機(jī)械工程導(dǎo)論第三講

三、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論

機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料或信息。機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的傳遞與轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。

一臺機(jī)器可能是由一種機(jī)構(gòu)組成，也可能是由若干種機(jī)構(gòu)組成，它們按一定的規(guī)律相互協(xié)調(diào)配合，通過有序的運(yùn)動和動力的傳遞與轉(zhuǎn)換來完成預(yù)期的功能。

機(jī)構(gòu)是由單一或多個零件組成。

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)（重點(diǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）和零件設(shè)計(jì)的總和，分別在主干課“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”中學(xué)習(xí)。

方案設(shè)計(jì)主要包括三方面內(nèi)容：⑴機(jī)械系統(tǒng)功能原理方案設(shè)計(jì)⑵機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)⑶方案的評價與優(yōu)選3.1機(jī)械產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)即機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖設(shè)計(jì)，內(nèi)容為：

⑴機(jī)構(gòu)及機(jī)械系統(tǒng)的選型與綜合動作要求輸出運(yùn)動形式數(shù)量運(yùn)動傳遞轉(zhuǎn)換類型數(shù)量輸入運(yùn)動形式數(shù)量選擇創(chuàng)新滿足要求的機(jī)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)型式機(jī)械系統(tǒng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合3.2機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容⑵機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)綜合及分析機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)是進(jìn)行創(chuàng)造性構(gòu)思和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要過程。運(yùn)動傳遞轉(zhuǎn)換的具體參數(shù)及規(guī)律運(yùn)動學(xué)尺度設(shè)計(jì)運(yùn)動及動力性能分析動力學(xué)初步設(shè)計(jì)若干設(shè)計(jì)方案最佳設(shè)計(jì)方案方案評價優(yōu)選

機(jī)構(gòu)的概念及功能

機(jī)構(gòu):兩個以上的構(gòu)件通過可動聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)，各構(gòu)件之間具有確定的相對運(yùn)動?！窨砂搭A(yù)期的規(guī)律實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和力的傳遞與轉(zhuǎn)換?！衲軐⒁粋€或幾個構(gòu)件的給定運(yùn)動，轉(zhuǎn)變成其他構(gòu)件所需的確定運(yùn)動。

機(jī)構(gòu)的特征●人為的實(shí)物組合體。●各實(shí)體之間具有確定的相對運(yùn)動。

3.3機(jī)構(gòu)的基本概念

一個構(gòu)件也可以由幾個零件剛性聯(lián)接組成。實(shí)例：連桿由連桿體、軸瓦、連桿蓋、螺栓、墊圈、螺母、連桿襯套等相互剛性聯(lián)接組成。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦內(nèi)燃機(jī)連桿3.3機(jī)構(gòu)的基本概念運(yùn)動副

兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互接觸所形成的可動聯(lián)接。運(yùn)動副元素

兩個構(gòu)件上相互接觸的表面。約束

運(yùn)動副對構(gòu)件間的相對運(yùn)動自由度所施加的限制。

3.3機(jī)構(gòu)的基本概念3.3機(jī)構(gòu)的基本概念運(yùn)動副的分類空間運(yùn)動副——空間運(yùn)動按相對運(yùn)動范圍分：平面運(yùn)動副——平面運(yùn)動√空間運(yùn)動副球面副螺旋副3.3機(jī)構(gòu)的基本概念

平面運(yùn)動副類型

轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈）

移動副面接觸，平面低副應(yīng)力低產(chǎn)生約束數(shù)：2自由度：13.3機(jī)構(gòu)的基本概念

滾滑副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高平面高副ttnnnntt產(chǎn)生約束數(shù)：1自由度：2§1—1運(yùn)動副及其分類運(yùn)動副名稱運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副122121平面運(yùn)動副3.3機(jī)構(gòu)的基本概念平面高副螺旋副2112121212球面副球銷副121212空間運(yùn)動副12121221nntt21nntt一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件3.3機(jī)構(gòu)的基本概念三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法四副構(gòu)件3.3機(jī)構(gòu)的基本概念

運(yùn)動鏈:兩個以上構(gòu)件用運(yùn)動副聯(lián)接的構(gòu)件系統(tǒng),分為閉環(huán)運(yùn)動鏈和開環(huán)運(yùn)動鏈。平面閉式運(yùn)動鏈單封閉回路閉鏈pN

（p為運(yùn)動副數(shù)，N為構(gòu)件數(shù)）3.3機(jī)構(gòu)的基本概念開式運(yùn)動鏈(Openkinematicchain)

開式運(yùn)動鏈廣泛應(yīng)用于機(jī)械手和機(jī)器人中。N

p

13.3機(jī)構(gòu)的基本概念

運(yùn)動鏈的自由度：確定運(yùn)動鏈中各構(gòu)件相對于其中某一構(gòu)件的位置所需的獨(dú)立參變量的數(shù)目。

3.3機(jī)構(gòu)的基本概念oxy約束——對獨(dú)立運(yùn)動所加的限制。A

一個作平面運(yùn)動的構(gòu)件有三個自由度BA(xA,yA)oxy活動構(gòu)件數(shù)：通過運(yùn)動副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生的約束數(shù)：高副產(chǎn)生的約束數(shù)：設(shè)一平面機(jī)構(gòu)有K個構(gòu)件，通過Pl個低副，Ph個高副聯(lián)接，則：運(yùn)動副聯(lián)接前自由度：

自由度的計(jì)算3.3機(jī)構(gòu)的基本概念例1、計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)Pl=3高副數(shù)Ph=012343.3機(jī)構(gòu)的基本概念例2、計(jì)算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)Pl=4高副數(shù)Ph=0123453.3機(jī)構(gòu)的基本概念

運(yùn)動鏈為一剛性桁架，不能成為機(jī)構(gòu)。AB12C3平面三構(gòu)件運(yùn)動鏈3.3機(jī)構(gòu)的基本概念活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)Pl=3高副數(shù)Ph=0例3、計(jì)算三角架的自由度123