西工大机械原理课件,类似老师讲课ppt,有分析有例题
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[西北工业大学国家精品课程]机械原理-PPT课件完整版 (1)
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西北工业大学【国家精品教程 国家精品教程】机械原 机械原理（课件完整版）目 录• • • • • • 第一章 第 章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 绪论 机构的结构分析 平面机构的运动分析 平面机构的力分析 机械的效率及自锁 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 第十一章 章 齿轮系及其设计 • 第十 第十二章 章 其他常用机构 • 第十三章 工业机器人机构 及其设计第 章 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 和力的可动装置。
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。
可用来变换和传递能量 物料和信息 实例： 内燃机 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操 作 机 示 教 板控制系统§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 节 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 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置 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。
旋 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 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 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。
西北工大版机械原理课件第2章机构的结构分析
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同 时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能 唯一确定，该机构需要两个独立
参数 。
30
定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。 (Freedom)
原动件——能独立运动的构件。
31
三、机构具有确定运动的条件 由前述可知，从动件是不能独立运动的，只有原动件
F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10－0 =1
D5
F
46 1E 7 C
2
3
B
8A
圆盘锯机构
可以证明：F点的轨迹为一直线。
47
⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。
解：n= 3， PL= 3， PH=1
3
3
F=3n － 2PL － PH
2
2
=3×3 －2×3 －1
1
=2
1
对于右边的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1
▲弄清机构包含哪几个部分 ▲各部分如何相联？ ▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
这对于设计新的机构显得尤其重要。
2.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构
加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力 分析的一般方法。
3.绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。
5
• 则公式：F＝(6-m)n- (i m) pi i m 1
按m值不同公共约束可能有0,1,2,3,4。机构分为0族、1族、2族、 3族、4族
• 0族（m=0）：F＝6n-5P5-4P4-3P3-2P2-1P1 • 1族（m=1）：F＝5n-4P5-3P4-2P3-1P2 • 2族（m=2）：F＝4n-3P5-2P4-1P3 • 3族（m=3）：F＝3n-2P5-1P4 • 4族（m=4）：F＝2n-1P5
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
§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
西工大机械原理研讨课-平面六杆机构 PPT
一、基本概念及设计 斯蒂芬森型
斯蒂芬森Ⅰ型
斯蒂芬森Ⅲ型
一、基本概念及设计
通过对瓦特链和斯蒂芬链进行分析可以看出，六杆机构实际上是由一个二杆组和一个 四杆机构组合而成，两者之间的区别就在于二杆组与四杆机构的连接方式的不同。
如果二杆组连接在与四杆机构相邻的两个连杆上则形成 Watt 运动链型六杆机构，如 果二杆组连接在四杆机构相隔的两个连杆上则会形成 Stephenson 运动链型六杆机构。
三、研讨总结
2.缺点：
（1）由于在六杆机构中，机构的运动要经过中间构件进行传递，因此传动路线较长， 在传递过程中会有很大的过程中能量的损失，易产生较大的误差累积，从而会使机械 效率降低；
（2）在六杆机构运动中，连杆和滑块在运动中由于会产生的惯性力且难用一般平衡 的方法加以消除，所以连杆机构不适合用于高速运动；
西工大机械原理研讨课-平面六杆机构
一、基本概念及设计
一、基本概念及设计 基本概念
六杆机构实际上是由一个二 杆组和一个四杆机构组合而成， 由于二杆组与四杆机构的连接方 式不同而形式多样，可实现多种 不同的功能需要。
y C
2 B
6F G 2'
5
w1
3
E
1
A
θ1 4
D
x
平面六杆机构
一、基本概念及设计 基本概念
图 2-1 带有一个输出移动副的 WⅡ型六杆机构
图 2-2 带有一个输出移动副的 SⅢ型六杆机构
一、基本概念及设计 (2) 含有两个移动副的平面六杆机构，其中一个为输出移动副
如果机构中的一构件同时被三个相同的约束所作用，则其自由度等于零，并且也不可以变换为移动副，因此 WⅡ运动链型式中的构件 1 和 SⅢ运动链型式中的 构件 1 不能转换为移动副。 对于 WⅡ运动链型式，其中 3(6)作为输出移动副，6(3)作为原动件，那么只 有 4(5)能转变为移动副，与之相对应的典型机构为 WⅡ3(6)P4(5)P 和 WⅡ 3(6)P5(4)P，如图 2-3 中（a）、（b）所示。
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
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
最新内科大机械原理西北工业大学第七版CH02资料课件ppt
内科大机械原理西北工业 大学第七版CH02资料
§2-1 机构结构分析的内容及目的
主要内容及目的是： 研究机构的组成及机构运动简图的画法； 了解机构具有确定运动的条件； 研究机构的组成原理及结构分类。
§2-2 机构的组成
1.构件 任何机器都是由许多零件组合而成 活塞 的。 零件是机器中的一个独立制造单元体；
1 A
F＝ 6n－(5p5＋4p4＋3p3＋2p2＋p1) ＝6n－Σ5 ipi
B2
C
i=1
例2-5 空间四杆机构
3
解 F＝6n－5p5－4p4－3p3
1
＝6×3－5×2－ 4×1 － 3×1 ＝1
A
4
D
机构自由度的计算(3/4)
（2）含公共约束的空间机构自由度的计算 公共约束是指机构中所有构件均受到的共同的约束，以m表示。 F＝(6－m)n－Σ5 (i－m)pi
1.机构运动简图 例2-2 内燃机机构运动简图。
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 不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的 简图。
2.机构运动简图的绘制
机构运动简图(2/2)
机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目，其数目用F表示。
结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等
于机构的自由度数目F。
机构具有确定运动的条件(2/2)
结论： 机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的
自由度的数目F。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
§2-1 机构结构分析的内容及目的
主要内容及目的是： 研究机构的组成及机构运动简图的画法； 了解机构具有确定运动的条件； 研究机构的组成原理及结构分类。
§2-2 机构的组成
1.构件 任何机器都是由许多零件组合而成 活塞 的。 零件是机器中的一个独立制造单元体；
1 A
F＝ 6n－(5p5＋4p4＋3p3＋2p2＋p1) ＝6n－Σ5 ipi
B2
C
i=1
例2-5 空间四杆机构
3
解 F＝6n－5p5－4p4－3p3
1
＝6×3－5×2－ 4×1 － 3×1 ＝1
A
4
D
机构自由度的计算(3/4)
（2）含公共约束的空间机构自由度的计算 公共约束是指机构中所有构件均受到的共同的约束，以m表示。 F＝(6－m)n－Σ5 (i－m)pi
1.机构运动简图 例2-2 内燃机机构运动简图。
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 不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的 简图。
2.机构运动简图的绘制
机构运动简图(2/2)
机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目，其数目用F表示。
结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等
于机构的自由度数目F。
机构具有确定运动的条件(2/2)
结论： 机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的
自由度的数目F。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
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)
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活塞 气缸体
连杆
从加工制造角度来看，任何机器（或 机构）都是由许多独立制造单元体组 合而成零件，这些独立制造单元体称 为零件。
曲轴
齿轮
构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。 图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、 轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别 加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运 动，相互之间不产生相对运动。
2003
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 所学的只是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，而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性 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。
2003
仿生智能机械
2003
§1-2
学习本课程的目的
课程性质，任务及作用 学习目的
2003
§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
2003
机构和机器的概念
（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、连杆机构、螺旋机构等等。
2.运动副 1）运动副定义 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构 件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相 对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。 运动副是两构件直接接触而构成的可动联 接； 运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
转动副
移动副
齿轮副
2) 运动副的分类 1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副 2）按其引入的约束数目分Ⅰ级副、 Ⅱ级副、 ……Ⅴ级副 3）按其接触形式分 高副： 点线接触的运动副 低副： 面接触的运动副 转动副（回转副或铰链） 移动副 螺旋副 球面副
10 C
11
8 ,9 3 7 D B 18 4 A 1
思考题练习题
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
局部自由度
复合铰链
虚约束
例题2
n=9 Pl=12 Ph=2 F=1
虚约束 局部自由度 复合铰链
第三章
平面机构的速度分析
§3-1 机构运动分析的任务和方法 §3-2 用速度瞬心法进行平面机构的速度分析 §3-3 用相对运动图解法作平面机构的速度分析 §3-4 用解析法作机构的运动分析 思考题与练习题
（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。 由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各种机构。所以 可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构 组合体。
2003
（3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成：
原动部分
传动部分
执行部分
现代机器一般由如下四个部分组成：
2003
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。
4）按其相对运动形式分
凸轮高副（点接触）
齿轮高副（线接触）
低副（曲面接触）
低副（平面接触）
3) 运动副的表示（之一）
3) 运动副的表示（之二）
3.运动链 构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 按运动分 平面运动链 空间运动链 闭式运动链 （简称闭链） 开式运动链 （简称开链）
运动链
按结构分
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图。 举例：
内燃机机构运动简图绘制
教材与学时安排
总学时：48时 内容讲授：36时 习题讲解：12时
2003
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
2003
绪论 机构的组成及其自由度的计算 平面机构的速度分析 机械的摩擦及机械效率 机械的平衡 机械的运转及其速度波动的调节 平面连杆机构及其设计 凸轮机构及其设计 齿轮机构及其设计 轮系 其他常用机构 机构的选型与组合
3）内燃机机构 F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×6－2×7 －3 ＝1
=3×3－2×4－0 ＝1
§2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 5 − 2 × 6 − 0 =3
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 3 − 2 × 3 −1 =2
原动部分
传动部分 控制部分
执行部分
2003
2．研究内容 1） 机构的组成及其自由度的计算 2） 机构的运动分析 3）机构的力分析和机器动力学分析 4）常用机构的分析与设计 5）机构的选型与组合*
2003
学习的目的 为学习后续课程和掌握专业知识大好基础 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备管理、设计的知识
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 4 − 2 × 6 − 0 =0
?
1.复合铰链
2.局部自由度 机构中虚约束常发生的几种情况
3.虚约束 例题
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 − ph = 3× 5 − 2 × 7 − 0 =1
内燃机及其机构运动简图
2003
第二章
机构的组成及其自由度的计算
§2-1 机构的组成 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构具有确定运动的条件 §2-4 平面机构自由度的计算 §2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项 思考题与练习题
§2-1 机构的组成
1.构件 2.运动副 3.运动链 4.机构
1.构件 从运动角度来看，任何机器（或机构） 都是由许多独立运动单元体组合而成 的，这些独立运动单元体称为构件。
§3-1 机构运动分析的任务、目的和方法
1．任务 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。
§3-2 用速度瞬心法作机构的速度分析
1.瞬心及其位置确定 （1）速度瞬心 两构件上的瞬时等速重 合点（即同速点），用Pij表示， 绝对瞬心： vP＝0 相对瞬心： vP≠0 构件瞬心数目：K＝N (N－1)/2 （2）瞬心位置的确定 1）由瞬心定义确定 以转动副相联，瞬心就在其中心处； 以移动副相联，瞬心就在垂直于其 导路无穷远处;
2003
机械应用实例
内燃机 船 舶 汽 车 飞 机 机 车
工件自动装卸装置 仿生机械 六自由度关节式工业机器人
2003
内燃机
2003
工件自动装卸装置
2003
六自由度关节式工业机器人
操 作 机 示 教 板
控制系统
2003
机 车
蒸汽机车
内燃机车 电力机车
2003
汽 车
汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运 输工具。按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车(简称货车)两大类
颚式破碎机机构运动简图绘制
§2-3 机构具有确定运动的条件
一个机构在什么条件下才能实现确定的运动 呢？首先观察两个例子 例1 铰链四杆机构 若给定机构一个独立运动， 则机构的运动完全确定； 则机构的最薄弱环节损坏。 若给定机构两个独立运动， 例2 铰链五杆机构 则机构的运动不确定； 若给定机构一个独立运动， 则机构的运动完全确定。 若给定机构两个独立运动， 机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目，其数目用F表示。 结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等 于机构的自由度数目F。
2003
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 网络教学特点，要自觉地、认真地按要求完成各项学习任务。
2003
思考题 1. 本课程研究的内容主要包哪几个方面的问 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？
2003
飞
机
2003
焊接机器人
主要研究 ： 焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机 器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、 通用化、模块化、系列化设计。 弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选 用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控 制。 焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。
2003
初步建立工程观点
本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、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 法外还介、实验法以及试凑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。
连杆
从加工制造角度来看，任何机器（或 机构）都是由许多独立制造单元体组 合而成零件，这些独立制造单元体称 为零件。
曲轴
齿轮
构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。 图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、 轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别 加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运 动，相互之间不产生相对运动。
2003
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 所学的只是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，而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性 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。
2003
仿生智能机械
2003
§1-2
学习本课程的目的
课程性质，任务及作用 学习目的
2003
§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
2003
机构和机器的概念
（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、连杆机构、螺旋机构等等。
2.运动副 1）运动副定义 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构 件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相 对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。 运动副是两构件直接接触而构成的可动联 接； 运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
转动副
移动副
齿轮副
2) 运动副的分类 1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副 2）按其引入的约束数目分Ⅰ级副、 Ⅱ级副、 ……Ⅴ级副 3）按其接触形式分 高副： 点线接触的运动副 低副： 面接触的运动副 转动副（回转副或铰链） 移动副 螺旋副 球面副
10 C
11
8 ,9 3 7 D B 18 4 A 1
思考题练习题
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
局部自由度
复合铰链
虚约束
例题2
n=9 Pl=12 Ph=2 F=1
虚约束 局部自由度 复合铰链
第三章
平面机构的速度分析
§3-1 机构运动分析的任务和方法 §3-2 用速度瞬心法进行平面机构的速度分析 §3-3 用相对运动图解法作平面机构的速度分析 §3-4 用解析法作机构的运动分析 思考题与练习题
（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。 由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各种机构。所以 可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构 组合体。
2003
（3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成：
原动部分
传动部分
执行部分
现代机器一般由如下四个部分组成：
2003
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。
4）按其相对运动形式分
凸轮高副（点接触）
齿轮高副（线接触）
低副（曲面接触）
低副（平面接触）
3) 运动副的表示（之一）
3) 运动副的表示（之二）
3.运动链 构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 按运动分 平面运动链 空间运动链 闭式运动链 （简称闭链） 开式运动链 （简称开链）
运动链
按结构分
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图。 举例：
内燃机机构运动简图绘制
教材与学时安排
总学时：48时 内容讲授：36时 习题讲解：12时
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目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
2003
绪论 机构的组成及其自由度的计算 平面机构的速度分析 机械的摩擦及机械效率 机械的平衡 机械的运转及其速度波动的调节 平面连杆机构及其设计 凸轮机构及其设计 齿轮机构及其设计 轮系 其他常用机构 机构的选型与组合
3）内燃机机构 F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×6－2×7 －3 ＝1
=3×3－2×4－0 ＝1
§2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 5 − 2 × 6 − 0 =3
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 3 − 2 × 3 −1 =2
原动部分
传动部分 控制部分
执行部分
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2．研究内容 1） 机构的组成及其自由度的计算 2） 机构的运动分析 3）机构的力分析和机器动力学分析 4）常用机构的分析与设计 5）机构的选型与组合*
2003
学习的目的 为学习后续课程和掌握专业知识大好基础 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备管理、设计的知识
F = 3n − 2 pl − ph = 3× 4 − 2 × 6 − 0 =0
?
1.复合铰链
2.局部自由度 机构中虚约束常发生的几种情况
3.虚约束 例题
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 − ph = 3× 5 − 2 × 7 − 0 =1
内燃机及其机构运动简图
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第二章
机构的组成及其自由度的计算
§2-1 机构的组成 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构具有确定运动的条件 §2-4 平面机构自由度的计算 §2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项 思考题与练习题
§2-1 机构的组成
1.构件 2.运动副 3.运动链 4.机构
1.构件 从运动角度来看，任何机器（或机构） 都是由许多独立运动单元体组合而成 的，这些独立运动单元体称为构件。
§3-1 机构运动分析的任务、目的和方法
1．任务 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。
§3-2 用速度瞬心法作机构的速度分析
1.瞬心及其位置确定 （1）速度瞬心 两构件上的瞬时等速重 合点（即同速点），用Pij表示， 绝对瞬心： vP＝0 相对瞬心： vP≠0 构件瞬心数目：K＝N (N－1)/2 （2）瞬心位置的确定 1）由瞬心定义确定 以转动副相联，瞬心就在其中心处； 以移动副相联，瞬心就在垂直于其 导路无穷远处;
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机械应用实例
内燃机 船 舶 汽 车 飞 机 机 车
工件自动装卸装置 仿生机械 六自由度关节式工业机器人
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内燃机
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工件自动装卸装置
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六自由度关节式工业机器人
操 作 机 示 教 板
控制系统
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机 车
蒸汽机车
内燃机车 电力机车
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汽 车
汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运 输工具。按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车(简称货车)两大类
颚式破碎机机构运动简图绘制
§2-3 机构具有确定运动的条件
一个机构在什么条件下才能实现确定的运动 呢？首先观察两个例子 例1 铰链四杆机构 若给定机构一个独立运动， 则机构的运动完全确定； 则机构的最薄弱环节损坏。 若给定机构两个独立运动， 例2 铰链五杆机构 则机构的运动不确定； 若给定机构一个独立运动， 则机构的运动完全确定。 若给定机构两个独立运动， 机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目，其数目用F表示。 结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等 于机构的自由度数目F。
2003
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 网络教学特点，要自觉地、认真地按要求完成各项学习任务。
2003
思考题 1. 本课程研究的内容主要包哪几个方面的问 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？
2003
飞
机
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焊接机器人
主要研究 ： 焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机 器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、 通用化、模块化、系列化设计。 弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选 用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控 制。 焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。
2003
初步建立工程观点
本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、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 法外还介、实验法以及试凑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。