西工大机械原理mooc.doc

西北工业大学机械原理及机械零件教研室2017-5-4第一章 绪 论一、 学什么？ —— 本课程的研究对象及内容1． 研究对象机械 —— 机器和机构的总称机构 ——一种用来传递与变换运动和力的可动装置机器 —— 一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合实例 单缸内燃机 工件自动装卸装置2． 研究内容研究有关机械的基本理论问题 :* 机构结构分析的基本知识* 机构的运动分析* 机器动力学* 常用机构的分析与设计* 机械系统的方案设计二、为何学？ —— 学习本课程的目的三、如何学？ —— 学习本课程的方法各种机构和机器所具有的一般共性问题各种机器中常用机构的性能及其设计方法问题 机械系统的方案及创新设计问题第 2 章 机构的结构分析研究内容： 1. 机构组成及其简图表达2. 机构的运动确定性及其自由度计算3. 机构的组成原理及结构分析与设计第 1 讲 机构的组成及分类 机构组成要素—— 构件、运动副1．构件机器构造观点：任何机器都是由许多零件组合而成零件—— 独立制造单元体构件—— 独立运动单元体机器运动观点：任何机器都是由若干个构件组合而成的2．运动副运动副 —— 两构件的可动连接运动副元素 —— 两构件参与接触的表面实例： 轴与轴承 滑块与导轨 两轮齿啮合运动副自由度 f 和约束度 s 的关系： f = 6 –s运动副的分类：1) 按引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、⋯⋯ 、Ⅴ级副2) 按接触形式分高副：点、线接触的运动副低副：面接触的运动副3) 按保持接触的形式分几何封闭或形封闭运动副力封闭运动副（重力、弹簧力）1······························································1西北工业大学机械原理及机械零件教研室2017-5-44）按相对运动形式分 转动副（回转副或铰链）移动副 螺旋副 球面副5） 基本运动副与复合运动副 机构组成结构3．运动链运动链—— 构件通过运动副构成的相对可动的系统闭式运动链（闭链）与开式运动链（开链）平面运动链与空间运动链4．机构机 构 —— 具有固定构件的运动链机 架 —— 相对固定的构件原动件 —— 已知独立运动的构件（用转向箭头表示）从动件 —— 其余从动运动的构件运动观点：机构是由机架，原动件和从动件组成的；同一运动链当取不同构件为机架时可以获得不同的机构的类型。

机构的分类1) 根据运动副的组成情况 ：低副机构、高副机构2) 根据机构的运动情况：平面机构、空间机构3) 根据机构的构件的情况和机构的工作原理：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、 棘轮机构、槽轮机构、螺纹机构、摩擦传动机构4 ）根据组成机构的构件性质： ：刚性机构、柔性机构、挠性传动机构、气动机构、 液压机构以及其他广义机构第 2 讲 机构运动简图 什么是机构运动简图1．机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按比例尺绘出的，表示机构组成结构及运动传递情况的简图2．规定表示符号* 常用运动副的符号* 常用机构的简图符号 例：铰链四杆机构* 一般构件的表示方法 机构运动简图的绘制绘制步骤1) 分析机构组成： 搞清机械的构造及运动情况 / 查明各构件和运动副的类别及位置2) 选定视图平面3) 取比例尺作图： 先根据机械机构的运动尺寸，确定出各运动副的位置；然后再画出各运动副符号及常用机构运动简图符号；最后用简单线条或几何图形连接即成4）完成必要标注例： 单缸内燃机机构运动简图绘制2······························································2西北工业大学机械原理及机械零件教研室2017-5-4第 3 讲 机构具有确定运动的条件及其自由度计算 机构具有确定运动的条件及最小阻力定律1．有确定运动的条件机构的自由度 ??—— 机构运动确定时所需的独立运动数目机构有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于其自由度的数目若原动件数 > ??，则机构最薄弱环节损坏若原动件数 < ??，则机构运动将不确定，此时机构运动将遵循最小阻力定律2．阻力最小定律：优先沿阻力最小的方向运动原动件数 < ??的机构——欠驱动机构原动件数 > ??的机构——冗余驱动机构 平面机构的自由度计算1 )??= 3 ??- (2?? + ?? 平面机构自由度计算应注意事项1. 要正确计算运动副的数目?? —— 活动构件数??1 —— 低副数目?? —— 高副数目(1) 复合铰链：铰链数目 ?? - 1(2) 同一运动副，只计算一个副 移动副：各移动方向彼此平行转动副：各转动轴线重合高副：各接触点公法线彼此重合(3) 复合平面高副，相当于一个低副2. 要除去局部自由度 ??′3. 要除去虚约束 ??′ 常发生虚约束的情况 轨迹重合距离恒定不变结构重复??= 3 ??- 2 ??1+ ?? - ??′ - ??′ 空间机构的自由度计算第 4 讲 平面机构的组成原理及结构分析2.4.1组成原理基本杆组——丌能再拆最简单的自由度为零的构件组（ 阿苏尔杆组或杆组）机构组成原理——任何机构都可看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架而构成的。

注意：杆组并接时， 丌能将同一杆组的各个外接运动副接于同一构件上，否则将起丌到增加杆组的作用2.4.2结构分类机构的结构分类是根据机构的基本杆组的丌同组成形态进行的（ 1 ）杆组条件??＝ 0（ ??— 杆组中构件数； ????—高副数）3??－ 2??－ ??—低副数； ??全低副杆组条件：3??－2????＝0 或??/2 ＝ ????/3（ 2 ）杆组类型Ⅱ级杆组： 2 个构件， 3 个低副3······························································3西北工业大学机械原理及机械零件教研室2017-5-4Ⅲ级杆组： 4 个构件， 6 个低副同一机构可包含丌同级别的杆组机构按含最高级别杆组分类： II 级机构， III 级机构和 I 级机构 结构分析（1 ）分析目的： 分析机构组成，确定机构级别2 ）分析步骤：1）先计算 ??（应除去虚约束及局部自由度） ，并确定原动件；2）从远离原动件的构件开始，先试拆Ⅱ级组， 若丌成，再拆Ⅲ级组，直至剩下原动件和 机架；3）确定机构的级别结论： 同一机构因取原动件丌同，而可能为丌同级别的机构。

高副机构需高副低代后再进行机构的结构分析与分类 高副低代高副低代：是指机构中的高副以低副来代替的方法1 ）高副低代的条件： 1 ）代替前后机构的自由度完全相同；2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同 2 ）高副低代的方法： 用一个虚拟两副构件分别联接两构件高副接触点处的曲率中心若高副两元素之一为直线，则低代时变为移动副若高副两元素之一为一点，则低代时就变为此点第 3 章 平面机构的运动分析第 1 讲 平面机构的速度及加速度分析的一般图解法3.1.1 同一构件上两点间的速度及加速度图解1．一般图解法矢量方程图解法 ——相对运劢图解法基本原理：理论力学中的运劢合成原理分析步骤：先列出运劢矢量方程，然后再按方程作图求解2．同一构件上两点间的速度及加速度图解运劢矢量方程 :???? = ???? + ??????????????= ???? + ??????= ????+ ??????+ ??????两个重要特性：速度多边形、加速度多边形速度影像、加速度影像3.1.2 两构件重合点间的速度及加速度图解矢量方程 :??rB3B2B3B323 23 2v = v + v????= ????+ ??????+ ???? ??例： 平面四杆机构的速度及加速度图解分析两个问题：重合点的选择对求解繁简程度的影响高副机构的速度及加速度的图解分析 平面六杆机构的速度及加速度图解分析举例例： 柱塞唧筒六杆机构的速度及加速度图解分析第 2 讲 平面机构速度分析的快捷图解法4······························································4西北工业大学机械原理及机械零件教研室2017-5-4结构简单的机构：用速度瞬心法作其速度图解分析十分方便简捷结构复杂的机构：用综合法作其速度图解分析则显得比较简便 速度瞬心法1．速度瞬心及其位置确定(1) 速度瞬心 —— 两构件上的瞬时等速重合点即同速点，用 ??????表示绝对瞬心 : ?? = 0 相对瞬心： ????≠ 0机构瞬心的数目： ??= ??(?? - 1) /2 ??——机构构件总数（含机架）(2) 瞬心位置的确定1)由瞬心定义确定转动副 :在其中心处移动副：在其导路的无穷远处纯滚高副：在其接触点处滚滑高副：在过其接触点两高副元素公法线上2)借助三心定理确定三心定理 —— 互作平面运动三构件的三个瞬心必位于同一直线上。

例： 铰链四杆机构瞬心位置的确定2．用瞬心法作机构的速度图解分析例 1 平面铰链四杆机构例 2 平面凸轮机构瞬心法特点 : 图解简单机构的传动比、构件的角速度和构件上点的速度显得十分简便，但当瞬心落在纸面之外时图解困难，而且不能用于求解加速度3．瞬心线——瞬心的位置随两构件运动而在各自构件上形成的一条轨迹曲线结论：机构运动时，动瞬心线将沿着定瞬心线作无滑动的纯滚动；利用瞬心线可进行高、低副机构之间的运动等效变换 综合法综。