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2003总学时：48时内容讲授：36时习题讲解：12时教材与学时安排2003第一章绪论第二章机构的组成及其自由度的计算第三章平面机构的速度分析第四章机械的摩擦及机械效率第五章机械的平衡第六章机械的运转及其速度波动的调节第七章平面连杆机构及其设计第八章凸轮机构及其设计第九章齿轮机构及其设计第十章轮系第十一章其他常用机构第十二章机构的选型与组合目录2003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本课程的特点及学习时注意的几个问题思考题2003§1-1本课程研究的对象及内容1．研究对象机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。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。机械是机构和机器的总称。机械应用实例2003机械应用实例仿生机械机车飞机汽车船舶内燃机工件自动装卸装置六自由度关节式工业机器人2003内燃机2003工件自动装卸装置2003六自由度关节式工业机器人控制系统示教板操作机2003蒸汽机车内燃机车电力机车机车2003汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具。按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车(简称货车)两大类汽车2003船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。船舶从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展到使用机器驱动。船舶2003飞机2003焊接机器人主要研究：焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。2003仿生智能机械2003§1-2学习本课程的目的课程性质，任务及作用学习目的2003§1-3本课程的特点及学习时应注意的几个问题掌握本课程的特点注重理论联系实际逐步建立工程观点认真对待每个教学环节2003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。机构（2）机器机器（1）机构机构和机器的概念是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。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、连杆机构、螺旋机构等等。由实例可看出，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体。2003（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：控制部分原动部分传动部分执行部分20031）机构的组成及其自由度的计算2）机构的运动分析3）机构的力分析和机器动力学分析5）机构的选型与组合*4）常用机构的分析与设计2．研究内容2003学习的目的¾为学习后续课程和掌握专业知识大好基础¾为毕业设计提供机械设计知识¾为今后工作提供有关机械设备管理、设计的知识2003掌握本课程的特点本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。要用到物理、数学、力学、机械制图和工程材料及机械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学的知识。但并不是这些课程的简单重复，而是要引导学生如何应用所学的只是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，而具有一定的理论系统性及逻辑性和较强的工程实践性的特点。因此，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。2003注重理论联系实际本课程并不是研究某种具体的机械，而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和基本的方法。这些基本理论和方法是紧密为工程服务的。因此，在本课程的学习过程中，一方面要注意这些理论和方法在理论上建立和推演的严密性和逻辑性，另一方面更要注意这些理论和方法如何在工程实际中的应用。此外还应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；并用所学到的理论和方法认识分析这些机械，以加深理解，使理论和实践相互促进。2003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、标准及参数和对机械研究的一些常用的简化方法，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、实验法以及试凑等一些工程中实用的方法。因此在学习时，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。另外，实际工程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学严谨、一丝不苟的工作作风。2003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、答疑和考试等教学环节。要学好这门课，希望大家对每个教学环节予以充分重视。另外，希望大家掌握网络教学特点，要自觉地、认真地按要求完成各项学习任务。2003思考题1.本课程研究的内容主要包哪几个方面的问题？2.何谓机器？机器的功用是什么？3.为什么说机构是本课程研究的基本对象？第二章机构的组成及其自由度的计算§2-1机构的组成§2-2机构运动简图§2-3机构具有确定运动的条件§2-4平面机构自由度的计算§2-5计算平面机构自由度时应注意的事项思考题与练习题§2-1机构的组成1.构件2.运动副3.运动链4.机构1.构件从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。气缸体连杆曲轴齿轮活塞构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。运动副是两构件直接接触而构成的可动联接；2.运动副机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。转动副移动副齿轮副1）运动副定义4）按其相对运动形式分转动副（回转副或铰链）移动副螺旋副球面副3）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2)运动副的分类2）按其引入的约束数目分Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副凸轮高副（点接触）齿轮高副（线接触）低副（曲面接触）低副（平面接触）3)运动副的表示（之一）3)运动副的表示（之二）3.运动链构件通过运动副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）1234平面闭式运动链1234空间闭式运动链1234平面开式运动链12345空间开式运动链平面运动链空间运动链按运动分按结构分运动链1234但当机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；机架原动件从动件——机构中的固定构件；——机构中其余活动构件。4.机构具有固定构件的运动链称为机构。1234平面铰链四杆机构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。空间铰链四杆机构一般机架相对地面固定不动，常以转向箭头表示。其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。机架原动件从动件机架从动件原动件不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。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，§2-2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。1.机构运动简图的定义内燃机机构运动简图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。机构示意图举例：（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。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，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制§2-3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？首先观察两个例子例1铰链四杆机构例2铰链五杆机构若给定机构一个独立运动，则机构的运动完全确定；若给定机构两个独立运动，则机构的最薄弱环节损坏。若给定机构一个独立运动，则机构的运动不确定；若给定机构两个独立运动，则机构的运动完全确定。机构的自由度机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用F表示。结论机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。§2-4平面机构自由度的计算1计算公式F＝3n－(2pl＋ph)式中：n为机构的活动构件数目；pl为机构的低副数目；ph为机构的高副数目。2举例1）铰链四杆机构F＝3n－(2pl＋ph)=3×3－2×4－0＝12）铰链五杆机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－2×5－0＝2123451234134789101118ABCD,3）内燃机机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2×7－3＝1§2-5计算平面机构自由度时应注意的事项30625323=−×−×=−−=hlppnF21323323=−×−×=−−=hlppnF00624323=−×−×=−−=hlppnF?1.复合铰链2.局部自由度3.虚约束例题机构中虚约束常发生的几种情况由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。复合铰链10725323=−×−×=−−=hlppnF134789101118ABCD,内燃机及其机构运动简图思考题练习题局部自由度复合铰链虚约束n=8Pl=11Ph=1F=1例题1例题2局部自由度复合铰链虚约束n=9Pl=12Ph=2F=1第三章平面机构的速度分析§3-1机构运动分析的任务和方法§3-2用速度瞬心法进行平面机构的速度分析§3-3用相对运动图解法作平面机构的速度分析§3-4用解析法作机构的运动分析思考题与练习题1．任务根据机构的尺寸及原动件已知运动规律，求构件中从动件上某点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。§3-1机构运动分析的任务、目的和方法2．方法主要有图解法和解析法。两构件上的瞬时等速重合点（即同速点），1.瞬心及其位置确定（1）速度瞬心用Pij表示，§3-2用速度瞬心法作机构的速度分析绝对瞬心：vP＝0相对瞬心：vP≠0构件瞬心数目：K＝N(N－1)/2（2）瞬心位置的确定1）由瞬心定义确定以转动副相联，瞬心就在其中心处；以移动副相联，瞬心就在垂直于其导路无穷远处;以纯滚动高副相联，瞬心就在其接触点处；以滚动兼滑动的高副相联，瞬心就在过接触点高副元素的公法线上。2）借助三心定理确定是指彼此作平面运动三个构件的三个瞬心必位于同一直线上。三心定理用速度瞬心法作机构的速度分析(2/3)说明瞬心确定的一种简捷方法为瞬心代号下脚标同号消去法。2.用瞬心法作机构的速度分析P34P23P24P12P13P14例1平面铰链四杆机构解K＝6P34P23P24P12P13P14P34P23P24P12P13P14P34P23P24P12P13P14例1平面铰链四杆机构例2凸轮机构§3-3用相对运动图解法作机构的速度分析1.基本原理和作法vC＝vB＋vCB1）速度多边形2）速度影像vD5＝vD4＋vD5D4（1）同一构件上两点间的运动关系（2）两构件上重合点间的运动关系2.作机构的速度例1柱塞唧筒六杆机构例2凸轮高副机构即综合运用瞬心法和矢量方程图解法作机构速度分综合法