机械原理课件A(讲义清华大学)
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《清华大学机械原理》课件
配套习题
教材应配备一定数量的习题，以帮助学生加深对基本概念和理论的理解和应用。
教材使用
参考资料
参考资料形式多样
参考资料质量要高
参考资料
网络资源丰富
01
互联网上拥有大量的机械原理相关资源，如学术论文、课程资料、论坛讨论等。
网络资源
利用网络资源进行教学
02
教师可以通过网络平台进行辅助教学，发布教学视频、教学资料和作业等，以便更好地帮助学生掌握机械原理知识。
常用机构的工作原理、设计方法及其应用
机械系统动力学和平衡的基本理论和方法
课程目标
掌握机械原理的基本概念、基本理论和基本方法
掌握机构性能分析和优化设计的基础知识和技能
理解常用机构的工作原理、设计方法及其应用
提高机械系统动力学和平衡分析的能力
教学内容
02
机构的结构分析
机构组成
机架、机构、构件、运动副
实践操作
学生应积极参与实验和实践活动，通过实际操作加深对理论知识的理解和掌握。
学习方法
学习效果
学生应能够运用所学知识解决实际问题，如分析机械系统、设计机构等。
知识应用
学生的平时成绩、期中考试和期末考试成绩应符合教学要求和标准。
成绩评定
教师要求
06
具备扎实的机械原理专业知识
掌握机械原理的基本概念、基本理论和基本方法，能够准确、清晰地讲解课程内容。
xx年xx月xx日
《清华大学机械原理》课件
contents
目录
课程简介教学内容教学方法教学资源学生要求教师要求
课程简介
01
机械原理是机械工程的基础课程
为学生掌握机械设计方法和原理提供基础知识
清华大学机械原理——轮系PPT课件
(2) 运动分解
nH
1 2
(n3
n5 )
n3 r L n5 r L
n3
r
r
L
nH
n5
r
r
L
nH
第46页/共75页
6. 实现执行机构的复杂运动
行星轮既有自转又有公转—复杂运动
例：行星搅拌机构
第47页/共75页
用于食品加工的行星搅拌机构
第48页/共75页
5.5 轮系的设计
定轴轮系的设计 基本内容 ➢选择轮系的类型 ➢确定轮系中各轮的齿数 ➢选择轮系的布置方案
缺点：中间轴较长，变 形使齿宽上的载荷分布 不均匀。
周转轮系的设计 基本内容 ➢周转轮系类型的选择 ➢确定轮系中各轮的齿数 ➢*周转轮系的均衡装置
第55页/共75页
1.周转轮系类型的选择
考虑因素：
➢传动比范围； ➢效率高低； ➢结构复杂程度； ➢外廓尺寸等。
第56页/共75页
➢当轮系主要用于传递运动时
双排2K-H 单排2K-H
假想一个中心
z1
x
z2 z2'
2) 同心条件
z2
i1H
(x 1) x 1
z1
3) 装配条件
k z1 i1H (Q Rx)
(Q, R均为正整数)
第68页/共75页
➢ 双排2K-H行星轮系(标准齿轮传动，各轮模数相等)
4) 邻接条件
(z1
z2
)
sin
180 k
z2
+2 ha*
假定z2 z2'
若 x z2 1 z2'
第34页/共75页
2. 实现减速、增速或变速运动
例1：汽车手动变速器（130）
机械原理(清华大学课件)-齿轮机构104页PPT
机械原理(清华大学课件)-齿轮机构
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
Hale Waihona Puke
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
Hale Waihona Puke
《清华机械原理》课件
课程安排
包括理论讲解、实际案例分析和设计优化，通 过多种教学方法提高学习效果。
教学理念
通过鼓励学生主动学习和动手实践，激发学生 的创新和设计能力。
核心概念
机械结构
探索机械系统的组成 和排列方式，理解结 构对运动学和动力学 的影响。
机械运动链
研究机械系统中零部 件的相互作用和运动 传递的方式。
运动学基本概 念
学习描述机械运动的 基本概念，如速度、 加速度和位置。
动力学基本概 念
了解机械系统中力的 作用和动力学原理， 分析力对运动的影响。
运动学分析
1
驱动机构
研究机械系统中不同类型的驱动机构和
运动方程
2
其运动特性。
通过建立运动方程，推导和分析机械系
统的运动规律。
3
变速装置
学习不同类型的变速装置，如齿轮传动
《清华机械原理》PPT课件
清华机械原理的PPT课件，旨在介绍与深入讨论机械结构、运动学和动力学的 核心概念。通过案例分析和实验结果分析，帮助学生进行机械设计与优化。
课程介绍
授课教师
由清华大学资深教师执教，具有丰富的机械工 程经验。
课程目的
帮助学生深入理解机械原理，掌握机械设计与 分析的基本工具和方法。
拉杆机构
4Hale Waihona Puke 和连杆机构，分析其传动效果。
探究拉杆机构的运动学特性和应用，如 曲柄滑块机构。
动力学分析
1 单自由度机构
研究单自由度机构在力的作用下的平衡和运 动情况。
2 质心运动
分析机械系统中质心的运动规律和特性。
3 矢量方法
使用矢量方法进行力的分析和动力学计算。
4 质心加速度分析
《清华大学机械原理》课件
汇报人：日期:•绪论•机构的结构分析•机构的运动分析•机构的力分析•机械效率与自锁•常用机构及其设计•机械系统的动力学设计•机械系统的运动控制目录绪论机械原理的研究对象030201机械原理课程的重要性基础理论设计与制造创新能力培养机械原理的发展历程古代机械文明18世纪工业革命后，机器逐渐取代了手工劳动，机械原理得到了广泛应用和发展。
工业革命现代发展机构的结构分析机构的组成机构的特点机构的组成及特点机构的分类机构可根据其结构分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
结构分类详解每种机构的分类都有其特定的结构特点和使用范围。
机构的结构分类机构的结构组成要素机构的组成要素机构的组成要素包括构件、运动副和运动链等。
结构组成要素详解每个组成要素都有其特定的含义和作用，对机构的运动和受力性能有着重要影响。
机构的运动分析机构运动的基本概念解析法通过对机构进行数学建模，利用数值计算方法求解机构中各点的位置、速度和加速度等运动参数。
仿真的应用利用计算机仿真软件对机构进行模拟，可视化机构运动过程，方便快捷地分析机构的运动特性。
矢量图解法法分析机构中各构件之间的相对位置关系和运动特性。
1 2 3基于牛顿第二定律，分析机构中各构件之间的作用力和反作用力，以及它们之间的加速度和速度等运动参数。
牛顿力学法分别用于分析机构在运动过程中质量和力对时间和空间的积累效应，导出机构的运动微分方程。
动量定理和动量矩定理用于分析机构在运动过程中能量的转换与守恒关系，以及机构的功率和效率等性能指标。
能量守恒机构的力分析机构力分析的基本概念机构力分析的基本方法平衡状态下的力分析运动状态下的力分析动力学分析03惯性力分析机构力分析的特殊问题01摩擦力分析02重力分析机械效率与自锁机械效率是指机械在单位时间内输出功率与输入功率的比值。
定义机械效率可以通过测量机械输出端和输入端的功率，然后求比值得到。
计算方法机械效率受到多种因素的影响，如摩擦、构件之间的间隙、润滑状况等。
清华大学机械原理课件--第5章轮系机构
1
1
2
3
32
SK360普通车床
4
4
走刀丝杠的三星轮换向机构
平面定轴轮系（各齿轮轴线相互平行）
第5章 轮系
i12
1 2
z2 z1
i34 4 3zz3 4
i2'3
2 3
z3 z2'
i45 5 4z z5 4
i15 15 (1)3
z2z3z5
z1z2'z3'
z2 z3 z5 z1 z2' z3'
第5章 轮系
1. 将混合轮系分解为几个基本轮系； 2. 分别计算各基本轮系的传动比； 3. 寻找各基本轮系之间的关系； 4. 联立求解。
行星轮 系杆
中心轮
周转轮系 定轴轮系
第5章 轮系
例3：z1=20，z2=30， z2’=20， z3=40， z4=45， z4’=44，
z5=81， z6=80 求： i16
z2z3 z1z2
18701.875 2824
1 H 1.875 0H
i1H H 1 11.8752.875
第5章 轮系
H 3
H 1
周转轮系传动比计算方法
周转轮系
- H
转化机构：假想的定轴轮系
第5章 轮系
上角标 H 正负号问题
i1Hn 1 n H i1 n
计算转化机构的传动比 计算周转轮系传动比
i1H n
SK360普通车床
国产红旗轿车自动变速机构
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
第5章 轮系
5.3.4 在机构尺寸和重量较小的条件下，实现大功率传动
清华大学机械原理课件第1章机构的组成和结构
（1）两构件间构成多个运动副
（2）包含重复机构
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
（3）联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
（4）机构中对运动不起作用的对称部分
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
1.4 机构的组成原理和结构
1.4.1 平面机构的高副低代 平面机构→平面低副机构 根据一定条件对机构中的高副虚拟地以低副代
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
上篇 机构的运动设计
第1章 机构的组成和结构
◆机构的组成 ◆机构运动简图 ◆运动链成为机构的条件 ◆结构的组成原理和结构分析
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
①移动副：滑块与导轨，活塞与气缸
同样，消去两个自由度， 剩下一个相对移动
表达机构的运动原理
进行运动和动力学分析
●用途
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
1.2.2 机构运动简图的绘制 例：小型压力机
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
步骤：
（1）分析机构的组成情况，动作原理和运动情况； （2）分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动
传统的机械：闭式运动链为多
机械手和机器人：多为开式运动链
3. 机构
在运动链中，将某一构件固定，而让另一个(或几个)构 件按给定的规律相对于该固定构件作运动，若运动链中 其余各构件都能得到确定的相对运动。
●机架：固定不动 ●原动件：独立运动 ●从动件：其余活动构件
பைடு நூலகம்
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
（2）包含重复机构
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
（3）联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
（4）机构中对运动不起作用的对称部分
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
1.4 机构的组成原理和结构
1.4.1 平面机构的高副低代 平面机构→平面低副机构 根据一定条件对机构中的高副虚拟地以低副代
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
上篇 机构的运动设计
第1章 机构的组成和结构
◆机构的组成 ◆机构运动简图 ◆运动链成为机构的条件 ◆结构的组成原理和结构分析
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
①移动副：滑块与导轨，活塞与气缸
同样，消去两个自由度， 剩下一个相对移动
表达机构的运动原理
进行运动和动力学分析
●用途
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
1.2.2 机构运动简图的绘制 例：小型压力机
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
步骤：
（1）分析机构的组成情况，动作原理和运动情况； （2）分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动
传统的机械：闭式运动链为多
机械手和机器人：多为开式运动链
3. 机构
在运动链中，将某一构件固定，而让另一个(或几个)构 件按给定的规律相对于该固定构件作运动，若运动链中 其余各构件都能得到确定的相对运动。
●机架：固定不动 ●原动件：独立运动 ●从动件：其余活动构件
பைடு நூலகம்
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
机械原理(清华大学课件)-机械效率共23页PPT
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机械原理(清华大学课件)-机械效率 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机械原理(清华大学课件)-机械效率 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
清华大学机械原理课件机械的平衡资料
b arctan
(mb rb ) y (mb rb ) x
根据转子结构特点选定 rb →计算确定 mb
注意：
尽量增大 rb ，使 mb 小些； 转子实际结构不允许在向径
rb 的方向上安装平衡质量？
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
结论：
产生静不平衡的原因是惯性力的合力不为零；
静平衡的条件为分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性 力的合力为零或质径积的向量和为零； 对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需 要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡。即对于静不平 衡的转子，需加平衡质量的最小数目为1。
l AB mB mE1 r E1 m lCD mC E3 rE3
总质量可用位于A、D 两点的两个质量替代：
mA m1 A mB mE1 mD m3 D mC mE3
精密仪器与机械学系 设计工
平衡设计的刚性转子在理论上是完全平衡的，但由于材
质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段无法确定和
消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验的方法作进 一步的平衡。
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
11.3.1 静平衡试验
平衡设计的刚性转子在理论上是完全平衡的，但由于材 质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段无法确定和 消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验的方法作进
动的不平衡惯性力—平衡设计。 2. 平衡试验 由于材质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段 无法确定和消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验 的方法作进一步的平衡。
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
11.2 刚性转子的平衡设计 平衡设计
高速转子 精密转子
《清华大学机械原理》PPT课件
2.4 平面连杆机构的运动分析
运动分析内容：位移、速度、加速度 分析方法：图解法 解析法
瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法） 杆组法
B
计算流程图
FTP: 166.111.52.6
免试题目（1）：2.13 or 2.14
第六周交
1. 求解步骤 2. 流程图 3. 程序（语言不限） 4. 结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线） 5. 结果分析：有无问题？如何解决？ 6. 动态仿真
▪ 三点唯一确定一个 圆，B、C确定后， A、D是确定的；
▪ B、C的位置可以根 据实际情况确定， 满足设计要求的四 杆机构有无穷多个。
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
？ 函数生成机构
刚体导引机构
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴
设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹
轨迹生成机构的设计 —— 解析法
M（x，y）
a, c, d, e, f, g g, h, 0
连杆机构 自由度少、约束多 设计灵活度受到限制
减少约束 增加自由度
轨迹生成机构的设计 —— 实验法
平面连杆机构设计小结
一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置
重 点： ▪ 掌握各种设计思路：反推；转化 ▪ 寻找问题的本质原因 ▪ 善于总结，举一反三
关键点： ▪ 连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 ▪ 刚化反转法一定要理解，熟练使用
机械优化设计方法
设计目标： min [ f( x1, x2,…… ) ] 设计变量： x1, x2,…… 约束条件： F1 (x1, x2,…… ) ≤ 0
清华大学机械原理课件 第9章开式链机构
?（1）位移分析
?给定 ?确定
?思路：将三连杆问题转 化为两连杆问题求解！
?计算出 和
?9.3.3 平面三连杆关节型操作器
?2）反向运动学问题
?解的选择原则：
? 一般情况下，选择使每个关节运动量最小的解。 ? 有障碍时，应避免与之碰撞。 ? 在存在多重解时，必须求出所有可能的解，然 ? 后根据具体情况加以选择。
? 操作器是机器人的执行系统，
是机器人握持工具或工件，完成各种 运动和操作任务的机械部分。
? 组成：机身、臂部、腕 部和手部（末端执行器 ）等。
?9.2.2操作器的自由度
操作器的白由度：等于操作器中各运动部件 自由度的总和，F = ? f i 。 在确定操作器所有构件的位置时所必须给定 的独立运动参数的数目。
?给出末端执行器的位置和姿态， 求关节参数。
? 对于工作所要求的末端执 行器的一个给定位置和姿态，确 定一组关节参数，使末端执行器 达到给定的位置和姿态。
?解的存在性 ? ?多重解？
?9.3.1 研究的主要问题
?3）工作空间
? 在机器人运动过程中其操 作器臂端所能达到的全部点所 构成的空间，其形状和大小反 映了一个机器人的工作能力。
清华大学机械原理课件 -第9章开式链机构
2020年6月1日星期一
9.1 开式链机构特点及应用
?9.1.1 开式链机构的特点
? 开式运动链要成为有确定运动的 机构，常要更多的原动机。
? 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动 链中任何构件的运动相比，更为任意和复 杂多样。
9.1.1 开式链机构的特点
9.3 开式链机构的运动学 ?9.3.1 研究的主要问题
? 正向运动学问题 ? 反向运动学问题 ? 工作空间
?给定 ?确定
?思路：将三连杆问题转 化为两连杆问题求解！
?计算出 和
?9.3.3 平面三连杆关节型操作器
?2）反向运动学问题
?解的选择原则：
? 一般情况下，选择使每个关节运动量最小的解。 ? 有障碍时，应避免与之碰撞。 ? 在存在多重解时，必须求出所有可能的解，然 ? 后根据具体情况加以选择。
? 操作器是机器人的执行系统，
是机器人握持工具或工件，完成各种 运动和操作任务的机械部分。
? 组成：机身、臂部、腕 部和手部（末端执行器 ）等。
?9.2.2操作器的自由度
操作器的白由度：等于操作器中各运动部件 自由度的总和，F = ? f i 。 在确定操作器所有构件的位置时所必须给定 的独立运动参数的数目。
?给出末端执行器的位置和姿态， 求关节参数。
? 对于工作所要求的末端执 行器的一个给定位置和姿态，确 定一组关节参数，使末端执行器 达到给定的位置和姿态。
?解的存在性 ? ?多重解？
?9.3.1 研究的主要问题
?3）工作空间
? 在机器人运动过程中其操 作器臂端所能达到的全部点所 构成的空间，其形状和大小反 映了一个机器人的工作能力。
清华大学机械原理课件 -第9章开式链机构
2020年6月1日星期一
9.1 开式链机构特点及应用
?9.1.1 开式链机构的特点
? 开式运动链要成为有确定运动的 机构，常要更多的原动机。
? 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动 链中任何构件的运动相比，更为任意和复 杂多样。
9.1.1 开式链机构的特点
9.3 开式链机构的运动学 ?9.3.1 研究的主要问题
? 正向运动学问题 ? 反向运动学问题 ? 工作空间