西工大机械原理课件

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西北工大版机械原理课件第3章平面机构的运动分析

B A
D
C
D
C
D＝ A + B + C 大小：√ √ √ √ 方向：√ √ ？？
B
D＝ A + B + C 大小：√ ？ √ √ 方向：√ √ ？ √
B
A
D
C
A
D
C
2 理论力学运动合成原理
点的绝对运动是牵连运动和相对运动的合成
va ve vr
平面图形上任意点的速度，等于基点的速度与该点相对于基点（平移系）的相对速度的矢量和。
v E v B v EB vC v E C
√ ? √ ?
⊥AB ⊥EB ∥xx ⊥EC
大小： ? 方向： ?
△bce 相似于△BCE , 叫做△BCE 的速度影像，字母的顺序方向一致。
速度影像原理：同一构件上若干点形成的几何图形与其速度矢量多边形中对 p 极点应点构成的多边形相似，其位置为构件上的几何图形沿该构件的方向转过90º 。
P13 1 ∞
4
3
2
P24 P23 P12 1
3 P34
P14
作者：潘存云教授
2
4
题1-14求正切机构的全部瞬心
∞ P12 2 P24 1 3 P13 P14 4 1 2 ∞P34 P23
绝对瞬心：P14、 P24、 P34
4
3
相对瞬心：P13、 P23、 P12
举例：求图示六杆机构的速度瞬心。解：瞬心数为：N＝n(n-1)/2＝15 n=6 1.作瞬心多边形圆
方法：
图解法－简单、直观、精度低、求系列位置时繁琐。解析法－正好与以上相反。实验法－试凑法，配合连杆曲线图册，用于解决实现预定轨迹问题。

机械原理课件第二章CH02西工大版

3×4－(2×5＋0) 2
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
F 3n (2 pl p h ) 3 5 (2 6 0) 3
F 3n (2 pl p h ) 3 3 ( 2 3 1) 2
F 3n (2 pl p h ) 3 4 (2 6 0) 0
§2-2 机构的组成
2、运动副
(1) 运动副定义
运动副：两个构件直接接触又能产生一定相对运动的活动联接。

组成机构的各构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的联接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动。
运动副元素：两构件上参与接触而构成运动副的表面(构成运动副的点、线、面)。
转动副
移动副
?
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
1、复合铰链
2、局部自由度 3、虚约束
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
1、复合铰链

两个以上构件在同一处(同一轴上)以转动副相联接称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链，共有 (m-1) 个转动副。
F 3n (2 pl p h ) 3 5 (2 7 0) 1
3、虚约束
平面机构中虚约束的几种常见情况
④ 机构中对运动传递不起独立作用的对称部分所带入的约束为虚约束。
带虚约束的定轴轮系
F = 3n－(2pl＋ph) = 3×3－(2×3＋2) = 1
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项
3、虚约束
平面机构中虚约束的几种常见情况
⑤ 在机构运动过程中，如果两构件上某两点的距离始终保持不变，则在
活塞
曲轴气缸体

机械原理课件第5章机械的效率和自锁西工大版

Pd
η1 1
P
η2 2
0.98
P
0.96
0.96
0.98
＇＇＇＇ P＇ P＇ P＇ P＇ 0.2kW = ＇＇ η5 η＇ 4＇ 5＇ 3＇ η4 3
0.94 0.94 0.42
解：机构 1、2、3′及 4′串联的部分 P′ ＝P′r /(12′3′4 ) ＝5kW/(0.982×0.962)＝5.649 kW d 机构1、2、3" 、4" 及5" 串联的部分 "" " P" ＝P"/(123 4 5 ) ＝0.2kW/(0.982×0.942×0.42)＝0.561kW d r
§5-1 机械的效率
4、机组的机械效率计算（续）
（3）混联
混联机组的机械效率计算步骤为：
1）首先将输入功至输出功的路线弄清楚； 2）然后分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr；
3）最后按下式计算其总机械效率：＝∑Pr /∑Pd
§5-1 机械的效率
例5-2：设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。 P＇ P＇ P＇=5kW ＇ η＇ η＇ 44 33
放松时 G0 / G tan( V ) tan
§5-1 机械的效率
3、机械效率的确定（续）
（2）机械效率的试验测定
机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。
对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其机械效率，但由于各种机械一般都是由一些常用机构组合而成的，而常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估定的(见表5-1 简单传动机构和运动副的效率)。据此，可通过计算确定出整个机械的效率。同理，对于由许多机器组成的机组，如果已知机组中各台机器的效率，就可以计算出整个机组的总效率。

西北工业大学机械专业机械原理课程ppt(第六章机械的平衡)

§6-2 刚性转子的平衡计算
为了使转子得到平衡，在设计时就要根据转子的结构，通过
计算将转子设计成平衡的。
1.刚性转子的静平衡计算
（1）静不平衡转子
对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D <0.2)，其质量可近似认为分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运转时会产生惯
性力，因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来，故这类转子称为静不平衡转子。
到破坏。
机娥平衡的目的及内容(2/3)
机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡，以消除或减少惯性力的不良影响。
机械的平衡是现代机械的一个重要问题。对于高速高精密机械尤为重要；但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引起的振动来工作的。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力的问题。
刚性转子的平衡计算(4/4)
例1 内燃机曲轴例2 双凸轮轴刚性转子动平衡的条件：各偏心质量（包括平衡质量）产生的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也为零，即
ΣF＝0，
ΣM＝0
（3）动平衡计算动平衡计算是针对结构动不平衡转子而进行平衡的计算。即
根据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其在设计时获得动平衡。
例动平衡机的工作原理
3．现场平衡
对于一些尺寸非常大或转速很高的转子，一般无法在专用动平衡机上进行平衡。即使可以平衡，但由于装运、蠕变和工作温度过高或电磁场的影响等原因，仍会发生微小变形而造成不平衡。在这种情况下，一般可进行现场平衡。
现场平衡就是通过直接测量机器中转子支架的振动，来确定其不平衡量的大小及方位，进而确定应增加或减去的平衡质量的大小及方位，使转子得以平衡。
1．静平衡实验（1）实验设备

西北工大版机械原理课件第4章平面机构的力分析

G ωM12d
1 2
FR21 Mf
N21 F21
ρ
ω1M2 d
r G
FR21 Mf
2 1N21
F21
ρ
当G的方向改变时，FR21的方向也跟着改变，但ρ不变。以ρ作圆称为摩擦圆，ρ－摩擦圆半径。且FR21恒切
于摩擦圆。
分析：由ρ= fv r 知，r↑→ρ↑→Mf↑ 对减小摩擦不利。
运动副总反力判定准则
∑△N＝G 三角形螺纹 ――∑△Ncosβ＝G， β－牙形半角
可得： ∑△N＝G /cosβ
摩擦力: Ｆf = ∑△N . f ＝ f . G /cosβ
引入当量摩擦系数: fv = f / cosβ
当量摩擦角: φv＝ arctan fv
可直接引用矩形螺纹的结论：
拧紧：Md22Gtan(v)
轴
拧松：M'd22Gtan(v)
= fv G
fv－称为当量摩擦系数
柱面接触：
矢量和：N21=Σ△N21 =-G 代数和：N’21= Σ|△N21|
=kG >|N21|
1
2
N21
△N21 G
理论分析和实验结果有： k =1~π/2
F21 = f N’21 = f k G = fv G
同理，称 fv为当量摩擦系数。结论：不论何种运动副元素，有计算通式：
1. 由力平衡条件，初步确定总反力方向（不考虑摩擦时）
2. 对于转动副有： FR21恒切于摩擦圆。于移动副有： FR21恒切于摩擦锥
3. 对于转动副有：Mf 的方向与ω12相反
对于移动副有：∠FR21 V12＝(90°+φ)
例1 ：图示机构中，已知驱动力F和阻力Mr和摩擦圆

机械原理ppt西北工业

若利用静力学的力系简化理论，求出惯性力系的主矢和主矩，代替具体求解每一个质点的惯性力，将给解题带来方便。因各构件的运动形式不同，惯性力系的简化有以下三种情况，我们以曲柄滑块机构为例加以说明。
§4-2 构件惯性力的确定
1、一般力学方法 (续)
B
1 A
2 3
C
（1）作平面运动的构件 (如连杆2)
F —— 水平力 Ff21 —— 摩擦力
§4-3 运动副中摩擦力的确定
（1）摩擦力的确定 (续)
1）平面接触 FN21
2）槽面接触
θ
θ
3）半圆柱面接触
G FN21 = GF来自21 = f FN21 =fG
FN21 2
FN21 G2
FN21= G / sinθ
Ff21 = f FN21 = f G / sinθ
普通高等教育“十五”国家级规划教材
机械原理
Theory of Machines and Mechanisms
第七版西北工业大学机械原理及
机械零件教研室
编
主编孙桓陈作模葛文杰
第4章平面机构的力分析
学习要求 §4-1 机构力分析的任务、目的和方法 §4-2 构件惯性力的确定 §4-3 运动副中摩擦力的确定 §4-4 不考虑摩擦时机构的力分析 §4-5 考虑摩擦时机构的力分析
作业解析
学习要求
基本要求
了解机构中作用的各种力及机构力分析的目的和方法。掌握构件惯性力的确定方法。能对几种常见运动副中的摩擦力及总反力进行分析和计算。能用图解法对平面Ⅱ级机构进行动态静力分析。
本章重点
运动副中摩擦力及总反力的确定。不考虑摩擦时机构的动态静力分析。
§4-1 机构力分析的任务、目的和方法

西工大机械原理第八章ppt课件.ppt

（2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
1）已知两连架杆三对对应位置 2）已知两连架杆四对对应位置
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
平面四杆机构的设计(6/6)
（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构例1 曲柄摇杆机构例2 曲柄滑块机构例3 摆动导杆机构
多杆机构(3/3)
2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种。
c)
斯蒂芬森Ⅰ型
d) 斯蒂芬森Ⅱ型
（3）六杆机构的应用
e) 斯蒂芬森Ⅲ型
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
契贝谢夫四足机器人
平面四杆机构的设计(3/6)
3. 用作图法设计四杆机构
3.1 图解设计的基本原理
➢图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。
Fi
Ei
Ci
B
i
A
D
i =1、2、···、N
➢各铰链间的运动关系：
固定铰链 A、D ：圆心活动铰链 B、C ：圆或圆弧
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
2）采用将两组以上的同样机构组合使用，且使各组机构的死点位置相互错开排列的方法。
（2）死点的应用
例1 飞机起落架收放机构例2 折叠式桌的折叠机构
5．连杆机构的运动连续性
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统

☆西北工业大学国家精品课程]-机械原理PPT课件完整版

西北工业大学【国家精品教程】机械原理（课件完整版）目录• 第一章绪论 • 第二章机构的结构分析 • 第三章平面机构的运动分析 • 第四章平面机构的力分析 • 第五章机械的效率及自锁 • 第六章机械的平衡目录• 第七章机械的运转及其速度波动的调节• 第八章平面连杆机构及其设计 • 第九章凸轮机构及其设计 • 第十章齿轮机构及其设计目录• 第十一章齿轮系及其设计 • 第十二章其他常用机构 • 第十三章工业机器人机构及其设计第一章绪论§1-1 本课程研究的对象及内容 §1-2 学习本课程的目的 §1-3 如何进行本课程的学习返回§1-1 本课程研究的对象及内容1．研究对象机械是机构和机器的总称。

机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。

机器是指一种执行机械运动装置，操作机可用来变换和传递能量、物料和信息。

实例：示教内燃机板工件自动装卸装置六自由度工业机器人2．研究内容有关机械的基本理论控制系统§1-2 学习本课程的目的课程性质、任务及作用机械未来发展§1-3 如何进行本课程的学习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。

而现代机构中除了刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元件。

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义机构。

（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；机器和机构的概念(2/3)机床用来变换物料的状态；汽车、起重机用来传递物料；计算机用来变换信息。

由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。

西北工大版机械原理课件第7章机械的运转与调速

Jedω/dt=Me
积分得： ω＝ω0＋αt
即： α=dω/dt=Me/Je = 常数
二、Je=const，Me＝Me (ω) （等效转动惯量为常数，等效力矩是速度的函数，如电机驱动的鼓风机和搅拌机等。
Me (ω)＝Med(ω)- Mer(ω)
变量分离： dt=Jedω/ Me (ω)
积分得:
＝Jedω/dt
若 t=t0=0, ω0=0 则：
可求得ω＝ω(t),由此求得：
若 t=t0, φ0=0，则有：
三、Je=Je (φ) ，Me=Me (φ、ω) (等效转动惯量是位置函数，力矩是位置和速度的函数)
运动方程: d(Je (φ)ω21/2 )=Me (φ、ω)dφ
为非线性方程，一般不能用解析法求解，只能用数值差分法。不作介绍。
把这种具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。
对于单自由度机械系统，只要确定了一个构件的运动，其他构件的运动就随之确定，因此，通过研究等效构件的运动规律，就能确定原机械系统的运动。
等效转化的原则是：
基本概念
1、等效构件：具有与原机械系统等效质量或等效转动惯量、其上作用有等效力或等效力矩，而且其运动与原机械系统相应构件的运动保持相同的构件。 2、等效条件： (1) 等效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能； (2) 等效构件的瞬时功率等于原机械系统的总瞬时功率。 3、等效参数： (1) 等效质量me，等效转动惯量Je； (2) 等效力Fe，等效力矩Me。
对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值[δ]。
设计时要求：δ≤[δ]
造纸织布 1/40～1/50
纺纱机 1/60`～1/100

机械原理西北工业大学版ppt课件

§4-1 机构力分析的任务和方法 §4-2 构件惯性力的确定 §4-3 运动副中摩擦力的确定 §4-4 不考虑摩擦时机构的力分析 §4-5 考虑摩擦时机构的力分析
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§4-1 机构力分析的任务和方法
1.作用在机械上的力（1）驱动力驱动机械运动的力。
其特征：与其作用点的速度方向相同或者成锐角；其功为正功，称为驱动功或输入功。
FR21
平面高副中摩擦力的确定，
Ff21
φn FN21
ω12
通常是将摩擦力和法向反力合
成一总反力来研究。
1
n 其总反力方向的确定为： 1）总反力FR21的方向与法向反力偏斜一摩擦角；
2
V12
t
2）偏斜方向应与构件1相对精选构件2的相对速度v12的方向相16 反。
§4-4 不考虑摩擦时机构的受力分析
（2）阻抗力阻止机械运动的力。其特征：与其作用点的速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。
1）有效阻力（工作阻力）其功称为有效功或输出功； 2）有害阻力（非生产阻力）其功称为损失功。
精选
2
机构力分析的任务、目的和方法(2/2)
2．机构力分析的任务、目的及方法（1）任务
确定运动副中的反力
（1）矢量方程解析法（2）复数法（3）矩阵法
精选
19
＊§4-5 考虑摩擦时机构的受力分析
掌握了对运动副中的摩擦进行分析的方法后，就不难在考虑摩擦的条件下对机构进行力的分析了，下面举例加以说明。
例4-5 铰链四杆机构考虑摩擦时的受力分析例4-6 曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析
小结在考虑摩擦时进行机构力的分析，关键是确定运动副中总反力的方向，而且一般都先从二力构件作起。

机械原理西北工业大学第七版CH07——机械原理课件资料文档

积分得
Jedω/dt＝Me
ω＝ω0＋αt
φ＝φ0＋ω0t＋αt2/2
15
机械运动方程式的求解(4/5)
2．等效转动惯量是常数，等效力矩是速度的函数
（1）机械系统实例及其运动方程式如用电动机驱动的搅拌机系统，则 Je＝常数， Me(ω)＝Med(ω) －Mer(ω)，其运动方程式为
Me(ω）＝ Jedω /dt
第七章机械的运转及其速度波动的调节
§7-1 概述 §7-2 机械的运动方程式 §7-3 机械运动方程式的求解 §7-4 稳定运转状态下机械的周期性速度
波动及其调节 §7-5 机械的非周期性速度波动及其调节
返1 回
§7-1 概述
1．本章研究的内容及目的（1）研究在外力作用下机械真实运动规律的求解
机械速度波动的调节就是要设法减小机械的运转速度不均匀系数δ，使其不超过许用值，即
δ ≤[δ ]
机械的周期性波动调节的方法就是在机械中安装飞轮——具有很大转动惯量的回转构件。
（2）飞轮调速的基本原理
飞轮调速是利用它的储能作用，在机械系统出现盈功时，吸收储存多余的能量，而在出现亏功时释放其能量，以弥补能量的不足，从而使机械的角速度变化幅度得以缓减，即达到调节作用。
2．机械运转的三个阶段
（1）起始阶段机械的角速度ω由零渐增至ωm，其功能关系为
Wd＝Wc＋E
3
（2）稳定运转阶段
• 周期变速稳定运转
ωm＝常数，而ω 作周期性变化；
在一个运动循环的周期内，Wd＝Wc。 • 等速稳定运转
ω＝ωm＝常数， Wd≡Wc 。
（3）停车阶段
ω由ωm渐减为零；E＝－Wc 。
20
机械的周期性速度波动及其调节(4/6)

西工大机械原理课件CH

03
螺旋机构分类
根据螺旋机构的用途和结构形式，可以分为普通螺旋机构和差动螺旋机构等类型。
04
普通螺旋机构
普通螺旋机构的螺杆和螺母通常都是单头的，用于实现精确的直线或回转运动。
螺旋机构
螺旋机构定义
螺旋机构是一种通过螺旋副（即螺纹）实现运动和动力传递的装置，通常由螺杆和螺母组成。
01
差动螺旋机构
机构是由若干个构件通过一定的方式联接而成的，构件可以是刚性的或柔性的，联接方式可以是运动副或柔性联接。
机构的分类
机构可以根据不同的分类标准进行分类，如根据运动形式可以分为平面机构和空间机构，根据机构的结构可以分为单环机构和多环机构等。
机构的组成和分类
机构的组成
机构是由若干个构件通过一定的方式联接而成的，构件可以是刚性的或柔性的，联接方式可以是运动副或柔性联接。
机械系统的动态特性分析
动态特性分析的意
义
了解机械系统的动态特性是优化设计、控制和性能评估的基础，有助于提高系统的稳定性和可靠性。
动态特性分析的方
法
通过实验和仿真方法，分析机械系统的动态特性，包括固有频率、阻尼比、振型等参数。
动态特性分析的应
用
将动态特性分析应用于实际机械系统，优化系统的动态性能，提高系统的响应速度和稳定性。
空间连杆机构
空间连杆机构是由三个或更多个刚性构件通过低副连接，构件之间的相对运动轨迹为空间的机构。
凸轮机构
凸轮机构定义
凸轮机构是由一个凸轮和至少一个从动件组成的高副机构，其中凸轮是一个具有曲线轮廓的主动件，而从动件则是由凸轮轮廓控制的构件。
凸轮机构特点
凸轮机构可以实现复杂的运动规律和运动轨迹，结构简单紧凑，工作可靠，传动效率高，因此在自动化装置和各种机械中得到了广泛应用。