機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平面機(jī)構(gòu)的組成和速分析

匯報(bào)人：AA機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平面機(jī)構(gòu)的組成和速分析2024-01-12目錄平面機(jī)構(gòu)概述平面機(jī)構(gòu)組成要素平面機(jī)構(gòu)速度分析基本原理常見(jiàn)平面機(jī)構(gòu)速度分析實(shí)例平面機(jī)構(gòu)加速度分析方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在平面機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用總結(jié)與展望01平面機(jī)構(gòu)概述Chapter平面機(jī)構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件通過(guò)低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）連接，且所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面都相互平行的機(jī)構(gòu)。定義根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性，平面機(jī)構(gòu)可分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。分類定義與分類構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件上任意兩點(diǎn)的連線始終與某一固定平面平行，因此構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。廣泛適用性平面機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械裝置中應(yīng)用廣泛，如機(jī)床、汽車、航空航天器等。運(yùn)動(dòng)確定性在給定原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以完全確定。平面機(jī)構(gòu)特點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡和傳遞動(dòng)力，如內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)凸輪輪廓與從動(dòng)件的接觸來(lái)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，如自動(dòng)機(jī)械中的送料機(jī)構(gòu)和自動(dòng)機(jī)床中的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)用于傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，如汽車變速箱和鐘表中的齒輪傳動(dòng)。齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域舉例02平面機(jī)構(gòu)組成要素Chapter機(jī)構(gòu)中的剛性體，是機(jī)構(gòu)的基本組成單元。一個(gè)構(gòu)件可以是一個(gè)整體零件，也可以是由幾個(gè)零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。根據(jù)接觸形式的不同，運(yùn)動(dòng)副可分為低副和高副。構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副通過(guò)構(gòu)件間的幾何形狀和尺寸關(guān)系實(shí)現(xiàn)的約束。如平面機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。通過(guò)限制構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)的約束。如齒輪副、凸輪副等。約束類型及特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)約束幾何約束自由度定義機(jī)構(gòu)中具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。對(duì)于平面機(jī)構(gòu)，其自由度等于機(jī)構(gòu)中所有活動(dòng)構(gòu)件的自由度之和減去約束所限制的自由度數(shù)目。自由度性質(zhì)機(jī)構(gòu)的自由度必須大于零，機(jī)構(gòu)才能具有確定的運(yùn)動(dòng)。若機(jī)構(gòu)自由度等于零，則機(jī)構(gòu)的位置不能確定；若機(jī)構(gòu)自由度小于零，則機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。自由度計(jì)算與性質(zhì)03平面機(jī)構(gòu)速度分析基本原理Chapter根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，絕對(duì)速度等于相對(duì)速度與牽連速度的矢量和，即v_a=v_r+v_e。構(gòu)件上某點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)參考系（通常是另一運(yùn)動(dòng)構(gòu)件）的速度。構(gòu)件上某點(diǎn)相對(duì)于定參考系（通常是地面）的速度。動(dòng)參考系相對(duì)于定參考系的速度。相對(duì)速度絕對(duì)速度牽連速度速度矢量方程速度矢量方程建立兩構(gòu)件瞬心位置若兩構(gòu)件在A、B兩點(diǎn)接觸，且A、B兩點(diǎn)速度分別為v_A和v_B，則瞬心P位于A、B兩點(diǎn)速度矢量的交點(diǎn)上，即v_PA=v_PB。三構(gòu)件瞬心位置若三個(gè)構(gòu)件在A、B、C三點(diǎn)接觸，則瞬心P位于通過(guò)A、B、C三點(diǎn)的圓上，且該圓的半徑與三構(gòu)件在接觸點(diǎn)的速度矢量滿足特定關(guān)系。瞬心位置確定方法同一構(gòu)件上不同點(diǎn)的絕對(duì)速度不同，但相對(duì)速度相同。兩構(gòu)件上接觸點(diǎn)的絕對(duì)速度分別為v_A和v_B，則它們的相對(duì)速度為v_AB=v_A-v_B。若兩構(gòu)件做純滾動(dòng)，則接觸點(diǎn)的相對(duì)速度為0，即v_AB=0。在某些特殊情況下，如兩構(gòu)件做平行移動(dòng)或定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接觸點(diǎn)的絕對(duì)速度和相對(duì)速度有特定的關(guān)系。絕對(duì)速度與相對(duì)速度關(guān)系04常見(jiàn)平面機(jī)構(gòu)速度分析實(shí)例Chapter曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由曲柄、連桿和滑塊組成，是一種常見(jiàn)的平面機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊的速度呈周期性變化。通過(guò)幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，可以推導(dǎo)出滑塊速度與曲柄角速度之間的關(guān)系式，進(jìn)而分析滑塊的速度特性。速度分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)速度分析凸輪從動(dòng)件機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成，是一種常見(jiàn)的高副機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成在凸輪從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的輪廓形狀。通過(guò)解析凸輪的輪廓方程，可以得到從動(dòng)件位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。進(jìn)一步分析可以得到從動(dòng)件的速度特性，如最大速度、最小速度等。速度分析凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及速度特性機(jī)構(gòu)組成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)相互嚙合的齒輪組成，是一種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二速度分析在齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，傳動(dòng)比是兩個(gè)齒輪角速度之比。根據(jù)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)，可以計(jì)算出傳動(dòng)比的具體數(shù)值。進(jìn)一步分析可以得到齒輪傳動(dòng)的角速度關(guān)系，即主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的角速度之比等于兩齒輪齒數(shù)之比的倒數(shù)。這一關(guān)系對(duì)于理解齒輪傳動(dòng)的速度特性和設(shè)計(jì)合理的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)具有重要意義。齒輪傳動(dòng)比和角速度關(guān)系探討05平面機(jī)構(gòu)加速度分析方法Chapter03約束條件的應(yīng)用針對(duì)機(jī)構(gòu)中的約束條件，如固定鉸鏈、滑動(dòng)鉸鏈等，將約束條件轉(zhuǎn)化為加速度矢量方程中的附加條件。01絕對(duì)加速度和相對(duì)加速度關(guān)系通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)，明確機(jī)構(gòu)中各點(diǎn)絕對(duì)加速度與相對(duì)加速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。02加速度矢量方程的建立根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，選定合適的參考系，利用矢量運(yùn)算規(guī)則建立加速度矢量方程。加速度矢量方程建立通過(guò)繪制加速度矢量圖，直觀展示各點(diǎn)加速度的大小和方向，便于分析和求解。圖形解析法利用計(jì)算機(jī)編程或數(shù)學(xué)軟件，對(duì)加速度矢量方程進(jìn)行數(shù)值求解，得到各點(diǎn)加速度的精確值。數(shù)值計(jì)算法針對(duì)復(fù)雜機(jī)構(gòu)或高精度要求的情況，可采用近似計(jì)算方法，如微元法、差分法等，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程并滿足工程實(shí)際需求。近似計(jì)算法各點(diǎn)加速度求解技巧機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性加速度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的變化，如振動(dòng)、沖擊等現(xiàn)象的產(chǎn)生，影響機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度加速度波動(dòng)會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度，使得機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器的定位精度、重復(fù)定位精度等性能指標(biāo)下降。能耗與效率加速度波動(dòng)會(huì)增加機(jī)構(gòu)的能耗，降低系統(tǒng)效率，不利于節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。加速度波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能影響06現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在平面機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用Chapter01020304優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)定平面機(jī)構(gòu)性能、效率、成本等多方面的優(yōu)化目標(biāo)。約束條件處理考慮平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種限制條件，如運(yùn)動(dòng)范圍、強(qiáng)度要求等，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)約束表達(dá)式。設(shè)計(jì)變量選擇選取對(duì)平面機(jī)構(gòu)性能影響較大的設(shè)計(jì)參數(shù)作為優(yōu)化變量，如機(jī)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)副類型等。優(yōu)化算法應(yīng)用采用遺傳算法、粒子群算法等優(yōu)化算法，對(duì)平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求最優(yōu)解。優(yōu)化設(shè)計(jì)思想引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)通過(guò)參數(shù)化建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的快速迭代和修改，提高設(shè)計(jì)效率。優(yōu)化設(shè)計(jì)集成將優(yōu)化設(shè)計(jì)思想與CAD技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)平面機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化、智能化優(yōu)化設(shè)計(jì)。有限元分析應(yīng)用有限元方法對(duì)平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等性能分析，確保設(shè)計(jì)的可靠性。建模與仿真利用CAD軟件建立平面機(jī)構(gòu)的虛擬模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)應(yīng)用通過(guò)建立仿真模型，預(yù)測(cè)平面機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作條件下的性能表現(xiàn)，為設(shè)計(jì)方案評(píng)估提供依據(jù)。性能預(yù)測(cè)通過(guò)仿真分析，找出影響平面機(jī)構(gòu)性能的關(guān)鍵因素，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高性能水平。參數(shù)優(yōu)化利用仿真技術(shù)模擬平面機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)的故障模式，幫助工程師快速定位和解決問(wèn)題。故障模擬與診斷將仿真技術(shù)與協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)同評(píng)估和優(yōu)化。協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真仿真技術(shù)在平面機(jī)構(gòu)性能評(píng)估中作用07總結(jié)與展望Chapter平面機(jī)構(gòu)由固定件、主動(dòng)件、從動(dòng)件和連接件等基本構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。平面機(jī)構(gòu)組成運(yùn)動(dòng)副根據(jù)接觸形式可分為低副和高副，其中低副包括轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，高副包括點(diǎn)接觸和線接觸。運(yùn)動(dòng)副類型用規(guī)定的符號(hào)和線條表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，按一定比例繪制的表示機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件相對(duì)位置的簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖通過(guò)速度瞬心法、速度影像法等對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析，確定各構(gòu)件的角速度和線速度。速度分析關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)回顧發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，未來(lái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)將