1、機械原理機械原理A 教師：趙春花教師：趙春花 機械設計教研室機械設計教研室 辦公室電話：辦公室電話：67791180(行政樓行政樓1215室室)0 緒論緒論n0.1 機械原理的研究對象機械原理的研究對象n0.2 本課程的研究內容本課程的研究內容n0.3 如何學習本課程如何學習本課程n0.4 其他其他0.1 機械原理的研究對象機械原理的研究對象n1. 機器機器n定義：執行定義：執行機械運動機械運動的裝置，用來的裝置，用來變換或傳遞能量、變換或傳遞能量、物料和信息物料和信息。原動機：將其他形式的能量變換為機械能的機器。原動機：將其他形式的能量變換為機械能的機器。 內燃機內燃機 電動機電動機 工作機

2、：利用機械能去變換或傳遞能量、物料信息工作機：利用機械能去變換或傳遞能量、物料信息的機器。的機器。 發電機發電機 起重機起重機 金屬切削機床金屬切削機床 錄音機錄音機n電動機電動機(馬達馬達)n一般應用在電力比較緊張的地區，或者高峰用電負一般應用在電力比較緊張的地區，或者高峰用電負荷比較大的地方，這些地方經常會停電，從而影響生荷比較大的地方，這些地方經常會停電，從而影響生產營業，是一些工廠、企業、商店的必備品。產營業，是一些工廠、企業、商店的必備品。n三峽大壩、小浪底水庫等。三峽大壩、小浪底水庫等。 n發電機發電機n起重機起重機0.1 機械原理的研究對象機械原理的研究對象n2. 機構機構n定義

3、：用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、定義：用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統。用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統。連桿機構連桿機構 齒輪機構齒輪機構 凸輪機構凸輪機構n3. 機器與機構的關系機器與機構的關系n機器的主體部分是由機構組成的。機器的主體部分是由機構組成的。n機器除了有機構以外還包括電氣、液壓等其他裝置；機器除了有機構以外還包括電氣、液壓等其他裝置；除了能傳遞運動和力之外，還具有變換或傳遞能量、除了能傳遞運動和力之外，還具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。物料、信息的功能。0.2 本課程的內容本課程的內容n第一章第一

4、章 平面機構的結構分析（實驗平面機構的結構分析（實驗1：機構運動簡圖測：機構運動簡圖測繪）繪）n第二章第二章 機構的運動分析機構的運動分析n第三章第三章 平面連桿機構平面連桿機構n第四章第四章 凸輪機構凸輪機構n第五章第五章 齒輪機構（實驗齒輪機構（實驗2：漸開線齒廓范成）：漸開線齒廓范成）n第六章第六章 輪系輪系n第七章第七章 機械運轉速度波動調節機械運轉速度波動調節n第八章第八章 機械的平衡機械的平衡0.3 學習本課程的要求學習本課程的要求n成績考評：成績考評：n考試考試70%，平時成績，平時成績30%n平時成績包括：平時成績包括：n出勤出勤n作業作業n上課表現，被我點到名上課表現，被我點

5、到名n實驗報告不交平時分沒有實驗報告不交平時分沒有0.4 其他其他n先修課程：先修課程：n工程制圖、工程力學工程制圖、工程力學n教材：教材：n陸寧主編陸寧主編機械原理機械原理，清華大學出版社，清華大學出版社n主要參考書主要參考書n孫恒主編孫恒主編機械原理機械原理，高等教育出版社，高等教育出版社n鄭文偉、吳克堅主編鄭文偉、吳克堅主編機械原理機械原理第七版，高等教第七版，高等教育出版社育出版社n課件、板書課件、板書n1.1 機構的組成機構的組成n1.2 機構運動簡圖機構運動簡圖n1.3 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件n1.4 速度瞬心及其在機構速度分析上的應用速度瞬心及其在機構速度分

6、析上的應用第一章第一章 平面機構的結構分析平面機構的結構分析n1.零件零件n定義：制造的單元定義：制造的單元連桿體連桿體連桿蓋連桿蓋螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母通用零件：通用零件： 螺栓、墊圈、螺母螺栓、墊圈、螺母 專用零件：專用零件： 連桿體、連桿蓋連桿體、連桿蓋1.1 機構的組成機構的組成連連桿桿體體連桿蓋連桿蓋螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母內燃機連桿內燃機連桿1.1 機構的組成機構的組成n2.構件構件n定義：運動的單元，是相互固結在一起的零件定義：運動的單元，是相互固結在一起的零件 的組合體。的組合體。3. 運動副運動副n定義：兩構件直接接觸而組成的可動連接定義：兩構件直接接觸而組成的可動連接n直

7、接接觸直接接觸n可動連接可動連接n運動副的約束運動副的約束n對構件獨立運動的限制對構件獨立運動的限制1.1 機構的組成機構的組成n運動副的分類運動副的分類n低副：兩構件通過面接觸組成的運動副低副：兩構件通過面接觸組成的運動副n轉動副轉動副：組成運動副的兩構件只能在平面內相對轉動：組成運動副的兩構件只能在平面內相對轉動1.1 機構的組成機構的組成n移動副移動副：組成運動副的兩構件只能沿某一軸線相：組成運動副的兩構件只能沿某一軸線相對移動對移動運動軌跡為直線運動軌跡為直線1.1 機構的組成機構的組成凸輪高副（點接觸）凸輪高副（點接觸）齒輪高副（線接觸）齒輪高副（線接觸）1.1 機構的組成機構的組成

8、高副：兩構件通過點或線接觸組成的運動副高副：兩構件通過點或線接觸組成的運動副齒輪機構齒輪機構凸輪機構凸輪機構4. 運動鏈運動鏈n定義：兩個以上的構件通過運動副連接而成的相對定義：兩個以上的構件通過運動副連接而成的相對可動的系統。可動的系統。圖（圖（a）圖（圖（b）圖（圖（c）圖（圖（d）1.1 機構的組成機構的組成5. 機構機構n用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統n有一個構件為機架的運動鏈。有一個構件為機架的運動鏈。1.1 機構的組成機構的組成零件零件固定裝配固

9、定裝配構件構件可動連接可動連接機構機構機器機器傳遞和變換運傳遞和變換運動動對外做功對外做功制制造造機械機械1.2 機構運動簡圖機構運動簡圖1. 定義定義n僅用簡單的線條和符號來代表構件和運動副，并僅用簡單的線條和符號來代表構件和運動副，并按一定比例確定各運動副的相對位置，能表示機按一定比例確定各運動副的相對位置，能表示機構中各構件間相對運動關系的構中各構件間相對運動關系的簡單圖形簡單圖形。n為簡明地表達機構的運動特性和工作原理，要為簡明地表達機構的運動特性和工作原理，要去掉與運動無關的尺寸去掉與運動無關的尺寸、外外形形等因素等因素。n用國標規定的簡單符號和線條代表運動副和構用國標規定的簡單符號

10、和線條代表運動副和構件。件。n確定確定構件和運動副的相對位置和性質構件和運動副的相對位置和性質，并按一，并按一定比例尺表示機構的運動尺寸，繪制出表示機定比例尺表示機構的運動尺寸，繪制出表示機構的簡明圖形。構的簡明圖形。n機構運動簡圖與原機械具有完全相同運動特性。機構運動簡圖與原機械具有完全相同運動特性。212121222122. 常用運動副的符號常用運動副的符號兩構兩構件為件為活動活動構件構件有一有一個構個構件固件固定定轉轉動動副副11112兩構兩構件為件為活動活動構件構件有一有一個構個構件固件固定定1212121212121212移移動動副副齒輪齒輪的輪的輪齒與齒與輪齒輪齒接觸接觸凸輪凸輪與

11、從與從動件動件的接的接觸觸高高副副1212122121213. 一般構件的表示方法一般構件的表示方法固定固定構件構件同一同一構件構件4. 繪制機構運動簡圖的步驟繪制機構運動簡圖的步驟1）根據機構的實際結構和運動情況，）根據機構的實際結構和運動情況，找出機構的機架、找出機構的機架、原動件、工作構件原動件、工作構件；2）確定機構的傳動部分，）確定機構的傳動部分，即確定構件數以及運動副數、即確定構件數以及運動副數、類型類型；3）確定轉動副的相對位置，即在轉動副的位置繪制出確定轉動副的相對位置，即在轉動副的位置繪制出轉動副符號轉動副符號；4）用規定的構件和運動副符號，依次繪出機架、構件、用規定的構件和

12、運動副符號，依次繪出機架、構件、移動副，移動副，從而完成機構運動簡圖的繪制。從而完成機構運動簡圖的繪制。1234abc41(原動件原動件)2(工作構件工作構件)3(工作構件工作構件)4(機架機架)動畫動畫例例1abc141223344-1-2-3-41234abcabc4-1-2-3-4動畫按鈕動畫按鈕例例2動畫按鈕動畫按鈕14a2344-1-2-3-4cb動畫按鈕動畫按鈕ABC1234ABC例例3ABCABC例例4例例5ABCABC1234例例6例例71234ABC例例81.3 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件1. 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件21A5B14E4D

13、CCD3機構的自由度機構的自由度F F：機構中各構件相對于機架所能有：機構中各構件相對于機架所能有 的獨立運動的數目。的獨立運動的數目。 12341機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件是：機構原動件個數等于是：機構原動件個數等于機構自由度的數目。機構自由度的數目。F0，構件間無相對運動，不成為機構。，構件間無相對運動，不成為機構。 原動件數原動件數=F，運動確定，運動確定F0, 原動件數原動件數F，機構破壞，機構破壞 2.平面機構自由度計算平面機構自由度計算n一個自由構件一個自由構件-3個自由度個自由度n一個轉動副一個轉動副-2個約束個約束n一個移動副一個移動副-2個約束個約束n一個高

14、副一個高副-1個約束個約束 設現有一個平面機構，設現有一個平面機構，K個構件，個構件，1個固定構件，個固定構件，n=K-1個活動構件，個活動構件，PL個低副，個低副，pH個高副。個高副。 平面機構的自由度數平面機構的自由度數=活動構件未用運動副連接活動構件未用運動副連接之前的自由度總數之前的自由度總數-運動副引入的約束總數運動副引入的約束總數 F=3n-（2PL+PH）=3n-2PL-PH2151443CDDCEAB12134F=1 F=2 3.計算平面機構自由度的注意事項計算平面機構自由度的注意事項 1）復合鉸鏈）復合鉸鏈 定義：定義：兩個以上構件同時在一處用轉動副相連接兩個以上構件同時在一

15、處用轉動副相連接 處理辦法：處理辦法：m m個構件在同一處構成轉動副，實際轉動副數目個構件在同一處構成轉動副，實際轉動副數目 為（為（m-1m-1）個。）個。幾種典型復合鉸鏈)2(3hlppnF3DmFE56C4m7281AE11) 0102(73（1）有一個復合鉸鏈，不存 在局部自由度和虛約束。復合鉸鏈（2）n=7, PL=10, PH=0(3) F=3n2PLPH =37220-0 =1 解：2）局部自由度）局部自由度 21323323F hppnl11222323F hppnl定義定義在某些機構中，在某些機構中，不影響其他構件運動的自不影響其他構件運動的自由度稱為由度稱為局部自由度局部自

16、由度。處理辦法處理辦法把滾子固化把滾子固化在支承滾子的構件上。在支承滾子的構件上。3）虛約束）虛約束 定義：定義：對機構運動實際上不起限制作用的重復約束。對機構運動實際上不起限制作用的重復約束。 O31N143OA2MB10-42-33FBMAON1O300-62-43F其中AO1BO3MN（1 1）不同構件上兩點間的距離保持恒定）不同構件上兩點間的距離保持恒定 處理辦法處理辦法：將機構中構成虛約束的構件連同其所：將機構中構成虛約束的構件連同其所 附帶的運動副去掉不計。附帶的運動副去掉不計。 （2 2）如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方）如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方 向彼

17、此平行或重合，則只能算一個移動副。向彼此平行或重合，則只能算一個移動副。自由度為何不同自由度為何不同?平行移動副平行移動副（3 3）如果兩構件在多處相配合而構成轉動副，且轉）如果兩構件在多處相配合而構成轉動副，且轉動軸線重合，則只能算一個轉動副。動軸線重合，則只能算一個轉動副。同軸轉動副同軸轉動副（4）如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且）如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個平面高副。平面高副。（5 5）在輸入件與輸出件之間用多組完全相同的運動鏈）在輸入件與輸出件之間用多組完全相同的運動鏈來傳遞運動來傳遞運

18、動 虛約束的引入，一般是為了改善機構受力，增大傳遞功率虛約束的引入，一般是為了改善機構受力，增大傳遞功率 或者其它特殊需求；或者其它特殊需求； 計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用；計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用； 虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結構條件，如果虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結構條件，如果 這些條件被破壞，將轉化了實約束，影響機構運動；這些條件被破壞，將轉化了實約束，影響機構運動； 虛約束問題小結：虛約束問題小結： 機械設計中如果需要采用虛約束，必須保證設計、加工、裝機械設計中如果需要采用虛約束，必須保證設計、加工、裝 配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。配

19、精度，以確保滿足虛約束存在的條件。求圖示機構的自由度求圖示機構的自由度求圖示機構的自由度求圖示機構的自由度復合鉸鏈復合鉸鏈局部自由度局部自由度1234567219273F計算圖示機構的自由度計算圖示機構的自由度復合鉸鏈復合鉸鏈各有兩個移動副各有兩個移動副轉動副轉動副 6移動副移動副 4構件構件 7自由度自由度1n 8，pL 11，pH 1，F 3n 2pL pH 3 8 2 11 1 1 1。216DKO3457CBA109HGFEIJ8216DKO3457CBA109HGFEIJ8111128323hl PPnF1.4 速度瞬心及其在機構速度分析上的應用速度瞬心及其在機構速度分析上的應用n1

20、.速度瞬心速度瞬心n2.速度瞬心法在機構速度分析上的應用速度瞬心法在機構速度分析上的應用A1(A2)B1(B2)12A2A1VB2B1VP121. 瞬心瞬心n定義：兩個作平面相對運動的構件，在任一瞬時，定義：兩個作平面相對運動的構件，在任一瞬時，其相對運動可看作是繞某一重合點的轉動。其相對運動可看作是繞某一重合點的轉動。n特性：相對速度為零特性：相對速度為零，絕對速度相等，絕對速度相等n類型：類型：n絕對速度瞬心絕對速度瞬心n相對速度瞬心相對速度瞬心n符號表示符號表示: Pijn1. 速度瞬心速度瞬心2. 2. 瞬心數目瞬心數目 2) 1(2kkCNkn在機構中的瞬心數目遵循組合規律，任意兩在

21、機構中的瞬心數目遵循組合規律，任意兩構件之間具有一個瞬心。構件之間具有一個瞬心。n公式公式3.3.瞬心位置的確定瞬心位置的確定 a a）兩個構件之間用運動副連接的瞬心位置）兩個構件之間用運動副連接的瞬心位置12P12（1）兩個構件用）兩個構件用轉動轉動副副連接時的瞬心位置連接時的瞬心位置（2）兩個構件用）兩個構件用移動移動副副連接時的瞬心位置連接時的瞬心位置（3 3）兩個構件用）兩個構件用平面高副平面高副連接時的瞬心位置連接時的瞬心位置 當兩構件組成純滾動的高副時，瞬心位于接觸點當兩構件組成純滾動的高副時，瞬心位于接觸點 當兩構件組成滑動兼滾動的高副時，瞬心位于過接當兩構件組成滑動兼滾動的高副

22、時，瞬心位于過接觸點的公法線觸點的公法線n-nn-n上上純滾動純滾動連滾帶滑連滾帶滑b) b) 兩個構件之間沒有用運動副連接的瞬心位置兩個構件之間沒有用運動副連接的瞬心位置三心定理：三心定理：作平面運動的三個構件有三個瞬心，且作平面運動的三個構件有三個瞬心，且位于同一直線上位于同一直線上。P13P13VP131234 1P13例例1 找出圖示機構的瞬心找出圖示機構的瞬心1-2-3 (P12P23) P13？解：瞬心數目解：瞬心數目N=？1-4-3 (P34P14) P13N=6個個1234P12P23P14P13P24P14P34P12P23P12P23P14P341234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234ABC1q1234D3P12P24P14P34P23P13例例2確定瞬心數目 N=？N=6 (P12P23) P13(P34P14) P13(P12P14) P24(P23P34) P241P34P12P23P14P13P241234解：解：瞬心數為瞬心數為6個個(=N(N-1)/2=4(4-1)/2)直接觀察能求出直接觀察能求出 4個：個：P12