机械原理课件第一章.ppt

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1、,机 械 原 理,主讲：咸斌,盐城工学院机械工程学院,E-mail:,第一章 绪论,第一节 本课程研究的对象 研究对象：机械（机器和机构的总称） 一、机器 例：内燃机 图1-1。 内燃机的三维动画显示 。,第一节 本课程研究的对象（2）,1、机器的特征： 1）它们都是一种人为的实体组合； 2）各部分之间具有确定的相对运动。 3）能实现能量、物料和信息的变换和传递。 2、机器的定义：一种用来转换或传递能量、物料和信息的、能执行机械运动的装置。 3、机器的组成：原动部分 、执行部分 、传动部分、控制部分等。例： 汽车,第一节 本课程研究的对象（3）,二 、 机构 机构：能实现预期的机械运动的各构件

2、的基本组合体。 或：1）人为的构件的组合体； 2)各构件间有确定的相对运动。 例： 连杆机构 齿轮机构,1） 机构的组成及其自由度的计算 即研究机构的组成原理、机构运动的可能性及确定性条件；,2） 机构的运动分析 即研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、位移、速度和加速度等运动特性；,3）机构的力分析和机器动力学分析 即研究机构各运动副中力的计算方法,4）常用机构的分析与设计 常用机构：齿轮机构、凸轮机构和连杆机构。将用大量篇幅讨论该三大常用机构的特点、设计理论和设计方法。,第二节 机械原理课程的内容,第三节 本课程的地位和学习方法,一、地位 1. 本课程是机械类各专业的一门技术基础课

3、程。 2. 机械原理在发展国民经济方面有重要的意义。 二、学习方法 注意分析、比较、综合，加强实践锻炼，理论联系实际。,作业,1-1 什么是机器、机构和机械？ 1-2 机器和机构有何异同？机器和机构的基本特征是什么？,第二章 机构的结构分析,第一节 机构的组成 一、构件 零件 机构是若干构件组合而成的。,第一节 机构的组成 构件 零件 构件是运动的单元，是由一个或几个零件组装而成的。 比如：连杆 图2-1 零件是制造单元。 二、运动副 1. 运动副定义: 两个构件直接接触形成的可动联接称为运动副。 图22,四杆机构1,第一节 机构的组成（2）,2. 运动副元素: 两构件上参加接触而构成运动副的

4、点、线、面部分称为运动副元素。 3. 运动副分类： 按接触形式分： （1）低副：面接触的运动副。 图 （2）高副：点或线接触的运动副。 图,第一节 机构的组成（3）,按相对运动形式分： （1）平面运动副 转动副 图 移动副 高副 图 （2）空间运动副 圆柱副、球面副、螺旋副等。,第一节 机构的组成（4）,按运动副引入的约束数分：x个约束，x级副。 1级副、2级副、 构件的自由度：构件具有的独立运动的数目。 作平面运动的自由构件具有三个自由度。作空间运动的自由构件具有六个自由度。 约束：对构件独立运动所加的限制称为约束。,第一节 机构的组成（5）,运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。 闭

5、式运动链：首尾封闭。 图 开式运动链：首尾不封闭。 平面运动链：相对运动为平面运动。 图 空间运动链：相对运动为空间运动。 图,三、运动链,第一节 机构的组成（6）,机构：具有确定相对运动的运动链。 固定机架，给定原动件，运动确定。 机架：固定不动的构件。 原动件：按给定的运动规律独立运动的构件。 从动件：其余的活动构件。 平面机构 空间机构,四、机构,第二节 机构运动简图,一、机构运动简图 机构运动简图：用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置。这种能够表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 运动副、构件的表示：表22 常见机构表示：表23,第二节

6、 机构运动简图（2）,二、机构运动简图绘制 1.分析机械的结构和动作原理，确定构件的数目。 2.分析构件间的相对运动，确定运动副的数目和类型。 3.选定视图投影面及比例尺L=实际尺寸/图上尺寸(m/mm)，顺序确定转动副和移动副导路的位置，根据原动件的位置及各杆长等绘出各构件，得到机构运动简图。 例1：小型压力机 图25 例2,第三节 机构自由度分析,一、平面机构的自由度 机构的自由度： 机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。 机构自由度计算公式: F=3n-2PL-PH 其中：n是可动构件数,例：四杆机构图27 1 2 F=1 五杆机构图2-8 1 2 F=2 三杆桁架图29 F=0

7、, F=-1,二、机构具有确定运动的条件 （1）F0时，机构蜕化成刚性桁架，构件间不可能产生相对运动。 图 （2） F0时，原动件数大于机构自由度，机构遭到破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定，只有当原动件数等于机构自由度时机构才具有确定的运动。 机构具有确定运动的条件： F0且原动件数等于机构的自由度。 例：判断是不是机构 图 例：图211 例：图,三、计算机构自由度时应注意的事项 复合铰链: 两个以上的构件同时在一处以转动副相联接, 就构成了复合铰链。若m个构件以复合铰链相联接时, 其构成的转动副数应等于(m-1)个。 图 例22： 图2-12,2. 局部自由度: 某些构件所产生的

8、局部运动并不影响其他构件的运动, 这种局部运动的自由度称为局部自由度。 在计算机构自由度时, 应将机构中的局部自由度除去不计。 处理方法： 把滚子焊死，成为一个构件。 图2-13 3. 虚约束: 对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束。 （1）两构件间组成多个运动副 转动副：图 移动副：图 高 副：图,（2）两点之间的距离始终保持不变 图 （3）两构件上的联接点的轨迹是互相重合 图 （4）对机构运动不起作用的对称部分 图 处理方法：计算机构自由度时,先要去掉虚约束。 例24：P22图 例：例,第四节 机构结构分析及机构分类,一、平面机构的高副低代 目的：便于对机构进行分析。 1、高副低代

9、：采用低副来代替高副的方法。 2、高副低代的条件： 代替前后机构的自由度完全相同； 代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。 方法：一个构件两个低副一个高副,第四节 机构结构分析及机构分类（2）,3、替代方法： 用一个虚拟构件分别在高副接触点处的曲率中心与构成该高副的两构件以转动副相联； 图1 图2 若高副两元素之一为直线，则因其曲率中心在无穷远处，则其中的一个转动副变为移动副； 图 如果高副之一为一点，则因其曲率半径为零，其中一个转动副就在此点处。图,第四节 机构结构分析及机构分类（3）,二、机构的组成原理 机构的组成：机架、原动件和从动件系统。 1、基本杆组：从动件系统中不能再分的自由

10、度为零的构件组合。 2、杆组满足： 即： 构件数 只能为2、4、6、等,（1） 级杆组：由两个构件和三个低副组成的杆组。 图 （2） 级杆组：由四个构件，六个低副组成的基本杆组，且 都含有一个具有三个低副的构件。 图 3、机构的组成原理：任何机构都可以看做是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架而构成的。例,第四节 机构结构分析及机构分类（5）,三、机构的结构分析和分类（分解或称拆杆组） 1、正确计算机构的自由度，去除局部自由度和虚约束。 2、从远离原动件的构件开始拆杆组，先拆级组，若不成，再拆级组，每拆出一个杆组后，留下的部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩下一个原动件为止。

11、例： 1 图,第四节 机构结构分析及机构分类（6）,机构的级别：由最高级别的杆组的级别确定。 级机构：由最高级别为级的基本杆组构成的机构。 级机构：由最高级别为级的基本杆组构成的机构。,例2-5 P27试确定图2-24a所示机构的级别。 原动件1。,基本杆组的最高级别为级杆组，所以该机构为级机构。,若将机构的原动件由构件1改为构件8，可拆出下图所示的级基本杆组及原动件与机架。,通过上述分析可知，同一机构因所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构。 但当机构的原动件确定后，该机构的级别就唯一确定。,本章小结,1机构是具有确定运动的构件的组合体； 2运动副是两构件之间的可动联接； 3运动副分为：

12、 平面运动副 ：低副：转动副 移动副 高副 空间运动副 4机构的独立运动称为机构的自由度，计算公式为 F=3n2PLPH,5计算自由度应注意的三个问题： （1）复合铰链； （2）局部自由度； （3）虚约束。 6机构具有确定运动的条件是：自由度数等于主动构件数。 7.机构的组成原理：任何机构都可以看做是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架而构成的。,本章小结,习题 P2832,习题2-8(b)、 (c) 习题2-9 (a)、(b) 习题2-10 (a)、(f) 、(h) 习题2-12 (a)、(d) 习题2-13 (b)、(f) 习题2-14 习题2-15,思考题：一、填空题,1、所有构件均在

13、 运动的机构称为平面机构。 2、两个构件 接触，并且具有 动的联接，称为运动副。 3、两个构件通过面接触而组成的运动副为 副。 4、两构件以 （点线面）相接触而组成的运动副为高副，它引入了 （123）个约束，还保留了 （123）个自由度。 5、由运动副联接组成的构件系统 （一定不一定一定不）是机构。 6、绘制机构运动简图的长度比例尺为 。 7、一个构件，它的实际长度 ，在机构运动简图中，图示长度AB=40mm，试问其长度比例尺 。 8、在比例尺 的机构运动简图中，量得构件长度AB=20mm，试问该构件的实际长度 = 。 9、机构具有确定运动的条件是主动构件数 （多于等于少于）机构的自由度数。

14、10、一个作独立平面运动的构件具有 个自由度。,二、简答题,1、构件与零件有何不同？ 2、常用的平面运动副有哪几种？各有几个约束？ 3、从运动的观点来说，构成机构的基本要素是什么？ 4、试述机构与运动链的关系？ 5、机器的特征有哪些？ 6、在计算机构的自由度时，应注意哪些事项? 7、“高副低代”应满足的条件是什么？ 8、何谓基本杆组？它有什么特征？ 9、机构具有确定运动的条件是什么? 当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 10、何谓运动副元素? 按运动副元素可将运动副分为哪几类?,汽车,连杆机构,运动副类型,齿轮机构,连杆,开闭式运动链,空间运动链,平面机构,空

15、间机构,压力机,四杆机构,一个原动件的四杆机构,二个原动件的四杆机构,五杆机构一个原动件,五杆二个原动件,小型压力机,刚性桁架,F=3n-2PL-PH=3X2-2X3-0=0,F=3n-2PL-PH=3X3-2X5-0=-1,摇筛机构,凸轮机构,n=2,PL=2,PH=1,n=3,PL=3,PH=1,油泵,作者：潘存云教授,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,复合铰链,多个运动副,两点距离不变,对称部分,轨迹重合,判断机构,n=3,PL=4,PH=1 ?,计算机构自由度,计算机构的自由度,n=7,PL=10,PH=0,圆弧接触高副低代,任意曲线接触高副低代,直线与曲线接触高副低代,两构件形成多个转动副,两构件形成多个移动副,高副,两构件形成多个高副,计算自由度,点与曲线接触高副低代,结构分析,级杆组,级杆组,计算自由度，高副低代,计算自由度,n=4,PL=5,PH=1,拆杆组,机构的组成,机构的分解,五杆机构,大筛机构,