機(jī)械原理 (3)ppt課件.ppt

1、機(jī)械原理，武漢理工大學(xué)，1， 目錄第一章緒論1-1本課程的研究對象和內(nèi)容l-2本課程的目的l-3本課程的學(xué)習(xí)第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的2-2機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)概略圖2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件的2-5平面機(jī)構(gòu)自由度的修正計(jì)算2-6平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)注意的意事項(xiàng)， 2第3章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)解析3-1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)解析概要3-2速度瞬間心及其在平面機(jī)構(gòu)速度解析中的應(yīng)用3-3矢量方程式解法的機(jī)構(gòu)的速度和加速度解析第4章平面機(jī)構(gòu)的力解析4-1機(jī)構(gòu)力解析的目的和方法4-2部件慣性力的決定第5章機(jī)械的摩擦和機(jī)械效率5-1機(jī)械的摩擦的目的和研究內(nèi)容5-2運(yùn)動(dòng)副中的摩擦5-3機(jī)械的效率

2、5-4機(jī)械的自鎖，3， 第六章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)訂6-1連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特征6-2關(guān)于平面四軸機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用6-3關(guān)于平面四軸機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)6-4平面四軸機(jī)構(gòu)的設(shè)訂第七章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)訂7-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類7-2推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)則7-3凸輪輪廓曲線的設(shè)訂7-4 齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)訂8-1齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類， 4 8-2齒輪的齒形曲線8-3漸開線曲線的形成及其特性8-4漸開線齒形的嚙合特性8-5漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪各部分的名稱和尺寸8-6漸開線正齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)8-7漸開線齒形的切口8-8位移齒輪概要8-10斜齒圓柱齒設(shè)計(jì)， 5 9-1輪系及其分類9-2定軸輪系的傳動(dòng)比9-3旋轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比

3、第10章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度變動(dòng)的調(diào)節(jié)10-1概要10-2機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式10-3穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機(jī)械的周期性速度變動(dòng)及其調(diào)節(jié)10-4機(jī)械的非周期性速度變動(dòng)及其調(diào)節(jié)第11章機(jī)械的平衡11-1機(jī)械平衡的2剛性轉(zhuǎn)子的平衡修正算法，第6，第一章緒論，“機(jī)械原理”(Mechanical Principle )研究的對象是機(jī)械，研究內(nèi)容是有關(guān)機(jī)械的基本理論問題。 機(jī)械是機(jī)械和機(jī)構(gòu)的總稱。 右圖表示內(nèi)燃機(jī)的模式圖，主要由活塞、連桿、曲軸及車架構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)和大齒輪(gear )、小齒輪、車架構(gòu)成齒輪機(jī)構(gòu)的凸輪(cam )、推桿、車架構(gòu)成凸輪機(jī)構(gòu)。 1-1本課程的研究對象和內(nèi)容，7，除了機(jī)械，實(shí)際上還有圖1-

4、2所示的開窗機(jī)構(gòu)和圖1-3所示的千斤頂，通過人力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了必要的運(yùn)動(dòng)和傳遞力。 這些裝置稱為機(jī)構(gòu)。 圖1-2開窗機(jī)構(gòu)，圖1-3公斤，8，機(jī)械的特征：1.這些是人為組合了零件的實(shí)物體2 .各實(shí)物體之間有規(guī)定的相對運(yùn)動(dòng)3 .可以完成有用的機(jī)械功能或轉(zhuǎn)換機(jī)能。 機(jī)構(gòu)特征：機(jī)構(gòu)包括機(jī)器特征的前兩個(gè)特征。 根據(jù)機(jī)器和機(jī)器的共有特點(diǎn)，機(jī)器和機(jī)構(gòu)可以統(tǒng)稱為機(jī)器。 本課程的研究內(nèi)容：1.機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識(shí)2 .機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析3 .機(jī)械動(dòng)力學(xué)4 .常用機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)置修訂5 .機(jī)構(gòu)的選擇和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)置修訂本課程的研究內(nèi)容可概括為兩個(gè)方面，一是介紹對現(xiàn)有機(jī)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析的方法， 二是根據(jù)運(yùn)動(dòng)

5、和動(dòng)力性能方面的要求探索修訂新機(jī)器的途徑，9、l-2本課程的目的本課程中學(xué)到的內(nèi)容是研究現(xiàn)有機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和工作性能以及修訂新機(jī)器的知識(shí)基礎(chǔ)。 因此成為機(jī)械類各專業(yè)必修的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，為專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。如何進(jìn)行l(wèi)-3本課程的學(xué)習(xí)在本課程的學(xué)習(xí)過程中，重點(diǎn)是明確基本概念，理解基本原理，掌握機(jī)構(gòu)分析和綜合基本方法。 在本課程的學(xué)習(xí)過程中，要注意運(yùn)用學(xué)習(xí)的基本理論和方法培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問題的能力。 因此，必須充分注意各種理論和方法的適用范圍和條件，使其能夠正確靈活地應(yīng)用。 第十、第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的研究內(nèi)容： (1)研究機(jī)構(gòu)的組成和確定其運(yùn)動(dòng)的條件；(2)根

6、據(jù)結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類；(3)探討機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理。 研究目的：在機(jī)構(gòu)設(shè)置修訂中，關(guān)于機(jī)構(gòu)如何組合、在什么條件下能夠?qū)崿F(xiàn)確定性運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)構(gòu)成原理的研究，通過對可以為新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造提供道路的機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和分類，便于對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析進(jìn)行一反三地研究。 11、2-2機(jī)構(gòu)的構(gòu)成1 .部件(link )機(jī)械的各自獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體。 2 .運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)部件組成的可動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)副(kinematics pair )。 參加兩部件接觸，可以構(gòu)成運(yùn)動(dòng)服的表面稱為運(yùn)動(dòng)服要素。 例如軸與襯套的嵌合(圖2-1 )、滑塊與導(dǎo)軌的接觸(圖2-2 )。圖2-1旋轉(zhuǎn)副、圖2-1移動(dòng)副、12、兩齒輪齒的嚙合

7、(圖2-3、a )、球面與平面的接觸(圖2-3、b )、圓柱與平面的接觸(圖2-3、b、圖2-3、c、圖2-3、a齒輪對、13，任意兩個(gè)部件1 如果兩部件以某種方法連結(jié)而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)件，則兩者間的相對運(yùn)動(dòng)受到一定的約束，該相對運(yùn)動(dòng)的自由度減少的數(shù)量與該運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)入的約束的數(shù)量相等。 兩部件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副后受到的約束數(shù)最少為1 (圖2-3、b所示的運(yùn)動(dòng)副)，最多為5 (圖2-1和2-2所示的運(yùn)動(dòng)副)，14，運(yùn)動(dòng)副的分類： (1)導(dǎo)入約束的數(shù)量：級副(2)按兩部件的接觸狀況分為：點(diǎn)或線接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副總稱為高副(3)由于兩部件間的相對運(yùn)動(dòng)差異，旋轉(zhuǎn)副或旋轉(zhuǎn)副、滑動(dòng)副、螺旋副、球面副、平面運(yùn)動(dòng)副、空間運(yùn)動(dòng)副、

8、圖2-5螺旋副、圖2-6球面副、15、3 .運(yùn)動(dòng)鏈通過運(yùn)動(dòng)鏈的連接而成為兩個(gè)如果運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)部件構(gòu)成第一個(gè)閉合的系統(tǒng)，則稱為閉式運(yùn)動(dòng)鏈或簡稱為閉合鏈(圖2-7、a、b )。 如果運(yùn)動(dòng)鏈的部件不構(gòu)成第一個(gè)閉合的系統(tǒng)，則稱為開放運(yùn)動(dòng)鏈，或僅稱為開放鏈(圖2-7、c、d )。 16、4 .機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果把某個(gè)部件固定在框架上，這個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈就成為機(jī)構(gòu)。 將按照機(jī)構(gòu)內(nèi)的規(guī)定的已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)則獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的部件稱為原動(dòng)部件，將其雄辯的可動(dòng)部件稱為從動(dòng)件。 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)則由原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)則和機(jī)構(gòu)的構(gòu)造決定。 2-3構(gòu)成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)概略圖用簡單的線和規(guī)定的記號(hào)表示構(gòu)成機(jī)構(gòu)的部件和動(dòng)子，用一定的比例尺表示動(dòng)子的相對

9、位置的簡單的圖形被稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)概略圖(kinematic sketch of mechanism )。 描繪順序是(1)分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，決定其原動(dòng)部分、動(dòng)作部分，明確傳動(dòng)部分。 (2)合理選擇投影面及原動(dòng)子的適當(dāng)投影瞬時(shí)位置。 (3)選擇合適的比例尺。 (4)用簡單的線條和規(guī)定的符號(hào)繪圖。 (5)檢查。17、顎骨式碎石機(jī)、a、b、圖2-8、18、2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)，具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)殘奧計(jì)數(shù)，被稱為機(jī)構(gòu)的自由度。機(jī)構(gòu)有決定運(yùn)動(dòng)的條件。 機(jī)構(gòu)自由度必須大于或等于l，并且機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的數(shù)量必須等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)量。 如圖210所示，此時(shí)的系統(tǒng)僅在對部件4確定了運(yùn)動(dòng)規(guī)則之后

10、才具有機(jī)構(gòu)。 修正圖2-9、圖2-11、19、2-5平面機(jī)構(gòu)的自由度的平面機(jī)構(gòu)的自由度修正算式2-6在修正平面機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1 .復(fù)合鉸鏈：如圖2-11所示，兩個(gè)以上的部件在一處旋轉(zhuǎn)副連結(jié)。 m個(gè)部件通過復(fù)合鉸鏈連接時(shí)，其構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)次數(shù)應(yīng)等于(m-1 )個(gè)。圖2-11、20、2 .局部自由度在一些機(jī)構(gòu)中，由于一些部件的局部運(yùn)動(dòng)不影響其他部件的運(yùn)動(dòng)。 這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度，如圖所示。 在修正機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，必須從機(jī)構(gòu)自由度修正公式中減去局部自由度。 圖示的凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為F=33-(23 1)-1=1，凸輪機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體圖，在圖2-12、21、3 .虛設(shè)約束機(jī)構(gòu)中，一部

11、分運(yùn)動(dòng)件帶入的約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上沒有約束作用，這樣的約束如果修正機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)中的虛擬約束常常發(fā)生在以下情況下：1)當(dāng)機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)成員的運(yùn)動(dòng)軌跡相互重合時(shí)，其中兩個(gè)成員的連接點(diǎn)被旋轉(zhuǎn)子連接，從而形成一個(gè)虛擬約束。 圖214所示的機(jī)構(gòu)概略圖。 F=3*n2PlPh=3*42*6=0錯(cuò)誤F=3*n2PlPh=3*32*4=1對，圖2-14、22、2 )。 在兩個(gè)部件在多個(gè)部位卡合而構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，且旋轉(zhuǎn)軸線重疊的情況下(如2-15所示)，只能計(jì)算一個(gè)旋轉(zhuǎn)副。 如果兩個(gè)部件在多個(gè)部位接觸構(gòu)成平面高副，各接觸點(diǎn)的公法線相互重疊(如圖2-16所示)，則只能修正一個(gè)平面高副。圖2-14、圖2-15、圖2

12、-16、23、3 )機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，如果兩部件上的某兩點(diǎn)間的距離始終一定，則如果用兩旋轉(zhuǎn)副桿連接這兩點(diǎn)，則也成為一個(gè)虛擬約束4 )機(jī)構(gòu)中，如圖2圖18所示F=3*n2PlPh=3*42*6=0錯(cuò)誤F=3*n2PlPh=3*52*56=-1錯(cuò)誤f=3*n2plph=3*32*第三章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析3-1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析概要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：基于原動(dòng)零件的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)則，該機(jī)構(gòu)在其他構(gòu)件上的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法主要有解法和分析法。 3-2速度瞬間心及其在平面機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用一、速度瞬間心、瞬間心在相互進(jìn)行平面相對運(yùn)動(dòng)的兩部件上，是瞬間相對速度為零的點(diǎn)或者是瞬間速度相等的重合點(diǎn)(即等速重合點(diǎn))。 如果這一點(diǎn)

13、的絕對速度為零，絕對瞬間心不等于零，就是相對瞬間心。 如圖3-1所示。圖3-1、25、2、機(jī)構(gòu)的中瞬心的數(shù)量，因?yàn)槊績蓚€(gè)部件有一個(gè)瞬心，所以由n個(gè)部件(包括框架)構(gòu)成的機(jī)構(gòu)，其總瞬心的數(shù)量k從排列組合的知識(shí)得出：三、機(jī)構(gòu)的中瞬心的位置的確定如上所述，在機(jī)構(gòu)中兩個(gè)部件之間分別介紹如下。 1 .由運(yùn)動(dòng)副直接連結(jié)的兩個(gè)部件的瞬間中心1 )由旋轉(zhuǎn)副連結(jié)的兩個(gè)部件，如圖3-2、a所示，旋轉(zhuǎn)副的中心為該瞬間中心P12。2 )通過移動(dòng)副相連結(jié)的兩部件如圖3-2、b所示，兩部件間的任意的重疊點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)速度方向都與引導(dǎo)路徑平行，因此該瞬間中心P12位于移動(dòng)副引導(dǎo)路徑的垂直方向的無窮遠(yuǎn)處。 26、3 )如圖3-

14、2、c、d所示，以平面高副相連接的兩個(gè)部件。 如果高副兩要素間為純轉(zhuǎn)動(dòng)，則其兩要素的接觸點(diǎn)m為瞬間中心P12，如果高副兩要素間存在相對轉(zhuǎn)動(dòng)和相對滑動(dòng)，則瞬間中心P12必須位于高副兩要素處于接觸點(diǎn)的公法線nn上，具體位置還必須根據(jù)其他條件來決定。 圖3-2、27、2 .三心定理中兩部件的瞬間心三心定理(Kennedys throrem ) :相互平面平行運(yùn)動(dòng)的部件的瞬間心必定在同一直線上。 如圖3-3所示。 圖3-3、圖3-28、圖3-4、速度瞬間中心(instantaneous center of velocity )在機(jī)構(gòu)速度解析中的應(yīng)用1 )部件的角速度、圖3-4所示的求平面四軸機(jī)構(gòu)的瞬間

15、中心P24已知是部件2和部件4的等速重合點(diǎn)各部件的尺寸為已知，原動(dòng)子2的角速度為2。 利用瞬間中心決定從動(dòng)件3的移動(dòng)速度也同樣非常簡便。 如圖所示，得到的從動(dòng)件的移動(dòng)速度的大小是利用3-3向量方程式解法構(gòu)成機(jī)構(gòu)的速度和加速度解析向量方程式解法的基本原理在理論力學(xué)中學(xué)到的運(yùn)動(dòng)合成的原理。 要分析機(jī)構(gòu)的速度和加速度，首先根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成原理列出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的矢量方程式，然后根據(jù)該方程式繪圖求解。 圖3-5、30、一、同一部件上兩點(diǎn)間的速度、加速度的關(guān)系1 .速度解析圖3-6是在圖3-6、a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中連桿BC進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)的部件。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成的原理可知，該部件的任意點(diǎn)(點(diǎn)c等)的運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是由與該部件上的任意其他點(diǎn)(點(diǎn)b等)的平移運(yùn)動(dòng)(相關(guān)運(yùn)動(dòng))和以該點(diǎn)(點(diǎn)b )為中心的旋轉(zhuǎn)(相對運(yùn)動(dòng))來合成的。 因此，點(diǎn)c的速度是、31并且當(dāng)前設(shè)置點(diǎn)b的速度是已知的，并