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機械原理 講 稿 宋立權(quán) 緒 論 0-1 機器的功能結(jié)構(gòu)及機構(gòu) 一、機械原理的研究對象：機器與機構(gòu) 1. 機架 2.滑塊 3.進氣閥 4.排氣閥 5.連桿 6.曲柄 7.凸輪 8.從動桿 9、10．齒輪 一個工作循環(huán)內(nèi) （四個階段） 1．進汽， 2．壓縮， 3．膨脹， 4．排汽 2、5、6、1--曲柄滑塊機構(gòu) 9、10、1--齒輪機構(gòu)， 7、8、1--凸輪機構(gòu) 配汽機構(gòu)： 齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu) 實例：單缸四沖程發(fā)動機 單缸四沖程發(fā)動機動畫 二、基本概念（有關(guān)名詞） 1、機器 特征： a)一種人為的實物組合 b)各構(gòu)件間具有確定的相對運動 c)能為人類作功或轉(zhuǎn)換機械能 電動機：電能→機械能 發(fā)電機：熱能（水能、風(fēng)能）→電能 機器定義：特征a)+b)+c) 能進行能量轉(zhuǎn)換、各部分（構(gòu)件）間具有確定相對運動的人為實物組合。 2．機構(gòu) 定義：各部分（構(gòu)件）間具有確定相對運動的人為實物組合 機構(gòu)：平面機構(gòu)、空間機構(gòu) 3．機械 機構(gòu)器與機構(gòu)的總稱 4．構(gòu)件與零件 構(gòu)件－運動的單元 零件－加工制造的單元 5．其他 原動件（主動件）、從動件、原動機、工作機、機組 0-2機械總體方案設(shè)計的內(nèi)容及 機械原理課程的定位與任務(wù) 一、 機械總體方案設(shè)計 1．功能原理設(shè)計 牛頭刨床：平面切削(不同的機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式) 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 壓縮機：介質(zhì)壓縮（往復(fù)式、旋葉式、渦旋式等） 2．系統(tǒng)運動方案設(shè)計 根據(jù)機器的功能要求，確定機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸，最終完成機構(gòu)運動簡圖。 3．系統(tǒng)運動方案設(shè)計的內(nèi)容 1）型綜合 機構(gòu)選型 2）數(shù)綜合 定尺寸 3）運動學(xué)動力學(xué)綜合分析，與2）交替進行 機構(gòu)運動方案設(shè)計 凸輪機構(gòu)設(shè)計 二、 機械原理課程的定位與任務(wù) 機構(gòu)形式種類繁多，結(jié)構(gòu)各不相同 在對機構(gòu)進行分類的基礎(chǔ)上，研究各類機構(gòu)所具有的共性問題，并由此建立起分析設(shè)計的一般方法。 以高等數(shù)學(xué)、物理、制圖、理力為基礎(chǔ)的技術(shù)基礎(chǔ)課，與專業(yè)課有緊密聯(lián)系，起著承上啟下的作用。 相對于基礎(chǔ)課，更接近于工程實際； 相對于專業(yè)課，研究的是機械所具有的共性問題。 擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)機械工程師的重要任務(wù) 0-3 機械原理課程的主要內(nèi)容、 基本要求與學(xué)習(xí)方法 一、機械原理課程的主要內(nèi)容 1． 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動學(xué) 研究機構(gòu)的組成原理，機構(gòu)運動可能性和機構(gòu)具有確定相對運動的條件。（第一章） 2． 常用機構(gòu)設(shè)計 掌握機構(gòu)的設(shè)計、分析方法。（第二章、第三章、第四章、第五章） 3． 機械動力學(xué)（第六章） （1） 研究機械運動過程中，作用在構(gòu)件上的力的求法，決定機械效率的方法。 （2） 機械平衡與機械系統(tǒng)速度波動調(diào)節(jié)。 4． 機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計（第七章） 課程綜合設(shè)計進行 二、基本要求與學(xué)習(xí)方法 課堂教學(xué)：46h（機自）， 54h（車輛） 綜合課程設(shè)計：4周 考試：期末 6580%， 平時測驗（2次）20% 作業(yè) 10%（每次交 1/3） 出勤 5% 實驗：18h（機械基礎(chǔ)實驗，獨立設(shè)課） 思考題：緒論0-1 ~ 0-3 第一章　機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的： 研究機構(gòu)的組成，探討機構(gòu)的可動性，機構(gòu)具有確定相對運動的條件； 研究機構(gòu)的組成原理，按結(jié)構(gòu)分類，并由此建立起運動、動力分析的一般方法。 機構(gòu)的表示方法（掌握繪制機構(gòu)的運動簡圖的方法），為設(shè)計新機構(gòu)指示合理的途徑。 1-1機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 一、運動副 定義：①兩構(gòu)件②直接接觸且能產(chǎn)生③一定相對運動的聯(lián)接。 1. 回轉(zhuǎn)副 2. 移動副 3. 高副 構(gòu)件獨立運動 運動副元素：構(gòu)成運動副的點、線、面。 運動副：平面運動副、空間運動副 平面構(gòu)件的三個獨立運動： 1） 隨構(gòu)件上某點A沿X方向運動； 2） 隨構(gòu)件上某點A沿Y方向運動； 3） 繞構(gòu)件上某點A的轉(zhuǎn)動； 空間構(gòu)件具有六個獨立運動 沿X、Y、Z座標(biāo)的移動和繞座標(biāo)軸轉(zhuǎn)動 構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動 平面構(gòu)件自由度：三個（X、Y、α） 圖2-3 運動副的約束 約束：對構(gòu)件獨立運動的限制，每限制一個獨立運動，稱為一個條件約束，相應(yīng)自由度減少1。 回轉(zhuǎn)副：保留一個相對獨立轉(zhuǎn)動的運動副。 移動副：保留一個相對獨立移動的運動副。 高 副：保留一個沿公切線方向的獨立移動和繞接觸點轉(zhuǎn)動 的運動副。 思考該運動副是否存在？ 限制一個相對獨立轉(zhuǎn)動，保留二個相對獨立移動 平面運動副 低副 特征：①面接觸，②約束條件2，自由度1 1．回轉(zhuǎn)副 2．移動副 3．高 副 特征：①點、線接觸，②約束條件1，自由度2 1-2運動鏈及機構(gòu)的自由度計算 閉式鏈 開式鏈（機器人動畫） 機 構(gòu) 和機構(gòu)運動簡圖的繪制 一、運動鏈：若干構(gòu)件由運動副聯(lián)結(jié)而成。 運動鏈成為機構(gòu)的條件： 運動鏈中，固定一個構(gòu)件為機架，給出一個或幾個原動件，如果其余構(gòu)件具有確定相對運動，運動鏈成為機構(gòu)。 二、機構(gòu)運動簡圖： 牛頭刨床機構(gòu)（程序） 對心曲柄滑塊機構(gòu)（應(yīng)用） 偏置曲柄滑塊機構(gòu) 用簡單的線條和表示符號，表達機器或機構(gòu)傳動原理的簡單圖形。 回轉(zhuǎn)副 移動副 高 副 三、常用運動副表示方法 二副構(gòu)件 三副構(gòu)件 具有運動副原素的構(gòu)件 特殊運動副表示方法 鄂式破碎機 四、 平面機構(gòu)的自由度 1．自由度計算公式 F=3n-2PL-PH， n－可動構(gòu)件數(shù)，PL－低副數(shù)，PH－高副數(shù) 2．局部自由度、復(fù)合絞、虛約束 局部自由度－與機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。 復(fù)合絞－m個構(gòu)件在同一處構(gòu)成m-1個回轉(zhuǎn)副。 虛約束－對機構(gòu)運動不起獨立限制作用的約束。常出現(xiàn)于以下幾種情況： （1） 聯(lián)接構(gòu)件上的點的軌跡與被聯(lián)接構(gòu)件上的點的軌跡重合。(火車前輪驅(qū)動機構(gòu)) （2） 二構(gòu)件構(gòu)成多個回轉(zhuǎn)副，回轉(zhuǎn)軸線重合。 （3） 二構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，導(dǎo)路平行。 （4） 對運動不起獨立限制作用的對稱部分。 行星輪系：有虛約束，無虛約束 3．機構(gòu)自由度計算綜合示例 1-3 平面運動鏈與機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機構(gòu)的替代（高副低代法）：用兩個低副和一個構(gòu)件替代原機構(gòu)中的一個高副。 代替條件：1.自由度不變；2.瞬時運動相同。 為何要研究機構(gòu)的高副低代？ 特例 低副的位置： 1．分別在構(gòu)成高副的兩個構(gòu)件上； 2．在過高副接觸點的共法線上（曲率中心處）。 代替步驟： 1．找出構(gòu)成兩構(gòu)件接觸點處的曲率中心O1、O2； 2．如果曲率半徑ρ存在，則在O處代以回轉(zhuǎn)副，若ρ→∞，在C處代移動副； 3．將兩運動副聯(lián)接于同一構(gòu)件。 例1 例2 例3 例4 1-4 按基本桿組的機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合與結(jié)構(gòu)分析 一．基本桿組 機構(gòu)=機架+原動件+從動系統(tǒng) 機構(gòu)自由度 F機= F機架 + F原+ F從 F機=F原，F(xiàn)機架 =0，有F從=0 從動系統(tǒng)又可分為不可再分的運動鏈。 基本桿組：自由度為零，不可再分的運動鏈。 設(shè)從動系統(tǒng)含有n個構(gòu)件、PL個低副，其自由度 F=3n-2PL=0，有低副數(shù)與構(gòu)件數(shù)的關(guān)系為： n、PL為正整數(shù)，滿足改關(guān)系的值為： n=2、PL=3 II級組 n=4、PL=6 III級組及IV級組 …… II級組：2個構(gòu)件，3個低副，共5個類（P42圖1-41） III級組與IV級組 二．基本桿組的聯(lián)接和機構(gòu)的組成 機構(gòu)組成原理（阿蘇爾原理）： 任何機構(gòu)都可以零自由度的運動鏈依此添加到原動件和機架上的方法來完成。 習(xí)題 第一章： 1-1，1-2，1-4，1-6