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西北工业大学西北工业大学【国家精品教程国家精品教程】机械原理机械原理机械原理机械原理机械原机械原（课件完整版）（课件完整版）目录•第一章绪论第章机构的结构分析•第二章机构的结构分析•第三章平面机构的运动分析•第三章平面机构的运动分析•第四章平面机构的力分析第四章平面机构的力分析•第五章机械的效率及自锁•第六章机械的平衡目录•第七章机械的运转及其速度波动的调节第八章平面连杆机构及其设计•第八章平面连杆机构及其设计•第九章凸轮机构及其设计•第九章凸轮机构及其设计•第十章齿轮机构及其设计•第十章齿轮机构及其设计目录•第十一章齿轮系及其设计第十章齿轮系及其设计•第十二章其他常用机构第十章其他常用机构•第十三章工业机器人机构及其设计第章绪论第一章绪论§1-1本课程研究的对象及内容§1-2学习本课程的目的§1-3如何进行本课程的学习返回返回§1-1本课程研究的对象及内容1．研究对象机械是机构和机器的总称机械机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置操是机构和机器的总称。和力的可动装置。机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、物料和信息。操作机实例：可用来变换和传递能量物料和信息内燃机示教板工件自动装卸装置六自由度工业机器人内燃机板2．研究内容有关机械的基本理论有关机械的基本理论控制系统§1-2学习本课程的目的课程性质、任务及作用机械未来发展§1-3如何进行本课程的学习掌握本课程的特点注重理论联系实际注重理论联系实际逐步建立工程观点认真对待每个教学节认真对待每个教学环节机器和机构的概念如常（1）机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置机构如常见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺旋机构等等。是指种用来传递与变换运动和力的可动装置。机构旋等等这些机构一般被认为是由刚性件组成的。而现代机构中除了刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元件故这类机构称为广义机构而由刚性件组成的机构就称为狭件。故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭义机构。是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、物料和信息（2）机器机器物料和信息。例如：电动机内燃机用来变换能量；电动机、内燃机用来变换能量；机床用来变换物料的状态；机器和机构的概念(2/3)汽车、起重机用来传递物料；计算机用来变换信息。机床用来变换物料的状态；计算机用来变换信息。由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。所以可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的机构组合。机器按其用途可分为两类：凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机；凡利用机械能来完成有用功的机器称为工作机。（3）机器的结构（3）机器的结构传统的机器由如下三个部分组成：原动部分传动部分执行部分现代机器一般由如下四个部分组成：原动部分传动部分执行部分机器和机构的概念(3/3)原动部分传动部分执行部分控制部分而现代先进的机器则由以下五个部分组成：而现代先进的机器则由以下五个部分组成：位形检测控制系统驱动传动机构执行机构控制系统驱动-传动机构执行机构智能系统工作系统智能系统工作系统有关机械的基本理论（1）机构的结构分析1）研究机构是怎样组成的，其组成对运动的影响，以及机构具有确定运动的条件。2）研究机构的组成原理及机构的结构分类。3）如何绘制机构运动简图的问题。（2）机构的运动分析介绍对机构进行运动分析（包含位移速度及加速度分析）的介绍对机构进行运动分析（包含位移、速度及加速度分析）的基本原理及方法。（3）机器动力学（3）机器动力学1）分析机器在运转过程中其各构件的受力情况，以及这些力的作功情况的作功情况。（4）常用机构的分析与设计有关机械的基本理论(2/2)（4）常用机构的分析与设计研究常用机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）的类型、工作原理及运动特性分析和机构设计的基本原理及方法。（5）机械传动系统运动方案的设计研究在进行具体机械设计时机构的选型组合变异及机械型、工作原理及运动特性分析和机构设计的基本原理及方法。研究在进行具体机械设计时机构的选型、组合、变异及机械传动系统运动方案的设计等问题。机械未来发展的两个方向：（1）微机械（2）智能机械实例：（2）智能机械微小机器人内窥镜系统智能机器人本课程的地位、任务及作用机械原理课程是研究机械基础理论的一门科学，是机械类各（1）地位机械原理课程是研究机械基础理论的门科学，是机械类各专业的一门主干技术基础课程，在创新设计机械所需的知识结构中也占有核心地位。（2）任务本课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构的分析和综合方法，并具有按照机械的使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力（3）作用在培养高级机械工程技术人才的全局中本课程不仅为学生在培养高级机械工程技术人才的全局中，本课程不仅为学生学习相关技术基础和专业课程起到承前起后的作用，而且为今后从事机械设计和研究工作起到增强适应能力和开发创新能力的作从事机械设计和研究工作起到增强适应能力和开发创新能力的作用。掌握本课程的特点本课程要用到理论力学等先修课程的知识。但并不是这些课程的简单重复和堆砌而是要学生运用所学的知识解决工程实际程的简单重复和堆砌，而是要学生运用所学的知识解决工程实际中所遇到的问题。所以本课程的学习不同于理论课程的学习，也不同于专业课而具有定的理论系统性及逻辑性和较强的工程不同于专业课，而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性的特点。在学习本课程时应注意:掌握基本的概念、原理及机构的分析与综合的方法。注重理论联系实际本课程是着重研究一般机械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基本理论及方法这些理论和方法是紧密为工程服务的和综合的基本理论及方法。这些理论和方法是紧密为工程服务的。在学习过程中要注意这些理论和方法：1）在理论上建立和推演的严密性和逻辑性；1）在理论上建立和推演的严密性和逻辑性；2）如何在工程实际中的应用；3）随时留意日常生活和生产中遇到的各种机械，以丰富自3）随时留意日常生活和生产中遇到的各种机械，以丰富自己的感性认识，并用它们认识分析这些机械，以加深理解。初步建立工程观点本课程要用到很多与工程有关的名词、符合、公式、标准及参数和一些简化方法如倒置、反转、转化、当量、等效、代换参数和些简化方法，如倒置、反转、转化、当量、等效、代换等等。在机构分析与综合中，除解析法外还介绍图解法、实验法以及试凑法等一些工程中实用的方法以及试凑法等些工程中实用的方法。在学习时应注意：对名词应正确理解其含义，对公式应着重于应用，而对方对名词应正确理解其含义，对公式应着重于应用，而对方法则着重掌握其基本原理和作法。实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题，其求解可采用实际工程问题都是涉及多方面的因素的问题，其求解可采用多种方法，其解一般也不是唯一的。这就要求设计者具有分析、判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科判断、决策的能力，要养成综合分析、全面考虑问题的习惯和科学严谨、一丝不苟的工作作风。认真对待教学的每一个环节本课程全部教学工作的完成，需要自学、听课、习题课、实验课、课后作业、答疑和考试，以及课程设计等教学环节。要学好这门课，首先必须对每个教学环节予以充分重视。其次，还要转变被动学习方式为自主学习方式。次，还要转变被动学习方式为自主学习方式。大学学习应该是学生在教师指导下充分利用学校的教学资源进行自主学习。源进行自主学习。国家机械基础课程教学基地开放式教学环境（地点航空楼D308D318)（地点：航空楼D308~D318)机械创新设计教学中心机械创新设计教学中心开放课程学习室和网络教学环境第二章机构的结构分析第二章机构的结构分析§21机构结构分析的内容及目的§2-1机构结构分析的内容及目的§2-2机构的组成§23机构运动简图§2-3机构运动简图§2-4机构具有确定运动的条件机构自由度的计算§2-5机构自由度的计算§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项§2-7虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计§2-8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析§2-9平面机构中的高副低代2011-06-24返回返回§2-1机构结构分析的内容及目的主要内容及目的是：主要内容及目的是：研究机构的组成及机构运动简图的画法；了解机构具有确定运动的条件；研究机构的组成原理及结构分类。§2-2机构的组成1.构件任何机器都是由许多零件组合而成气缸体活塞零件是机器中的一个独立制造单元体；任何机器都是由许多零件组合而成的。连杆体构件是机器中的一个独立运动单元体。齿轮构件往往是由若干零件刚性地联接在一起的独立运动的整体连杆体螺栓连杆头曲轴螺栓螺母垫圈从运动来看任何机器都是由若干个连杆头曲轴真实连杆连杆头从运动来看，任何机器都是由若干个构件组合而成的。§2-2机构的组成是两构件直接接触而构成的可动联接。2.运动副运动副为两构件参与接触而构成运动副的表面。是两构件直接接触而构成的可动联接。运动副运动副元素例轴轴块与轨例轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。圆柱面与圆孔面棱柱面与棱孔面两轮轮齿曲面空间两构件构成的运动副，其自由度f和约束数s满足f+s=6（1）运动副的分类机构的组成(2/4)（1）运动副的分类1）按其引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副。2）按其接触形式分高副：点、线接触的运动副低副面接触的运动副转动副（回转副或铰链）低副：面接触的运动副3）按其相对运动形式分移动副螺旋副球面副还可分为平面运动副与空间运动副两类还可分为平面运动副与空间运动副两类。（2）运动副符号机构的组成(3/4)（2）运动副符号运动副常用规定的简单符号来表达（GB4460－84）。各种常用运动副模型动链各种常用运动副模型常用运动副的符号表3.运动链构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。闭式运动链（简称闭链）开式运动链（简称开链）123232334514141412平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链4机构机构的组成(4/4)4.机构具有固定构件的运动链称为机构。机架机构中的定构件23从动件但当机构安装在运动的机械上时则是运动的机架——机构中的固定构件；134一般机架相对地面固定不动，原动件构安装在运动的机械上时则是运动的。——按给定已知运动规律独立运动的构件；原动件平面铰链四杆机构常以转向箭头表示。机架23独立运动的构件；从动件——机构中其余活动构件。常以转向箭头表示。其运动规律决定于原动件的运动规律原动件134其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构及构件的尺寸。从动件4机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。机架空间铰链四杆机构§2-3机构运动简图在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图运动简图。1.何谓机构运动简图？根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出例内燃机机构运动简图。机构运动简图根据机构的运动尺寸，按定的比例尺定出各运动副的位置，机构运动简图采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形机构示意图简图。机构运动简图(2/2)2机构运动简图的绘制2.机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：（1）搞清机械的构造及运动情况沿着运动传递路线查明）选定视图面（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；（2）选定视图平面；（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号最后用简单线条连接即得机构运动简图举例：动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制§2-4机构具有确定运动的条件一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？先来看两个例子：例1铰链四杆机构例1铰链四杆机构若给定机构一个独立运动，则机构的运动完全确定；则机构的最薄弱环节损坏例2铰链五杆机构若给