，以规定的线条和符号绘图。常用构件和运动副的简图符号见教材例：绘制如下图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。七、机构运动简图例：绘制如下图所示单缸内燃机的机构运动简图。已知LAB=75mm，LBC=300mm。解：（1）在内燃机中，活塞为原动件，曲轴AB为工作构件。活塞的往复运动经连杆BC变换为曲轴AB的旋转运动。（2）活塞与缸体（机架）组成移动副，与连杆BC在C点组成转动副;曲轴与缸体在A点组成转动副，与连杆BC在B点组成转动副。（3）选长度比例尺μL=0.01m/mm，按规定符号绘制机构运动简图，如图所示。活塞的大小与运动无关，可酌定。单缸内燃机机构运动简图单缸内燃机实物结构图七、机构运动简图1.自由度运动构件相对于参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。2.约束对于相对运动所加的限制称为约束。运动副约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副.自由构件的自由度八、平面机构的自由度机构自由度的计算和机构具有确定运动的条件设一个平面机构由N个构件组成，其中必有一个构件为机架，则活动构件数为n=N-1。它们在未组成运动副之前，共有3n个自由度。用运动副连接后便引入了约束，减少了自由度。若机构中有PL个低副、PH个高副，则平面机构的自由度F的计算公F=3n-2PL-PH八、平面机构的自由度复合铰链、局部自由度和虚约束1.复合铰链两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连，称为复合铰链。一般地，k个构件形成复合铰链应具有（k-1）个转动副，计算自由度时应注意找出复合铰链。复合铰链八、平面机构的自由度如下图所示为直线机构，该机构在A、B、D、E四点均为由三个构件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。该机构：n=7，PL=10，PH=0，其自由度为：F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1直线机构八、平面机构的自由度2.局部自由度机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。如下图所示凸轮机构，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1凸轮机构八、平面机构的自由度3.虚约束机构中与其他约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束，称为虚约束。虚约束常出现在下列场合:（1）两构件间形成多个具有相同作用的运动副:①两构件在同一轴线上组成多个转动副。如下图(a).②两构件组成多个导路平行或重合的移动副。如下图(b).③两构件组成多处接触点公法线重合的高副。如下图(c).两构件组成多个运动副八、平面机构的自由度（2）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。如下图所示的机车车轮联动机构中，在计算机车车轮联动机构的自由度时应除去不计，即F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1（3）机构中传递运动不起独立作用的对称部分。如下图（b）所示的行星轮系，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2机车车轮联动机构中的虚约束八、平面机构的自由度例：计算图2-15（a）所示筛料机构的自由度。解去除局部自由度和虚约束，按如图2-15（b）所示机构计算自由度，机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2对称结构引入的虚约束筛料机构八、平面机构的自由度