哈工大机械原理课件
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哈工程机械原理课件第十二章
2
取 Jea≈ Jeb
令
Je
从而
d
DWmax 2 wm J e
或
Je
DWmax
2 w md
2.飞轮转动惯量的近似计算 当 d > [d] 时, 可增加一个转动惯量为 JF 的大质量的圆盘 — 飞轮.
DWmax [d ] 并使 d 2 wm ( J e J F ) DWmax [d ] 一般, JF 》Je 故. d 2 wm J F
d
最大盈亏功的求取
1. 分析: DWmax 为 wmin 到 wmax 区间的外力功. DWmax = Emax - Emin 按
DWmax JF≥——— 2 wm [d]
w
wmax
wmin
a
b
f
w2 dJF Me = Med - Mec = J e + — —— JF = 常 J e e F 2 dt
只要 Wd ≠ Wc ,
§2 机械系统运动方程和等效量
一、机械系统运动方程
M1
B
A 1
F2 2
C
S2 4
(力与运动关系的方程)
3
F3
dE = dW
或 dE = Pdt
dt 瞬间内 系统总动能的增量 = 系统各外力作的元功之和
1 m v 2 + — J w 2）= S(F v cosa + M w )dt 1 dS(— i Si 2 Si i i i i i i 2
+25
-50
f
a b c d e f g h
3.
= 575 (Nm) DWmax JF = ——— [d] wm2
DWmax = 2pnm 2 [d]( ——) 60 900 DWmax = [d]p2 nm2 =
取 Jea≈ Jeb
令
Je
从而
d
DWmax 2 wm J e
或
Je
DWmax
2 w md
2.飞轮转动惯量的近似计算 当 d > [d] 时, 可增加一个转动惯量为 JF 的大质量的圆盘 — 飞轮.
DWmax [d ] 并使 d 2 wm ( J e J F ) DWmax [d ] 一般, JF 》Je 故. d 2 wm J F
d
最大盈亏功的求取
1. 分析: DWmax 为 wmin 到 wmax 区间的外力功. DWmax = Emax - Emin 按
DWmax JF≥——— 2 wm [d]
w
wmax
wmin
a
b
f
w2 dJF Me = Med - Mec = J e + — —— JF = 常 J e e F 2 dt
只要 Wd ≠ Wc ,
§2 机械系统运动方程和等效量
一、机械系统运动方程
M1
B
A 1
F2 2
C
S2 4
(力与运动关系的方程)
3
F3
dE = dW
或 dE = Pdt
dt 瞬间内 系统总动能的增量 = 系统各外力作的元功之和
1 m v 2 + — J w 2）= S(F v cosa + M w )dt 1 dS(— i Si 2 Si i i i i i i 2
+25
-50
f
a b c d e f g h
3.
= 575 (Nm) DWmax JF = ——— [d] wm2
DWmax = 2pnm 2 [d]( ——) 60 900 DWmax = [d]p2 nm2 =
第二章机构的结构分析和综合 哈工大 机械原理 第二版
两个基本概念
零件：单独加工的制造单元。
构件：机器中能单独运动的单元体, 即机器的 运动单元。一个构件可以由一个或多个零件组成。
构件 －－本课程研究的基本单元。
§2-2 运动副、运动链和机构
内燃机中的连杆:
构件 (连杆)
轴承
螺栓
垫圈
螺母
轴承
§2-2 运动副、运动链和机构
一、运动副
(一)基本概念 1. 运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接。 对运动副的理解要把握以下三点：
序确定各运动副的位置，绘图。
§2-3 平面机构运动简图
机构运动筒图的绘制示例 1. 分析整个机构的工作原理
机构组成
编号原则：注意区分位置重叠的不
同构件和同轴刚性联接的多个零件。 前者分别编号，后者采用一个编号′ 加以区别。
动作原理和运动情况
原动件
偏心轮1 齿轮1`
杆件2
杆件3 杆件4 滑块7
齿轮6`
§2-4 平面机构的自由度
F = 3× 3 - 2× 4 = 1 1 个原动件
F = 3 × 4 - 2× 5 = 2
2 个原动件
F > 0，原动件数目等于自由度数目，其余活动 件作规则运动，因此运动链成为机构。
§2-4 平面机构的自由度
小结：
（1）F ≤ 0 运动链不能运动，不成为机构。
（2）F > 0，原动件数目小于自由度数目，其余活 动件作无规则运动，因此不能成为机构。
§2-2 运动副、运动链和机构
二、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
零件：单独加工的制造单元。
构件：机器中能单独运动的单元体, 即机器的 运动单元。一个构件可以由一个或多个零件组成。
构件 －－本课程研究的基本单元。
§2-2 运动副、运动链和机构
内燃机中的连杆:
构件 (连杆)
轴承
螺栓
垫圈
螺母
轴承
§2-2 运动副、运动链和机构
一、运动副
(一)基本概念 1. 运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接。 对运动副的理解要把握以下三点：
序确定各运动副的位置，绘图。
§2-3 平面机构运动简图
机构运动筒图的绘制示例 1. 分析整个机构的工作原理
机构组成
编号原则：注意区分位置重叠的不
同构件和同轴刚性联接的多个零件。 前者分别编号，后者采用一个编号′ 加以区别。
动作原理和运动情况
原动件
偏心轮1 齿轮1`
杆件2
杆件3 杆件4 滑块7
齿轮6`
§2-4 平面机构的自由度
F = 3× 3 - 2× 4 = 1 1 个原动件
F = 3 × 4 - 2× 5 = 2
2 个原动件
F > 0，原动件数目等于自由度数目，其余活动 件作规则运动，因此运动链成为机构。
§2-4 平面机构的自由度
小结：
（1）F ≤ 0 运动链不能运动，不成为机构。
（2）F > 0，原动件数目小于自由度数目，其余活 动件作无规则运动，因此不能成为机构。
§2-2 运动副、运动链和机构
二、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
《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。
哈尔滨工业大学机械原理课程课件第八章机械的运动方案及机构的创思设计
First
Up
Index
二、减速器（变速） 系统
First
减速器是机械传动 方案中一个重要部分 ， 它的作用是变换运动 ， 增加扭 矩， 减速器有各 种类型，参见下列图表。 Up Index
谐波减速器
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减速器类型及用途
First
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电机的种类很 多，有些电动机直 接电动装置，可直 接选用。电机的选 择对整个机械方案 选择是最为重要的， 对设备的性能有十 分重要影响，必须 充分重视。 矩频特性曲线 Up Index
First
2. 液压动力源
液压缸是实现直线运动的基本动力原件。 直线运动液压缸的类型有：单作用液压缸、双作用 液压缸、组合式液压缸。 摆动液压缸有：单片式、双片式等形式。 液压缸气缸缸筒内径尺寸系列
机构的选择及创新性设计
执行机构是方案设计的关键，创新是其基础。
方案的比较与决策
方案的评价是一个很困难的事情，运动精度、结 构强度、系统可靠性、稳定性等要全面考虑。
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§8-3 原动机及减速器的基本 知识及其选择
一部机器主要由四大部分组成：
原动机、传动机构、执行机构和控制系统。组成机 器的四大部分必须选择和设计得当，才能保证整部机器 的性能优良。
一、原动机的选定
1. 电动机及其类型
在电动机中有异步电动机、伺服电动机和步进电 动机三大类。
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异步电动机
转速（r/min）：3000、1500、1000、750 额定功率（kW）：0.75、1.1、1.5、2.2、3.0、4.0、 5.5、7.5、11、18.5、22、30、37、 45、55、75、90、110、132、160、 200 效率（%）：0.75~0.95 n
哈工大机械原理课件
第4章DC-DC变换器的交流模型4.1 简介4.1 简介4.1 简介4.1 简介4.1 简介若且是在该点上发生的扰动：是一个平衡工作点小信号等效4.1 简介静态工作点线性化实际的非线性工作特性D=0.5Buck-Boost 控制－输出特性型：Buck-Boost交流等效电路模型4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法（终值）=（初始值）＋（增长时长）×（平均斜率）（终值）=（初始值）＋（增长时长）×（平均斜率）4.2 基本的交流建模方法电流波形：4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法数，因此该式实际是4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.2 基本的交流建模方法4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模由电感电压、电流波形：4.3 反激变换器的小信号建模由电容电流、电压波形：4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模dI直流项一阶交流分量（线性分量）二阶交流分量（非线性分量）4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模同样，当满足小信号扰动时，二阶分量远小于一阶分量，于是有：上式为线性化后的输入端口电流线性化方程。
4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.3 反激变换器的小信号建模4.4 状态空间平均法4.4 状态空间平均法。
优质课件精选哈工大第八版理论力学课件
P225-习题8-5 3 曲柄连杆机构中---滑块
4 直线平移和曲线平移
44
45
平移的其他例子
46
பைடு நூலகம்
46
观察平行四连杆机构中土黄色杆的运动
47
图示铅直平面内的平行四连杆机构。曲柄O1A以匀角速 度 2 rad/s 绕 O1轴转动
O1A=O2B =r=20cm , AB=O1O2=40cm AC=CB
12
13
14
第二篇 运动学
一 什么是运动学 1 是研究物体运动的几何性质的科学 2 运动的几何性质 运动方程、轨迹、速度和
加速度
二 意义 1 动力学的基础 2 后继课程 (机械原理)的基础
15
第二篇运动学
三 如何学习?
1 不考虑致动的原因
2 点 刚体(系统) 必须有一个以上的自由度
3 有关概念 1) 参考体 由于物体运动的描述是相对的。将观察者所在的物体称 为参考体
2)参考坐标系 固结于参考体上的坐标系称为参考坐标系----
基础内容： 第五章 第六章 可以无限制扩大
重点内容： 第七章 第八章
16
第五章 点的运动
17
§ 5-1 矢量法
矢量法应用于什么场合？ 一 运动方程
r r(t)
轨迹就是矢径端点的曲线
M
r r’
O
18
§ 5-1 矢量法
二 速度
M
v
A r(t)
成反比。
i12
1 2
z2 z1
相互啮合的两齿轮的角速度之比及角加速度之比与它
们的齿数成反比。
62
§6–4 轮系的传动比(自学)
2 带轮传动
i12
1 2
4 直线平移和曲线平移
44
45
平移的其他例子
46
பைடு நூலகம்
46
观察平行四连杆机构中土黄色杆的运动
47
图示铅直平面内的平行四连杆机构。曲柄O1A以匀角速 度 2 rad/s 绕 O1轴转动
O1A=O2B =r=20cm , AB=O1O2=40cm AC=CB
12
13
14
第二篇 运动学
一 什么是运动学 1 是研究物体运动的几何性质的科学 2 运动的几何性质 运动方程、轨迹、速度和
加速度
二 意义 1 动力学的基础 2 后继课程 (机械原理)的基础
15
第二篇运动学
三 如何学习?
1 不考虑致动的原因
2 点 刚体(系统) 必须有一个以上的自由度
3 有关概念 1) 参考体 由于物体运动的描述是相对的。将观察者所在的物体称 为参考体
2)参考坐标系 固结于参考体上的坐标系称为参考坐标系----
基础内容： 第五章 第六章 可以无限制扩大
重点内容： 第七章 第八章
16
第五章 点的运动
17
§ 5-1 矢量法
矢量法应用于什么场合？ 一 运动方程
r r(t)
轨迹就是矢径端点的曲线
M
r r’
O
18
§ 5-1 矢量法
二 速度
M
v
A r(t)
成反比。
i12
1 2
z2 z1
相互啮合的两齿轮的角速度之比及角加速度之比与它
们的齿数成反比。
62
§6–4 轮系的传动比(自学)
2 带轮传动
i12
1 2
哈工大机械原理课件
哈工大机械原理课件
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
哈尔滨工程大学机械原理课件第1章
8
F＝3n－2PL－PH+ P- F ＝3 7－2 9－ 1 + 0 - 1
＝1
1
例6
F＝3n－2PL－PH ＝3 8 －2 11 －1 ＝1
§4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代， 这种以低副代替高副的方法称为高副低代。 条件一：代替前后机构的自由度不变
原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
复
复
复
3.注意事项（续）
3
两构件间构成多个运动副
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 －1 ＝1 对
移动副导路平行 转动副轴线重合 平面高副接触点共法线
“移动副”
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 3 －1 ＝ -1
2 1
错
“转动副”
虚约束常发生在下列情况
1.轨迹重合 转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合
2
1
5 4
3
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 6 －0 + 1 ＝1
3.对传递运动不起独立作用的重复部分
3
2 1 2
虚
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 4 －4 + 1 ＝1
P＝2Pl +Ph －3n ＝ 2 2 + 4 － 3 2 ＝2
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 5－25 －6 + 2 ＝1
结构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少 越好。
哈工大机械原理课件
局部自由度 不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。 在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
3.虚约束
应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。 在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 带虚约束的凸轮机构
带虚约束的曲轴 当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可绘制出机构的运动简图。
绘制机构运动简图的步骤
绘制牛头刨床机构的运动简图
绘制十字滑块联轴节的运动简图
§2-3 机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
１、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1
根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 球面高副 柱面高副 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
运动副元素以面接触的运动副称为低副。 球面低副 移动副 转动副
根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类 空间运动副 球销副 螺旋副 圆柱套筒副
二、创新
两用折叠椅
双曲面滚柱加载器
外环 内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
Байду номын сангаас
PART ONE
《机械原理》-第四章-哈工大精品课程[52P][1.02MB]
![《机械原理》-第四章-哈工大精品课程[52P][1.02MB]](https://img.taocdn.com/s3/m/2789ed0a0740be1e650e9a94.png)
盘形凸轮 1、按两活动构件之间 相对运动特性分类 平面凸轮机构 空间凸轮机构 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
移动凸轮
凸 轮 机 构 分 类
2、按从动件运动副 元素形状分类
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合
形锁合
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
υ2 OP12 ds/d ω1
F12
2
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
P12
α α
v2 v2
P12
1
式中：s0
2 r0
e
2
r0
F21 O
e
s
ω1 OP 12
ω1 OP12
压力角计算的统一表达式：
v2 ω1
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
定，凸轮机构的许用压力角 [ ] 也已经确定，如何
确定凸轮的基圆半径 最大压力角 max 小于或等于许用压力角 [ ] 。 在设计凸轮时，当从动件的运动规律 s( ) 已经确
r0 和偏距 e ，使凸轮机构的
这个表达式能否解决这样的命题？
OP12 e ds/d e tan α 2 2 s0 s r0 -e s
h
Φ0
Φs
Φ0
Φs
正弦加速度（摆线）运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
3-4-5多项式运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。
移动凸轮
凸 轮 机 构 分 类
2、按从动件运动副 元素形状分类
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合
形锁合
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
υ2 OP12 ds/d ω1
F12
2
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
P12
α α
v2 v2
P12
1
式中：s0
2 r0
e
2
r0
F21 O
e
s
ω1 OP 12
ω1 OP12
压力角计算的统一表达式：
v2 ω1
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
定，凸轮机构的许用压力角 [ ] 也已经确定，如何
确定凸轮的基圆半径 最大压力角 max 小于或等于许用压力角 [ ] 。 在设计凸轮时，当从动件的运动规律 s( ) 已经确
r0 和偏距 e ，使凸轮机构的
这个表达式能否解决这样的命题？
OP12 e ds/d e tan α 2 2 s0 s r0 -e s
h
Φ0
Φs
Φ0
Φs
正弦加速度（摆线）运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
3-4-5多项式运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。
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I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器
内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
本章结束
飞船与火箭对接
EJ2000的尾喷口
机械原理
第二章 机构的结构分析与综合
圆柱套筒副
平面运动副
移动副
转动副
三、运动链与机构
开式运动链
闭式运动链
机构
四、机构运动简图的绘制
为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的 外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图 形就称为机构运动简图。
以上是机构的两大组成要素 可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的
二、运动副的分类
。
组成机构的运动副的类型决定机构的运动形式。运动副有 多种类型，对运动副进行正确的分类，在机构设计和综合 中是非常重要的。
１、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1
表2-1 常用运动副及其简图
名 称 球 面 高 副 柱 面 高 副 球 面 低 副 球 销 副 图 形 简图符号 副级 自由度 名 称 圆 柱 套 筒 副 转 动 副 图 形 简图符号 副级 自由度
执行机构
控制系统
原动机用于提供动力
内燃机 化石燃料 水 能 风 能 太阳能 化石燃料 外燃机 水轮机 风力机 太阳能电池 内燃机 机 器 发电机
电动机
机 器
化石燃料
水 能 风 能
外燃机
水轮机 风力机
机 器 机 器
机 器
液压马达 电动机 泵 液 压 缸 气压马达 机 器
电动机
空气压缩机
气 缸
机 器
哈尔滨工业大学
2004年2月
§2-1 研究机构结构的目的
机械原理课程对机械的研究主要有以下几个方面： 一、对已有机械进行分析
机械的结构分析 机械的运动分析 机械的动力分析
二、设计新的机械
设计机构
机构的选型 机构的运动设计 机构的动力设计
机械系统总体运动方案设计
本章主要研究机构的结构分析与综合
其目的是：
控制系统用于实现机器执行机构之间的工作协调，
或者各机器之间的工作协调。
控制模式
原动机 传动机构 控制系统 原动机 传动机构 控制系统 原动机 传动机构 执行机构 执行机构 执行机构
§1-3 设计与创新
一、设计
设计本身就是一种创造性劳动
设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程
超声波 发生器
对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件 之间共构成了PL个低副和PH个高副，则它们共引入 (2PL+PH)个约束。机构的自由度F显然应为:
F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH 这是机构自由度的计算公式
二、机构自由度的意义及
机构具有确定运动的条件
所谓机构的自由度，实质上就是机构具有确定位 置时所必须给定的独立运动参数的数目。机构的自由 度数也就是机构应当具有的原动件数目。
气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。
叶片马达
柱塞马达
气 缸
有导杆气缸
无导杆气缸
传动机构将运动和动力传递或变换给执行机构
在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类型的 减速器、变速器等。
锥齿轮减速器 圆柱齿轮减速器
摆线针轮减速器
短程地对地导弹电舵机
50mm 38mm
50mm
=3*4-2*5=2
讨论
n=2, PL=3, PH=0 F=3n－2PL－PH
n=3, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*3-2*5=-1
=3*2-2*3=0
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动
n=3, PL=4, PH=0
F=3n－2PL－PH =3*3-2*4=1
n=4, PL=5, PH=0
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时 ，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有 一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
３）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此 时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引 入一个虚约束。
机械原理
第一章 绪论
哈尔滨工业大学
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机 器
机
械 机 构
机械是机器与机构的总称。
什么是机器呢？ 什么是机构呢？
普通车床
数控车床
主轴
数控铣床， 这是一种 机器，主 要用来加 工平面和 曲面。
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
数控压弯机
绘制牛头刨床机构的运动简图
绘制十字滑块联轴节的运动简图
§2-3
机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
(1)自由度与约束
构件独立运动的数目称为自由度 对构件运动的限制作用称为约束
y
y
x
x
z
z
(2)机构自由度
机构独立运动的数目称为机构的自由度
什么是独立运动?
什么是机构的独立运动?
什么是机构的自由度? 机构的自由度=机构的独立运动数目 平面机构独立运动的数目为:所有活动构件的自由度的 和减去所有运动副引入约束数目的和。
计算下列机构的自由度
n=2, PL=3, PH=0 F=3n－2PL－PH
n=3, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*3-2*5=-1
=3*2-2*3=0
n=3, PL=4, PH=0 F=3n－2PL－PH
n=4, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH
=3*3-2*4=1
主旋翼
尾 旋 翼
美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机
“神舟五号”发射时的情景。发射塔、 运载火箭都是庞大的机器。
索杰纳火星车 它是美国国家航空航 天局于格林威治时间 1997年7月4日17时07 分发射的火星探路者 号宇宙飞船成功地在 火星表面着陆，该飞 船携带了索杰纳火星 车，这也是一种机器。
这是最常用的交流异步电动机
这是步进电机，它可以按输入的电脉 冲数回转相应的角度。
这是伺服电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。
液压原动机:
液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。
液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。
BM型摆线液压马达
液压油缸
气动原动机:
气动原动机的形式是：气动马达和气缸。
F=3n－2PL－PH =3*4-2*5=2
2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是 确定的，因此，机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数 等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的；
4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏 。
三、计算机构自由度时应注意的事项
带虚约束的杆机构
４）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入 虚约束。
带虚约束的行星轮系
虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束”或者 是“多余的约束”。
机构中为什么要使用虚约束? a.使受力状态更合理
b.使机构平衡
c.考虑机构在特殊位置的运动
使用虚约束时要注意什么问题?
１、研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件
２、研究机构的组成原理
３、研究机构运动简图的绘制 ４、研究机构结构的综合方法
§2-2 机构的组成及其运动简图的 绘 制
一、机构的组成要素
机构的组成要素是： １、构件
作为一个整体参与机构运动的刚性单元体称为构件 一个构件，可以是不能拆开的单一整体，也可能是由若 干个不同零件组装起来的刚性体。