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机械原理讲稿宋立权绪论§0-1机器的功能结构及机构一、机械原理的研究对象：机器和机构实例：单缸四冲程发动机单缸四冲程发动机动画二、基本概念（有关名词）1、机器特征：a)一种人为的实物组合b)各构件间具有确定的相对运动c)能为人类作功或转换机械能电动机：电能→机械能发电机：热能（水能、风能）→电能1.机架2.滑块3.进气阀4.排气阀5.连杆6.曲柄7.凸轮8.从动杆9、10．齿轮一个工作循环内（四个阶段）1．进汽，2．压缩，3．膨胀，4．排汽2、5、6、1--曲柄滑块机构9、10、1--齿轮机构，7、8、1--凸轮机构配汽机构：齿轮机构、凸轮机构1机器定义：特征a)+b)+c)能进行能量转换、各部分（构件）间具有确定相对运动的人为实物组合。2．机构定义：各部分（构件）间具有确定相对运动的人为实物组合机构：平面机构、空间机构3．机械机构器和机构的总称4．构件和零件构件－运动的单元零件－加工制造的单元5．其他原动件（主动件）、从动件、原动机、工作机、机组§0-2机械总体方案设计的内容及机械原理课程的定位和任务一、机械总体方案设计1．功能原理设计牛头刨床：平面切削(不同的机构结构形式)方案1方案2方案3方案4方案5方案6压缩机：介质压缩（往复式、旋叶式、涡旋式等）2．系统运动方案设计根据机器的功能要求，确定机构的结构形式、结构尺寸，最2终完成机构运动简图。3．系统运动方案设计的内容1）型综合机构选型2）数综合定尺寸3）运动学动力学综合分析，和2）交替进行机构运动方案设计凸轮机构设计二、机械原理课程的定位和任务机构形式种类繁多，结构各不相同在对机构进行分类的基础上，研究各类机构所具有的共性问题，并由此建立起分析设计的一般方法。以高等数学、物理、制图、理力为基础的技术基础课，和专业课有紧密联系，起着承上启下的作用。相对于基础课，更接近于工程实际；相对于专业课，研究的是机械所具有的共性问题。担负着培养机械工程师的重要任务§0-3机械原理课程的主要内容、基本要求和学习方法一、机械原理课程的主要内容1．机构的结构和运动学研究机构的组成原理，机构运动可能性和机构具有确定相对运动的条件。（第一章）2．常用机构设计掌握机构的设计、分析方法。（第二章、第三章、第四章、第五章）3．机械动力学（第六章）（1）研究机械运动过程中，作用在构件上的力的求法，决定机械效率的方法。（2）机械平衡和机械系统速度波动调节。4．机械系统运动方案设计（第七章）课程综合设计进行二、基本要求和学习方法课堂教学：46h（机自），54h（车辆）3综合课程设计：4周测试：期末6580%，平时测验（2次）20%作业10%（每次交1/3）出勤5%实验：18h（机械基础实验，独立设课）思考题：绪论0-1~0-3第一章机构的结构设计研究机构结构的目的：研究机构的组成，探讨机构的可动性，机构具有确定相对运动的条件；研究机构的组成原理，按结构分类，并由此建立起运动、动力分析的一般方法。机构的表示方法（掌握绘制机构的运动简图的方法），为设计新机构指示合理的途径。§1-1机构的基本结构一、运动副定义：①两构件②直接接触且能产生③一定相对运动的联接。1.回转副2.移动副3.高副运动副元素：构成运动副的点、线、面。运动副：平面运动副、空间运动副平面构件的三个独立运动：1）随构件上某点A沿X方向运动；2）随构件上某点A沿Y方向运动；3）绕构件上某点A的转动；空间构件具有六个独立运动沿X、Y、Z座标的移动和绕座标轴转动构件自由度：构件所具有的独立运动平面构件自由度：三个（X、Y、α）构件独立运动4图2-3运动副的约束约束：对构件独立运动的限制，每限制一个独立运动，称为一个条件约束，相应自由度减少1。回转副：保留一个相对独立转动的运动副。移动副：保留一个相对独立移动的运动副。高副：保留一个沿公切线方向的独立移动和绕接触点转动的运动副。思考该运动副是否存在？限制一个相对独立转动，保留二个相对独立移动平面运动副1．回转副2．移动副3．高副特征：①点、线接触，②约束条件1，自由度2§1-2运动链及机构的自由度计算和机构运动简图的绘制一、运动链：若干构件由运动副联结而成。运动链成为机构的条件：运动链中，固定一个构件为机架，给出一个或几个原动件，如果其余构件具有确定相对运动，运动链成为机构。二、机构运动简图：低副特征：①面接触，②约束条件2，自由度1闭式链开式链（机器人动画）机构5用简单的线条和表示符号，表达机器或机构传动原理的简单图形。三、常用运动副表示方法具有运动副原素的构件特殊运动副表示方法鄂式破碎机四、平面机构的自由度牛头刨床机构（程序）对心曲柄滑块机构（使用）偏置曲柄滑块机构回转副移动副高副二副构件三副构件61．自由度计算公式F=3n-2PL-PH，n－可动构件数，PL－低副数，PH－高副数2．局部自由度、复合绞、虚约束局部自由度－和机构运动无关的自由度。复合绞－m个构件在同一处构成m-1个回转副。虚约束－对机构运动不起独立限制作用的约束。常出现于以下几种情况：（1）联接构件上的点的轨迹和被联接构件上的点的轨迹重合。(火车前轮驱动机构)（2）二构件构成多个回转副，回转轴线重合。（3）二构件构成多个移动副，导路平行。（4）对运动不起独立限制作用的对称部分。行星轮系：有虚约束，无虚约束3．机构自由度计算综合示例7§1-3平面运动链和机构的结构设计机构的替代（高副低代法）：用两个低副和一个构件替代原机构中的一个高副。代替条件：1.自由度不变；2.瞬时运动相同。为何要研究机构的高副低代？特例低副的位置：1．分别在构成高副的两个构件上；2．在过高副接触点的共法线上（曲率中心处）。代替步骤：1．找出构成两构件接触点处的曲率中心O1、O2；2．如果曲率半径ρ存在，则在O处代以回转副，若ρ→∞，在C处代移动副；3．将两运动副联接于同一构件。例1例28例3例4§1-4按基本杆组的机构结构综合和结构分析一．基本杆组机构=机架+原动件+从动系统机构自由度F机=F机架+F原+F从F机=F原，F机架=0，有F从=0从动系统又可分为不可再分的运动链。基本杆组：自由度为零，不可再分的运动链。设从动系统含有n个构件、PL个低副，其自由度F=3n-2PL=0，有低副数和构件数的关系为：nPL239n、PL为正整数，满足改关系的值为：n=2、PL=3II级组n=4、PL=6III级组及IV级组……II级组：2个构件，3个低副，共5个类（P42图1-41）III级组和IV级组二．基本杆组的联接和机构的组成机构组成原理（阿苏尔原理）：任何机构都可以零自由度的运动链依此添加到原动件和机架上的方法来完成。习题第一章：1-1，1-2，1-4，1-6