機械原理電子教案

1、.第一章緒論教育內(nèi)容本課程的對象和內(nèi)容本課程的性質(zhì)、塔斯克和作用機械原理學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀學(xué)習(xí)要求明確本課程的研究對象和內(nèi)容，以及培養(yǎng)機械類高級工程技術(shù)人員的全球地位、塔斯克和作用。了解機械原理學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀。重點難點本章的學(xué)習(xí)要點是本課程的研究對象和內(nèi)容。 本章介紹了機械、機構(gòu)、機械等名詞，用實例說明了各種機械的主要構(gòu)成要素是各種機構(gòu)，明確了機構(gòu)是本課程研究的主要對象大象。 當(dāng)然，因為在這個時刻沒有具體地學(xué)習(xí)這些個的內(nèi)容，所以只能進行概要性的理解。學(xué)習(xí)時間表上課自學(xué)看機械原理的電教電影一學(xué)期1.5學(xué)時中國古代機械、工業(yè)機器人及其應(yīng)用學(xué)習(xí)方法如何星空衛(wèi)視好這個課程。要星空衛(wèi)視這門課程，首先要對機械

2、在一個國家的重要作用有明確的認識。 機器現(xiàn)在，將來依然是人類利用自然段改造的直接執(zhí)行工具，沒有機器的支持，所有現(xiàn)代工程(宇宙航行工程、深海工程、生物工程、通訊工程、渡江大橋、過海隧道、摩天大樓、了解機械原理學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，不僅有助于深入學(xué)習(xí)機械原理課程，也有助于確信機械工業(yè)永遠以日新月異的速度發(fā)展。第二章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)性分析學(xué)習(xí)內(nèi)容機構(gòu)的構(gòu)成(部件、運動件、運動鏈及機構(gòu))反應(yīng)歷程的運動圖及其作圖反應(yīng)歷程有決定運動的條件修正反應(yīng)歷程自由度修正平面機構(gòu)自由度時應(yīng)該注意的事項虛擬約束對機構(gòu)工作性能的影響及機構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理修訂平面機構(gòu)的構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)性分析在平面機構(gòu)的高副低副學(xué)習(xí)要求闡明構(gòu)件、運

3、動副、約束、自由度、運動鏈及機構(gòu)等重要概念?？梢援嫵霰容^簡單的反應(yīng)歷程運動的略圖。我知道正確地補正平面機構(gòu)的自由度，特定的運動能判斷有木有的空間機構(gòu)的自由度的補正算。認識到虛擬約束對機構(gòu)工作性能的影響和機構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置修正問題的重要性。我知道平面機構(gòu)的構(gòu)成原理。重點難點本章的學(xué)習(xí)要點是具有構(gòu)件、運動子、運動鏈及機構(gòu)等概念、機構(gòu)運動概略圖的制作、機構(gòu)決定運動的條件及機構(gòu)自由度的修正算法。 關(guān)于平面機構(gòu)中的高副低世代是擴展知識面性質(zhì)的內(nèi)容。 學(xué)習(xí)難點是機構(gòu)中虛約束的判定問題。學(xué)習(xí)時間表本章講義這一章的自學(xué)課外作業(yè)課外討論問題綜合分析問題實驗(兩學(xué)時)第四學(xué)期第六學(xué)期練習(xí)題2-1、2-2、2-3、

4、2-6、2-8、2-10練習(xí)題2-4、2-5、2-7、2-9二號練習(xí)題機構(gòu)運動簡圖映射實驗學(xué)習(xí)方法本章需要明確的概念。首先，說明構(gòu)件、運動件、運動鏈、機構(gòu)、機構(gòu)的運動簡圖、機構(gòu)的自由度、機構(gòu)決定運動的條件、復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛擬約束、機構(gòu)構(gòu)成原理和桿組等基本概念。 必須正確地說明，準(zhǔn)確地分析機構(gòu)，使之能夠判斷。其次，對部件和零配件、運動副和運動副要素、自由度和約束、高副和低副、開鏈和封閉、運動鏈和桿群及機構(gòu)等概念間的關(guān)聯(lián)和區(qū)別進行了留心。正確制作反應(yīng)歷程的運動圖是怎么破嗎？機構(gòu)的運動解析和動力解析都是針對機構(gòu)運動概略圖進行的，機械設(shè)定修訂的開始也是首先設(shè)定機械的機構(gòu)運動概略圖，所以機構(gòu)運動

5、概略圖的制作必須非常重視，能夠正確閱讀機構(gòu)運動概略圖制作是工程技術(shù)人員所需要的基本技能。當(dāng)然，實際的機械的構(gòu)造狀況和構(gòu)件形狀一般是復(fù)雜的，所以對于初學(xué)者來說，如何用機構(gòu)運動的概略圖來表示可能是困難的。 然而，如果仔細觀察運動傳遞路徑，并明確運動在部件之間的傳遞狀況、部件數(shù)量的多少、各部件之間構(gòu)成了怎樣的運動元件、以及運動元件的位置，則不容易正確地描繪該機構(gòu)運動的概略圖。 經(jīng)過大量的練習(xí)，一定能夠逐步具有制作機構(gòu)運動概略圖的能力。什么是正確判斷機構(gòu)中的虛約束？為了正確判斷機構(gòu)中的虛約束，首先要明確什么是虛約束的概念。 虛約束是指對機構(gòu)的運動發(fā)揮重復(fù)約束作用的約束，即，機構(gòu)中的一部分動子帶入的約束

6、與其他動子帶入的約束重復(fù)。 在修正反應(yīng)歷程自由度時，必須移除虛擬約束。但是，請注意，反應(yīng)歷程中的虛擬約束是在特定條件下發(fā)生的。 如果不滿足這些個條件，則被視為偽約束的約束實際上是有效約束，并影響反應(yīng)歷程運動的可能性和靈活性。 為了滿足這些個的特定條件，要求較高的加工精度和組裝精度，這意味著較高的制造成本。 一般來說，機構(gòu)的虛擬約束數(shù)越多，機構(gòu)在運動中卡住的可能性也越高，要求高精度的尺度尺殘奧表也越多，制造成本也越高，因此虛擬約束數(shù)的多少也成為機構(gòu)性能的重要指標(biāo)。為什么在機械設(shè)定修訂中設(shè)定虛擬約束？通常，對機械設(shè)置虛擬約束的主要目的是：(1)改善機構(gòu)的受力狀況(參照教材圖223 )(2)提高機構(gòu)

7、的剛性(參照教材問題2-13c圖)(3)使機構(gòu)能夠順利地通過轉(zhuǎn)折點(參照教材圖87 )。在校正裝置機構(gòu)中，機構(gòu)運動的靈活性十分重要，所以必須避免在機構(gòu)中產(chǎn)生虛擬約束(參照教材圖228 )。 (問題2-19圖)此外，一些剛性低的表兄弟，例如放置在飛機機翼上的一些機構(gòu)，在受到力時容易產(chǎn)生大的變形，約束成為虛約束而必須滿足的幾何條件容易被破壞，因此也應(yīng)該努力避免虛約束。但是，正如教材中指出的那樣，對每個平面機構(gòu)修正平面機構(gòu)(3族機構(gòu))的自由度的話，從表面上看好像沒有虛拘束的情況比較多，實際上大部分情況下，留心了族別虛拘束，即實際上存在虛拘束。 從像空間這樣的機構(gòu)來看機構(gòu)不存在虛約束的情況下，虛約束才

8、真正存在。為了減少虛擬約束數(shù)，在工程中實際上經(jīng)常使用球面副，球大頭針副代替旋轉(zhuǎn)副，圓柱副代替移動副或者旋轉(zhuǎn)副，桶形齒代替直齒等。如何判斷是否是復(fù)合鉸鏈？對于復(fù)合鉸鏈的決定，一般來說不容易把握，但對于復(fù)合鉸鏈的有木有的判斷，需要細心的注意。 以下兩種情況容易產(chǎn)生誤解：其一種是兩個以上的部件在同一部位以旋轉(zhuǎn)副相連結(jié)的情況。 不要把一些構(gòu)件捆在一起看作復(fù)合鉸鏈。 示例： (如果部件在同一地方連接)。其二，齒輪、信息幀所涉及的連接是否為復(fù)合鉸鏈，容易混淆。 示例： (對于包含齒輪的機構(gòu))。如何判斷齒輪對的約束？關(guān)于齒輪對的約束，有以下兩種情況第一種約束是通常約束兩個齒輪的中心距離，并且因為齒兩側(cè)的齒形

9、僅由一側(cè)接觸，而另一側(cè)具有間隙，所以只提供一個約束。 如圖a所示。其二是，如圖b所示，兩個齒輪的中心能夠相互接近直到齒兩側(cè)的齒形接觸為止的情況。 此時，齒兩側(cè)的接觸點的法線方向相互重疊，因此提供兩個約束。在解決教材問題213時，應(yīng)當(dāng)清楚地解釋齒輪對約束的上述兩種情況。如何將反應(yīng)歷程分解為基本桿組？如從平面機構(gòu)配置原理可看出的，每個平面機構(gòu)都可以由信息幀、傳動部件、和若干基本桿組組成。 因此，在進行機構(gòu)的運動解析和動力解析時，能夠?qū)υ瓌幼雍突緱U組進行，對于相同的基本桿組能夠采用相同的方法(能夠制作子程序調(diào)用)，基本桿組的類型少，所以運動解析和動力解析方便。將反應(yīng)歷程分解為基本桿組時請注意首先，

10、必須移除反應(yīng)歷程的虛擬約束和局部自由度。 例如： (精壓機構(gòu))。進一步進行杠桿組分析。 分割基本桿組時，請從遠離原動零配件的位置進行分割，首先嘗試用ii級組進行分割。 否則請按照iii級組、iv級組的順序分割。例： (史蒂文森型機構(gòu)的結(jié)構(gòu)性分析)?；緱U群的水平由構(gòu)成該桿群的封閉形狀(由一個或多個部件構(gòu)成)所包含的最大運動副數(shù)決定。 一般來說，桿組的水平越高，運動分析和動力分析的難易度也越高。第三章平面機構(gòu)的運動解析學(xué)習(xí)內(nèi)容機構(gòu)運動分析塔斯克、目標(biāo)和方法基于速度瞬心法的機構(gòu)速度分析用矢量方程解法進行反應(yīng)歷程的運動解析在復(fù)雜機構(gòu)的速度分析中使用綜合法基于解析法的機構(gòu)運動解析學(xué)習(xí)要求準(zhǔn)確理解速度瞬

11、心(包括絕對瞬心和相對瞬心)的概念，可以用“三心定理”定位一般平面機構(gòu)的各瞬心。瞬心法可簡單地進行高低副機構(gòu)的速度分析?？梢杂檬噶糠匠淌浇夥ê徒馕龇ㄟM行級機構(gòu)的運動解析。重點難點本章的學(xué)習(xí)要點是ii級機構(gòu)的運動分析。 學(xué)習(xí)的難點是機構(gòu)的加速度分析，特別是兩部件的重合點之間包含科里奧利加速度時的加速度分析。學(xué)習(xí)時間表上課自學(xué)課外作業(yè)課外討論練習(xí)題大工作第四學(xué)期第六學(xué)期練習(xí)題3-1、3-2、3-3、3-3、3-4、3-6和3-10練習(xí)題3-5、3-9和3-12平面六軸機構(gòu)或級機構(gòu)運動的電算化分析學(xué)習(xí)方法為什么要進行反應(yīng)歷程的運動解析？首先，認識到機構(gòu)運動分析的重要意義。 在設(shè)定、修改新機器時，無論

12、是利用現(xiàn)有機器，還是反過來設(shè)定、修改時，進行機構(gòu)的運動解析都是很重要的。 在利用現(xiàn)有機器的情況下，很多機器必須經(jīng)過詳細的運動解析，我們才能很好地把握其性能，使機器的功能發(fā)揮到一盞茶上。 如： (擺動篩選機構(gòu)教材圖3-9a )所示，只有知道在1個周期內(nèi)擺動篩選(部件4 )的速度、加速度發(fā)生變化，才能知道是否能夠得到良好的篩選效果。 在反求設(shè)定訂正中，經(jīng)過運動分析才能吃掉原來的設(shè)定訂正的意圖，也能進行創(chuàng)造性的改善和發(fā)展。其次，分析機構(gòu)一般比較容易，只要有一定的程序就可以遵循，但是機構(gòu)的整合由于沒有一定的程序，一般很難。 但是，由于修正算法技術(shù)和計算機的發(fā)展，我們可以融合機構(gòu)的綜合和機構(gòu)的分析。 即

13、，選擇適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)進行運動分析，看能否滿足預(yù)定的運動要求，如果不滿足，則適當(dāng)調(diào)整原機構(gòu)，進行運動分析。如何正確把握反應(yīng)歷程運動解析的方法？有些學(xué)生認為機構(gòu)的運動分析，特別是加速度分析很難把握。 其實，機構(gòu)的運動分析(無論是速度分析還是加速度分析)都不是容易把握的。 機構(gòu)的運動分析有一定的過程，按照教材上的方法做好一頭地一頭地足跡，可以得到正確的結(jié)果，秩序清楚，一點也不難。有些學(xué)生覺得難、混亂、動手難。 因為他們通常犯下面的錯誤1 )問題之前沒能好好復(fù)習(xí)教材相關(guān)的內(nèi)容。2 )制作主題時不能按照教材上所述的順序進行，要求盡快取得成果，跳過幾個順序。 當(dāng)一些學(xué)生用作作圖機構(gòu)的運動分析時，往往不寫相關(guān)向

14、量方程，或者不判斷方程各項大小和方向為修正，而是忙不迭制作速度多邊形和加速度多邊形，在作圖時向量方程指導(dǎo)不夠，導(dǎo)致錯誤。3 )缺乏工程觀點，作為工程技術(shù)人員的分析修正算法，將來經(jīng)過實踐性的檢查，不認真處理分析中的細節(jié)是錯誤的原因。如何把握利用速度瞬間心對機構(gòu)進行速度分析？利用速度瞬心對機構(gòu)進行速度分析往往比較簡便。 把握這個方法的關(guān)鍵是能在必要的瞬間正確找出中心位置。在兩個構(gòu)件直接構(gòu)成運動副的情況下，其間的瞬間中心的位置可以容易確定，不直接接觸的兩個構(gòu)件之間的瞬間中心可以通過三心定理確定。 為了便于識別機構(gòu)中的各個瞬間中心的位置，可以利用瞬間中心多邊形的幫助。在瞬心多邊形中，各頂點的數(shù)字表示機

15、構(gòu)中的各部件的編號，各頂點間的接線表示各部件之間的瞬心，知道瞬心位置的接線用實線表示，未求出其位置的瞬心用折斷線表示。 由三心定理可知，以瞬心多邊形的任一三角形的三邊為代表的三個瞬心應(yīng)該在一條直線上。 由此求出未知瞬間心的位置并不容易。例： (平面六軸機構(gòu)的速度分析)。此外，由于部件的速度瞬間心一般不是部件的加速度瞬間心，因此無法根據(jù)速度瞬間心對機構(gòu)進行加速度解析。掌握機構(gòu)速度及加速度圖解法應(yīng)注意的圖解次數(shù)。圖解機構(gòu)的速度及加速度時，可按以下步驟進行。a )選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺1，根據(jù)標(biāo)題給出的原動子的位置，正確制作機構(gòu)運動的概略圖。b )明確題意，確定解題的思維方法，即確定求解的優(yōu)先順序。c

16、 )列出求解所需的運動分析向量方程。 矢量方程式有兩種。 一種是同一構(gòu)件上兩點之間的速度和加速度的關(guān)系；另一種是兩個元件重疊的點之間的速度和加速度的關(guān)系。 后者被用于有移動副的情況。d )針對向量方程式的各項，按項分析其大小和方向。 在向量方程式的各項下，輸入其大小和方向、已知(使用)或未知(“？ 中所述情節(jié)，對概念設(shè)計中的量體執(zhí)行面積分析。 如果一個向量方程只有兩個未知量，可以將其用作格拉夫解。 否則，必須列舉補充方程式以減少未知數(shù)。e )選擇適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣缺壤?、速度和加速度圖極點p和p，并分別根據(jù)矢量方程式的準(zhǔn)則依次生成速度圖和加速度圖。f )必要的解可以直接從圖中取出。如何判斷相對

17、速度、相對加速度和科里奧利加速度的方向？1 )根據(jù)速度圖和加速度圖進行判斷(相對速度和相對加速度的方向)。2 )在兩個部件構(gòu)成移動副系統(tǒng)的情況下的： (對科里奧利加速度方向的確定)。使用矢量方程式解析法進行ii級機構(gòu)的運動解析時應(yīng)該注意的次數(shù)和事項是根據(jù)矢量方程式解析法的ii級機構(gòu)的運動解析比較容易，也有強的程度性，如果以一定的順序解開，就能夠容易地得到必要的結(jié)果。在進行運動學(xué)分析時，如果要先進行位置分析，可按如下步驟解決位置分析：a )首先制作直角坐標(biāo)系，將各構(gòu)件作為桿向量處理。b )根據(jù)機構(gòu)具有的獨立閉環(huán)數(shù)的多少，對每個獨立閉環(huán)建立向量閉環(huán)方程式。c )從只有兩個未知量的向量封閉方程式開始解，在解時可以用適當(dāng)?shù)南蛄奎c積的方法消除一個未知量，求另一個未知量。在求出各桿矢量的未知量之后，機構(gòu)的速度和加速度分析只是位置方程式對時間的一次導(dǎo)向和二次導(dǎo)向。 也可以通過適當(dāng)?shù)南蛄俊Ⅻc積的方法消去一方的未知量，求出另一方的未知量。使用矢量方程解析法進行機構(gòu)運動分析時，無需在分析時準(zhǔn)確地制作機構(gòu)的運動簡圖，應(yīng)注意的是，各桿矢量的方位角均從軸開始，并繞逆時針方向進行修正測量。 如果采用這樣的規(guī)定，則在書寫方程式和進行運算時有統(tǒng)一的格式，給運算帶來很大的便利，并且使用也方便確定各方位角所在的象限的矢量方程式解析法進行iii級以