哈尔滨工业大学机械原理ppt课件
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机械原理(全套15PPT课件)
按形状分为盘形、圆柱形、平板型等；按从动件类型分为尖底、滚子、平底等
从动件的常用运动规律
等速运动规律
从动件匀速运动，产生刚性冲击
等加速等减速运动规律
从动件分段匀变速运动，产生柔性冲击
简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
从动件按余弦规律加速运动，无冲击
正弦加速度运动规律
从动件按正弦规律加速运动，无冲击
平面四杆机构的设计
按照给定的连杆位置设计四杆机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
按照给定的急回特性设计四杆机构
按照给定的传动角设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
05 凸轮机构及其设 计
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的应用
自动机械、操纵控制、传动装置等
凸轮机构的分类
重要性
机械原理是机械工程学科的基础 ，对于理解和分析机械系统的运 动、力和能量传递过程具有重要 意义。
机械原理的研究对象和内容
研究对象
机械系统，包括机构、传动、控制等 方面。
研究内容
机构的结构分析、运动分析、力分析 、动力学分析、优化设计等。
机械原理的发展历程和趋势
发展历程
从简单机械到复杂机械系统，从经验设计到基于科学计算的设计。
机械原理(全套15PPT课件)
contents
目录
• 机械原理概述 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面连杆机构及其设计 • 凸轮机构及其设计 • 齿轮机构及其设计
01 机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统中力的 传递、转换和效应的基本规律和 原理的学科。
具有急回特性、死点位置、压力角和 传动角等特性，这些特性对机构的运 动性能和动力性能有重要影响。
从动件的常用运动规律
等速运动规律
从动件匀速运动，产生刚性冲击
等加速等减速运动规律
从动件分段匀变速运动，产生柔性冲击
简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
从动件按余弦规律加速运动，无冲击
正弦加速度运动规律
从动件按正弦规律加速运动，无冲击
平面四杆机构的设计
按照给定的连杆位置设计四杆机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
按照给定的急回特性设计四杆机构
按照给定的传动角设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
05 凸轮机构及其设 计
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的应用
自动机械、操纵控制、传动装置等
凸轮机构的分类
重要性
机械原理是机械工程学科的基础 ，对于理解和分析机械系统的运 动、力和能量传递过程具有重要 意义。
机械原理的研究对象和内容
研究对象
机械系统，包括机构、传动、控制等 方面。
研究内容
机构的结构分析、运动分析、力分析 、动力学分析、优化设计等。
机械原理的发展历程和趋势
发展历程
从简单机械到复杂机械系统，从经验设计到基于科学计算的设计。
机械原理(全套15PPT课件)
contents
目录
• 机械原理概述 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面连杆机构及其设计 • 凸轮机构及其设计 • 齿轮机构及其设计
01 机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统中力的 传递、转换和效应的基本规律和 原理的学科。
具有急回特性、死点位置、压力角和 传动角等特性，这些特性对机构的运 动性能和动力性能有重要影响。
机械原理ppt课件
随着计算机科学、控制论、信息论等 学科的交叉融合，机械原理的研究领 域不断扩展，研究方法不断更新。
随着数学、力学等学科的发展，机械 原理开始形成较为完整的理论体系。
02
机构的结构分析
机构组成要素及运动副
机构组成要素
包括构件、运动副和约束等，是 机构的基本组成部分。
运动副
两构件直接接触并能产生一定相对 运动的连接称为运动副。根据接触 形式的不同，运动副可分为低副和 高副两类。
提高机械效率的方法
通过优化机械设计、采用高性能材料、降低摩擦和磨损等方式可 以提高机械效率。
机械的自锁
自锁现象的定义
自锁现象是指机械在某些特定条 件下，无法依靠自身力量进摩 擦系数、负载等因素有关。当机 械处于自锁状态时，无论输入多 大的力，机械都无法产生运动。
挠性转子的平衡方法
挠性转子的特点
与刚性转子相比，挠性转子在旋转过程中会发生弹性变形，导致不平衡量的动态变化。
挠性转子的平衡方法
主要包括影响系数法和模态平衡法。影响系数法通过测量和计算得到各校正平面上的不 平衡量，然后进行加重或去重操作；模态平衡法则针对挠性转子的振动模态进行平衡处
理。
机械速度波动的调节
感谢观看
克服自锁的方法
克服自锁的方法包括改变机械的 几何形状、增加驱动力矩、减小 负载等。在实际应用中，需要根 据具体情况选择合适的克服自锁
的方法。
06
机械的平衡与调速
机械平衡的目的及分类
机械平衡的目的
消除或减小因机械运动而产生的振动、噪音和不必要的动载荷，提高机械运转的平 稳性和可靠性。
机械平衡的分类
解析法的特点
精度高、适用范围广，可以处理复杂 机构的运动分析问题。
随着数学、力学等学科的发展，机械 原理开始形成较为完整的理论体系。
02
机构的结构分析
机构组成要素及运动副
机构组成要素
包括构件、运动副和约束等，是 机构的基本组成部分。
运动副
两构件直接接触并能产生一定相对 运动的连接称为运动副。根据接触 形式的不同，运动副可分为低副和 高副两类。
提高机械效率的方法
通过优化机械设计、采用高性能材料、降低摩擦和磨损等方式可 以提高机械效率。
机械的自锁
自锁现象的定义
自锁现象是指机械在某些特定条 件下，无法依靠自身力量进摩 擦系数、负载等因素有关。当机 械处于自锁状态时，无论输入多 大的力，机械都无法产生运动。
挠性转子的平衡方法
挠性转子的特点
与刚性转子相比，挠性转子在旋转过程中会发生弹性变形，导致不平衡量的动态变化。
挠性转子的平衡方法
主要包括影响系数法和模态平衡法。影响系数法通过测量和计算得到各校正平面上的不 平衡量，然后进行加重或去重操作；模态平衡法则针对挠性转子的振动模态进行平衡处
理。
机械速度波动的调节
感谢观看
克服自锁的方法
克服自锁的方法包括改变机械的 几何形状、增加驱动力矩、减小 负载等。在实际应用中，需要根 据具体情况选择合适的克服自锁
的方法。
06
机械的平衡与调速
机械平衡的目的及分类
机械平衡的目的
消除或减小因机械运动而产生的振动、噪音和不必要的动载荷，提高机械运转的平 稳性和可靠性。
机械平衡的分类
解析法的特点
精度高、适用范围广，可以处理复杂 机构的运动分析问题。
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
哈工大机械原理课件
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器
机械原理ppt课件完整版
机械原理的定义与重要性
2024/1/25
定义
机械原理是研究机械系统运动、 力和能量转换规律的科学。
重要性
机械原理是机械工程学科的基础 ，对于理解和分析机械系统的性 能、优化机械设计和提高机械效 率具有重要意义。
4
机械原理的研究对象和内容
研究对象
机构学
传动学
控制理论
机械系统，包括机构、 传动、控制等子系统。
动力学原理
牛顿运动定律、动量定理、动能定理等是机械系统动力学的基本原理，它们揭示了机械系 统运动的基本规律。
17
机械系统的运动方程和求解方法
运动方程的建立
根据机械系统的受力情况和约束条件，可以建立机械系统的运动方程。这些方程通常是一组微分方程或差分方程。
2024/1/25
求解方法
求解机械系统的运动方程可以采用解析法、数值法或图解法等方法。其中，解析法可以得到精确的解，但通常只适用 于简单的机械系统；数值法可以求解复杂的机械系统，但得到的是近似解；图解法则是一种直观形象的求解方法。
工艺特点
机械制造工艺具有多样性、复杂性 和综合性等特点，需要根据不同的 产品要求和生产条件制定相应的工 艺方案。
21
机械制造装备的分类和特点
加工装备
包括机床、刀具、夹具等，用于 对原材料进行切削、磨削等加工 操作，具有高精度、高效率和高
自动化等特点。
热处理装备
包括加热炉、淬火设备、回火设 备等，用于改善材料的力学性能 和加工性能，提高产品的使用寿
稳定性概念及判定方法：稳定性是指 机械系统在受到扰动后能否恢复到原 平衡状态的能力。稳定性的判定方法 包括静力学判定法、动力学判定法和 能量判定法等。其中，静力学判定法 主要关注机械系统在平衡位置附近的 稳定性；动力学判定法则通过分析机 械系统的运动方程来判断其稳定性； 能量判定法则是通过分析机械系统的 能量变化来判断其稳定性。
哈工程机械原理第四章PPT课件
a
10
23d0 d401 2 3 4 5 6 7 8
5
6
6
78
四、正弦加速度
2 1
a
3
运动规律 pHw2 0
4
(摆线投影位移运 动规律)
d02
8
012 8
5
7
6 45
V
3
2Hw
2
6
d0
1
7
特点：
08
01 2
加速度变化连续.
S
34 34
d0 567 d
d0 567 8d
H
amax 最大.
对加工误差敏感.
使气阀有规律地开启和闭合。 ➢ 由上例可以看出:
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架这 三个基本构件所组成的一种高副机构。
2
偏置、偏距 e 、偏距圆
偏置凸轮的转角、从动杆的相对位置
d
w
1
w
d0
d
d0
d0
1
'
e 理论廓线、工作廓线
基圆半径指的是理论廓线上的最小向径
工 理
3
一、等速运动规律
(直线位移运动规律、 一次多项式运动规律)
H S
d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
18020100 30003600
0
w
10
1
2
9
3 8
7
4
65
10
二.对心滚子移动从动杆
已知: R0、H 、RT 、 w 的方向、 从动杆运动规律和凸轮相应转角.
n
理论廓线
工作廓线
n
11
三、偏置尖顶移动从动杆
H
哈尔滨工业大学机械原理课程课件第八章机械的运动方案及机构的创思设计
First
Up
Index
二、减速器（变速） 系统
First
减速器是机械传动 方案中一个重要部分 ， 它的作用是变换运动 ， 增加扭 矩， 减速器有各 种类型，参见下列图表。 Up Index
谐波减速器
First
Up
Index
减速器类型及用途
First
Up
Index
电机的种类很 多，有些电动机直 接电动装置，可直 接选用。电机的选 择对整个机械方案 选择是最为重要的， 对设备的性能有十 分重要影响，必须 充分重视。 矩频特性曲线 Up Index
First
2. 液压动力源
液压缸是实现直线运动的基本动力原件。 直线运动液压缸的类型有：单作用液压缸、双作用 液压缸、组合式液压缸。 摆动液压缸有：单片式、双片式等形式。 液压缸气缸缸筒内径尺寸系列
机构的选择及创新性设计
执行机构是方案设计的关键，创新是其基础。
方案的比较与决策
方案的评价是一个很困难的事情，运动精度、结 构强度、系统可靠性、稳定性等要全面考虑。
First
Up
Index
§8-3 原动机及减速器的基本 知识及其选择
一部机器主要由四大部分组成：
原动机、传动机构、执行机构和控制系统。组成机 器的四大部分必须选择和设计得当，才能保证整部机器 的性能优良。
一、原动机的选定
1. 电动机及其类型
在电动机中有异步电动机、伺服电动机和步进电 动机三大类。
First
Up
Index
异步电动机
转速（r/min）：3000、1500、1000、750 额定功率（kW）：0.75、1.1、1.5、2.2、3.0、4.0、 5.5、7.5、11、18.5、22、30、37、 45、55、75、90、110、132、160、 200 效率（%）：0.75~0.95 n
哈工大机械原理课件
哈工大机械原理课件
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
机械原理全套ppt课件
机械传动系统
轴系零部件
熟悉带传动、链传动、齿轮传动等传动方 式的工作原理、特点及应用场合。
了解轴承、轴、联轴器、离合器等轴系零部 件的结构、功能及选用原则。
机械原理在实际工程应用中的价值
1 2
指导机械设计
机械原理为机械设计提供理论依据，指导设计师 进行科学合理的机构选型、传动方案制定和零部 件设计。
获得综合性能最优的连杆机构方案。
多目标优化
在给定设计空间和约束条件下，寻求连杆机构材料的 最优分布，以实现轻量化设计和提高机构的整体性能 。
04 凸轮机构设计与 分析
凸轮机构类型及特点
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化 直径的盘形构件，具有结构简单 、紧凑的特点，适用于较小行程
的场合。
移动凸轮
等因素。
07 轮系设计与分析
轮系类型及特点
定轴轮系
所有齿轮的几何轴线均固定不变，适 用于简单、低速的传动系统。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成，兼 具两者的特点，适用于复杂、高速的 传动系统。
行星轮系
至少有一个齿轮的几何轴线绕其他齿 轮的几何轴线转动，结构紧凑、承载 能力大、传动效率高。
轮系传动比计算方法
06 蜗杆传动设计与 分析
蜗杆传动类型及特点
蜗杆传动类型
包括圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。
蜗杆传动特点
具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小、自锁性好等特点。但同时也存在 效率低、发热量大、制造成本高等缺点。
蜗杆传动参数选择与强度计算
参数选择
包括蜗杆头数、蜗轮齿数、模数、压 力角、螺旋角等参数的选择，需根据 传动要求和工作条件进行确定。
机械原理课程目标与要求
机械原理(全套154页PPT课件)
接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。 如齿轮副、凸轮副。
也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平 面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空 间运动。如螺旋副，球面副。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。 如齿轮副、凸轮副。
也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平 面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空 间运动。如螺旋副，球面副。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
哈工大机械原理课件
局部自由度 不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。 在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
3.虚约束
应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。 在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 带虚约束的凸轮机构
带虚约束的曲轴 当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可绘制出机构的运动简图。
绘制机构运动简图的步骤
绘制牛头刨床机构的运动简图
绘制十字滑块联轴节的运动简图
§2-3 机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
１、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1
根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 球面高副 柱面高副 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
运动副元素以面接触的运动副称为低副。 球面低副 移动副 转动副
根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类 空间运动副 球销副 螺旋副 圆柱套筒副
二、创新
两用折叠椅
双曲面滚柱加载器
外环 内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
Байду номын сангаас
PART ONE
《机械原理》-第四章-哈工大精品课程[52P][1.02MB]
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盘形凸轮 1、按两活动构件之间 相对运动特性分类 平面凸轮机构 空间凸轮机构 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
移动凸轮
凸 轮 机 构 分 类
2、按从动件运动副 元素形状分类
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合
形锁合
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
υ2 OP12 ds/d ω1
F12
2
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
P12
α α
v2 v2
P12
1
式中：s0
2 r0
e
2
r0
F21 O
e
s
ω1 OP 12
ω1 OP12
压力角计算的统一表达式：
v2 ω1
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
定，凸轮机构的许用压力角 [ ] 也已经确定，如何
确定凸轮的基圆半径 最大压力角 max 小于或等于许用压力角 [ ] 。 在设计凸轮时，当从动件的运动规律 s( ) 已经确
r0 和偏距 e ，使凸轮机构的
这个表达式能否解决这样的命题？
OP12 e ds/d e tan α 2 2 s0 s r0 -e s
h
Φ0
Φs
Φ0
Φs
正弦加速度（摆线）运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
3-4-5多项式运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。
移动凸轮
凸 轮 机 构 分 类
2、按从动件运动副 元素形状分类
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合
形锁合
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
υ2 OP12 ds/d ω1
F12
2
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
P12
α α
v2 v2
P12
1
式中：s0
2 r0
e
2
r0
F21 O
e
s
ω1 OP 12
ω1 OP12
压力角计算的统一表达式：
v2 ω1
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
定，凸轮机构的许用压力角 [ ] 也已经确定，如何
确定凸轮的基圆半径 最大压力角 max 小于或等于许用压力角 [ ] 。 在设计凸轮时，当从动件的运动规律 s( ) 已经确
r0 和偏距 e ，使凸轮机构的
这个表达式能否解决这样的命题？
OP12 e ds/d e tan α 2 2 s0 s r0 -e s
h
Φ0
Φs
Φ0
Φs
正弦加速度（摆线）运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
3-4-5多项式运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。
机械原理完整ppt课件
微器等。
04 连杆机构与凸轮机构
连杆机构的基本形式和设计方法
连杆机构的基本形式
包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等，每种形式都有其特定的运动特 性和应用场合。
连杆机构的设计方法
根据给定的运动规律和设计要求，选择合适的连杆机构形式，并通过几何关系、 运动学分析和动力学计算等方法，确定机构的尺寸、运动参数和动力参数。
机械原理完整ppt课 件
目录
CONTENTS
• 机械原理概述 • 机构的结构分析与设计 • 机械传动与驱动 • 连杆机构与凸轮机构 • 间歇运动机构与组合机构 • 机械系统动力学与平衡 • 现代设计方法在机械原理中的应用
01 机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统运动、 力和能量转换规律的科学。
01
链传动应用
适用于机床、起重机械、农业机械等需要较大传动比和较高效率的场合
。
02
带传动应用
广泛应用于轻工、纺织、化工等行业的传动系统中，如缝纫机、皮带运
输机等。
03
螺旋传动应用
常用于机床进给机构、千斤顶、螺旋压力机等需要直线运动或升降运动
的场合。同时，在精密仪器和微调装置中也有广泛应用，如精密螺旋测
中的重要性。
优化设计的数学模型
02
讲解优化设计的数学模型，包括设计变量、目标函数和约束条
件等要素的定义和表示方法。
优化算法与实例分析
03
介绍常用的优化算法，如梯度下降法、遗传算法等，并通过实
例分析展示如何在机械设计中应用这些算法进行优化。
可靠性设计在机械原理中的应用
可靠性设计的基本概念
介绍可靠性设计的定义、目的和意义，阐述可靠性设计在机械设计中的重要性。
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24
W F S cos 在其它条件不变的情况下压力角α越大，作功W越大
压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小 的衡量指标。
25
曲柄摇杆机构的压力角
2
BD
a2
d2
2adcos
2
BD
b2Leabharlann c22bccos
cos b2 c2 - a2 d2 2adcos
2bc
90
b
B
18
◆最短杆是连架杆或机架
周转副
b
a
d
周转副
摆转副
c
摆转副
最短杆a是机架时，连架杆b,d都是曲柄
最短杆a是连架杆时，b或者d是机架，a是曲柄
c是机架时，无曲柄
双摇杆机构
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
19
2、曲柄滑块机构有曲柄的条件
m ab
e a nb
构件a能通过m点的条件是：
aeb
构件a能通过n点的条件是：
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 ◆最短杆是连架杆或机架
17
讨论
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件
b c
a d
当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 即
abcd
该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副, 并且这两个周转副在最短杆的两端。
机械原理
第三章 连杆机构分析与设计
哈尔滨工业大学
2004年2月
1
一、定义与分类
3-1 概述
（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构 连杆机构又称为低副机构
2
（2）连杆机构可分为 空间连杆机构和 平面连杆机构
空间连杆机构
平面连杆机构
3
二、连杆机构的优点
• 承受载荷大，便于润滑 • 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
K
从动件快速行程平均速度 从动件慢速行程平均速度
3 3
3
t1
3
t2
t1
1 1
180 1
t2
2 1
180 - 1
K
180 180
180 K 1
K 1 32
四、机构的死点位置
1. 死点位置 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90∘时 机构所处的位置。
如何确定机构的 死点位置？
置所夹的角
曲柄摇杆机构的极位夹角
C
C
C
b B
aA
d
D
B
29
曲柄滑块机构的极位夹角
B
A
B
C
摆动导杆机构的极位夹角
B
A
Bd
e C
D
30
2. 急回运动
当曲柄等速回转的情况下，通
常把从动件往复运动速度快慢不同
C1
的运动称为急回运动。
b
c
主动件a
运动：AB1 AB2
时间： t1
转角：1
从动件c
DC1 DC2
4
三、连杆机构的缺点
•惯性力不易平衡 •不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
5
3-2 平面连杆机构的基本类型及其演化
一、平面四杆机构的基本类型及应用
基本类型： 曲柄摇杆机构
四杆机构 连杆曲线
6
双曲柄机构
7
双摇杆机构
8
周转副
连架杆 曲柄
周转副
机架
连杆 曲柄摇杆机构
摆转副
连架杆 摇杆 摆转副
9
二、平面连杆机构的演化
(2) 改变相对杆长 (3) 选不同构件作机架
14
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件 及几个基本概念
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1、铰链四杆机构有曲柄的条件
蓝色三角形成立
adbc
b cb c aa
d
ad
badc cadb
红色三角形成立
d-a bc b d-a c
c d-a b
15
比较
adbc d-abc badc bd-ac cadb cd-ab
δmax
a
A
d
Fn
Cγα
F Ft
δ
Vc
c
δmin
D
26
90
180
B a A
b
Fn α F
C
α γδ γ
Ft c
Vc
δmax
δmin
d
D
27
曲柄滑块机构的压力角
m
ab
a
nb
e
max min
28
三、急回运动和行程速比系数
1. 极位夹角
当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位
分析B、C点的压力角
C
C1
B
b a B2
c
C2
c
b
aA
d
D
B1
33
曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点
FB
M AB
B
M
vB
B 0
FB
C CFC
d-aadbc adbc bd-acadc bd-ac cd-abadb c d-ab
adbc
bd-ac
c d-a b
ac ab ad
a最短
a
b
c
d
该机构中构件a最短， 构件a能否整周回转？
16
adbc b d-a c cd-ab
adbc abdc
acdb
ac ab ad
a最短
最短杆与最长杆之和小于等于 其它两杆长度之和
t1
1 B2 b
a
a
A
2
d
B1
C2
c
D
运动：AB2 AB1
时间： t2
转角： 2
DC2 DC1
t2
从平动均件角速c的度：DC1 DC2 :
3
t1
DC2 DC1 :
3
t2
t1
1 1
180 1
t2
2 1
180 - 1
t1 t2
3 3
31
3. 行程速比系数K
通常把从动件往复运动平均速度的比 值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。
人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。 1、曲柄摇杆机构的演化
改变运动副类型 转动副变成移动副
∞
改变构件相对尺寸
e＝0
改变构件 相对尺寸
e
10
2、双曲柄机构的演化
0
改变运动副类型 转动副变成移动副
改变运动副类型 转动副变成移动副
改变构件 相对尺寸
转动导杆机构 改变构件 相对尺寸
双转块杆机构
有曲柄，该机 构是摆动导杆 机构。
22
a
d
d-eade
没有曲柄。
a
e e
结论
d
a d e 偏置导杆机构有
有曲柄，该机 构是转动导杆
曲柄的条件是
机构。
a d e, a d e
23
二、压力角和传动角
F
V
S
W F S cos 压力角：力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角 α称为压力角。 传动角：压力角的余角γ称为传动角
aeb
曲柄滑块机构有曲柄的条件
aeb
20
3、导杆机构有曲柄的条件
ad
有曲柄，该机
a
a
构是摆动导杆 机构。
ad
有曲柄，该机 构是转动导杆 机构。
d
d
a
ad
结论
有曲柄，该机
导杆机构总 构是转导杆机
构。
是有曲柄的
d
21
4、偏置导杆机构有曲柄的条件
ae
d
ad-e
有曲柄，该机 构是摆动导杆 机构。
a
e
d
a d-e
11
3、双摇杆机构的演化
改变运动副类型
改变构件
转动副变成移动副
0
相对尺寸
移动导杆机构
改变运动副类型 转动副变成移动副
0
0
改变构件 相对尺寸
双滑块机构
12
4、曲柄滑块机构的演化
改变运动副类型 转动副变成移动副
∞
定为机架 改变机架
改变构件 相对尺寸
双滑块机构
正弦机构
13
平面四杆机构的演化方式
(1) 改变运动副类型 转动副 移动副