机械原理.课件

第一章 机构的组成及其自由度的计算
§1.1 机构的组成
§1.2 §1.3
§1.4 §1.5
机构运动简图 机构具有确定运动的条件
平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理和结构分析
本章的主要内容
1、主要内容 • 机构的组成及其具有确定运动的条件 • 机构运动简图及其绘制 • 机构的组成原理和机构的结构分类 2、重点 • 机构具有确定运动的条件和平面机构自由度的 计算 • 机构的组成分析和机构的级别判别。 3、难点 • 虚约束的判别
F=3n-2pl =0
级别
Ⅱ
Ⅲ：
n pl
2 3
4 6
结构分类：杆组为几级？什么形式？
例如Ⅱ级组：二杆三副组
外接副：与杆组以外的构件相连的运动副 内接副：与杆组内部的构件相连的运动副
例如Ⅲ级组：三杆六副组 特点：其中一个构件上有三个内接副
举例 5
结构分析： 从远离原动件的构件开始，尽可 能拆成最低的杆组，每拆完一个杆 组，保证剩下的杆组自由度为零。 对剩下的杆组再拆时，仍从最远端 开始拆，每拆一次杆组，均从最低 级的杆组开始，无法拆时，再试拆 高一级的杆组。 所拆杆组中，级别最高的杆组为 该机构的杆组级别
根据机构的尺寸及原动件已知运动规律，求构件中从
动件上某点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、
角速度及角加速度。 2．方法
主要有图解法和解析法。
§2-2
用速度瞬心法进行平面机构的速度分析
速度瞬心： 任意二构件相对运动时的 等速重合点 瞬心点的速度:
VP=0 VP≠0
绝对瞬心 相对瞬心
速度瞬心的数目: C 2N=N(N-1)/2 ,
初步建立工程观点
本课程要用到很多与工程有关的名词、符号、公式、 标准及参数和对机械研究的一些常用的简化方法，如 倒置、反转、转化、当量、等效、代换等等。在机构 分析与综合中，除解析法外还有图解、实验法以及试 凑法等一些工程中实用的方法。因此在学习时，对名 词应正确理解其含义，对公式应着重于应用，而对方 法则着重掌握其基本原理和作法。 另外，实际工程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。
注重理论联系实际
本课程并不是研究某种具体的机械，而是着重研究 一般机械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基 本理论和基本的方法。这些基本理论和方法是紧密为 工程服务的。因此，在本课程的学习过程中，一方面 要注意这些理论和方法在理论上建立和推演的严密性 和逻辑性，另一方面更要注意这些理论和方法如何在 工程实际中的应用。此外还应随时留意日常生活和生 产中遇到的各种机械，以丰富自己的感性认识；并用 所学到的理论和方法认识分析这些机械，以加深理解， 使理论和实践相互促进。
运动副分类： 空间和平面运动副
平面运动副 空间运动副
平面运动副：两构件相对运动为平面运 动的运动副 低副：面接触的运动副（回转副、移动副）
高副: 点、线接触的运动副
平面 运动副符号：
空间运动副的符号
3.运动链
运动链：构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。
运动链成为机构的条件：将运动链的一个构件固定，
2.机构运动简图的绘制
绘制方法及步骤：
（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，
查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置； （2）选定视图平面； （3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画
出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简。举例 1 小型压力机
举例 2
当它的一个或几个构件作独立运动时，其余构件随之作
确定的运动，这种运动链便成为机构。 显然，不能运动或无规则乱动的运动链都不能成为 机构。 为使运动链获得确定的相对运动，构件的总数、运动 副类型和数量以及独立运动数目必须符合一定的关系，
将在自由度计算中加以论述。
§1.2 机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需 要绘出其机构运动简图。 1. 机构运动简图的定义 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， 采用运动副及常 用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构 运动传递情况表示出来的简化图形。 机构示意图 按比例绘出不严格的，只表示机械 结构状况的简图。
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、答疑和考试等教学环节。
要学好这门课，希望大家对每个教学环节予以充分重
视。另外，希望大家掌握本门课程的教学特点，要自
觉地、认真地按要求完成各项学习任务。
思考题
1. 本课程研究的内容主要包括哪几个方面的问题？ 2. 何谓机器？机器的功用是什么？ 3. 为什么说机构是本课程研究的基本对象？
§1.2
学习本课程的目的
一、机械原理的研究内容
机械原理是介于基础课和专业课之间的一 门技术基础课，专门讨论各种机械的共性 问题，其主要内容有下列几方面： 机构的结构分析 机构的运动分析 常用机构的分析设计 机构的动力学分析 机构的选型及机械传动系统的设计
• • • • •
二、学习目的
为学习后续课程和掌握专业知识打好基础；
绪
§1.1
论
本课程研究的对象及内容
§1.2
学习本课程的目的
§1.3 题
本课程的特点及学习时应注意的几个问
• 思考题
§1.1 本课程研究的对象及内容
1．研究对象
机械应用实例 机械 机构和机器的总称。
机构 一种用来传递和变 换运动和力的可动装置。 机器 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。
颚式破碎机
机构简图及杆组拆法
组成原理：原动件+机架+杆组（F=0)
平面机构中的高副低代
高副低代的原则：
• 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
高副低代的方法： 二高副元素在接触点处的曲率中心用 一构件和两个低副代替
凸轮机构:
举例 6
小结：掌握机构自由度的计算方法； 机构具有确定运动的条件； 基本杆组拆分的原则及方法。
内燃机
10 C
11
8 ,9 3 7 D B 18 4 A 1
§1.3
机构具有确定运动的条件
构件自由度 : 构件具有独立运动参数的数目
机构自由度 : 机构具有独立运动参数的数目
一个构件的平面运动有三个自由度
• 无约束
平面运动副的约束
平面运动副的约束
高副约束1个自由度
§1.4 平面机构的自由度计算公式 n个活动构件（不包括机架）, pl个低 副, ph个高副，则 自由度计算公式:
为毕业设计提供机械设计知识； 为今后工作提供有关机械设计、设备管理、创新
设计等方面的知识。
§1.3
本课程的特点及学习时应注意的几个问题
掌握本课程的特点
注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节
掌握本课程的特点
本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础 理论与工程实际的结合。要用到物理、数学、力学、 机械制图和工程材料及机械制造基础等先修课程的知 识，尤其是理论力学的知识。但并不是这些课程的简 单重复，而是要引导学生如何应用所学的知识解决工 程实际中所遇到的问题。 所以本课程的学习不同于理论课程的学习，也不同 于专业课，它具有一定的理论系统性及逻辑性、较强 的工程实践性的特点。因此，在学习本课程时应注意 掌握基本的概念、原理及机构的分析与综合的方法。
飞
机
仿生智能机械
2、机器与机构
• 如右图所示的内燃机， 通过连杆机构、齿轮机 构、凸轮机构的协调配 合，将燃料燃烧的热能 转化为曲轴转动的机械 能，实现了能量的转换, 完成有用的功。这就是 一台机器。其中，连杆 机构、齿轮机构、凸轮 机构就是组成机器的机 构。
机器与机构的区别
• 机器具有以下三个特征：
N构件数(包括机架）
直接构成运动副的两构件的相 速度瞬心的位置： 对瞬心
回转副： 移动副: 高 副：
若两构件中有 一构件为固定 件,则瞬心为 绝对瞬心
不直接构成运动副的相对瞬心位置的判定 三心定理：作平面运动的三个构件共有三个 瞬心，它们位于同一直线上。 三个构件的相对瞬心数C 23=3 三个相对瞬心必在一条直线上
使用教材及学时安排
• 孙桓主编 《机械原理》（第六版） • 总学时
56
• 郑文纬等主编《机械原理》（第七版） • 理论学时 48 • 申永胜主编 《机械原理》 • 朱如鹏主编 《机械原理》 • 郑文纬主编 《机械原理学习指导书》 • 实验学时 8 • 课程设计 一周
目 录
• • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 绪论 机构的组成及其自由度的计算 平面机构的速度分析 平面连杆机构及其设计 凸轮机构及其设计
虚约束注意事项
• • • • • 两构件连接前后轨迹重合点 两构件某两点间的距离始终不变 两构件组成多个移动副 两构件组成多个转动副 不影响机构运动的重复部分
§1.5
平面机构的组成原理 和结构分析
• 组成原理 • 结构分类 • 结构分析
基本杆组：（低副）
构件组去掉机架和原动件后剩下的F=0 的最小运动链。
一、本章主要内
容
1、用速度瞬心法求机构的速度 2、用矢量方程图解法求机构的速度和加速度 3、用解析法作机构的 运动分析
二、本章重点内容是： 三、本章难点内容是 ； 速度瞬心法和矢量方程图解法、 解 析法只作一般要求 用矢量方程图解法求机构的加 速度，特别是哥氏加速度
§2.1
1．任务
机构运动分析的任务、目的和方法