机械原理电子教案

第一章绪论§1-1本课程研究的对象及内容机械原理又称为机器理论与机构学。机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设计理论和方法中的重要分支。机械原理的研究对象是机械。第一章绪论一、机器的组成定义：机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。根据工作类型不同，机器一般可以分为：动力机器的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等都属于工作机器。信息机器的功用是完成信息的传递和变换。例如，复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等都属于信息机器。第一章绪论现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。三个共同特点：1、都是人为的实物组合；2、各部分之间具有确定的相对运动；3、用来变换或传递能量、物料和信息。第一章绪论活塞、连杆、曲轴和气缸体——曲柄连杆机构；凸轮、阀杆和气缸体——凸轮机构曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体——齿轮机构第一章绪论机械是机构与机器的总称。第一章绪论二、机械原理课程的主要内容1、各种机构共同的基本问题；2、分别讨论几种主要机构所特有的问题；3、机器运转的平稳性问题。第一章绪论应达到的基本要求1)对一般由平面机构和简单空间机构(包括蜗轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构等)所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机构组成的基本原理有所了解。2)具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解法或解析法对Ⅱ级机构进行运动分析的基本技能。3)掌握运动副中摩擦力的计算，以及确定机械效率和机械自锁条件的方法，并能用图解法或解析法对Ⅱ级机构进行力分析。第一章绪论4)具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。5)初步具有确定简单机械运动方案的能力。6)具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。7)具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资料等方面的基本技能。8)了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。9)了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。10)对有关机械原理学科方面的工程常识、重要新技术成就及学科的新的发展趋向有所了解。第二章平面机构的结构分析§2-1机构结构分析的内容及目的1、探讨机构组成的基本原理；2、为机构的运动分析和力分析指明途径；§2-2机构的组成1、构件零件：加工制造的单元；构件：运动的单元。2、运动副运动副：每两个构件直接接触而形成的可动联接。运动副元素：两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。第二章平面机构的结构分析第二章平面机构的结构分析平面运动副：平面机构所采用的运动副。两构件之间的运动副的作用限制该两构件之间的相对运动，引入约束，使相对运动的自由度的数目减少。自由度减少的数目等于运动副所引入的约束的数目第二章平面机构的结构分析运动副的分类1、根据引入约束的数目分为：Ⅰ级副、Ⅱ级副，……n级副。2、按两构件的接触特性分类：低副（转动副和移动副）、高副。第二章平面机构的结构分析低副具有的特点：1、引入两个约束，相对自由度为1；2、运动副元素都是面；3、耐磨损。第二章平面机构的结构分析高副的特点：1、引入一个约束，相对自由度为2；2、运动副元素是线或点；3、不耐磨。第二章平面机构的结构分析约束一个相对转动而保留两个独立相对移动的运动副存在吗？不存在第二章平面机构的结构分析第二章平面机构的结构分析（1）转动副的表示方法第二章平面机构的结构分析(2)移动副的表示方式注意：移动副的导路必须与相对移动的方向一致第二章平面机构的结构分析（3）高副的表示方法第二章平面机构的结构分析3、运动链若干构件借助于运动副联接而组成的系统。闭式运动链：运动链的各构件构成了首末封闭的系统。第二章平面机构的结构分析开式运动链：运动链的构件未构成首末封闭的系统。第二章平面机构的结构分析第二章平面机构的结构分析4、机构（1）固定件（机架）（2）原动件或主动件（3）从动件组成机构的四要素机架、原动件、从动件和运动副第二章平面机构的结构分析§2-3机构运动简图根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号及国家标准规定的常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情况表示出来。这种用以表示机构运动情况的简化图形就称为机构运动简图。第二章平面机构的结构分析（一）构件的表示方法表示参与组成两个转动副的构件表示参与组成一个转动副和一个移动副的构件第二章平面机构的结构分析表示参与组成两个移动副的构件表示参与组成一个回转副和一个高副的构件第二章平面机构的结构分析具有三个运动副元素的构件第二章平面机构的结构分析具有四个运动副的构件如何画？第二章平面机构的结构分析特殊零件的画法：凸轮：齿轮：第二章平面机构的结构分析（二）绘制运动简图的步骤1、恰当的选择投影面，一般可以选择机械的多数构件的运动平面为投影面。2、观察各个机构的运动情况，确定出构件的数目。3、根据两构件接触情况及相对运动性质，确定出运动副的种类和数目。4、用表示运动特征的简单线条，画出各个机构。5、从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。例2—1图2—9a所示为一颚式破碎机。当曲轴1绕轴心O连续回转时，动颚板5绕轴心F往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。第二章平面机构的结构分析§2-4机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算活动构件数为n=N-1未用运动副联接时具有3n个自由度受到运动副联接时，其引入的约束数为个。hlpp2lphp设某一平面运动链共包含N个构件（含机架），个低副，个高副。机构的自由度数：)2(3hlppnF第二章平面机构的结构分析基本概念：机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目；机构的自由度就是机构应具有的原动件数目。第二章平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间有何关系？第二章平面机构的结构分析3n4lp0hp1)042(33F4n5lp0hp2)052(43F第二章平面机构的结构分析2n5lp0hp003223F3n5lp0hp105233F第二章平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间关系:1)F≤0的运动链不可能产生相对运动；2）F0的运动链当运动件数小于机构自由度时，构件间的相对运动是无规则的；当原动件数大于机构自由度时，机构不能运动；只有当原动件数等于机构自由度时，构件之间才有确定的相对运动。第二章平面机构的结构分析例：计算自由度5n7lp0hp107253F第二章平面机构的结构分析5n6lp2hp126253F6n8lp1hp118263F第二章平面机构的结构分析§计算平面机构自由度时应注意的事项1、正确计算运动副数目1）复合铰链5n36253F17253F√×第二章平面机构的结构分析复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相联接所构成。由m个构件汇成的复合铰链应当包含m-1个转动副。第二章平面机构的结构分析B、C、D、E处都是由三个构件组成的复合铰链，各有2个转动副7n10lp110273F第二章平面机构的结构分析123451234513124第二章平面机构的结构分析2)两构件构成多个运动副两构件构成多个转动副，其轴线互相重合时，只有一个转动副起约束作用。两构件构成多个移动副，其导路互相平行时，只有一个移动副起约束作用。两构建在多处相接触构成平面高副，且各接触点的公法线彼此重合，只能算一个平面高副。第二章平面机构的结构分析第二章平面机构的结构分析2、要除去局部自由度213233F112223F×√去掉局部自由度算法保留局部自由度算法1113233F√第二章平面机构的结构分析3、要除去虚约束不产生实际约束效果的重复约束。1)2213F14233F116243F去掉虚约束算法保留虚约束算法第二章平面机构的结构分析第二章平面机构的结构分析平面机构虚约束常出现情况：1）被连接构件上的点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合为一时。第二章平面机构的结构分析2）两构件上两点之间的距离始终保持不变。3）机构中对运动不起作用的对称部分。22342232nppphl第二章平面机构的结构分析例1219273F21110283F第二章平面机构的结构分析例2试计算图2-24所示某包装机送纸机构的自由度(图中)，并判断该机构是否具有确定的相对运动。∥=∥=EDGJFI121311293F第二章平面机构的结构分析习题课第二章平面机构的结构分析计算自由度17253F其中转动副B为复合铰链，由构件1、2和4组成。第二章平面机构的结构分析224243F其中构件1、3、5组成复合铰链。第二章平面机构的结构分析8n11lp1hp1111283F1111142103F第二章平面机构的结构分析7n9lp2hp129273F第二章平面机构的结构分析4n处为复合铰链）Apl(51hp115243F7n均为复合铰链）、、DC(8Bpl3hp238273F第二章平面机构的结构分析9n11lp2hp2F12211293F7n8lp2hp2F1228273F第二章平面机构的结构分析10n15lp0hp1335232nppphl11152103F第二章平面机构的结构分析11n17lp0hp26310232nppphl12172113F第三章平面机构的运动分析§3-1机构运动分析的目的和方法第三章平面机构的运动分析§3-2速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用1、速度瞬心当两构件互作平面相对运动时，在任意瞬时都可以认为它们是在绕某一点作相对转动。该点即为两构件的速度瞬心。瞬心是该两刚体上相对速度为零的重合点。如果两刚体之一是静止的，则瞬心为绝对瞬心。如果两刚体都是运动的，则瞬心为相对瞬心第三章平面机构的运动分析瞬心的定义：瞬心是相对运动两刚体上顺势相对速度为零的重合点，也就是具有同一的瞬时绝对速度的重合点。2、机构中瞬心的数目2)1(NNK第三章平面机构的运动分析3、机构中瞬心位置的确定（1）两构件组成转动副铰接点即为瞬心P12（2）两构件组成移动副以移动副相联接的两构件间的瞬心位于垂直于导路方向的无穷远处。AVA1A2(A1、A2)P1221nnP12第三章平面机构的运动分析（3）两构件组成高副当高副两元素作纯滚动时瞬心就在接触点处。当高副两元素间有相对滑动时，瞬心在过接触点高副元素的公法线上。第三章平面机构的运动分析（4）两构件不直接成副三心定理三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。第三章平面机构的运动分析4、速度瞬心在机构速度分析中的应用62)14(42)1(NNK1234P12P34P23P13P14P24P14P34P23P12P24P13求铰链点P34的速度。已知点P23的速度2312232PPPlV方法一：将点P34与点P23看成是构件3上的点，利用构件3上速度为零的点求解。341323133423PPPPPPllVV方法二：将点P34与点P23看成是构件2、4上的两个点，利用两构件的瞬心P24求解。241223122423PPPPPPl