机械原理电子教案

1、第一章第一章 绪绪 论论1-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容n机械原理又称为机器理论与机构学。机械原理又称为机器理论与机构学。n机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设机械运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设计理论和方法中的重要分支。计理论和方法中的重要分支。n机械原理的研究对象是机械。机械原理的研究对象是机械。第一章第一章 绪绪 论论一、机器的组成一、机器的组成定义：定义：机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，它用来

2、完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。置，它用来完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。根据工作类型不同，机器一般可以分为：根据工作类型不同，机器一般可以分为： 动力机器动力机器的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。工作机器工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞属切削

3、机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等都属于工作机器。机、起重机、输送机等都属于工作机器。信息机器信息机器的功用是完成信息的传递和变换。例如，复印机、的功用是完成信息的传递和变换。例如，复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等都属于信息机器。打印机、绘图机、传真机、照相机等都属于信息机器。第一章第一章 绪绪 论论 现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。力部分、传动部分及执行机构系统等组成。三个共同特点：三个共同特点：1、都是人为的实物组合；、都是人为的实物组合；2、各部分之间具

4、有确定的相对运动；、各部分之间具有确定的相对运动；3、用来变换或传递能量、物料和信息。、用来变换或传递能量、物料和信息。第一章第一章 绪绪 论论活塞、连杆、曲轴和气缸体活塞、连杆、曲轴和气缸体 曲柄连杆机构；曲柄连杆机构；凸轮、阀杆和气缸体凸轮、阀杆和气缸体 凸轮机构凸轮机构曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体 齿轮机构齿轮机构第一章第一章 绪绪 论论机械是机构与机器的总称。机械是机构与机器的总称。第一章第一章 绪绪 论论二、机械原理课程的主要内容二、机械原理课程的主要内容1、各种机构共同的基本问题；、各种机构共同的基本问题；2、分别讨论几种主要机构所特有的问题；、分别讨论

5、几种主要机构所特有的问题；3、机器运转的平稳性问题。、机器运转的平稳性问题。第一章第一章 绪绪 论论 应达到的基本要求应达到的基本要求 1)对一般由平面机构和简单空间机构对一般由平面机构和简单空间机构(包括蜗轮蜗杆机构、包括蜗轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构等圆锥齿轮机构等)所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机构组成的基本原理有所了解。构组成的基本原理有所了解。 2)具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图

6、解法或解析法对法或解析法对级机构进行运动分析的基本技能。级机构进行运动分析的基本技能。 3)掌握运动副中摩擦力的计算，以及确定机械效率和机械掌握运动副中摩擦力的计算，以及确定机械效率和机械自锁条件的方法，并能用图解法或解析法对自锁条件的方法，并能用图解法或解析法对级机构进行力级机构进行力分析。分析。 第一章第一章 绪绪 论论4)具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。进行运动设计的某些基本知识和能力。 5)初步具有确定简单机械运动方案的能力。初步具有确定简单机械运动方案的能力。6)具有按已知动力学条件

7、分析和设计机械的某些基本知具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。识。 7)具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资料等方面的基本技能。料等方面的基本技能。 8)了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。用实验方法研究机械的技术。 9)了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。 10)对有关机械原理学科方面的工程常识、重要新技术成对有关机械原理学科方面的工程常识、重要新技术成就及学科的新的发展趋向有所了解。就及学科的新的

8、发展趋向有所了解。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-1 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1、探讨机构组成的基本原理；、探讨机构组成的基本原理；2、为机构的运动分析和力分析指明途径；、为机构的运动分析和力分析指明途径；2-2 机构的组成机构的组成1、构件、构件零件：零件：加工制造的单元；加工制造的单元；构件：构件：运动的单元。运动的单元。2、运动副、运动副运动副：运动副：每两个构件直接接触而形成的可动联接。每两个构件直接接触而形成的可动联接。运动副元素：运动副元素：两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。 第二章第二章

9、平面机构的结构分析平面机构的结构分析第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面运动副：平面运动副：平面机构所采用的运动副。平面机构所采用的运动副。 两构件之间的运动副的作用两构件之间的运动副的作用 限制该两构件之间的相对运动，引入约束，使相对限制该两构件之间的相对运动，引入约束，使相对运动的自由度的数目减少。运动的自由度的数目减少。自由度减少的数目等于运动副所引入的约束的数目自由度减少的数目等于运动副所引入的约束的数目第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 运动副的分类运动副的分类1、根据引入约束的数目分为：、根据引入约束的数目分为：级副、级副、级副，级副，n级副。级副

10、。2、按两构件的接触特性分类：低副（转动副和移动副）、按两构件的接触特性分类：低副（转动副和移动副）、高副。高副。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 低副具有的特点：低副具有的特点： 1、引入两个约束，相对自由度为、引入两个约束，相对自由度为1； 2、运动副元素都是面；、运动副元素都是面； 3、耐磨损。、耐磨损。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 高副的特点：高副的特点： 1、引入一个约束，相对自由度为、引入一个约束，相对自由度为2； 2、运动副元素是线或点；、运动副元素是线或点； 3、不耐磨。、不耐磨。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 约束一

11、个相对转动而保留两个独立相对移动的运动约束一个相对转动而保留两个独立相对移动的运动副存在吗？副存在吗？不存在不存在第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析（1）转动副的表示方法）转动副的表示方法第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析(2)移动副的表示方式移动副的表示方式注意：移动副的导路必须与相对移动的方向一致注意：移动副的导路必须与相对移动的方向一致第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析（3）高副的表示方法）高副的表示方法第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3、运动链、运动链 若干构件借助于运动

12、副联接而组成的系统。若干构件借助于运动副联接而组成的系统。闭式运动链：运动链的各构件构成了首末封闭的系统。闭式运动链：运动链的各构件构成了首末封闭的系统。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析开式运动链：运动链的构件未构成首末封闭的系统。开式运动链：运动链的构件未构成首末封闭的系统。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析4、机构、机构（1）固定件（机架）固定件（机架）（2）原动件或主动件）原动件或主动件（3）从动件）从动件组成机构的四要素组成机构的四要素机架、原动件、从动件和运动副机架、原动件、从动件和运动副第二章第二章

13、 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-3 机构运动简图机构运动简图 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，就可以用运动副的代表符号及国家标准规定的的位置，就可以用运动副的代表符号及国家标准规定的常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情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。这种用以表示机构运动情况的简化图形就况表示出来。这种用以表示机构运动情况的简化图形就称为称为机构运动简图。机构运动简图。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析（一）构件的表示方法（一）构件的表示方法表示参与组成两个转动副

14、的构件表示参与组成两个转动副的构件表示参与组成一个转动副和表示参与组成一个转动副和一个移动副的构件一个移动副的构件第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析表示参与组成两个移动副的构件表示参与组成两个移动副的构件表示参与组成一个回转副和表示参与组成一个回转副和一个高副的构件一个高副的构件第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析具有三个运动副元素的构件具有三个运动副元素的构件第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析具有四个运动副的构件如何画？具有四个运动副的构件如何画？第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析特殊零件的画法：特殊零件的画法：凸轮：凸轮：齿轮：

15、齿轮：第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析（二）绘制运动简图的步骤（二）绘制运动简图的步骤1、恰当的选择投影面，一般可以选择机械的多、恰当的选择投影面，一般可以选择机械的多数构件的运动平面为投影面。数构件的运动平面为投影面。2、观察各个机构的运动情况，确定出构件的数、观察各个机构的运动情况，确定出构件的数目。目。3、根据两构件接触情况及相对运动性质，确定、根据两构件接触情况及相对运动性质，确定出运动副的种类和数目。出运动副的种类和数目。4、用表示运动特征的简单线条，画出各个机构。、用表示运动特征的简单线条，画出各个机构。5、从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编、从原动件开始，按

16、传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。号和运动副的代号。例例21 图图29 a所示为一颚式破碎机。当曲轴所示为一颚式破碎机。当曲轴1绕轴心绕轴心O连续回转时，动颚板连续回转时，动颚板5绕轴心绕轴心F往复摆动，从而将矿石往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-4机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算活动构件数为活动构件数为 n=N-1未用运动副联接时具有未用运动副联接时具有3n个自由度个自由度受到运动副联接时，其引入的约束数为受到运动副联接

17、时，其引入的约束数为 个。个。 hlpp 2lphp设某一平面运动链共包含设某一平面运动链共包含N个构件（含机架），个构件（含机架）， 个个低副，低副， 个高副。个高副。机构的自由度数：机构的自由度数：)2(3hlppnF第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析基本概念：基本概念：机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目；机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目；机构的自由度就是机构应具有的原动件数目。机构的自由度就是机构应具有的原动件数目。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间有何关系？机构自由度、原动件数与机构具有确定运动

18、之间有何关系？第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3n4lp0hp1)042(33F4n5lp0hp2)052(43F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2n5lp0hp003223F3n5lp0hp105233F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间关系机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间关系:1)F0的运动链不可能产生相对运动；的运动链不可能产生相对运动；2）F0的运动链的运动链 当运动件数小于机构自由度时，构件间的相对运动是当运动件数小于机构自由度时，构件间的相对运动是无规则的；无规则的； 当原动件数

19、大于机构自由度时，机构不能运动；当原动件数大于机构自由度时，机构不能运动； 只有当原动件数等于机构自由度时，构件之间才有确只有当原动件数等于机构自由度时，构件之间才有确定的相对运动。定的相对运动。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析例：计算自由度例：计算自由度5n7lp0hp107253F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析5n6lp2hp126253F6n8lp1hp118263F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项1、正确计算运动副数目、正确计算运动副数目1）复合铰链）复合铰链5n36

20、253F17253F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析复合铰链：复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相联接所两个以上的构件在同一处以转动副相联接所构成。构成。 由由m个构件汇成的复合铰链应当包含个构件汇成的复合铰链应当包含m-1个转动副。个转动副。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析B、C、D、E处都是处都是由三个构件组成的复由三个构件组成的复合铰链，各有合铰链，各有2个转个转动副动副7n10lp110273F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析123451234513124第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2)两构件构成多个运动

21、副两构件构成多个运动副两构件构成多个转动两构件构成多个转动副，其轴线互相重合副，其轴线互相重合时，只有一个转动副时，只有一个转动副起约束作用。起约束作用。两构件构成多个移动副，其导路两构件构成多个移动副，其导路互相平行时，只有一个移动副起互相平行时，只有一个移动副起约束作用。约束作用。两构建在多处相接触构成平面两构建在多处相接触构成平面高副，且各接触点的公法线彼高副，且各接触点的公法线彼此重合，只能算一个平面高副。此重合，只能算一个平面高副。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2、要除去局部自由度、要除去局部自由度213233F1

22、12223F去掉局部自由度算法去掉局部自由度算法保留局部自由度算法保留局部自由度算法1113233F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3、要除去虚约束、要除去虚约束 不产生实际约束效果的重复约束。不产生实际约束效果的重复约束。1)2213F14233F116243F去掉虚约束算法去掉虚约束算法保留虚约束算法保留虚约束算法第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面机构虚约束常出现情况：平面机构虚约束常出现情况：1）被连接构件上的点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合）被连接构件上的点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合为一时。为一

23、时。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2）两构件上两点之间的距离始终保持不变。）两构件上两点之间的距离始终保持不变。3）机构中对运动不起作用的对称部分。）机构中对运动不起作用的对称部分。22342232nppphl第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例1219273F21110283F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例2 试计算图试计算图2-24所示某包装机所示某包装机送纸机构的自由度送纸机构的自由度(图中图中 ) ，并判断该并判断该机构是否具有确定的相对机构是否具有确定的相对运动。运动。=EDGJFI121311293F第二章第二章 平面机

24、构的结构分析平面机构的结构分析 习习 题题 课课第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析计算自由度计算自由度17253F其中转动副其中转动副B为复合铰为复合铰链，由构件链，由构件1、2和和4组组成。成。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析224243F其中构件其中构件1、3、5组成复组成复合铰链。合铰链。第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析8n11lp1hp1111283F1111142103F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析7n9lp2hp129273F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析4n处为复合铰链）Apl(51hp

25、115243F7n均为复合铰链）、DC(8 Bpl3hp238273F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析9n11lp2hp2F12211293F7n8lp2hp2F1228273F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析10n15lp0hp1335232nppphl11152103F第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析11n17lp0hp26310232nppphl12172113F第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析 3-1 机构运动分析的目的和方法机构运动分析的目的和方法第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析3-2 速度瞬心

26、及其在平面机构速度分析中的应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用1、速度瞬心、速度瞬心 当两构件互作平面相对当两构件互作平面相对运动时，在任意瞬时都可运动时，在任意瞬时都可以认为它们是在绕某一点以认为它们是在绕某一点作相对转动。该点即为两作相对转动。该点即为两构件的速度瞬心。构件的速度瞬心。 瞬心是该两刚体上相对速瞬心是该两刚体上相对速度为零的重合点。度为零的重合点。如果两刚体之一是静止的，则瞬心为绝对瞬心。如果两刚体之一是静止的，则瞬心为绝对瞬心。如果两刚体都是运动的，则瞬心为相对瞬心如果两刚体都是运动的，则瞬心为相对瞬心第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析瞬心的定义：瞬心

27、的定义： 瞬心是相对运动两刚体上顺势相对速度为零的重瞬心是相对运动两刚体上顺势相对速度为零的重合点，也就是具有同一的瞬时绝对速度的重合点。合点，也就是具有同一的瞬时绝对速度的重合点。2、机构中瞬心的数目、机构中瞬心的数目 2) 1(NNK第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析3、机构中瞬心位置的确定、机构中瞬心位置的确定（1）两构件组成转动副）两构件组成转动副铰接点即为瞬心铰接点即为瞬心P12（2）两构件组成移动副）两构件组成移动副以移动副相联接的以移动副相联接的两构件间的瞬心位两构件间的瞬心位于垂直于导路方向于垂直于导路方向的无穷远处。的无穷远处。AVA1A2(A1、A2)P12

28、21nnP12第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析（3）两构件组成高副）两构件组成高副 当高副两元素作纯滚当高副两元素作纯滚动时瞬心就在接触点处。动时瞬心就在接触点处。 当高副两元素间有相当高副两元素间有相对滑动时，瞬心在过接触对滑动时，瞬心在过接触点高副元素的公法线上。点高副元素的公法线上。第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析（4）两构件不直接成副）两构件不直接成副 三心定理三心定理 三个彼此作平面三个彼此作平面平行运动的构件的三个平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。瞬心必位于同一直线上。第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析4、速度瞬心在机构速

29、度分析中的应用、速度瞬心在机构速度分析中的应用62) 14(42) 1(NNK1234P12P34P23P13P14P24P14P34P23P12P24P13求铰链点求铰链点P34的速度。已知点的速度。已知点P23的速度的速度2312232PPPlV方法一：将点方法一：将点P34与点与点P23看成是看成是构件构件3上的点，利用构件上的点，利用构件3上速上速度为零的点求解。度为零的点求解。341323133423PPPPPPllVV方法二：将点方法二：将点P34与点与点P23看成是构看成是构件件2、4上的两个点，利用两构件上的两个点，利用两构件的瞬心的瞬心P24求解。求解。24122312242

30、3PPPPPPllVV341424143424PPPPPPllVV24143414231224122334PPPPPPPPPPllllVV第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析已知构件已知构件2的角速度，求构件的角速度，求构件3和构件和构件4的角速度的角速度2313233PPPlV3413343PPPlV的方向为逆时针。33414344PPPlV的方向为顺时针。4第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析求构件求构件2和构件和构件4的角速度比。的角速度比。2412242PPPlV2414244PPPlV把把P24看作是构看作是构件件2上的点上的点把把P24看作是构看作是构件

31、件4上的点上的点2412241442PPPPll如果两构件的瞬心位于两个速度为零的瞬心的连如果两构件的瞬心位于两个速度为零的瞬心的连线之外，则两构件的转向相同，否则，转向相反。线之外，则两构件的转向相同，否则，转向相反。第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析解：解： 由由K=N（N-1）/2=4（4-1）/2=6 （个）个）, 瞬心有瞬心有6个。个。133413141331PPPPPllV13341314/13PPPPll顺时针方向顺时针方向例：已知凸轮例：已知凸轮1以逆时针角速度绕以逆时针角速度绕A点回转，摆杆点回转，摆杆2绕绕C

32、点回点回转，如图。且已知各构件尺寸，试求图示位置时机构的转，如图。且已知各构件尺寸，试求图示位置时机构的全部瞬心以及构件全部瞬心以及构件2的角速度。的角速度。解：解： 求瞬心数求瞬心数32) 13(3KP23P13P12122312131221PPPPPllV1223121312PPPPll 2与与1方向相同。方向相同。3第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析例：已知一正切机构的有关尺寸。例：已知一正切机构的有关尺寸。 1）找出图示位置机构的所有瞬心；）找出图示位置机构的所有瞬心； 2）若已知）若已知1构件的角速度构件的角速度1，根据瞬心特性写出构根据瞬心特性写出构件件3的速度的速

33、度V3的表达式。的表达式。 第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析解：由解：由K=N（N-1）/2=4X（4-1）/2=6 （个）个） 瞬心有瞬心有6个。如图所示个。如图所示 VP13=1 lP14P13 = V3 第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析 3-3 用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析1、矢量方程图解法的基本原理和作法矢量方程图解法的基本原理和作法构件的运动形式：定轴转动、直线移动、平面运动。构件的运动形式：定轴转动、直线移动、平面运动。约约 定：定：n如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副都是如果机构中作平

34、面运动的构件的两个基本运动副都是转动副，则利用转动副，则利用“缸体的平面运动缸体的平面运动”来进行运动分析；来进行运动分析；n如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副中只如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副中只有一个转动副，而另一个是移动副，则利用有一个转动副，而另一个是移动副，则利用“点的复点的复合运动合运动”来进行运动分析。来进行运动分析。第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析1.1 同一构件上两点间的速度、加速度的关系同一构件上两点间的速度、加速度的关系 平面运动的构件的两个基本运动副都是转动副平面运动的构件的两个基本运动副都是转动副B1C1B2C C2平面复杂运动分

35、解：平面复杂运动分解：1、以连杆上任一点的位移作平移运动；、以连杆上任一点的位移作平移运动；2、绕该点作转动。、绕该点作转动。牵连运动牵连运动相对运动相对运动牵连运动点或基点牵连运动点或基点第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析总总 结结连杆上点连杆上点C的运动是两个简单运动的合成：的运动是两个简单运动的合成：1、以连杆上某一基点以连杆上某一基点B的位移作牵连运动。的位移作牵连运动。2、连杆、连杆BC绕该基点绕该基点B作相对转动，其上作相对转动，其上C点的速度方向点的速度方向垂直于这两点的连线垂直于这两点的连线BC。3、连杆的角速度应等于相对转动的角速度，而与牵连运连杆的角速度应等

36、于相对转动的角速度，而与牵连运动无关。动无关。n利用构件的平面运动关系作机构的速度分析利用构件的平面运动关系作机构的速度分析CBBCVVV方向方向xxABBC大小大小？ABl1？约定：约定：所有的绝对速度的矢量，均有所有的绝对速度的矢量，均有极点引出，而任何两个动点之间的相极点引出，而任何两个动点之间的相对速度的矢量，均不可有极点引出。对速度的矢量，均不可有极点引出。选取适当的比例尺选取适当的比例尺)/(mmsmvvBVpbpcVvCbcVvCB逆时针）(2CBCBlV22EBBEVVV方向方向？ABEB大小大小？ABl1？ECCEVVV方向方向？EB大小大小？xxEBBVVECCVV2121

37、第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析影像原理影像原理 同一构件上各点速度矢量矢端所形成的多边形，同一构件上各点速度矢量矢端所形成的多边形，必相似于该构件上对应点所形成的位置多边形，并且必相似于该构件上对应点所形成的位置多边形，并且二者的字母顺序的绕行方向相同。二者的字母顺序的绕行方向相同。第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析速度多边形的特性速度多边形的特性1）在速度多边形中，连接极点和任意点的矢量）在速度多边形中，连接极点和任意点的矢量代表该点在机构图中的同名点的绝对速度，代表该点在机构图中的同名点的绝对速度，其指向是从极点其指向是从极点p指向该点。指向该点。2）在

38、速度多边形中，连接其他任意两点的矢量在速度多边形中，连接其他任意两点的矢量代表该两点在机构图中的同名点的相对速度，代表该两点在机构图中的同名点的相对速度，其指向和速度的角标相反。其指向和速度的角标相反。3）极点）极点p代表该构件上速度为零点的影像点。代表该构件上速度为零点的影像点。4）BCEbce，图形图形bce称为图形称为图形BCE的速的速度影像。度影像。n利用构件的平面运动关系作机构的加速度分析利用构件的平面运动关系作机构的加速度分析CBBCaaatCBnCBtBnBtCnCaaaaaa0nCaABBABnBlVla221CBCBCBnCBlVla222(CB且由且由CB）(AB且由且由B

39、A）tCBnCBBtCnCaaaaa方向方向xxCBBC大小大小？BCl22？0约约 定：定：所有的绝对加速度的矢量，均由所有的绝对加速度的矢量，均由极点引出，而任何两个动点之间极点引出，而任何两个动点之间的相对加速度的矢量必须衔接着的相对加速度的矢量必须衔接着画，不得被其它是两隔开，以便画，不得被其它是两隔开，以便能够获得它们的合矢量。能够获得它们的合矢量。)/(2mmsma选取适当的比例尺选取适当的比例尺cpaaCCBtCBla2逆时针逆时针2tEBnEBBEBBEaaaaaa方向方向EBEB大小大小？EBEBlV2？tECnECCECCEaaaaaa方向方向ECEC大小大小？ECEClV

40、2？tECnECCtEBnEBBEaaaaaaa212221epaaEenaatEBenaatEC 逆时针）(2ECtECEBtEBlala第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析加速度多边形的特性加速度多边形的特性1）在加速度多边形中，连接极点和任意点的矢量代表该）在加速度多边形中，连接极点和任意点的矢量代表该点在机构图中的同名点的绝对加速度，其指向是从极点在机构图中的同名点的绝对加速度，其指向是从极点点p 指向该点。指向该点。2）每个加速度的两个分量必须衔接着画，不能分开。每个加速度的两个分量必须衔接着画，不能分开。3）与速度矢量相同，对相对加速度而言，矢量）与速度矢量相同，对相

41、对加速度而言，矢量 代表代表加速度加速度 而不是而不是 。4）极点极点p 代表机构所有构件上加速度为零点的影像点。代表机构所有构件上加速度为零点的影像点。5）BCEb c e ，图形图形b c e 称为图形称为图形BCE的加速的加速度影像，字母度影像，字母BCE的顺序与字母的顺序与字母b c e 的顺序相同。的顺序相同。cb CBaBCa第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析1.2 两构件重合点间的速度、加速度的关系两构件重合点间的速度、加速度的关系 平面运动构件的两个基本运动副中只有一个转动副平面运动构件的两个基本运动副中只有一个转动副1123AB2C3B 2B2 取构件取构件3

42、为动坐标，构件为动坐标，构件2上上的铰链点的铰链点B2作为动点，则动点的作为动点，则动点的绝对运动由两部分运动合成：绝对运动由两部分运动合成：1）动点随着动坐标作牵连运动；）动点随着动坐标作牵连运动；2）动坐标相对固定，动点由）动坐标相对固定，动点由点点B2沿动坐标相对移动到终点沿动坐标相对移动到终点B 2。1）动点）动点B2随着动坐标上的重合随着动坐标上的重合点点B3作牵连运动；作牵连运动；2）动点）动点B2对其重合点对其重合点B3沿动坐沿动坐标作相对移动标作相对移动。(B2、B3)(B3)第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析n利用点的复合运动作机构的速度分析利用点的复合运动作

43、机构的速度分析1212CCCCVVV方向方向ABCDAC大小大小？ACl1？22pcVvC2121ccVvCCCDClV23第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析n利用点的复合运动作机构的加速度分析利用点的复合运动作机构的加速度分析 当动点当动点B2在一个转动（或含有转动）的动坐标上运动在一个转动（或含有转动）的动坐标上运动时，动点时，动点B2具有牵连加速度具有牵连加速度 、相对加速度、相对加速度 和哥和哥氏加速度氏加速度 。3BarBBa32kBBa32323232BBkBBVa123AB2C3B 2B21(B2、B3)(B3) 的方向：的方向：把把 的指向按的指向按3的方向转过

44、的方向转过90。kBBa3232BBV第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析例题例题 如图所示的机构中，设已知如图所示的机构中，设已知lAB=38mm，lBC=20mm， lDE=50mm ；原动件；原动件1以等角速度以等角速度110 rad/s沿顺时针沿顺时针方向回转。试用图解法求此时构件方向回转。试用图解法求此时构件3的角速度的角速度3、角角加速度加速度3以及以及E点的速度及加速度。点的速度及加速度。解：解：1、速度分析、速度分析 已知已知B2点的速度点的速度smlvvABBB/38. 0038. 010112利用利用B3与与B2重合点之间的关系，重合点之间的关系，可求得可求得

45、B3点的速度点的速度2323BBBBvvv方向方向ECDBAB大小大小？取速度比例尺取速度比例尺)/(014. 0mmsmvsmpbvvB/33. 06 .23014. 033 b1、b2 b3psradBDvlvlBBDB/66. 262002. 033. 0333逆时针逆时针 b1、b2 b3p求求E点速度点速度方法方法1：计算：计算smlvDEE/133. 005. 066. 23方向垂直于方向垂直于DE方法方法2：采用速度影像法：采用速度影像法、de2、加速度分析、加速度分析 由于构件由于构件1以等角速度回转，故知以等角速度回转，故知B点只有法向加速度，点只有法向加速度，而无切向加速度

46、，即而无切向加速度，即smlaaaABnBBB/8 . 3038. 010221221方向沿方向沿BA线，由线，由B点指向点指向A点。点。方法：方法： 利用利用B3与与B2重合点之间的关系，再利用重合点之间的关系，再利用B3与与D为同一构件上两点之间的关系。为同一构件上两点之间的关系。tDBnDBDrBBkBBBBaaaaaaa33232323方向方向EC零矢零矢BD大小大小？BA？BDsmbbvavBBkBB/37. 0701. 066. 222232332323方向：方向：VB3B2沿沿3方向（逆时针方向）转过方向（逆时针方向）转过90后的方向。后的方向。 b1、b2 b3p、de23/5

47、 . 43smbpaaB2333/1 .353sradlbnlaBDaBDtDB（顺时针）（顺时针）第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析注意的问题：注意的问题： 哥氏加速度中的哥氏加速度中的“牵连角速度的转向牵连角速度的转向”应该按照应该按照顺时针和逆时针的方向来判断，而不要只看箭头的指顺时针和逆时针的方向来判断，而不要只看箭头的指向。向。123AB2C13pb2b3正确正确错误错误第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析123ABC13232BBBBvvvBCAB？BCpb3b2 3=0第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析123BC1A3232BBBBv

48、vvBCAB？BCb3pb2032BBv第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计6-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点优点：优点： 1、可传递较远距离的动作、可传递较远距离的动作2、运动副均为低副，承载大，耐磨损；、运动副均为低副，承载大，耐磨损；3、连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线（连、连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线（连杆曲线）杆曲线）4、构件运动形式具有多样性、构件运动形式具有多样性缺点：缺点： 1、运动链长，累积误差大，效率较低。、运动链长，累积误差大，效率较低。 2、不宜用于高速、不宜用于高速第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设

49、计第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计6-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1、平面四杆机构的基本形式、平面四杆机构的基本形式摇杆摇杆连架杆连架杆曲柄曲柄连杆连杆机架机架连架杆连架杆第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.1 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个为曲柄，另一在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.2 双曲柄机构双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲

50、柄，则称为双曲柄在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。机构。 第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.3双摇杆机构双摇杆机构在铰链四杆机构中，若两连架杆都是摇杆，则称为双摇在铰链四杆机构中，若两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。杆机构。 2、平面四杆机构的演化型式、平面四杆机构的演化型式 2.1 改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计曲柄移动导杆机构或正弦机构曲柄移动导杆机构或正弦机构第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机

51、构及其设计2.2 改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸 在曲柄摇杆机构中，若把曲柄端点的转动副半径扩大，在曲柄摇杆机构中，若把曲柄端点的转动副半径扩大，使它超过曲柄的长度，曲柄就演化成一个偏心轮，其偏心使它超过曲柄的长度，曲柄就演化成一个偏心轮，其偏心距为曲柄的长度。同样，曲柄滑块机构中曲柄端点的转动距为曲柄的长度。同样，曲柄滑块机构中曲柄端点的转动副半经扩大，使它超过曲柄的长度，曲柄就演化成了一个副半经扩大，使它超过曲柄的长度，曲柄就演化成了一个偏心轮。偏心轮。2.3 选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架 周转副周转副周转副周转副摆转副摆转副摆转副摆转副低副运动的可逆性：低副运动的可逆性：对

52、于低副，它所联接的两个构对于低副，它所联接的两个构件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架而改变。而改变。第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计取构件取构件BC为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构取构件取构件CD为机架为机架双摇杆机构双摇杆机构取构件取构件AB为机架为机架双曲柄机构双曲柄机构取构件取构件1为机架为机架回转导杆机构回转导杆机构取构件取构件2为机架为机架曲柄摇块机构曲柄摇块机构 摆动导杆机构摆动导杆机构取构件取构件3为机架为机架直动滑杆机构直动滑杆机构第六章第六章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计6-3 有关平

53、面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识1、平面四杆机构有曲柄的条件、平面四杆机构有曲柄的条件设铰链设铰链A所联接的构件所联接的构件1和构件和构件4的杆长关系的杆长关系ar负变位齿轮：负变位齿轮：LrL-r =xm变位系数变位系数 被加工齿轮的变位系数取决于刀被加工齿轮的变位系数取决于刀具中线和轮坯中心的相对位置。具中线和轮坯中心的相对位置。3、渐开线齿廓的根切、渐开线齿廓的根切根切：根切：刀具的齿顶部分把被加工齿轮齿根部分已刀具的齿顶部分把被加工齿轮齿根部分已经范成出来的渐开线齿廓切去一部分。经范成出来的渐开线齿廓切去一部分。3.1 产生根切的原因产生根切的原因cos11rrN

54、Nb基圆转过的弧长基圆转过的弧长刀具的位移量刀具的位移量rMN1coscos11rMNKNKNNN1111111NNNNKNNN111当刀具的齿顶线超过了啮合线与基圆的切点当刀具的齿顶线超过了啮合线与基圆的切点N1时，就会产生根切现象。从啮合线上看，当时，就会产生根切现象。从啮合线上看，当 时，就会产生根切现象。时，就会产生根切现象。12PNPB 第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3.2 渐开线标准齿轮不发生根切时的最少齿数渐开线标准齿轮不发生根切时的最少齿数sinmhPBasin21sinsin1mzrOPPNPBPN 1sin21sinmzmha2sin2ahz17z120mi

55、n时，当ah第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3.3 避免发生根切现象的方法避免发生根切现象的方法1、减小齿顶高系数、减小齿顶高系数2、加大刀具压力角、加大刀具压力角3、增大被加工齿轮的基圆半径、增大被加工齿轮的基圆半径4、使刀具远离轮坯中心、使刀具远离轮坯中心8-9 变位齿轮概述变位齿轮概述L=rL=r+xmsin21sinsin1mzrOPPNsinsin22xmmhMBPBasin21sinmzxmmha2sin2zhxamin212sinzhaminminzzzhxa1717minzx2、被切齿轮刚好无根切时的刀具的最小变位系数、被切齿轮刚好无根切时的刀具的最小变位系数第八

56、章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3、变位齿轮的几何尺寸、变位齿轮的几何尺寸3.1 它们的分度圆及基圆大小是相同的它们的分度圆及基圆大小是相同的正变位齿轮的齿面接触强度比标准齿轮大，正变位齿轮的齿面接触强度比标准齿轮大，负变位齿轮的接触强度最小。负变位齿轮的接触强度最小。3.2 它们的齿厚及齿槽宽是不同的它们的齿厚及齿槽宽是不同的xmtgmKJmes2222刀xmtgmKJmse2222刀正变位齿轮的轮齿根部抗弯强度比标准齿轮正变位齿轮的轮齿根部抗弯强度比标准齿轮大，负变位齿轮的轮齿根部抗弯强度则较小。大，负变位齿轮的轮齿根部抗弯强度则较小。第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设

57、计3.3 它们的齿顶高及齿根高是不同的它们的齿顶高及齿根高是不同的)(mcmhLrafr当切制标准齿轮时，L )2()(chzmmcmhLraafxmrL齿轮时，当切制变位)(mcmhxmrrafmxchrrhaff)()2(xhzmhrrafamxhrrhaaa)(第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计8-11 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动1、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点渐开线渐开线螺旋面螺旋面基圆螺旋角基圆螺旋角第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计右旋右旋左旋左旋第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2、斜齿轮的基本参数、斜齿轮

58、的基本参数法面参数法面参数（下角标为（下角标为n):在垂直于轮齿方向的截面内定义。在垂直于轮齿方向的截面内定义。端面参数端面参数（下角标为（下角标为t):在垂直于齿轮回转轴线的截面内定义。在垂直于齿轮回转轴线的截面内定义。轴面参数轴面参数（下角标为（下角标为x):在通过齿轮回转轴线的截面内定义。在通过齿轮回转轴线的截面内定义。斜齿轮的法面参数与刀具参数相同为标准值。斜齿轮的法面参数与刀具参数相同为标准值。斜齿轮的端面参数用于几何计算。斜齿轮的端面参数用于几何计算。第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2.1 法面模数法面模数mn与端面模数与端面模数mtcostnpp costnmm 2

59、.2 法面压力角与端面压力角法面压力角与端面压力角bacatgnabactgtaccacoscostntgtg2.3 齿顶高系数和顶隙系数齿顶高系数和顶隙系数tatnanamhmhhttatnnanfmchmchh)()(cosatanhhcostncc3 、斜齿轮传动的几何尺寸、斜齿轮传动的几何尺寸zmzmdntcostatthz2minsin2)(cos2)(2)(21212121zzmzzmddant 在斜齿轮传动中，可以用改变螺旋角的办法来改变斜齿轮机构的标准中心在斜齿轮传动中，可以用改变螺旋角的办法来改变斜齿轮机构的标准中心距，以达到配凑中心距的目的，而不一定采用变位的办法。距，以达

60、到配凑中心距的目的，而不一定采用变位的办法。nnttmxmxcosntxx 第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计4、一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件21tt21ttmm21bb21一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件tttmmm21或或nnnmmm21ttt21或或nnn2121或或（外）（外）21（内）（内）第八章第八章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计5、斜齿轮传动的重合度、斜齿轮传动的重合度btbpLpBB12tbBtgBtgLcos斜齿轮传动的重合度斜齿轮传动的重合度tbTmBtgpLL总重合度总重合度端面