机械原理孙恒课件.ppt
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机械原理第七版孙恒第一章
注重理论联系实际
§1-3
如何进行本课程的学习
逐步建立工程观点
认真对待每个教学环节
机器和机构的概念
（1）机构
机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。 如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等等。 这些机构一般被认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了 Evaluation only. 刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 件。 义机构。 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题，其求解可采用 多种方法，其解一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、 判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科 学严谨、一丝不苟的工作作风。
认真对待教学的每一个环节
本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实 验课、课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节。 要学好这门课，首先必须对每个教学环节予以充分重视。其 次，还要转变被动学习方式为自主学习方式。
（地点：航空楼D308 ~ D318)
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 机械创新设计教学中心 3.5 Client Profile 5.2.0 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
开放课程学习室和网络教学环境
（2）机器 机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。 例如： 电动机、内燃机用来变换能量；
§1-3
如何进行本课程的学习
逐步建立工程观点
认真对待每个教学环节
机器和机构的概念
（1）机构
机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。 如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等等。 这些机构一般被认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了 Evaluation only. 刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 件。 义机构。 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题，其求解可采用 多种方法，其解一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、 判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科 学严谨、一丝不苟的工作作风。
认真对待教学的每一个环节
本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实 验课、课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节。 要学好这门课，首先必须对每个教学环节予以充分重视。其 次，还要转变被动学习方式为自主学习方式。
（地点：航空楼D308 ~ D318)
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开放课程学习室和网络教学环境
（2）机器 机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。 例如： 电动机、内燃机用来变换能量；
机械原理,孙恒,西北工业大学版第9章凸轮机构及其设计
从动件----直动、摆 动 。
凸轮机构特点：机构简单紧凑，推杆能达到各种预期 的运动规律。 但凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损。
2、凸轮机构的分类
按凸轮形状分：盘形凸轮、平板凸轮、圆柱凸轮 按推杆形状分：尖顶推杆、滚子推杆、平底推杆
封闭方式：力封闭（如弹簧）、几何封闭
§9-2 推杆运动规律 名词介绍：
3、解析法设计凸轮轮廓曲线 ① 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构
建立 oxy 坐标系， B0 点 为凸轮推程段廓线起 始点。 rr -----滚子半径
x ( s0 s) sin e cos y ( s0 s) cos e sin
此式为凸轮理 论廓线方程式。 e—偏心距
得推杆推程运动规律：
S h / 0 v h / 0 a0
等速运动规律有刚性 冲击。（加速度有无 穷大值的突变）
同理可推得等速运动回程时运动规律：
S h(1 / 0 ) v h / 0 a0
（2）二次多项式运动规律 二次多项式表达式：
S C 0 C1 C 2 2 v ds / dt C1 2C 2 a dv / dt 2C 2
2
2
等减速回程： 2 2 S 2h( 0 ) / 0
) /0 v 4h ( 0 a 4h / 0
2
2
2
(3) 五次多项式运动规律
s C0 C1 C2 2 C3 3 C4 4 C5 5 v C1 2C2 3C3 2 4C4 3 5C5 4 a 2C2 2 6C3 2 12C4 2 2 20C5 2 3
回程时的运动方程：
机械设计基础-2008 西工大 孙恒 陈作模 版本 完美PPT
同一种零件可能有几种不同的失效形式，对应于各种失效形式 就有不同的工作能力，设计时，应对满足零件上述准则的各种工作 能力进行比较，取其较小者作为设计依据。
二、学习指导
6．机械零件材料的选用原则 机械零件常用的材料有钢、铸铁、有色金属和非金属 等，其牌号、性能及热处理知识可查阅机械设计手册。 在机械设计中选择材料是重要问题。设计者在选择材 料时，应充分了解材料的性能和适用条件，并考虑零件的 使用要求、工艺要求和经济性要求等。 7.机械零件的制造工艺性及标准化 (1) 机械零件的工艺性 零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能用 较少的劳动和成本把零件制造和装配出来。为此，设计者 必须了解零件的制造工艺，能从材料选择、毛坯制造、机 械加工、装配以及维修等环节考虑有关的工艺问题。
我国现行标准分为国家标准（GB）、部颁标准（JB、 YB等）和企业标准。出口产品采用国际标准（ISO）。
三、典型实例分析
1. 零件受静载荷产生变应力 零件所受的载荷是静载荷还是变载荷比较容 易判别，但在分析零件应力类型时，有时易发生 错误，特别是在静载荷作用下（此时可能产生静 应力也可能产生变应力）。在静载荷下作回转或 T 周期运动的零件就会产生变应力，这种情况经常 遇到。几种常用零件受静载荷时产生变应力的举
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五、复习题参考答案
回目录
一、基本内容及学习要求
二、学习指导
(3) 其他计算准则 振动稳定性准则：了解机器产生振动的主要原因和避免共振的 方法。 寿命准则：影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀和疲劳。 热平衡准则：在工作中发生摩擦的零件会产生热量，故应对发 热较大的零件进行热平衡计算。 可靠性准则：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定 功能的概率称为可靠度，机器的可靠度取决于零部件的可靠度及它 们的组合关系。了解设计时提高系统可靠度的措施。
机械原理,孙恒,西北工业大学版第4章平面机构的力分析
第四章 平面机构的力分析
§4-1 作用在机械上的力和力分析的方法
1、作用在机械上的力： 驱动力----驱动机械运动的力 阻抗力----阻止机械运动的力 有效阻力（工作阻力）----有效功，（输出功） 有害阻力（摩擦力、介质阻力），----损失功 2、分析的目的和方法 目的：①确定运动副中的反力（大小和性质） ②确定机械上的平衡力（或平衡力偶），（即确定驱动力） 步骤：①求出各构件的惯性力和力偶，视为外加的力 ②根据静定条件将机构分解为若干构件组和平衡力系 （从最远的构件组，即外力全部已知的构件组开始） ③逐步推算到平衡力作用的构件
M f = f v ⋅ G ⋅ r = FR21.ρ
其中：
ρ = f v .r
称为摩擦圆半径
摩擦圆的概念： 1）以轴颈中心O 为圆心，以ρ为半径的圆。 2）在转动副中，只要发生相对转动，总反力 就总是切于摩擦圆，即轴承对轴颈的总反力 FR21始终相切于摩擦圆。 3）FR21对铰联中心所形成的摩擦力矩的方向 总是与相对角速度的方向相反。的确切方向 须从该构件的其它力平衡条件中得到。
3、什么是静力分析和动态静力分析： 静力分析----不计惯性力对机械进行力分析 动态静力分析----计入惯性力，利用达朗伯 原理（动静法）作力分析 方法： 图解法 解析法：矢量方程式法 直角坐标法（矩阵法） 复数法
§4-2 构件惯性力的确定
FIi-----i构件质心上的惯心力 FIi’--- i构件偏离质心某一点上的惯心力 mi -----各构件的质量 Jsi-----绕过质心轴的转动惯量 asi-----质心Si的加速度 αi-----角加速度
需水平驱动力F，：F，=G tan (α - φ)
图4-5----矩形螺纹：
等速拧紧螺母所需力矩： M = Fd2 / 2 = Gd2 tan(α + ϕ) / 2 等速放松螺母所需力矩： M ′ = Gd tan(α −ϕ) / 2 2
§4-1 作用在机械上的力和力分析的方法
1、作用在机械上的力： 驱动力----驱动机械运动的力 阻抗力----阻止机械运动的力 有效阻力（工作阻力）----有效功，（输出功） 有害阻力（摩擦力、介质阻力），----损失功 2、分析的目的和方法 目的：①确定运动副中的反力（大小和性质） ②确定机械上的平衡力（或平衡力偶），（即确定驱动力） 步骤：①求出各构件的惯性力和力偶，视为外加的力 ②根据静定条件将机构分解为若干构件组和平衡力系 （从最远的构件组，即外力全部已知的构件组开始） ③逐步推算到平衡力作用的构件
M f = f v ⋅ G ⋅ r = FR21.ρ
其中：
ρ = f v .r
称为摩擦圆半径
摩擦圆的概念： 1）以轴颈中心O 为圆心，以ρ为半径的圆。 2）在转动副中，只要发生相对转动，总反力 就总是切于摩擦圆，即轴承对轴颈的总反力 FR21始终相切于摩擦圆。 3）FR21对铰联中心所形成的摩擦力矩的方向 总是与相对角速度的方向相反。的确切方向 须从该构件的其它力平衡条件中得到。
3、什么是静力分析和动态静力分析： 静力分析----不计惯性力对机械进行力分析 动态静力分析----计入惯性力，利用达朗伯 原理（动静法）作力分析 方法： 图解法 解析法：矢量方程式法 直角坐标法（矩阵法） 复数法
§4-2 构件惯性力的确定
FIi-----i构件质心上的惯心力 FIi’--- i构件偏离质心某一点上的惯心力 mi -----各构件的质量 Jsi-----绕过质心轴的转动惯量 asi-----质心Si的加速度 αi-----角加速度
需水平驱动力F，：F，=G tan (α - φ)
图4-5----矩形螺纹：
等速拧紧螺母所需力矩： M = Fd2 / 2 = Gd2 tan(α + ϕ) / 2 等速放松螺母所需力矩： M ′ = Gd tan(α −ϕ) / 2 2
机械原理,孙恒,西北工业大学版第11齿轮系及其设计
所有从动轮齿数连乘积
定轴轮系的传动比 =
所有主动轮齿数连乘积
规定:首、末两轮转向相同时， 其传动比为“+” ，反之为“— ”。 当有空间齿轮时，转向关系 的确定，只能画箭头
本例中，轮2为惰轮 （或程过桥轮、中介轮）
§11-3 周转轮系的传动比 11给整个周转轮系加上 一个公共角速度“ωH” ωH -ωH=0 ，即行星 架“静止不动”，周 转轮系转化为定轴轮 系 （转化轮系） ω1H=ω1-ωH ω2H=ω2-ωH ω3H=ω3-ωH ωHH=ωH-ωH=0
特别注意：“±” ，须由转化轮系中m、n两轮的 转向关系来确定
§11—4 复合轮系的传动比 11 4
注意几点: 1.必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分 （找出行星架，并注意行星架往往是由轮 系 中具有其他功用的构件所兼任) 2.列出各组成轮系的传动比计算公式。 3.联解方程
例1. 图示的轮系，设已知各轮齿数，试求其 传动比 i1H
,
（3）联解方程
ω1 −ωH z2 z3 = ω3 −ωH z1z2
200 −ωH 40 ⋅ 24 = −100 −ωH 30 ⋅ 20
nH = −600
§11—5 轮系的功用
1．实现分路传动 2．获得较大的传动比 3. 实现变速传动 4．实现换向传动 5．用作运动的合成和分解 6．在尺寸及重量较小的条件下，实现 大功率传动
解: （1）区分轮系
2’—3 — 4 — H 周转轮系 1 — 2 定轴轮系
（2）列方程
n1 z2 40 i12 = = − = − = −2 n2 z1 20
i2′H = 1 − i2′4 = 1 − (−z4 / z2′ ) = 1 + 80 / 20 = 5
定轴轮系的传动比 =
所有主动轮齿数连乘积
规定:首、末两轮转向相同时， 其传动比为“+” ，反之为“— ”。 当有空间齿轮时，转向关系 的确定，只能画箭头
本例中，轮2为惰轮 （或程过桥轮、中介轮）
§11-3 周转轮系的传动比 11给整个周转轮系加上 一个公共角速度“ωH” ωH -ωH=0 ，即行星 架“静止不动”，周 转轮系转化为定轴轮 系 （转化轮系） ω1H=ω1-ωH ω2H=ω2-ωH ω3H=ω3-ωH ωHH=ωH-ωH=0
特别注意：“±” ，须由转化轮系中m、n两轮的 转向关系来确定
§11—4 复合轮系的传动比 11 4
注意几点: 1.必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分 （找出行星架，并注意行星架往往是由轮 系 中具有其他功用的构件所兼任) 2.列出各组成轮系的传动比计算公式。 3.联解方程
例1. 图示的轮系，设已知各轮齿数，试求其 传动比 i1H
,
（3）联解方程
ω1 −ωH z2 z3 = ω3 −ωH z1z2
200 −ωH 40 ⋅ 24 = −100 −ωH 30 ⋅ 20
nH = −600
§11—5 轮系的功用
1．实现分路传动 2．获得较大的传动比 3. 实现变速传动 4．实现换向传动 5．用作运动的合成和分解 6．在尺寸及重量较小的条件下，实现 大功率传动
解: （1）区分轮系
2’—3 — 4 — H 周转轮系 1 — 2 定轴轮系
（2）列方程
n1 z2 40 i12 = = − = − = −2 n2 z1 20
i2′H = 1 − i2′4 = 1 − (−z4 / z2′ ) = 1 + 80 / 20 = 5
机械原理,孙恒,西北工业大学版第8章平面连杆机构及其设计
0
1i
0
p0 m
m2 n2 1 l 2 2n
p1 m / n
p2 m2 n2 1 l 2 / 2n
cos1i 0 p0 cos3i 0 p1 cos3i 0 1i 0 p2
xA , yA ,xD , yD ,a,c,e, f ,g
故最多只能按9个预定点精确求解。
3、用作图法设计四杆机构
3．1 按连杆预定的位置设计四杆机构 （1）已知活动铰链中心B、C点的位置，求A、D
（2）已知固定铰链中心A、D的位置，求B、C点。
例：
3．2 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
a b a c a d
abcd acbd
即：a 为最短杆
曲柄存在的必要条件：
最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和
(如果不满足杆长条件，则无周转副，此时不论以何杆为 机架，均为双摇杆机构。)
满足此条件后，若： ①最短杆为连架杆-----曲柄摇杆机构 ②最短杆为机架 -----双曲柄机构 ③最短杆的对边为机架-----双摇杆机构
已知M点坐标（x,y），确定机构尺度？
解：对左侧杆组 x xA a cos1 e cos 2 f sin 2 y yA a sin1 e sin 2 f cos 2
消去θ
得：
1
x xA 2 y yA 2 e2 f 2 2ex xA f y yA cos 2 2 f x xA ey yA sin2 a2
对右侧杆组：
x xD 2 y yD 2 g 2 f 2 2 f y yD gx xD cos 2 2 f x xd gy yD sin2 c2
机械原理孙恒课件
构件
构成机构的基本单元，通 过运动副连接。
运动链
由两个或多个构件通过运 动副连接而成的闭环系统 。
平面机构的运动简图
简化机构
将实际机构中的非关键部 分忽略，突出其主要运动 特性。
绘制简图
使用简单的线条和符号表 示机构中的构件和运动副 。
标注参数
在简图中标注出机构的主 要参数，如长度、角度等 。
平面机构的自由度计算
注重对各种机械系统的了解和比较， 掌握不同类型机械系统的特点和设计 方法
注重对基本概念和基本理论的掌握， 打好基础，逐步提高分析和解决问题 的能力
积极参与课堂讨论和小组学习，与同 学和老师交流心得，提高学习效果和 学习效率
02 平面机构的结构分析
平面机构的组成
01
02
03
运动副
将构件相互连接，并确定 其相对运动的装置。
状态。
虚功原理
对于一个平衡的系统，所有主动 力对任意虚位移所做的虚功总和 等于所有阻力对同一虚位移所做
的虚功总和。
虚位移法的应用
通过分析机构中各构件的虚位移 和作用力，求出机构的平衡条件
和平衡力矩。
机构力分析的动态静力法
动态静力法
基于牛顿第二定律，通过分析机构中各构件的质量和加速度，求 出机构中各点的反作用力。
相对运动分析法在机构运动分析中的应用
相对运动原理
当两构件之间存在相对运动时，可以通过将一个构件视为固定，另一个构件视 为动体来分析相对运动。
应用
通过相对运动分析法，可以求解机构中各构件之间的相对位移、相对速度和相 对加速度，进一步确定各运动副中的约束反力和力矩。
04 平面机构的力分析
机构力分析的基本概念
机械原理（第七版）孙桓主编第2章
机械原理（第七版）孙桓主编第2章一、平面机构结构分析1.组成机构的要素是和；构件是机构中的单元体。
2.具有、、等三个特征的构件组合体称为机器。
3.机器是由、、所组成的。
4.机器和机构的主要区别在于。
5.从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。
6.运动副元素是指。
7.构件的自由度是指；机构的自由度是指。
8.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留个自由度。
9.机构中的运动副是指。
10.机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。
11.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入_____个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。
12.平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。
13.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为，至少为。
15.计算机机构自由度的目的是_________________________________________________________________________________________________________________ _________________。
16.在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的运动副是副。
17.计算平面机构自由度的公式为Ｆ= ，应用此公式时应注意判断：(A) 铰链，(B) 自由度，(C) 约束。
18.机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；虚约束是指。
19.划分机构的杆组时应先按的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的级别确定。
20.机构运动简图是的简单图形。
31.任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组组成的。
----------------------( )32.一种相同的机构组成不同的机器。
(A) 可以； (B) 不能33.机构中的构件是由一个或多个零件所组成，这些零件间产生任何相对运动。
机械原理（第七版）孙桓主编第3章
机械原理（第七版）孙桓主编第3章二、平面机构运动分析1.图示平面六杆机构的速度多边形中矢量ed代表，杆4角速度ω4的方向为时针方向。
题1图题6图2.当两个构件组成移动副时，其瞬心位于处。
当两构件组成纯滚动的高副时，其瞬心就在。
当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用来求。
3.3个彼此作平面平行运动的构件间共有个速度瞬心，这几个瞬心必定位于上。
含有6个构件的平面机构，其速度瞬心共有个，其中有个是绝对瞬心，有个是相对瞬心。
4.相对瞬心与绝对瞬心的相同点是，不同点是。
5.速度比例尺的定义是，在比例尺单位相同的条件下，它的绝对值愈大，绘制出的速度多边形图形愈小。
6.图示为六杆机构的机构运动简图及速度多边形，图中矢量cd代表，杆3角速度ω3的方向为时针方向。
7.机构瞬心的数目Ｎ与机构的构件数k的关系是。
8.在机构运动分析图解法中，影像原理只适用于。
9.当两构件组成转动副时，其速度瞬心在处；组成移动副时，其速度瞬心在处；组成兼有相对滚动和滑动的平面高副时，其速度瞬心在上。
10.速度瞬心是两刚体上为零的重合点。
11.铰链四杆机构共有个速度瞬心，其中个是绝对瞬心，个是相对瞬心。
12.速度影像的相似原理只能应用于各点，而不能应用于机构的的各点。
13.作相对运动的3个构件的3个瞬心必。
14.当两构件组成转动副时，其瞬心就是。
15.在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为动，牵连运动为动时，两构件的重合点之间将有哥氏加速度。
哥氏加速度的大小为；方向与的方向一致。
16.相对运动瞬心是相对运动两构件上为零的重合点。
17.车轮在地面上纯滚动并以常速v前进，则轮缘上K点的绝对加速度αK=αk n=V K n/KP。
---------------------------------------( )18.高副两元素之间相对运动有滚动和滑动时，其瞬心就在两元素的接触点。
---( )19.在图示机构中，已知ω1及机构尺寸，为求解C 2点的加速度，只要列出一个矢量方程a C2=a B2+a n C2B2+a t C2B2就可以用图解法将a C2求出。
机械原理第三章 孙恒版
学习要求
了解平面机构运动分析的目的和方法； 了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的 概念及其在速度分析中的应用；掌握矢量图解法； 概念及其在速度分析中的应用；掌握矢量图解法；对其 它方法有一般的了解。 它方法有一般的了解。
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 用瞬心法作机构的运动分析 运动分析的相对运动图解法 平面矢量的复数极坐标表示法 平面机构的整体运动分析法
机构运动分析的任务、 §3-1 机构运动分析的任务、目的和方法
学习要求
本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。 本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。
主要内容 1.机构运动分析的目的和范围 1.机构运动分析的目的和范围 2.机构运动分析的方法 2.机构运动分析的方法
一、机构运动分析的目的和范围
图4-1 速度瞬心
速度瞬心表示符号P12其含义是指物体1和物体2 速度瞬心表示符号P12其含义是指物体1和物体2的瞬心 P12其含义是指物体
用瞬心法作机构的速度分析
二、 瞬心的种类
1.绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动， 1.绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动，瞬心点 绝对瞬心 的绝对速度为零 2. 相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心 . 相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中， 点的绝对速度相等但不为零、 点的绝对速度相等但不为零、相对速度为零 。 由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。 由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。 3. 机构中瞬心的数目 设机构中有N 包括机架）构件，每两个进行组合， 设机构中有N个（包括机架）构件，每两个进行组合， 则该机构中总的瞬心数目为 K= N(N-1) / 2 N(N(3-1)
了解平面机构运动分析的目的和方法； 了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的 概念及其在速度分析中的应用；掌握矢量图解法； 概念及其在速度分析中的应用；掌握矢量图解法；对其 它方法有一般的了解。 它方法有一般的了解。
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 用瞬心法作机构的运动分析 运动分析的相对运动图解法 平面矢量的复数极坐标表示法 平面机构的整体运动分析法
机构运动分析的任务、 §3-1 机构运动分析的任务、目的和方法
学习要求
本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。 本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。
主要内容 1.机构运动分析的目的和范围 1.机构运动分析的目的和范围 2.机构运动分析的方法 2.机构运动分析的方法
一、机构运动分析的目的和范围
图4-1 速度瞬心
速度瞬心表示符号P12其含义是指物体1和物体2 速度瞬心表示符号P12其含义是指物体1和物体2的瞬心 P12其含义是指物体
用瞬心法作机构的速度分析
二、 瞬心的种类
1.绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动， 1.绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动，瞬心点 绝对瞬心 的绝对速度为零 2. 相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心 . 相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中， 点的绝对速度相等但不为零、 点的绝对速度相等但不为零、相对速度为零 。 由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。 由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。 3. 机构中瞬心的数目 设机构中有N 包括机架）构件，每两个进行组合， 设机构中有N个（包括机架）构件，每两个进行组合， 则该机构中总的瞬心数目为 K= N(N-1) / 2 N(N(3-1)
机械原理第七版孙桓
作者： 潘存云教授
机构
机械
原动机
机器 工作机
工作机的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
中南大学专用
作者： 潘存云教授
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－2 本课程的研究内容
1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; 能否运动 ▲机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一
▲机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构
▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学
▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究
卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
一般而言， 机械是机器和机构的总称
中南大学专用
机构 机械
机器
作者： 潘存云教授
机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限
机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。
通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
中南大学专用
机械
机构 机器
通用机构 专用机构 原动机 工作机
作者： 潘存云教授
本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动
机械原理第八版课后练习答案(西工大版)(孙恒等)ppt课件
解 (1)取比例尺作机构运动简图如图所示。 (2) F=3n-(2p1+ph-p’)-F’=3×4-(2×4+0-0)-1=1
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2-14 图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。该机构能保持人行走的稳定性。 若以胫骨 1 为机架，试绘制其机构运动简图和计一算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运 动简图。 解 把胫骨 l 相对固定作为机架．假肢膝关节机构的机构运动简图如图
1)取比例尺绘制机构运动简图 2)分析是否能实现设计意图
f 33241 0不合理
∵ f 0，可改为
2-12 图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解：
编辑版pppt
f 38210211 2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
解： （b）
f 342511
(2)速度分析： 以 C 为重合点，有
vC2= vB+ vC2B= vC3+ vC2C3
大小 ?ω1lAB
?0’
方向 ? ┴AB ┴BC //BC
以μl作速度多边形图 (b)，再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE 求得 d 及 e，由图可得 vD=μvpd=0．23 m／s
vE=μvpe=0.173m/s ω2=μvbc2/lBC=2 rad/s(顺时针)
F=3n- (2pl+ph- p’)- F’ =3×6- (2ⅹ7+2-1)- 2=1 上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：前者的结构较复杂，但没 有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在
运动精度要求 较高。 （c）
（2 分）
（2 分） （2 分）
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2-14 图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。该机构能保持人行走的稳定性。 若以胫骨 1 为机架，试绘制其机构运动简图和计一算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运 动简图。 解 把胫骨 l 相对固定作为机架．假肢膝关节机构的机构运动简图如图
1)取比例尺绘制机构运动简图 2)分析是否能实现设计意图
f 33241 0不合理
∵ f 0，可改为
2-12 图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解：
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f 38210211 2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
解： （b）
f 342511
(2)速度分析： 以 C 为重合点，有
vC2= vB+ vC2B= vC3+ vC2C3
大小 ?ω1lAB
?0’
方向 ? ┴AB ┴BC //BC
以μl作速度多边形图 (b)，再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE 求得 d 及 e，由图可得 vD=μvpd=0．23 m／s
vE=μvpe=0.173m/s ω2=μvbc2/lBC=2 rad/s(顺时针)
F=3n- (2pl+ph- p’)- F’ =3×6- (2ⅹ7+2-1)- 2=1 上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：前者的结构较复杂，但没 有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在
运动精度要求 较高。 （c）
（2 分）
（2 分） （2 分）
机械原理第八章 平面连杆机构及其设计 孙恒版
当 ∠BCD ≤ 90°时，γ＝∠BCD 当 ∠BCD ＞ 90°时，γ＝180°- ∠BCD
当∠BCD最小或最大时，即在主动曲柄与机架共线的 位置，都有可能出现γmin
平面连杆机构的运动和动力特性
根据余弦定律， 1.当 ∠B1C1D ≤ 90°（φ = 0）时，
min
2 l 2 l32 (l 4 l1 ) 2 arccos 2l 2 l3
题6-3图
欲设计一个铰链四杆机构，机构的输入运动为单向连续转动，确 定在下列情况下，应取哪一个构件为机架？①输出运动为往复摆动； ②输出运动也为单向连续转动。
解：①当输出运动为往复摆动时，机构应为曲柄摇杆机构， 此时应取四杆中最短杆的相邻杆，即b或d作为机架。 ②当输出运动也为单向连续转动时，机构应为双曲柄机构， 此时应取四杆中的最短杆，即a作为机架。
平面连杆机构的类型、特点和分类
小型刨床
（转动导杆机构）
牛头刨床
（摆动导杆机构）
(3) 扩大转动副
曲柄滑块机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
偏心轮机构
(4) 变换构件的形态
平面连杆机构的类型、特点和分类
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。
▲组成该周转副的两杆中必有一杆为 最短杆。
曲柄存在的条件: ▲最长杆与最短杆的长度之和 此时，铰链A、B均 为周转副。 当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是周转副。 ≤其他两杆长度之和 ▲连架杆之一或机架为最短杆。
思考与测验
1、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 其 他两杆之和 A <=； B >=； C > 。 2、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于 其他两杆之和，而充分条件是取 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。 3、铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和， 当以 为 机架时，有两个曲柄。 A 最短杆相邻边； B 最短杆； C 最短杆对边。 4、在题6-3图的四杆闭运动链中，已知
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运动副的分类： (1) 按引入约束的数目分：I级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。 (2) 按两构件的接触情况进行分：点或线接触而构成的运动副统称为 高副；面接触(surface contact)而构成的运动副则称为低副(lower pair )。 (3) 按两构件之间的相对运动的不同分：转动副或回转副(revolute pair)、移动副(sliding pair)、螺旋副、球面副、平面运动(plane motion)副、 空间运动副。
• 第八章 齿轮机构及其设计 §8-1 齿轮机构的应用及分类
§8-2 齿轮的齿廓曲线 §8-3 渐开线的形成及其特性 §8-4 渐开线齿廓的啮合特性 §8-5 渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸 §8-6 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 §8-7 渐开线齿廓的切制 §8-8 变位齿轮概述 §8-9 变位齿轮传动
机武
械
汉 理
原工
理
大 学
目录
• 第一章 绪 论 §1-1 本课程研究的对象及内容 §l-2 学习本课程的目的 §l-3 如何进行本课程的学习
• 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
§2-2 机构的组成
§2-3 机构运动简图 §2-4 机构具有确定运动的条件 §2-5 平面机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
§2-2 机构的组成
1. 构件 构件(link)—机器中每一个独立的运动单元体。 2. 运动副 由两个构件组成的可动的联接称为运动副(kinematics pair)。而把两构件 上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。例如轴与轴衬的配合 (图2-1)，滑块与导轨的接触(图2-2)。
图2-1 回转副
调节 §10-4 机械的非周期性速度波动及其调节 • 第十一章 机械的平衡 §11-1 机械平衡的目的及内容 §11-2 刚性转子的平衡计算
第一章 绪 论
§1-1本课程研究的对象及内容
“机械原理”(Mechanical Principle) 研究的对象是机械，研究的内容是有关 机械(mechanism)的基本理论问题。
机 械 —— 是 机 器 (machine) 和 机 构 (mechanism)的总称。
右图所示为一内燃机示意图，主要 由以下机构组成：
活塞(piston)、连杆(connecting rod)、 曲轴和机架(frame)组成连杆机构；大齿 轮(gear)、小齿轮和机架组成齿轮机构； 凸轮(cam)、推杆和机架组成凸轮机构。
§l-2 学习本课程的目的
本课程所学的内容乃是研究现有机械的运动及工作性能和设计新机械的 知识基础。所以它成为机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，并为 专业课程打下基础。
§l-3 如何进行本课程的学习
在学习本课程的过程中，要着重注意搞清楚基本概念，理解基本原理， 掌握机构分析和综合的基本方法。
• 第三章 平面机构的运动分析 §3-1 机构运动分析概述 §3-2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用 §3-3 用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析
• 第四章 平面机构的力分析 §4-1 机构力分析的目的和方法 §4-2 构件惯性力的确定
• 第五章 机械中的摩擦和机械效率 §5-1 研究机械中摩擦的目的和研究内容 §5-2 运动副中的摩擦 §5-3 机械的效率 §5-4 机械的自锁
• 第六章 平面连杆机构及其设计 §6-1 连杆机构及其传动特点 §6-2 平面四杆机构的类型和应用 §6-3 有关平面四杆机构的一些基本知识 §6-4 平面四杆机构的设计
• 第七章 凸轮机构及其设计 §7-1 凸轮机构的应用和分类 §7-2 推杆的运动规律 §7-3 凸轮轮廓曲线的设计 §7-4 凸轮机构基本尺寸的确定
除了机器外，实际中存在如图1-2所示的开窗机构和如图1-3所示的千 斤顶，它们借助于人力驱动实现所需的运动或传递力。这些装置我们称之 为机构。
图1-2 开窗机构
图1-3 千斤顶
机器的特征： 1. 它们是由零件人为装配组合而成的实物体； 2. 各实物体之间具有确定的相对运动； 3. 能完成有用的机械功或转化机械能。 机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。 机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称为机械。 本课程研究的内容： 1. 机构结构分析的基本知识 2. 机构的运动分析 3. 机器动力学 4. 常用机构的分析与设计 5. 机构的选型及机械传动系统的设计 本课程研究的内容可以概括为两个方面，第一是介绍对已有机械进行 结构、运动和动力分析的方法，第二是探索根据运动和动力性能方面的要 求设计新机械的途径。
在本课程的学习过程中，要注意培养自己运用所学的基本理论和方法去 分析和解决工程实际问题的能力。为此要十分注意各种理论和方法的适用范 围和条件，以求能逐步作到正确而灵活的应用。
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
研究内容： (1) 研究机构的组成及其具有确定运动的条件； (2) 根据结构特点进行机构的结构分类； (3) 研究机构的组成原理。 研究目的： 在机构设计中，需要知道机构是怎样组合起来的，而且在什么条件下 才能实现确定的运动；对机构组成原理的研究还可以为新机构的创造提供 途径；通过对机构的结构分析与分类，可以为举一反三地研究机构的运动 分析和动力分析提供方便。
§8-10 斜齿圆柱齿轮传动
§8-11 蜗杆传动
§8-12 圆锥齿轮传动 • 第九章 轮系及其设计
§9-1 轮系及其分类 §9-2 定轴轮系的传动比 §9-3 周转轮系的传动比 • 第十章 机械的运转及其速度波动的调节 §10-1 概述 §10-2 机械的运动方程式 §10-3 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其
图2-1 移动副
两齿轮轮齿的啮合(图2-3,a)，球面与平面的接触(图2-3,b)，圆柱与平面 的接触(图2-3,c) 。
图2-3,a 齿轮副
图2-3,b
图2-3,c
任意两个构件1与2，当它们尚未构起运动副之前，构件1相对于构件2共 有6个相对运动的自由度。当两构件以某种方式相联接而构成运动副，则两 者间的相对运动便受到一定的约束，其相对运动自由度减少的数目就等于该 运动副所引入的约束的数目。两构件构成运动副后所受到的约束数最少为 1(如图2-3，b所示的运动副)，而最多为5(如图2-1和2-2所示的运动副)