1任課教師：戴向云機械電子工程學(xué)院手機公室：J8-305機械設(shè)計基礎(chǔ)2

成績評定(1)平時考勤作業(yè)和實驗20%(2)考試成績80%

3

學(xué)習(xí)緒論的目的：1.掌握機器和機構(gòu)、構(gòu)件和零件、通用零件和專用零件等概念；2.初步了解課程研究的對象和內(nèi)容，以及本課程的性質(zhì)。第1章緒論4§1本課程的研究對象研究對象：機械——“機器”和“機構(gòu)”一、“機器”和“機構(gòu)”概念的演變（一）機器：縫紉機、洗衣機、復(fù)印機、各種機床、汽車、拖拉機、起重機等1.機器實例：(1)內(nèi)燃機：單缸四沖程燃?xì)鉄崮軝C械能(2)工業(yè)機器人：搬運物料電能、液能對物體做功（有用功）(3)加工蛋糕攪拌機、摩天輪電能機械能5

內(nèi)燃機

內(nèi)燃機包含著齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。6

工件自動裝卸裝置

工件自動裝卸裝置包含著帶傳動機構(gòu)、蝸桿傳動機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)等。7打磨工件毛刺的工業(yè)機器人

六自由度關(guān)節(jié)式工業(yè)機器人由空間開鏈機構(gòu)組成，各關(guān)節(jié)驅(qū)動—傳動裝置由驅(qū)動器和齒輪傳動及同步帶傳動等機構(gòu)組成。8裝配機器人9

契比雪夫四足步行機器人1011123.機器概念

機器是能實現(xiàn)確定的機械運動，又能做有用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量、物料、信息的傳遞與變換的裝置。（起重機、錄音機）思考：“收音機、電視機”是否為機器？2.機器一般特征

1）人為的實體組合

2）各部分之間具有確定的相對運動

3）用來完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能13（二）機構(gòu)：是機器的組成部分，一臺機器可以包含一個機構(gòu)，也可以包含多個機構(gòu)1.機構(gòu)實例：內(nèi)燃機1）曲柄滑塊機構(gòu)直移旋轉(zhuǎn)2）凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)直移3）齒輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)2.機構(gòu)一般特征

具有機器前兩個特征，無第三特征，即不做功，僅改變運動形式。

1）人為的實體組合

2）各部分之間具有確定的相對運動3.機構(gòu)概念

機構(gòu)是用來傳遞運動和力的、由若干相互之間形成可動聯(lián)接的結(jié)構(gòu)實體組成的構(gòu)件系統(tǒng)。作為一個整體運動的結(jié)構(gòu)實體稱為構(gòu)件。一般情況下，為了傳遞運動和力，各構(gòu)件間應(yīng)有確定的相對運動。傳遞運動；改變運動形式14連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)15（三）機器和機構(gòu)的區(qū)別1.機器分類（1）工作機器：實現(xiàn)其他種類的某種工作或工藝過程，完成有用的機械功，如機床、汽車、飛機等（2）動力機器：實現(xiàn)其他種類的能量與機械能之間的轉(zhuǎn)換，如電動機（3）信息機器：實現(xiàn)其他形式的信息與機械運動信息之間的傳遞與轉(zhuǎn)換，如復(fù)印機2.現(xiàn)代機械組成（1）驅(qū)動系統(tǒng)：機械系統(tǒng)工作的動力源，如電動機和各種熱力機（2）執(zhí)行系統(tǒng)：直接實現(xiàn)機器特定功能的部分，包括執(zhí)行機構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件（3）傳動系統(tǒng)：把原動機的動力和運動傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置（4）控制系統(tǒng)：使驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)工作并準(zhǔn)確可靠地完成整個機械系統(tǒng)功能的裝置。163.機器與機構(gòu)的區(qū)別（1）機構(gòu)是一個構(gòu)件系統(tǒng)，機器除了構(gòu)件系統(tǒng)外還包括電氣、液壓等裝置。（2）機構(gòu)只用于傳遞運動和力，而機器除了傳遞運動和力外，還應(yīng)當(dāng)具有變換和傳遞能量、物料、信息的功能。4.在研究構(gòu)件的運動和受力情況時，機器與機構(gòu)之間并無區(qū)別（都是進(jìn)行運動的傳遞與變換），因此，習(xí)慣上用“機械”作為機器和機構(gòu)的總稱。17二、零件和構(gòu)件1.零件：是制造的單元

專用零件：在特定機器中用到，如渦輪機及汽輪機中的葉片、飛機的螺旋槳、內(nèi)燃機的曲軸、活塞等2.構(gòu)件：是運動的單元，可以是單一的整體，也可以是由幾個零件組成的剛性結(jié)構(gòu)（零件間無相對運動）。18機械原理機械設(shè)計§2本課程的研究內(nèi)容通用零件（設(shè)計與計算）聯(lián)接：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接…

傳動:帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、 蝸桿傳動軸與軸系零部件:軸、軸承、聯(lián)軸器其它:彈簧…常用機構(gòu)(組成原理、運動學(xué)和動力學(xué))如：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)…19傳動零件軸系零件聯(lián)接零件附件機架20課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課先修課程： 機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、互換性與技術(shù)測量、金工實習(xí)§3本課程的性質(zhì)注重實踐多觀察多分析與思考善于找到事物的共性善于發(fā)現(xiàn)事物的個性學(xué)習(xí)方法：21

本章討論的問題：構(gòu)件間滿足什么條件才具有確定的相對運動？

——自由度計算為了便于分析研究復(fù)雜的機械的外形及結(jié)構(gòu)，需要對其簡化——機構(gòu)運動簡圖本章只討論平面機構(gòu)(所有的構(gòu)件都在一個平面或平行平面內(nèi)運動)速度瞬心及其在機構(gòu)分析中的應(yīng)用第2章平面機構(gòu)的運動簡圖及自由度計算22機構(gòu)的組成：機構(gòu)是通過構(gòu)件間有機的連接而成§1運動副及其分類一、運動副（有機的聯(lián)接）1.定義：兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接分析一下接觸形式的特點2.運動副元素：運動副中參與接觸的點、線、面23轉(zhuǎn)動副24移動副25齒輪副26點高副27圓柱副（空間）28球銷副（空間）29球副（空間）30螺旋副（空間）31點高副（空間）32線高副（空間）轉(zhuǎn)動副、移動副實例轉(zhuǎn)動副移動副34二、平面運動副分類（按運動副元素即接觸特性分）低副:構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件通過面接觸高副:構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件通過點或線接觸35三、機構(gòu)=構(gòu)件+運動副1.固定構(gòu)件（機架）

是用來支撐活動構(gòu)件（運動構(gòu)件）的構(gòu)件。研究機構(gòu)中活動構(gòu)件的運動時，常以固定構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系。2.原動件（主動件）

是運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。它的運動是外界輸入的，也稱為輸入構(gòu)件。3.從動件

是機構(gòu)中隨著原動件的運動而運動的其余活動構(gòu)件。其中輸出預(yù)定運動的從動件稱為輸出構(gòu)件，其他從動件則起傳遞運動的作用。

任何一個機構(gòu)中，必有一個構(gòu)件被相對地看作固定構(gòu)件。在活動構(gòu)件中，必須有一個或多個原動件，其余的都是從動件。36§2平面機構(gòu)運動簡圖一、機構(gòu)運動簡圖

不考慮與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副具體結(jié)構(gòu)；

只考慮與運動有關(guān)的運動副的類型和構(gòu)件的運動尺寸，用簡單的線條、規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運動副，按比例定出運動副的位置而畫出的簡圖。

表達(dá)各構(gòu)件相對運動關(guān)系的簡單圖形(表達(dá)機構(gòu)運動的語言)37二、構(gòu)件和運動副的表示方法1.運動副的表示方法轉(zhuǎn)動副移動副高副齒輪副凸輪副382.構(gòu)件的表示方法1)參與組成兩個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件2)參與組成一個轉(zhuǎn)動副和一個移動副的構(gòu)件3)參與組成三個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件機構(gòu)=構(gòu)件+運動副，可繪制機構(gòu)運動簡圖了39三、機構(gòu)運動簡圖繪制步驟1.分析機構(gòu)，原動件工作部分，看清構(gòu)件的數(shù)目以及構(gòu)件間運動傳遞情況2.根據(jù)各構(gòu)件相對運動，判定運動副類型、數(shù)目

3.選投影面（選取多數(shù)構(gòu)件的運動平面作為投影面），取適當(dāng)比例尺（

=實際尺寸m/圖上尺寸mm），確定各運動副之間的相對位置4.用規(guī)定符號畫機構(gòu)運動簡圖，標(biāo)出原動件（從原動件開始畫）40顎式破碎機及其機構(gòu)運動簡圖41顎式破碎機42活塞泵43內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖主要內(nèi)容1、自由度與約束4、計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項2、平面機構(gòu)自由度計算公式3、機構(gòu)具有確定運動的條件§3平面機構(gòu)的自由度一、自由度與約束1.定義自由度：一個平面活動構(gòu)件3個自由度約束：對機構(gòu)或構(gòu)件運動的某種限制機構(gòu)或構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目2.運動副所產(chǎn)生的約束數(shù)平面低副，引入2個約束；個低副，2個約束結(jié)論:2.運動副所產(chǎn)生的約束數(shù)結(jié)論:平面高副，引入1個約束；個高副，個約束設(shè)平面機構(gòu)有：n個活動構(gòu)件3n個自由度個平面低副引入2個約束個平面高副引入個約束該平面機構(gòu)自由度：二、自由度的計算公式計算實例若：機構(gòu)自由度原動件數(shù)1.

原動件數(shù)F，機構(gòu)運動不確定2.

原動件數(shù)F

，機構(gòu)被破壞3.

F0，機構(gòu)（超）靜定機構(gòu)自由度是機構(gòu)具有的獨立運動數(shù)目，而機構(gòu)中只有原動件具有獨立運動機構(gòu)自由度=原動件數(shù)52五連桿機構(gòu)：不確定運動53五連桿機構(gòu)：具有確定運動54機構(gòu)具有確定運動的條件：F>0，且F=原動件數(shù)F≤0，構(gòu)件間無相對運動，不成為機構(gòu)。F>0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)<F，運動不確定原動件數(shù)>F，機構(gòu)破壞四、計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束慣性篩機構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈F=3n-2PL–PH=3×5-2×7–0=1例11.復(fù)合鉸鏈

兩個以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動副連接，就形成了復(fù)合鉸鏈。

推理：m個構(gòu)件時，有m–1個轉(zhuǎn)動副。58例

有些機構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其它構(gòu)件的運動，把這些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動的自由度稱為局部自由度（計算時應(yīng)去除）優(yōu)點：將滑動摩擦改為滾動摩擦2.局部自由度在機構(gòu)中，有些運動副帶入的約束，對機構(gòu)的運動起重復(fù)約束作用，這類約束稱為虛約束（計算時應(yīng)去除)1）兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成移動副，且移動方向彼此平行或重合，只有一個移動副起作用，其余都是虛約束。3.虛約束F=3n-2PL-PH=3x3-2x4=1◆處理方法：計算中只計入一個移動副。

2）兩構(gòu)件在多處配合構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合，只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余都是虛約束。◆處理方法：計算中只計入一個轉(zhuǎn)動副。

3）兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點公法線彼此重合,只能算一個平面高副

當(dāng)兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點公法線并不重合時，則計算多個高副F=3n-2PL-PH=3x2-2x2-1=1

4）機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分◆處理方法：計算中應(yīng)將對稱部分除去不計。

虛約束對機構(gòu)的影響虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會轉(zhuǎn)化為有效約束。機構(gòu)中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求。解:1.如不考慮上述因素，解得：K=9,n=K－1=8→原動件數(shù)＜F→機構(gòu)運動不確定→結(jié)論錯誤！PL=10，PH=1，原動件數(shù)=2→F=3n－2PL－PH=3×8－2×10－1=3123456789例2:2.重解：→原動件數(shù)=F→機構(gòu)有確定運動PL=9，PH=1F=3×7－2×9-1=2n=768

解得:ｎ＝8,局部自由度1個∴Ｆ＝3ｎ－2ＰＬ－ＰＨ＝3×8－2×11－1＝1∵原動件數(shù)＝1∴機構(gòu)有確定運動局虛復(fù)ＰL＝11,ＰＨ＝1，虛約束1個,復(fù)合鉸鏈1個。例:12A2(A1)B2(B1)§4速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用機構(gòu)速度分析的圖解法有：速度瞬心法、相對運動法、線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機構(gòu)的運動分析。一、速度瞬心及其求法絕對瞬心－重合點絕對速度為零。P21相對瞬心－重合點絕對速度不為零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0速度瞬心是指互相做平面相對運動的兩構(gòu)件在任一瞬時其相對速度為零的重合點，簡稱瞬心。1)速度瞬心的定義Vp2=Vp1≠0特點：

①該點涉及兩個構(gòu)件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉(zhuǎn)中心。2）瞬心數(shù)目

∵每兩個構(gòu)件就有一個瞬心∴根據(jù)排列組合有構(gòu)件數(shù)

4

568瞬心數(shù)

6101528若機構(gòu)中有N個構(gòu)件，則K＝N(N-1)/2121212tt123）機構(gòu)瞬心位置的確定1.直接觀察法

適用于求通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置。nnP12P12P12∞2.三心定律V12定義：三個彼此作平面運動的構(gòu)件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構(gòu)件不直接相聯(lián)的場合。123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A’2E’3P32結(jié)論：P21、P31、P32位于同一條直線上。B23214舉例：求曲柄滑塊機構(gòu)的速度瞬心。∞P14P12

P34P13P24P23解：瞬心數(shù)為：1.直接觀察求瞬心2.三心定律求瞬心N＝n(n-1)/2＝6n=4ω1123二、速度瞬心在機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用1.求線速度已知凸輪轉(zhuǎn)速ω1，求推桿的速度。P23∞解：①直接觀察求瞬心P13、P23

。V2③求瞬心P12的速度。

V2＝VP12＝μl(P13P12)·ω1長度P13P12直接從圖上量取。nnP12P13

②根據(jù)三心定律和公法線

n－n求瞬心的位置P12

。ω223412.求角速度解：①瞬心數(shù)為6個②直接觀察能求出4個余下的2個用三心定律求出。P24P13③求瞬心P24的速度。VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4＝ω2·(P24P12)/P24P14

a)鉸鏈機構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件4的角速度ω4

。ω4

VP24＝μl(P24P12)·ω2VP24P12P23P34P14方向:與ω2相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側(cè)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同ω3b)高副機構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件3的角速度ω3

。ω2nn解:用三心定律求出