2024年度机械原理课件

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轮系类型及功能介绍
平行轴轮系
各齿轮轴线平行，用于传递平行轴之间的运 动和动力。
相交轴轮系
齿轮轴线相交，用于实现相交轴之间的运动 和动力传递。
交错轴轮系
齿轮轴线交错，通过锥齿轮等实现交错轴之 间的运动和动力传递。
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复合轮系
由多种类型轮系组合而成，实现更复杂的运 动和动力传递要求。
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协调设计原理
通过调整机构参数，使各构件之间的运动协调一致，达到预期的运动效果。
在方案设计中的应用
在方案构思和拟定阶段，运用协调设计原理对机构进行初步分析和优化，提高 方案的设计质量和效率。同时，在详细设计阶段，根据协调设计原理对机构参 数进行精确计算和调整，确保机构的运动精度和稳定性。
2024/2/3
通过本课程的学习，学生可以掌握机 械系统的工作原理、设计方法和优化 技术，为后续的专业课程学习和工程 实践打下坚实基础。
它涵盖了从基础理论到实际应用的全 过程，是机械工程类专业的重要基础 课程。
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机械原理研究内容及方法
研究内容
机械原理主要研究机械系统中的机构学、机器动力学、机械优化设计等方面的问 题。具体包括机构的运动分析、力分析、效率计算，机器的动力学建模、振动与 噪声控制，以及机械系统的方案设计、性能评价和优化等。
选择适当的比例尺
根据实际机构的尺寸和运动特 性，选择适当的比例尺进行绘
制。
绘制运动副
用规定的符号和线条绘制出运 动副，如转动副、移动副等。
标注运动参数
在简图上标注出机构的运动参 数，如转速、转角、位移等。
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机构自由度计算及判断
自由度概念
自由度计算公式
机构自由度是指机构中独立运动的构件数 目，常用F表示。
圆柱凸轮
凸轮呈圆柱形，从动件在 圆柱面上运动，适用于较 大行程和较高转速的场合 。
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从动件常用运动规律选择
1 2
等速运动规律
从动件以恒定速度运动，适用于低速轻载场合。
等加速等减速运动规律
从动件先以恒定加速度加速，再以恒定减速度减 速，适用于中速中载场合。
3
简谐运动规律
从动件按正弦或余弦规律运动，适用于高速轻载 场合。
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机构组成要素及分类
组成要素
机构由原动件、从动件、机架以及联 接它们的运动副组成。
分类
机构可根据其运动特性分为平面机构 和空间机构；根据各构件间相对运动 的不同，可分为连杆机构、齿轮机构 、凸轮机构、螺旋机构等。
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机构运动简图绘制方法
01
02
03
04
确定机构的组成
首先确定机构的原动件、从动 件和机架。
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齿轮传动设计与分析
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齿轮传动类型及特点介绍
平行轴齿轮传动
两齿轮轴线平行，传递扭矩和转 速，应用广泛。
相交轴齿轮传动
两齿轮轴线相交，可改变传动方 向和速度，适用于特定场合。
交错轴齿轮传动
两齿轮轴线既不平行也不相交， 结构紧凑，但制造较复杂。
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渐开线齿廓及其啮合特性
强度与刚度分析
研究连杆机构的强度和刚度问 题，包括构件的应力、应变和 变形等，以及提高机构强度和
刚度的措施。
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04
凸轮机构设计与分析
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凸轮机构类型及特点介绍
盘形凸轮
结构简单，适用于较小行 程和转速的场合。
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移动凸轮
凸轮与从动件相对移动， 适用于较大行程和中等转 速的场合。
渐开线齿廓定义
平面内一条动直线沿着一个固定的圆作纯滚动时 ，此动直线上一点的轨迹。
啮合特性
保持恒定的传动比，具有可分性、压力角和模数 等参数。
优点
传动平稳、效率高、承载能力强、使用寿命长等 。
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齿轮传动强度计算方法
静强度计算
考虑齿轮在静止或匀速转动时受到的 载荷，计算齿轮的弯曲应力和接触应 力。
疲劳强度计算
考虑齿轮在交变载荷作用下的疲劳破 坏，采用应力循环次数和应力幅值进 行计算。
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断裂强度计算
考虑齿轮在过载或冲击载荷作用下的 断裂破坏，采用断裂力学方法进行计 算。
热强度计算
考虑齿轮在高温环境下的承载能力下 降，采用热应力和热变形进行计算。
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蜗杆传动设计与分析
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THANKS
感谢观看
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A 受力分析
对蜗杆传动进行受力分析，确定各 分力的大小和方向。
B
C
D
校核与优化
对计算结果进行校核，如不满足要求则对 参数进行优化调整。
强度计算
根据受力分析和强度条件进行蜗杆传动的 强度计算，包括蜗杆的弯曲强度、蜗轮的 齿面接触强度和齿根弯曲强度等。
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轮系设计与分析
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执行机构型式选择和组合原则
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执行机构型式选择
根据运动形式、运动规律和运动 要求选择合适的执行机构型式， 如连杆机构、凸轮机构、齿轮机 构等。
组合原则
在满足运动要求的前提下，力求 机构简单、紧凑、高效，并考虑 制造成本和使用维护方便性。
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协调设计原理在方案设计中应用
构等。
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齿轮机构
适用于需要实现大速比 、高精度传动的场合， 如平面齿轮机构、空间
齿轮机构等。
平面连杆机构运动特性分析
01
02
03
速度分析
通过矢量方程图解法或解 析法求解各构件的瞬时速 度。
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加速度分析
通过矢量方程图解法或解 析法求解各构件的瞬时加 速度。
运动规律分析
研究连杆机构在运动过程 中的速度、加速度变化规 律，以及机构的振动和冲 击特性。
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平面连杆机构力特性分析
静力分析
研究连杆机构在静止状态下的 受力情况，包括各构件的约束
反力、驱动力和阻力等。
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动力分析
研究连杆机构在运动状态下的 受力情况，包括各构件的惯性 力、动载荷和动应力等。
平衡分析
研究连杆机构在运动过程中的 平衡问题，包括机构的静平衡 和动平衡，以及改善机构平衡 性的措施。
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凸轮轮廓曲线设计方法
图解法
利用几何作图方法设计凸轮轮廓 曲线，适用于简单凸轮机构。
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解析法
通过建立凸轮机构数学模型，求解 凸轮轮廓曲线方程，适用于复杂凸 轮机构。
仿真法
利用计算机仿真软件模拟凸轮机构 运动过程，优化设计凸轮轮廓曲线 ，适用于高精度、高效率的凸轮机 构设计。
研究方法
机械原理采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法。通过建立数学模型 、进行力学分析和运动学仿真等手段，揭示机械系统的内在规律和性能特点。
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本课程的任务和要求
任务
本课程的任务是使学生掌握机械原理的基本理论和基本方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，为从事机械 工程领域的设计、制造、科研等工作打下坚实基础。
F = 3n - 2PL - PH，其中n为构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
判断机构运动是否确定
注意虚约束和局部自由度
当机构自由度F>0时，机构具有确定的运动 ；当F=0时，机构为瞬变机构或静止机构； 当F<0时，机构会发生自锁。
在计算自由度时，需要注意机构中是否存在 虚约束和局部自由度，它们会影响自由度的 计算结果。
机械原理课件
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目录
• 引言 • 机构结构分析 • 连杆机构设计与分析 • 凸轮机构设计与分析 • 齿轮传动设计与分析 • 蜗杆传动设计与分析 • 轮系设计与分析 • 机械系统运动方案设计
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引言
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机械原理课程概述
机械原理课程是一门研究机械系统中 力和运动传递及转换规律的学科。
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蜗杆传动类型及特点介绍
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圆柱蜗杆传动
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效率高，传动比大，结构紧凑，但制造和安装精度要求较高。
圆弧蜗杆传动
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承载能力高，传动平稳，噪声小，但加工较复杂。
环面蜗杆传动
03
同时兼有圆柱蜗杆传动和圆弧蜗杆传动的优点，但制造困难，
应用较少。
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蜗杆传动主要参数选择原则
模数选择
根据传动功率、转速和许用应力等条件选择 合适的模数。
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连杆机构设计与分析
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连杆机构类型及应用场合
铰链四杆机构
适用于需要实现转动和 摆动的场合，如曲柄摇 杆机构、双曲柄机构等
。
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滑块四杆机构
适用于需要实现往复直 线运动的场合，如曲柄 滑块机于需要实现特定运 动规律的场合，如盘形 凸轮机构、移动凸轮机
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周转轮系传动比计算方法
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周转轮系定义
至少有一个齿轮的轴线绕另一齿轮的轴线转动的轮系。
传动比计算
根据周转轮系中各个齿轮的齿数、转速和转向，利用相对 运动原理计算传动比。具体计算方法因轮系结构不同而异 ，需根据具体情况进行分析。
注意事项
在计算周转轮系传动比时，需考虑各个齿轮的相对运动和 转向，避免出现计算错误。同时，还需注意轮系的结构和 稳定性，确保传动比的准确性和可靠性。
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机械系统运动方案设计
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机械系统运动方案设计流程
明确设计要求
根据机器的使用功能、工作环境和性能指标等要求，明确设计任务。
方案分析与拟定
分析现有技术和产品，进行方案构思和拟定，绘制机构运动简图。
方案评价与选择
根据评价指标对方案进行综合评价，选择最优方案。
详细设计
对选定方案进行详细设计，包括机构尺寸、运动学参数和动力学参数等。
定轴轮系传动比计算方法
传动比定义
输入轴转速与输出轴转 速之比，表示轮系传动 速比的特性。
2024/2/3
传动比计算
根据齿轮齿数比计算传 动比，公式为 i=n1/n2=z2/z1，其中 i 为传动比，n1、n2 分 别为输入轴和输出轴转 速，z1、z2 分别为输入 齿轮和输出齿轮齿数。
注意事项
在计算传动比时，需注 意齿轮的旋向和齿数比 ，避免出现计算错误。
要求
学生应认真听讲、积极思考、独立完成作业。通过本课程的学习，应能够熟练掌握机械原理的基本概念、基本原 理和基本方法，能够运用所学知识分析和解决简单的机械系统问题。同时，还应注重培养自己的创新能力和实践 能力，为后续的专业课程学习和工程实践做好充分准备。
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机构结构分析
2024/2/3
蜗杆头数选择
根据传动比和效率要求选择合适的蜗杆头数 。
2024/2/3
压力角选择
通常选用20°压力角，也可根据特殊情况选 用其他角度。
蜗轮齿数选择
在满足传动比和强度要求的条件下，尽量选 择较少的蜗轮齿数以减小尺寸和重量。
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蜗杆传动强度计算方法
强度条件
根据蜗杆和蜗轮的材料、热处理及工作条 件等确定许用应力，并建立强度条件。