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教学目的教学内容习题1引言2机器和机构3构件和零件1、了解机械工业发展情况。2、掌握机器、机构、构件和零件的概念。引入:机械的产生•机械是人类祖先在长期的生活和生产劳动探索中逐渐产生的.•最古老的机械形式：杠杆、水车、风车、手工纺织机等.引入:机械的发展简况•十八世纪蒸汽机的发明促进了欧洲机械工业的发展，原动机的出现标志着机械工业的质的飞跃；•各门力学学科的发展为机械的设计制作奠定了科学基础，使机械工业迅猛发展；•机械设备的其它典型例子：•加工机床、机械手、机器人、日用机械设备等。机械典型例子：汽车机械典型例子：飞机机械典型例子：龙门起重机机械典型例子：数控加工中心机械典型例子：工程机械机械•机械的重要意义：减轻或替代体力劳动、提高生产效率的辅助工具，是机器和机构的总称。1.机器的概念：机器就是人为实体组合，它的各部分之间具有确定的相对运动，并能代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功或实现能量的转换。牛头刨内燃机二机器与机构汽车发电机运输机器金属切削机床计算机2、常见机器类型及举例类型应用举例变换能量的机器电动机、内燃机变换物料的机器机床、起重机、运输车辆变换信息的机器计算机、手机机器种类繁多，其构造、性能和用途也各不相同，但所有的机器都具有下列三个共同特征：（1）任何机器都是人为实体组合(不是天然形成的)。（2）各运动实体之间具有确定的相对运动。（3）能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。3、机器的特征内燃机组成：65438712910汽缸体1、活塞2、进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7、顶杆8、齿轮9、10工作原理：1)活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；2)活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3)高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4)活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动4、机构潘存云教授研制设计：潘存云进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能内燃机看似复杂，其实也是由几种基本机构组成的。机构的概念：能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。（符合机器前两个特征）曲柄滑块机构凸轮机构齿轮机构机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；机构的主要功用在于传递或转变运动的形式。通常将机器和机构统称为机械。5、机器与机构的区别齿轮机构连杆机构凸轮机构间歇机构三、构件和零件1.构件机构中的运动单元体，也就是相互之间能作相对运动的物体。一个构件，可以是不能拆开的单一整体，也可以是几个相互之间没有相对运动的物体组合而成的刚性体。连杆体螺栓螺母连杆盖内燃机中连杆构件2、零件零件是构件的组成部分，零件是加工制造的单元。如连杆构件是由连杆体、连杆盖、螺栓和螺母等零件连接而成。零件与构件既有联系又有区别，构件可以是单一的零件，如内燃机中的曲轴，构件也可以是由若干零件连接而成的刚性结构。零件组成连杆构件3、零件、构件、机构、机器之间的关系零件-----一个独立加工的单元体。构件-----相对运动的单元体。机构-----若干构件组成。机器-----若干机构组成。机器的组成一般机器包含四个组成部分：传动部分：把原动机的运动和动力传递给执行机构。如：常用的各种减速和变速装置均可作为传动机构。控制部分：用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种计算机和控制器组成。执行部分：机器中最接近作业工作端的机构，通过执行构件与被作业件相接触，完成作业任务。如：起重机中的起重吊运机构和挖掘机中的挖掘机构。动力部分：为机器运转提供动力。常用的原动机有电动机、内燃机、液压机、气动机等。控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(工作)潘存云教授研制洗衣机原动部分传动部分执行部分控制部分机械传动液压传动电传动气压传动传递动力、扭矩改变运动参数及运动方式螺旋齿轮蜗杆带链离合器机器的组成课后练习：1、机器的特征是什么？3、什么是构件？什么是零件？二者的关系如何？2、机器和机构的区别是什么？机器都具有下列三个共同特征：（1）任何机器都是人为实体组合(不是天然形成的)。（2）各运动实体之间具有确定的相对运动。（3）能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。机器的特征机构和机器的区别：•机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还包含电气、液压等其它系统。（即一部机器可以包含一个或若干个机构）•机构只用来传递运动和力，而机器除传递运动和力外，还具有变换或传递能量、物料和信息的功能。构件：运动的单元。可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。零件：制造的单元。零件分为两大类：通用零件：齿轮、螺钉、弹簧；专用零件：气轮机的叶片；内燃机的活塞。部件：一套协同工作且完成共同任务的零件组合。如:轴承。构件与零件的区别机构是有确定相对运动的构件组合。若所有构件都在相互平行的平面内运动，这样的机构就称为平面机构，否则称为空间机构。XYO一个作平面运动的自由的构件有三种独立运动，即构件沿x轴和y轴方向的移动以及在xoy平面内的转动。构件具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。一个作平面运动的自由的构件有三个自由度。四机构的组成1、运动副两构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。当构件用运动副联接后，它们之间的某些独立运动将不能实现，这种对构件间相对运动的限制，称为约束。自由度随着约束的引入而减少，不同的运动副，引入不同的约束。运动副可按接触方式的不同分为两大类1）低副两构件通过面接触所组成的运动副称为低副。它包括转动副和移动副两种。转动副若运动副只允许两构件作相对回转，这种运动副称为转动副或铰链。移动副若运动副只允许两构件沿某一方向作相对移动，这种运动副称为移动副。转动副和移动副的构件间的联接是面接触，传力时压强低，磨损小，使用寿命较长。2）高副两构件通过点或线组成的运动副，称为高副。凸轮与从动件、轮齿与轮齿在接触处分别组成高副。凸轮副齿轮副高副的构件间的联接是点或线接触，接触压强较大，易磨损，故使用寿命较短。2、机构的自由度低副中，转动副只能在一个平面内相对转动，移动副只能沿某一轴线方向移动。因此，一个低副引入两个约束，即减少两个自由度。对于高副，彼此间的相对运动是沿接触处的切线方向的移动和在平面内的相对转动。所以一个高副引入一个约束，即减少一个自由度。机构要进行运动变换和力的传递就必须具有确定的运动，其运动确定的条件就是机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目。若机构的原动件数目小于机构的自由度数时，机构运动不确定；若机构的原动件数目大于机构的自由度数时，机构将在强度最薄弱处破坏。因此，机械设计时必须考虑其机构是否满足机构具有确定运动的条件。一个作平面运动的自由构件有3个自由度，当构件与构件用运动副联接后，构件之间某些运动将受到限制，自由度将减少。若一个平面机构中有n个活动构件，在未用运动副联接前，应有3n个自由度。当用PL个低副和PH个高副联成机构后，共引入了（2PL+PH）个约束，即减少了（2PL+PH）个自由度。用F表示机构的自由度数，则：F=3n-2PL-PH计算机构自由度时，必须注意的几个问题：1）复合铰链由三个或三个以上的构件在一处组成的轴线重合的多个转动副，称为复合铰链。由K个构件用复合铰链相联接时，构成的转动副数目应为（K−1）个。该机构n=5，B处为复合铰链，含有两个转动副，故PL=7、PH=0，F=3×5−2×7−0=12）局部自由度不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由度。计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。n=3、PL=3、PH=1F=3×3−2×3−1=2n=2、PL=2、PH=1F=3×2−2×2−1=13）虚约束机构中，与其它约束重复而不起限制运动作用的约束，称为虚约束。计算机构自由度时应将虚约束去除不计。在机构中联接构件上点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合，形成虚约束，称为轨迹重合的虚约束。组成机构的构件通常可分为三类：•运动副中用来支承活动构件的构件称为固定件（机架）；•运动规律已知（由外界输入）的活动构件称为原动件；•随原动件的运动而运动的其余活动构件称为从动件。3、构件分类对机构进行运动分析时，为了便于设计和讨论，仅用简单的线条和符号来代表构件和运动副，这种简单图形称为机构运动简图。平面运动副的表示方法4、运动副及构件的表示构件的表示方法绘制机构运动简图是本节的难点。初学者按下列步骤进行逐步掌握绘制的要领。（1）分析机械的实际工作情况，从原动件开始，沿着运动传递路线，确定原动件（驱动力作用的构件）、机架、从动件系统（包括执行系统和传动系统）及其最后的执行构件的总数、运动副的数目和种类。（2）合理选择投影面。选择平行于运动平面的平面作投影面。5、绘制机构运动简图的步骤（3）测量构件尺寸，确定适当比例尺，给出各运动副之间的相对位置，用简单符号绘出机构运动简图。在机架上加上阴影线，在原动件上标上箭头，按传动路线给各构件依次标上构件号l，2，3，…，将各运动副上标上字母A，B，C，…。（4）为保证机构运动简图与实际机械有完全相同的结构和运动特性，对绘制好的简图需进一步检查与核对：简图上的构件数目与原机构的构件数是否相等；简图上的构件间的联结形式，即运动副及其数目和相对位置与原机构是否一致，简图上原动件和固定件与原机构是否一致。偏心轮机构运动简图绘制：