第3章-机械运动设计与分析基础知识.ppt
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1、第3章 机械运动设计与分析基础知识3.1 3.1 概述概述概述概述 目的:奠定机构运动设计与分析的基础。目的:奠定机构运动设计与分析的基础。目的:奠定机构运动设计与分析的基础。目的:奠定机构运动设计与分析的基础。问题:机构的组成要素(可动性角度)问题:机构的组成要素(可动性角度)问题:机构的组成要素(可动性角度)问题:机构的组成要素(可动性角度)及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。及具有确定运动的条件。方法:刚体相对运动分析。方法:刚体相对运动分析。方法:刚体相对运动分析。方法:刚体相对运动分析。手段手段手段手段:运动简图自由度计算。运动简图自由度计算。运动简图自
2、由度计算。运动简图自由度计算。构件、运动副构件、运动副 机构的组成要素机构的组成要素机构运动简图机构运动简图 研究机构运动的模型研究机构运动的模型自自 由由 度度 计计 算算 研究机构运动合理性的工具研究机构运动合理性的工具瞬心法求速度瞬心法求速度 研究机构运动特性的工具研究机构运动特性的工具本章主要内容:本章主要内容:3.2 3.2 3.2 3.2 机构的组成要素机构的组成要素机构的组成要素机构的组成要素 机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征,机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征,机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征,机构由构件组成。此语未描述出机构的可动性特征,从运
3、动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。从运动分析的角度看不够完整。仅仅构件间的任意堆积,显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积,显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积,显然无法完成运动传递功能。仅仅构件间的任意堆积,显然无法完成运动传递功能。构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构构件间需要一种特定的连接结构 可动连接,将构件可动连接,将构件可动连接,将构件可动连接,将构件 连接起来;这就是连接起来;这就是连接起来;这就是连接起来;这就是运动副运动副运动副运动副。所以:所以:所以:所以:机构的
4、组成有两个要素:构件、运动副机构的组成有两个要素:构件、运动副机构的组成有两个要素:构件、运动副机构的组成有两个要素:构件、运动副内燃机中的曲柄滑块机构,其内燃机中的曲柄滑块机构,其4个部分之间既相对运动又有相对联系个部分之间既相对运动又有相对联系作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构作为一个整体参与机构运动运动运动运动的刚性的刚性的刚性的刚性单元体单元体单元体单元体1.1.1.1.构件:构件:构件:构件:一个构件,可以是的单一整体,也可能是一个构件,可以是的单一整体,也可能是一个构件,可以是的单一整体,也可能是一个构件,可以是的单一整体,也可能是 由若干个不同零件组装起
5、来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。由若干个不同零件组装起来的刚性体。类型:类型:类型:类型:机架机架机架机架 主动件(原动件)主动件(原动件)主动件(原动件)主动件(原动件)从动件从动件从动件从动件表示方法:表示方法:表示方法:表示方法:简单线条简单线条简单线条简单线条2.2.2.2.运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型,对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型,对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型,对运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有多种类型,对运动
6、副进行正确的分类,在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类,在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类,在机构设计中是非常重要的。运动副进行正确的分类,在机构设计中是非常重要的。运动副的种类很多,常用的分类方式有三种:运动副的种类很多,常用的分类方式有三种:运动副的种类很多,常用的分类方式有三种:运动副的种类很多,常用的分类方式有三种:两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联两构件间因保持接触而限制一定的相对运动后所形成的联接称为接称为接称为接称为 运动副运动副运动副运动副。
7、运动副元素:运动副元素:运动副元素:运动副元素:两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。两构件上参与接触构成运动副的部分称为。约束:约束:约束:约束:因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种因保持接触而造成的某种运动限制运动限制运动限制运动限制。不同形式的。不同形式的。不同形式的。不同形式的运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。运动副对运动的约束不同。注意:若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。注意:若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。注意:若两表面脱离接
8、触则相应的运动副随之消失。注意:若两表面脱离接触则相应的运动副随之消失。运动副的三个特征:运动副的三个特征:运动副的三个特征:运动副的三个特征:()运动副是一种联接;()运动副是一种联接;()运动副是一种联接;()运动副是一种联接;()运动副由两个构件组成;()运动副由两个构件组成;()运动副由两个构件组成;()运动副由两个构件组成;()组成运动副的两个构件之间有相对运动()组成运动副的两个构件之间有相对运动()组成运动副的两个构件之间有相对运动()组成运动副的两个构件之间有相对运动(1 1 1 1)按相对运动分)按相对运动分)按相对运动分)按相对运动分 按组成运动副后两构件的运动空间,分为按
9、组成运动副后两构件的运动空间,分为按组成运动副后两构件的运动空间,分为按组成运动副后两构件的运动空间,分为平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副和和和和空间运动副。空间运动副。空间运动副。空间运动副。.平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副 转动副转动副转动副转动副(回转副、铰链)(回转副、铰链)(回转副、铰链)(回转副、铰链)两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。两构件形成运动副后只可作相对转动。几何特征:几何特征:几何特征:几何特征:两圆柱面配合两圆柱面配合两圆柱面配合两圆柱面配合运动特征:运动特征:运动特征:运动特征:实
10、例:实例:实例:实例:门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链门轴、轴承、铰链 简图中的运动副符号:简图中的运动副符号:简图中的运动副符号:简图中的运动副符号:简图中运动副位置:简图中运动副位置:简图中运动副位置:简图中运动副位置:圆柱轴线位置圆柱轴线位置圆柱轴线位置圆柱轴线位置 绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动绕圆柱轴线的相对转动 移动副移动副移动副移动副 两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动两构件形成运动副后只可作相对直线移动几何特征:几何特征:几何特征:几何特征:两构件面接触、两构
11、件面接触、两构件面接触、两构件面接触、沿导轨约束沿导轨约束沿导轨约束沿导轨约束运动特征:运动特征:运动特征:运动特征:构件沿直线导构件沿直线导构件沿直线导构件沿直线导轨的相对移动轨的相对移动轨的相对移动轨的相对移动简图符号:简图符号:简图符号:简图符号:简图位置:简图位置:简图位置:简图位置:导轨方位导轨方位导轨方位导轨方位 简图符号:简图符号:简图符号:简图符号:平面滚滑副平面滚滑副平面滚滑副平面滚滑副两构件形成运动副后既可作相对滚动,也两构件形成运动副后既可作相对滚动,也两构件形成运动副后既可作相对滚动,也两构件形成运动副后既可作相对滚动,也 可滚、滑并存可滚、滑并存可滚、滑并存可滚、滑并
12、存几何特征:几何特征:几何特征:几何特征:两曲面(线)接触两曲面(线)接触两曲面(线)接触两曲面(线)接触运动特征:运动特征:运动特征:运动特征:沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相沿曲面切线方向的相 对滑动和滚动对滑动和滚动对滑动和滚动对滑动和滚动简图符号:简图符号:简图符号:简图符号:实际轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线简图位置:简图位置:简图位置:简图位置:曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心曲率半径和曲率中心.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动
13、副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副常见有:常见有:常见有:常见有:螺旋副、螺旋副、螺旋副、螺旋副、球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副球面副及球铰副、圆柱副螺螺旋旋副副螺旋副螺旋副螺旋副螺旋副.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副球面副及球铰副球面副及球铰副球面副及球铰副球面副及球铰副 球球面面副副.空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 除了平面运动副外的运动副均为空间运动副
14、除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副除了平面运动副外的运动副均为空间运动副圆柱副圆柱副圆柱副圆柱副圆圆柱柱副副(2 2 2 2)按接触特性分)按接触特性分)按接触特性分)按接触特性分 按组成运动副的两元素理论上的接触特性分,按组成运动副的两元素理论上的接触特性分,按组成运动副的两元素理论上的接触特性分,按组成运动副的两元素理论上的接触特性分,有:有:有:有:低副低副低副低副-面接触面接触面接触面接触 高副高副高副高副-点、线接触点、线接触点、线接触点、线接触 低副包括低副包括低副包括低副包括:移动副、转动副、螺旋副、球面副移动副、转动副、螺旋副、球面副移
15、动副、转动副、螺旋副、球面副移动副、转动副、螺旋副、球面副等等等等高副包括:高副包括:高副包括:高副包括:球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等球面高副球面高副高副包括:高副包括:高副包括:高副包括:球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等圆柱高副圆柱高副高副包括:高副包括:高副包括:高副包括:球面高副球面高副球面高副球面高副 圆柱高副圆柱高副圆柱高副圆柱高副 平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副等平面滚滑副平面滚滑副(3 3 3
16、3)按锁合方式(保持接触方式)分)按锁合方式(保持接触方式)分)按锁合方式(保持接触方式)分)按锁合方式(保持接触方式)分 形锁合(几何封闭)运动副形锁合(几何封闭)运动副形锁合(几何封闭)运动副形锁合(几何封闭)运动副 利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运利用构件的几何形状使两运 动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触动副元素始终保持接触重重力力锁锁合合弹弹力力锁锁合合 利用外力使利用外力使利用外力使利用外力使两运动副元素两运动副元素两运动副元素两运动副元素始终保持接触始终保持接触始终保持接触始终保持接触形锁合形锁合力锁合运动副力锁合
17、运动副力锁合运动副力锁合运动副运动链运动链运动链运动链两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统两个以上构件通过运动副连接而形成的系统开式链开式链开式链开式链闭式链闭式链闭式链闭式链单环链单环链单环链单环链多环链多环链多环链多环链 链系没有形成链系没有形成链系没有形成链系没有形成首尾相接的封闭首尾相接的封闭首尾相接的封闭首尾相接的封闭系统系统系统系统 链系形成首尾相接的封闭系统,链系形成首尾相接的封闭系统,链系形成首尾相接的封闭系统,链系形成首尾相接的封闭系统,若闭式链中只有一个封闭环时称为若闭式链中只有一个封闭环时称为若
18、闭式链中只有一个封闭环时称为若闭式链中只有一个封闭环时称为单环链,有两个封闭环时称为双环单环链,有两个封闭环时称为双环单环链,有两个封闭环时称为双环单环链,有两个封闭环时称为双环链,链,链,链,如此等等,余者类推如此等等,余者类推如此等等,余者类推如此等等,余者类推3.3.运动链与机构运动链与机构 具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架 具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件(即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动)简言之,简言之,简言之,简言之,机构就是具有确定运动的运动链机
19、构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:当运动链具备以下条件时就成为机构:具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架具有一个固定件,即机架 具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件具有足够的主动件(即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动即各构件有确定的运动)简言之,
20、简言之,简言之,简言之,机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构就是具有确定运动的运动链机构的类型机构的类型机构的类型机构的类型 平面机构平面机构平面机构平面机构各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行 空间机构空间机构空间机构空间机构各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动各构件不在平行平面内运动 低副机构低副机构低副机构低副机构所有运动副都是低副所有运动副都是低副所有运动副都是低副所有运动副都是低副 高副机构高副机构高副机构高副机构机构中具有高副机构中具有
21、高副机构中具有高副机构中具有高副 刚性机构刚性机构刚性机构刚性机构所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件所有构件均是刚性构件 柔性机构柔性机构柔性机构柔性机构机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件机构中存在柔性构件3.3 3.3 3.3 3.3 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 机构运动简图是从运动学的角度出发,将实机构运动简图是从运动学的角度出发,将实机构运动简图是从运动学的角度出发,将实机构运动简图是从运动学的角度出发,将实际机中与运动无关的因素加以简化,抽象后得际机中与运动无关的因素加以简化,抽象后得际机中与运动无关的因素加以简化,抽
22、象后得际机中与运动无关的因素加以简化,抽象后得到的与实际机器有到的与实际机器有到的与实际机器有到的与实际机器有完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图完全相同运动特性的简图。机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各机构中各构件间的相对运动仅取决于连接各构件的运动副构件的运动副构件的运动副构件的运动副类型类型类型类型和和和和运动尺寸运动尺寸运动尺寸运动尺寸(各运动副间的(各运动副间的(各运动副间的(各运动副间的相对位置尺寸)相对位置尺寸)相对位置尺寸)相对位置尺寸),与构件的外形、断面尺寸、,与构
23、件的外形、断面尺寸、,与构件的外形、断面尺寸、,与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。组成构件的零件数目和形状等无关。机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例机构运动简图是按比例确定运动副位置确定运动副位置确定运动副位置确定运动副位置后,用代表后,用代表后,用代表后,用代表运动副的运动副的运动副的运动副的符号符号符号符号(教材表(教材表(教材表(教材表3-13-13-13-1)和代表构件的简单线条绘)和代表构件的简单线条绘)和代表构件的简单线条绘)和代表构件的简单线条绘制成的图形,它反映机器中
24、各运动构件在制成的图形,它反映机器中各运动构件在制成的图形,它反映机器中各运动构件在制成的图形,它反映机器中各运动构件在某一时刻某一时刻某一时刻某一时刻相相相相对机架的位置。对机架的位置。对机架的位置。对机架的位置。机构运动简图的绘制要求:机构运动简图的绘制要求:机构运动简图的绘制要求:机构运动简图的绘制要求:必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上必须按一定比例绘制并标注在图上 L L L L=实际长度实际长度实际长度实际长度/图示长度(单位:图示长度(单位:图示长度(单位:图示长度(单位:m/mm m/mm m/mm m/mm 或或或或 m
25、m/mmmm/mmmm/mmmm/mm)准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副准确表示出所有构件和运动副 表明各构件间的相互位置关系,并标表明各构件间的相互位置关系,并标表明各构件间的相互位置关系,并标表明各构件间的相互位置关系,并标 明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向明原动件及其运动方向 标明运动尺寸标明运动尺寸标明运动尺寸标明运动尺寸 注意:注意:注意:注意:不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图不按比例绘制的运动简图-机动示意图机动示意图机动示意图机动示意图机构运动简图的绘制(以曲柄滑块机构为例
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- 机械运动 设计 分析 基础知识
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