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《机械设计基础》第1章机构运动简图及自由度解析
2024-01-17
汇报人：AA
目录
机构运动简图概述
自由度计算原理与方法
常见机构运动简图分析
机构自由度优化与改进策略
实验验证与案例分析
总结与展望
01
机构运动简图概述
机构是由两个或两个以上的构件通过运动副连接而成，各构件之间具有确定的相对运动。
机构组成
根据机构中构件的运动形式和特点，机构可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆机构等。
机构分类
运动副类型
运动副是两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。根据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两大类。低副包括转动副和移动副，高副包括点接触和线接触两种形式。
运动副特点
低副具有较大的承载能力，但摩擦损失较大；高副承载能力较小，但摩擦损失较小，且能传递较复杂的运动。
首先确定机构的组成构件和运动副类型，然后根据规定的符号和线条绘制出机构的运动简图。在绘制过程中，应注意构件之间的相对位置和尺寸比例。
绘制步骤
机构运动简图应简洁明了，能够清晰地表达机构的组成、运动副类型和相对运动关系。同时，应注意符号和线条的规范使用，保证图纸的准确性和可读性。
绘制要求
02
自由度计算原理与方法
自由度定义
机构具有的独立运动的数目。
自由度意义
衡量机构运动确定性的重要指标，是机构设计的基础。
计算步骤：首先确定活动构件数、低副数和高副数，然后代入公式进行计算。
平面机构自由度计算公式：F=3n-2PL-Ph。
公式中各项含义：n为活动构件数，PL为低副数，Ph为高副数。
空间机构自由度计算公式
F=6n-5PL-4Ph-3PR。
计算步骤
首先确定活动构件数、低副数、高副数和复合铰链所包含的转动副数，然后代入公式进行计算。
注意
在计算空间机构自由度时，需要特别注意复合铰链和局部自由度的处理。复合铰链应视为一个转动副进行处理，而局部自由度则需要在计算时予以排除。
公式中各项含义
n为活动构件数，PL为低副数，Ph为高副数，PR为复合铰链所包含的转动副数。
03
常见机构运动简图分析
1
2
3
连杆机构的运动简图表示
用规定的线条和符号表示构件和运动副，按比例尺绘制出机构的示意图。
连杆机构的组成
由若干刚性构件通过低副（转动副或移动副）连接而成的机构。
连杆机构的特点
能实现多种运动规律和运动轨迹，广泛应用于各种机械和仪器中。
凸轮机构的运动简图表示
凸轮机构的组成
凸轮机构的特点
用规定的线条和符号表示凸轮、从动件和机架，以及它们之间的连接关系。
由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
通过凸轮的轮廓形状控制从动件的运动规律，具有结构紧凑、设计灵活等优点。
齿轮机构的组成
由两个或多个齿轮组成的高副机构，通过齿轮的啮合传递运动和动力。
齿轮机构的特点
传动效率高、传动比准确、结构紧凑、工作可靠等。
齿轮机构的运动简图表示
用规定的线条和符号表示齿轮及其啮合关系，以及轴、轴承等辅助构件。
04
机构自由度优化与改进策略
通过增加约束条件，如固定某些构件或引入新的运动副，可以降低机构的自由度，提高机构的刚性和稳定性。
通过限制某些构件的运动范围，可以减少机构的自由度，降低机构的复杂性和提高机构的可靠性。
限制运动范围
增加约束条件
优化构件形状
通过优化构件的形状和尺寸，可以改善机构的受力情况，提高机构的稳定性和承载能力。
加强关键部位
针对机构中的关键部位和薄弱环节，采取加强措施，如增加截面尺寸、采用高强度材料等，以提高机构的整体稳定性。
通过合理选择设计变量，如构件尺寸、运动副类型等，可以在满足约束条件的前提下，实现机构性能的最优化。
优化设计变量
运用计算机辅助设计、有限元分析等现代设计方法，可以对机构进行全面的分析和优化，提高机构的设计质量和效率。
采用现代设计方法
05
实验验证与案例分析
机构运动参数测量
利用测量工具对机构运动过程中的关键参数进行测量，如角位移、线位移、速度、加速度等，以验证机构运动规律和性能。
机构运动简图测绘
通过测绘典型机构的运动简图，掌握机构组成和运动传递情况，验证机构自由度的计算方法。
机构动态性能分析
通过计算机仿真或实验手段，对机构在不同工况下的动态性能进行分析，如振动、冲击、噪声等，以评估机构的动态特性和稳定性。
提高连杆机构的传动效率和平稳性，降低制造成本。
设计目标
采用先进的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对连杆机构的尺寸、形状、材料等参数进行优化设计。
优化方法
通过优化设计，连杆机构的传动效率提高了20%，平稳性得到了显著改善，同时制造成本降低了10%。
优化效果
问题描述
凸轮机构在运动过程中存在振动和噪声问题，影响了机构的性能和寿命。
06
总结与展望
机构运动简图的基本概念
机构运动简图是用于描述机构运动规
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