浙江工业大学考研机械原理教案

第一章绪论基本要求：明确本课程研究的对象和内容，以及在培养高级技术人才全局中的地位、任务和作用。

对机械原理学科的发展趋势有所了解。

重点：介绍本课程研究的对象和内容。

重点：介绍本课程研究的对象和内容。

学时：课堂教学：1学时；实验：机构认识实验，1学时。

§1-1 本课程研究的对象和内容一、名词解释1、机器——根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。

2、机构——一种用来传递运动和动力的可动的装置。

3、机械——机器和机构的统称。

二、本课程研究的主要内容：1、机构结构分析的基本知识。

2、机构的运动分析。

3、机器动力学。

4、常用机构的分析与设计。

5、机构的选型及机械传动系统的设计。

概括为：机械的“分析”和机械的“设计”机械的“分析”和机械的“综合”§1-2 学习本科程的目的§1-3 如何进行本科程的学习§1-4 机械原理学科发展现状简介第二章平面机构的结构分析基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的运动简图；能计算平面机构的自由度；对平面机构组成的基本原理有所了解。

重点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘制；机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。

难点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及处理问题。

学时：课堂教学：6学时；实验：机构运动简图测绘，2学时。

§2-1 机构结构分析的内容及目的1、研究机构的组成及其具有确定运动的条件2、根据结构特点进行机构的结构分类3、研究机构的组成原理 4§2-2 1． 构件2． 运动副2．1 运动副 2．2 2．3 2．4 约束2．5 一、二、 高副：点或线接触 （属Ⅰ级副） 三、 根据构成运动副的两构件的相对运动分：⎭⎬⎫移动副：相对移动）对转动转动副（回转副）：相低副 移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动四、根据构成运动副的两构件的运动空间分：平面副：相对运动为平面运动 空间副：相对运动为空间运动常用及我们这本书主要介绍的是：1、平面低副⎩⎨⎧移动副转动副特点：1）面接触——接触比压低，承载能力大。

2）接触面为平面或柱面——便于加工，成本低；便于润滑。

3）引入二个约束——Ⅱ级副。

2、平面高副特点：1）点、线接触——接触比压高，承载能力小。

2）接触面曲面——不便于加工和润滑。

333 动链，简称为闭链。

开链：运动链的首尾不封闭（c 、d ），则称其为开式运动链，简称为开链 （如：机械手）。

二、根据运动链中各构件的相对运动关系分：平面运动链：运动链中各构件的相对运动为平面运动。

空间运动链：运动链中各构件的相对运动为空间运动。

4． 机构4．1 机构——将运动链中的一个构件固定为机架的运动链。

4．2 机构的组成：机架（固定件）：相对于支持物体固定不动的构件。

⎭⎬⎫动而运动的构件从动件：随着原动件运件运动规律独立运动的构原动件：按给定的已知活动构件 4．3 机构的分类：平面机构：组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。

空间机构：组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。

§2-3 机构运动简图1．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，用国标规定的运动副及常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情况表示出来，与原机构运动特性完全相同的，表示机构运动情况的简化图形。

机构示意图——表示机构的运动情况，不严格地按比例来绘制的简图。

2．机构运动简图的绘制2．1 运动副的表示方法2．2 常用机构的简图表示方法2．3 一般构件的的表示方法2．4 绘制步骤一、分析机构运动目的：确定构件及运动副的类型及数目。

二、恰当选择投影面三、适当选择比例尺 μl = ))mm m 图示尺寸（实际尺寸（四、审核§2-4 平面机构自由度的计算设某机构共有n 个构件、P L 个低副、P H 个高副，则该机构的自由度应为：)2(3H L P P n F +-=例2-1 试计算下列机构的自由度l h= 3 x 3 （2 x 4+ 0）= 1§2-5 机构具有确定运动的条件一、什么是确定运动二、机构具有确定运动的条件——机构的原动件数应等于机构的自由度数。

§2-6 计算平面机构自由度应注意的事项一、要正确计算运动副的数目1、复合铰链——两个以上的构件同在一处以转动副相联接。

= N-1p例2-2 试计算图示直线机构的自由度。

解n =7，p l = 10，p h = 0F = 3n（2p l + p h）= 3 x 7（2 x 10 + 0）= 12、如果两构件在多处接触而构成移动副，且移动方向彼此平行，则只能算一个移动副。

如果两构件在多处相配合而构成转动副，且转动轴线重合，则只能算一个转动副。

如果两构件在多处接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合，则只能算一个平面高副。

如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线并不彼此重合，则相当于两个平面高副或一个低副。

二、除去局部自由度局部自由度——某些不影响整个机构运动的自由度（F′）。

F = 3n（2p l + p h）F′例2-3 试计算图示凸轮机构的自由度。

解n = 3，p l = 3，p h = 1，F′= 1F = 3n（2p l + p h）F′=3x3（2x3+1）1=1或F= 3 x 2（2x2+1）=1三、要除去虚约束虚约束——某些运动副带入对机构的运动实际上不起约束作用的约束（p′）因为引入了一个虚约束的原因，设机构中虚约束数目为p′，则机构的自由度应为：F = 3n （2p l + p h p′）F′机构中的虚约束常发生在下列情况：1、如果转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则该联接将带入1个虚约束。

n = 4，p l = 6，p h = 0，F′= 0，p′= 2 x 23 x 1 = 1F = 3n （2p l + p h p′）F′= 3 x 4 （2 x 6+ 0 1）0 = 12、两构件上某两点之间的距离始终保持不变，也将带入1个虚约束。

3、某些不影响机构运动传递的重复部分带入的约束亦为虚约束。

n = 5，p l = 5，p h = 6，F′= 0，p′= 2 x 2 + 4 3 x 6 = 2F = 3n （2p l + p h p′）F′= 3 x 5 （2 x 5+ 6 2）0 = 1§2-7 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析1.平面机构的组成原理——任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于原动 件和机架上而构成的。

2.平面机构的结构分类机构结构的分类是根据机构中基本杆组的不同组成形态进行的。

2．1 杆组的分类根据基本杆组的条件（自由度为0），有：3n2p l + p h = 0若在基本杆组中，运动副全部为低副，则上式为：3n2p l =0 n=2p l / 33523.33．2 步骤一、计算机构的自由度（除去机构中的虚约束和局部自由度），并确定原动件。

二、拆杆组。

从远离原动件的杆件开始，先试拆Ⅱ级组，若不成，在Ⅲ级组。

直至全部杆组拆出，只剩下原动件和机架为止。

三、确定机构级别。

*§2-8 平面机构中的高副低代高副低代：将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替的方法，称为高副低代。

高副低代的条件：1、代替前后机构的自由度完全相等。

2、代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相等。

高副低代的方法：用一个虚拟的构件分别在高副两元素接触点的曲率中心处与构成该高副的两构件以转动副相相联接。

第三章平面机构的运动分析基本要求：明确机构运动分析的目的和方法；能对Ⅱ级机构进行运动分析（提倡使用解析法）；理解速度瞬心（绝对瞬心和相对瞬心）的概念，并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置。

能用瞬心法对简单平面高、低副机构进行速度分析。

重点：能对Ⅱ级机构进行运动分析，并能用瞬心法对简单平面机构进行速度分析。

难点：对具有共同转动且有相对移动的两构件的重合点间的运动参数的求解。

学时：课堂教学：6学时。

§3-1 机构运动分析的目的和方法二、机构运动分析的目的三、机构运动分析的方法：图解法解析法实验法§3-2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用1．速度瞬心1.1 定义——当两构件（刚体）1、2作平面相对运动时在任一瞬时，都可以认为它们是绕某一点作相对转动，而该点则称为瞬时速度中心，简称瞬心，用P ij表示。

1.2 特点：两构件在其瞬心处相对速度为零，绝对速度相等（即等速重合点）若该点的绝对速度为零则为绝对瞬心。

若该点的绝对速度不为零则为相对瞬心。

2．机构中瞬心的数目K = N（N-1）/ 23．机构中瞬心的求法：（直接观察法和“三心定理”法）3.1 通过运动副直接相联的两构件的瞬心1）以转动副相联的两构件——转动副的中心。

2）以移动副相联的两构件——移动副导路的垂直方向上的无穷远处。

3）以平面高副相联的两构件的瞬心a、如果两高副元素之间为纯滚动——两高副元素的接触点M即为瞬心。

b、如果两高副元素之间既有相对滚动，又有相对移动——两高副元素的接触点处的公法线n-n 上。

3.2 用“三心定理”确定两构件的瞬心三心定理——三个彼此作平面平行运动的构件的三瞬心必位于同一直线上。

个例3–1 图示为一平面四杆机构，试确定该机构在图示位置时其解根据式（3 – 1K = N（N－1）/ 2 = 4（4－1）4．速度瞬心在速度分析中的应用例3-2 在例3–1中又知原动件2以角速度ω2顺时针方向旋转，求图示位置时从动。