《清华大学机械原理》PPT课件
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
清华大学机械原理课件--第5章轮系机构PPT演示文稿
122051005000HHHH 3434
H 2
2
1 2‘
3
H
H 1
1
H 3
3
H 50
定轴轮系 周转轮系
周转轮系I
第5章 轮系
周转轮系II
5.1.3 混合轮系：由定轴轮系和周转轮系、或几部分周转
轮系组成的复杂轮系
第5章 轮系
定轴轮系
周转轮系
F = 2 差动轮系
封闭
F = 1 混合轮系
封闭差动轮系
第5章 轮系
行星轮系（F＝1）
差动轮系（F＝2）
中心轮是转动，还是固定？
2K－H 型 根据基本构件不同
3K 型
第5章 轮系
单排2K－H 型
双排2K－H 型
3K 型
周转轮系的传动比
第5章 轮系
周转轮系
定轴轮系
?
绕固定轴线转动的系杆
- H H
第5章 轮系
周转轮系的 转化机构
周转轮系
H - H=0
计算转化机构的传动比 计算周转轮系传动比
i1H n
1H H
n
zz12 zzn n1
i1 n
1 n
第5章 轮系
例2：z1=z2=48，z2’=18, z3=24，1=250 rad/s，3= 100
rad/s，方向如图所示。求： H
H
i1H3
1 H
3
1H 3H
z2z3 z1z2
48244 4818 3
个已知，就可以计算出第三个，进而可以计算周转轮系的传动比。
1、i1Hn 是转化机构中齿轮1为主动轮、齿轮n为从动轮时的传动
比，其大小和方向可以根据定轴轮系的方法来判断；
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）
《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。
机械原理教程(清华大学出版社)第5章PPT课件
一、定轴轮系的传动比
1. 传动比大小的计算
i12
1 2
z2 ; z1
i23
ω2 ω3
z3 z2
;
i34
ω3 ω4
ω3 ω4
z4 z3
;
i45
4 5
4 5
z5 z4
8
i1i2 2 i3 3 4 i4 5 ω ω 2 1ω ω 2 3ω ω 4 3ω ω 5 4 ω ω 5 1 z z 1 2 z z 2 3 z z 3 4 z z 4 5 z z 1 3 z z 3 4 z z 4 5
（1）各齿轮的几何轴线相互平行
内啮合的圆柱齿轮转向相同，外啮合的圆柱齿轮转向相反。
若用m来表示轮系中外啮 合的对数，则可用(-1)m来确 定轮系传动比的正负号。若 计算为正，则说明主动轮、 从动轮转向相同，若结果为 负，则说明主动轮、从动轮 转向相反。
轮系传动比的正负号也可 以用画箭头的方法来确定。
❖2K-H型：2个中心轮，一个系杆。 ❖3K型：3个中心轮。系杆只起支承作用，不起传 力作用。
2K-H 型周转 轮系
3K型 周转轮
系
6
3. 混合轮系
又叫复合轮系。既包含定轴轮系部分，又包含周转 轮系部分，或包含几个周转轮系部分的复杂轮系。
含一个定轴轮系和一个周转轮系
含两个周转轮系
7
5.2 轮系的传动比
z3 z1
1nH 903 1nH 30
1 n H3 3 n H
1
nH
2
i1H
n1 nH
2
（负号表明二者的转向相反）
机械原理完整ppt课件-2024鲜版
2024/3/28
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计算机辅助设计在机械原理中的应用
CAD软件介绍
讲解CAD软件的基本功能、操作界面及常用命令，展示如何利用 CAD软件进行机械零件的设计。
三维建模与装配
介绍三维建模的基本概念和方法，演示如何利用CAD软件建立机械 零件的三维模型，并进行虚拟装配。
工程图生成与标注
讲解如何从三维模型生成工程图，以及如何进行尺寸标注、技术要求 等信息的添加。
的场合。同时，在精密仪器和微调装置中也有广泛应用，如精密螺旋测
微器等。
16
04 连杆机构与凸轮机构
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17
连杆机构的基本形式和设计方法
连杆机构的基本形式
包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等，每种形式都有其特定的运动特 性和应用场合。
连杆机构的设计方法
根据给定的运动规律和设计要求，选择合适的连杆机构形式，并通过几何关系、 运动学分析和动力学计算等方法，确定机构的尺寸、运动参数和动力参数。
机械原理完整ppt课 件20 Nhomakorabea4/3/28
1
目录
CONTENTS
• 机械原理概述 • 机构的结构分析与设计 • 机械传动与驱动 • 连杆机构与凸轮机构 • 间歇运动机构与组合机构 • 机械系统动力学与平衡 • 现代设计方法在机械原理中的应用
2024/3/28
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01 机械原理概述
2024/3/28
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6
机械原理的发展历程和趋势
2024/3/28
• 现代机械原理的发展：随着计算机技术和仿真技 术的广泛应用，机械原理的研究方法和手段不断 更新和完善。
7
机械原理的发展历程和趋势
机械原理(清华大学课件)-机械效率共23页PPT
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
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低副机构
高副机构
第1章 机构的组成和结构
1.1.3 运动链 运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
第1章 机构的组成和结构
1.1.4 机构 机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一
第1章 机构的组成和结构
转动副
移动副
平面高副
3. 选择适当的视图平面
第1章 机构的组成和结构
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分； 2 尽可能反映机构的全面运动； 3 可以选择其他视图平面作为补充。
1.2.2 运动简图的绘制
第1章 机构的组成和结构
1. 分析整个机构的工作原理
2. 沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目
第1章 机构的组成和结构
1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
齿轮1`
编号原杆则件：2注意区分位齿置轮重叠6`的不
同构件和杆同件轴3刚性联接槽的凸多轮个零6 件。
前者分别编号，后者采用一个编号，
加`以示区别。 杆件4
滑块7
执行构件
压头8
2. 沿着传动路线，分析相 邻构件之间的相对运动关系， 确定运动副的类型和数目。
第1章 机构的组成和结构
P
按接触部分的几何形状分类：移动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
第1章 机构的组成和结构
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：平面运动副 按接触部分的几何形状分类： 平面高副
第1章 机构的组成和结构
自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件(空间)：F = 6 自由构件(平面)：F = 3 约束：运动副对构件独立运动所加的限制
运动副的分类方法：
第1章 机构的组成和结构
1 按照运动副的相对运动形式分类 平面运动副、空间运动副
2 按照运动副的接触形式分类 低副、高副
❖ 闭式链机构 ❖ 开式链机构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机 构
无相对运动
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 机构的组成和结构
分析现有机构 新机械的运动方案设计
第1章 机构的组成和结构
1.2 机构运动简图
用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按 一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图 形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
机构：具有确定运动的实物组合体 1.1 机构的组成 1.2 机构运动简图 1.3 机构具有确定运动的条件 1.4 机构的组成原理和结构分析
1.1 机构的组成
第1章 机构的组成和结构
零件：单独加工的制造单元体
构件：每一个独立影响机构功能 并且能单独运动的单元体, 一个构件可以由一个或多 个零件组成。
1.2.1 构件与运动副的表达方法
第1章 机构的组成和结构
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 (内副)
机架和活动构件通过移动副联接
两个活动构件联接
第1章 机构的组成和结构
双副构件 (一个构件和两个外副)
第1章 机构的组成和结构
注：点划线表示与其联 接的其他构件
双副构件 (一个构件和两个外副)
3. 选择适当的视图平面
4. 绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸
确定比例尺 选择机构运动中的一个状态
确定各运动副位置，绘图
编号：A、B、C …表示运动副
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
原动件的运动方向
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
运动链
具有确定的相对运动 机 构
无相对运动
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链 中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。
机构是具有确定运动的运动链。
原动件
第1章 机构的组成和结构
从动件
机架
在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按 给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都 有确定的相对1 构件 1.1.2 运动副
运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
第1章 机构的组成和结构
副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）
第1章 机构的组成和结构
n 为活动构件数目，Pk 表示 k 级副的数目
第1章 机构的组成和结构
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
第1章 机构的组成和结构
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
3 按照运动副引入的约束数目分类 n 级副 n = 1, 2 … 5
4 按照运动副接触部分的几何形状分类 圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等
第1章 机构的组成和结构
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
第1章 机构的组成和结构
偏心轮
第1章 机构的组成和结构
A B
1
2
2
A1 B
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 机构的组成和结构
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
第1章 机构的组成和结构
原动机
第1章 机构的组成和结构
1.2.2 运动简图的绘制 小型压力机
桁架
相对运动不确定 运动链
第1章 机构的组成和结构
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件 的位置所需要的独立参变量的数目。
第1章 机构的组成和结构
K
级
机架1
运
动
F= 0
副
活动构件 2
F= 6
运动链的自由度
F= 6 -k
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1