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機械原理 講 稿 宋立權 緒 論 0-1 機器的功能結構及機構 一、機械原理的研究對象：機器與機構 1. 機架 2.滑塊 3.進氣閥 4.排氣閥 5.連桿 6.曲柄 7.凸輪 8.從動桿 9、10．齒輪 一個工作循環(huán)內(nèi) （四個階段） 1．進汽， 2．壓縮， 3．膨脹， 4．排汽 2、5、6、1--曲柄滑塊機構 9、10、1--齒輪機構， 7、8、1--凸輪機構 配汽機構： 齒輪機構、凸輪機構 實例：單缸四沖程發(fā)動機 單缸四沖程發(fā)動機動畫 二、基本概念（有關名詞） 1、機器 特征： a)一種人為的實物組合 b)各構件間具有確定的相對運動 c)能為人類作功或轉換機械能 電動機：電能→機械能 發(fā)電機：熱能（水能、風能）→電能 機器定義：特征a)+b)+c) 能進行能量轉換、各部分（構件）間具有確定相對運動的人為實物組合。 2．機構 定義：各部分（構件）間具有確定相對運動的人為實物組合 機構：平面機構、空間機構 3．機械 機構器與機構的總稱 4．構件與零件 構件－運動的單元 零件－加工制造的單元 5．其他 原動件（主動件）、從動件、原動機、工作機、機組 0-2機械總體方案設計的內(nèi)容及 機械原理課程的定位與任務 一、 機械總體方案設計 1．功能原理設計 牛頭刨床：平面切削(不同的機構結構形式) 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 壓縮機：介質(zhì)壓縮（往復式、旋葉式、渦旋式等） 2．系統(tǒng)運動方案設計 根據(jù)機器的功能要求，確定機構的結構形式、結構尺寸，最終完成機構運動簡圖。 3．系統(tǒng)運動方案設計的內(nèi)容 1）型綜合 機構選型 2）數(shù)綜合 定尺寸 3）運動學動力學綜合分析，與2）交替進行 機構運動方案設計 凸輪機構設計 二、 機械原理課程的定位與任務 機構形式種類繁多，結構各不相同 在對機構進行分類的基礎上，研究各類機構所具有的共性問題，并由此建立起分析設計的一般方法。 以高等數(shù)學、物理、制圖、理力為基礎的技術基礎課，與專業(yè)課有緊密聯(lián)系，起著承上啟下的作用。 相對于基礎課，更接近于工程實際； 相對于專業(yè)課，研究的是機械所具有的共性問題。 擔負著培養(yǎng)機械工程師的重要任務 0-3 機械原理課程的主要內(nèi)容、 基本要求與學習方法 一、機械原理課程的主要內(nèi)容 1． 機構的結構和運動學 研究機構的組成原理，機構運動可能性和機構具有確定相對運動的條件。（第一章） 2． 常用機構設計 掌握機構的設計、分析方法。（第二章、第三章、第四章、第五章） 3． 機械動力學（第六章） （1） 研究機械運動過程中，作用在構件上的力的求法，決定機械效率的方法。 （2） 機械平衡與機械系統(tǒng)速度波動調(diào)節(jié)。 4． 機械系統(tǒng)運動方案設計（第七章） 課程綜合設計進行 二、基本要求與學習方法 課堂教學：46h（機自）， 54h（車輛） 綜合課程設計：4周 考試：期末 6580%， 平時測驗（2次）20% 作業(yè) 10%（每次交 1/3） 出勤 5% 實驗：18h（機械基礎實驗，獨立設課） 思考題：緒論0-1 ~ 0-3 第一章　機構的結構設計 研究機構結構的目的： 研究機構的組成，探討機構的可動性，機構具有確定相對運動的條件； 研究機構的組成原理，按結構分類，并由此建立起運動、動力分析的一般方法。 機構的表示方法（掌握繪制機構的運動簡圖的方法），為設計新機構指示合理的途徑。 1-1機構的基本結構 一、運動副 定義：①兩構件②直接接觸且能產(chǎn)生③一定相對運動的聯(lián)接。 1. 回轉副 2. 移動副 3. 高副 構件獨立運動 運動副元素：構成運動副的點、線、面。 運動副：平面運動副、空間運動副 平面構件的三個獨立運動： 1） 隨構件上某點A沿X方向運動； 2） 隨構件上某點A沿Y方向運動； 3） 繞構件上某點A的轉動； 空間構件具有六個獨立運動 沿X、Y、Z座標的移動和繞座標軸轉動 構件自由度：構件所具有的獨立運動 平面構件自由度：三個（X、Y、α） 圖2-3 運動副的約束 約束：對構件獨立運動的限制，每限制一個獨立運動，稱為一個條件約束，相應自由度減少1。 回轉副：保留一個相對獨立轉動的運動副。 移動副：保留一個相對獨立移動的運動副。 高 副：保留一個沿公切線方向的獨立移動和繞接觸點轉動 的運動副。 思考該運動副是否存在？ 限制一個相對獨立轉動，保留二個相對獨立移動 平面運動副 低副 特征：①面接觸，②約束條件2，自由度1 1．回轉副 2．移動副 3．高 副 特征：①點、線接觸，②約束條件1，自由度2 1-2運動鏈及機構的自由度計算 閉式鏈 開式鏈（機器人動畫） 機 構 和機構運動簡圖的繪制 一、運動鏈：若干構件由運動副聯(lián)結而成。 運動鏈成為機構的條件： 運動鏈中，固定一個構件為機架，給出一個或幾個原動件，如果其余構件具有確定相對運動，運動鏈成為機構。 二、機構運動簡圖： 牛頭刨床機構（程序） 對心曲柄滑塊機構（應用） 偏置曲柄滑塊機構 用簡單的線條和表示符號，表達機器或機構傳動原理的簡單圖形。 回轉副 移動副 高 副 三、常用運動副表示方法 二副構件 三副構件 具有運動副原素的構件 特殊運動副表示方法 鄂式破碎機 四、 平面機構的自由度 1．自由度計算公式 F=3n-2PL-PH， n－可動構件數(shù)，PL－低副數(shù)，PH－高副數(shù) 2．局部自由度、復合絞、虛約束 局部自由度－與機構運動無關的自由度。 復合絞－m個構件在同一處構成m-1個回轉副。 虛約束－對機構運動不起獨立限制作用的約束。常出現(xiàn)于以下幾種情況： （1） 聯(lián)接構件上的點的軌跡與被聯(lián)接構件上的點的軌跡重合。(火車前輪驅動機構) （2） 二構件構成多個回轉副，回轉軸線重合。 （3） 二構件構成多個移動副，導路平行。 （4） 對運動不起獨立限制作用的對稱部分。 行星輪系：有虛約束，無虛約束 3．機構自由度計算綜合示例 1-3 平面運動鏈與機構的結構設計 機構的替代（高副低代法）：用兩個低副和一個構件替代原機構中的一個高副。 代替條件：1.自由度不變；2.瞬時運動相同。 為何要研究機構的高副低代？ 特例 低副的位置： 1．分別在構成高副的兩個構件上； 2．在過高副接觸點的共法線上（曲率中心處）。 代替步驟： 1．找出構成兩構件接觸點處的曲率中心O1、O2； 2．如果曲率半徑ρ存在，則在O處代以回轉副，若ρ→∞，在C處代移動副； 3．將兩運動副聯(lián)接于同一構件。 例1 例2 例3 例4 1-4 按基本桿組的機構結構綜合與結構分析 一．基本桿組 機構=機架+原動件+從動系統(tǒng) 機構自由度 F機= F機架 + F原+ F從 F機=F原，F(xiàn)機架 =0，有F從=0 從動系統(tǒng)又可分為不可再分的運動鏈。 基本桿組：自由度為零，不可再分的運動鏈。 設從動系統(tǒng)含有n個構件、PL個低副，其自由度 F=3n-2PL=0，有低副數(shù)與構件數(shù)的關系為： n、PL為正整數(shù)，滿足改關系的值為： n=2、PL=3 II級組 n=4、PL=6 III級組及IV級組 …… II級組：2個構件，3個低副，共5個類（P42圖1-41） III級組與IV級組 二．基本桿組的聯(lián)接和機構的組成 機構組成原理（阿蘇爾原理）： 任何機構都可以零自由度的運動鏈依此添加到原動件和機架上的方法來完成。 習題 第一章： 1-1，1-2，1-4，1-6