《機(jī)械原理》緒論及第一章講稿.doc

機(jī)械原理講 稿宋立權(quán)緒 論0-1 機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)一、機(jī)械原理的研究對(duì)象：機(jī)器與機(jī)構(gòu)1. 機(jī)架 2.滑塊3.進(jìn)氣閥 4.排氣閥5.連桿 6.曲柄7.凸輪 8.從動(dòng)桿9、10齒輪一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)（四個(gè)階段）1進(jìn)汽， 2壓縮，3膨脹， 4排汽2、5、6、1-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)9、10、1-齒輪機(jī)構(gòu)，7、8、1-凸輪機(jī)構(gòu)配汽機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)例：?jiǎn)胃姿臎_程發(fā)動(dòng)機(jī)單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)畫(huà)二、基本概念（有關(guān)名詞）1、機(jī)器特征： a)一種人為的實(shí)物組合b)各構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)c)能為人類作功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能電動(dòng)機(jī)：電能機(jī)械能發(fā)電機(jī)：熱能（水能、風(fēng)能）電能機(jī)器定義：特征a)+b)+c)能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、各部分（構(gòu)件）間具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人為實(shí)物組合。2機(jī)構(gòu)定義：各部分（構(gòu)件）間具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人為實(shí)物組合機(jī)構(gòu)：平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)3機(jī)械機(jī)構(gòu)器與機(jī)構(gòu)的總稱4構(gòu)件與零件構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的單元零件加工制造的單元5其他原動(dòng)件（主動(dòng)件）、從動(dòng)件、原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、機(jī)組0-2機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容及機(jī)械原理課程的定位與任務(wù)一、 機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)1功能原理設(shè)計(jì)牛頭刨床：平面切削(不同的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式)方案1 方案2 方案3方案4 方案5 方案6壓縮機(jī)：介質(zhì)壓縮（往復(fù)式、旋葉式、渦旋式等）2系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器的功能要求，確定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸，最終完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。3系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容1）型綜合 機(jī)構(gòu)選型2）數(shù)綜合 定尺寸3）運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)綜合分析，與2）交替進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)二、 機(jī)械原理課程的定位與任務(wù)機(jī)構(gòu)形式種類繁多，結(jié)構(gòu)各不相同在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，研究各類機(jī)構(gòu)所具有的共性問(wèn)題，并由此建立起分析設(shè)計(jì)的一般方法。以高等數(shù)學(xué)、物理、制圖、理力為基礎(chǔ)的技術(shù)基礎(chǔ)課，與專業(yè)課有緊密聯(lián)系，起著承上啟下的作用。相對(duì)于基礎(chǔ)課，更接近于工程實(shí)際；相對(duì)于專業(yè)課，研究的是機(jī)械所具有的共性問(wèn)題。擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)機(jī)械工程師的重要任務(wù)0-3 機(jī)械原理課程的主要內(nèi)容、基本要求與學(xué)習(xí)方法一、機(jī)械原理課程的主要內(nèi)容1 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)研究機(jī)構(gòu)的組成原理，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可能性和機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件。（第一章）2 常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)掌握機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析方法。（第二章、第三章、第四章、第五章）3 機(jī)械動(dòng)力學(xué)（第六章）（1） 研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，作用在構(gòu)件上的力的求法，決定機(jī)械效率的方法。（2） 機(jī)械平衡與機(jī)械系統(tǒng)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)。4 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)（第七章）課程綜合設(shè)計(jì)進(jìn)行二、基本要求與學(xué)習(xí)方法課堂教學(xué)：46h（機(jī)自）， 54h（車輛）綜合課程設(shè)計(jì)：4周考試：期末 6580%， 平時(shí)測(cè)驗(yàn)（2次）20%作業(yè) 10%（每次交 1/3） 出勤 5%實(shí)驗(yàn)：18h（機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)課）思考題：緒論0-1 0-3第一章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的：研究機(jī)構(gòu)的組成，探討機(jī)構(gòu)的可動(dòng)性，機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件；研究機(jī)構(gòu)的組成原理，按結(jié)構(gòu)分類，并由此建立起運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析的一般方法。機(jī)構(gòu)的表示方法（掌握繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法），為設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)指示合理的途徑。1-1機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)一、運(yùn)動(dòng)副定義：兩構(gòu)件直接接觸且能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 1. 回轉(zhuǎn)副 2. 移動(dòng)副 3. 高副構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面。運(yùn)動(dòng)副：平面運(yùn)動(dòng)副、空間運(yùn)動(dòng)副平面構(gòu)件的三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)：1） 隨構(gòu)件上某點(diǎn)A沿X方向運(yùn)動(dòng)；2） 隨構(gòu)件上某點(diǎn)A沿Y方向運(yùn)動(dòng)；3） 繞構(gòu)件上某點(diǎn)A的轉(zhuǎn)動(dòng)；空間構(gòu)件具有六個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)沿X、Y、Z座標(biāo)的移動(dòng)和繞座標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)平面構(gòu)件自由度：三個(gè)（X、Y、）圖2-3 運(yùn)動(dòng)副的約束約束：對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制，每限制一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，稱為一個(gè)條件約束，相應(yīng)自由度減少1?；剞D(zhuǎn)副：保留一個(gè)相對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。移動(dòng)副：保留一個(gè)相對(duì)獨(dú)立移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。高 副：保留一個(gè)沿公切線方向的獨(dú)立移動(dòng)和繞接觸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。思考該運(yùn)動(dòng)副是否存在？限制一個(gè)相對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，保留二個(gè)相對(duì)獨(dú)立移動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)副低副 特征：面接觸，約束條件2，自由度11回轉(zhuǎn)副 2移動(dòng)副 3高 副 特征：點(diǎn)、線接觸，約束條件1，自由度21-2運(yùn)動(dòng)鏈及機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算閉式鏈 開(kāi)式鏈（機(jī)器人動(dòng)畫(huà)） 機(jī) 構(gòu)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制一、運(yùn)動(dòng)鏈：若干構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)而成。運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：運(yùn)動(dòng)鏈中，固定一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，給出一個(gè)或幾個(gè)原動(dòng)件，如果其余構(gòu)件具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：牛頭刨床機(jī)構(gòu)（程序） 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（應(yīng)用） 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用簡(jiǎn)單的線條和表示符號(hào)，表達(dá)機(jī)器或機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理的簡(jiǎn)單圖形?；剞D(zhuǎn)副 移動(dòng)副 高 副三、常用運(yùn)動(dòng)副表示方法二副構(gòu)件 三副構(gòu)件具有運(yùn)動(dòng)副原素的構(gòu)件特殊運(yùn)動(dòng)副表示方法 鄂式破碎機(jī)四、 平面機(jī)構(gòu)的自由度1自由度計(jì)算公式F=3n-2PL-PH，n可動(dòng)構(gòu)件數(shù)，PL低副數(shù)，PH高副數(shù)2局部自由度、復(fù)合絞、虛約束局部自由度與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度。復(fù)合絞m個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成m-1個(gè)回轉(zhuǎn)副。虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。常出現(xiàn)于以下幾種情況：（1） 聯(lián)接構(gòu)件上的點(diǎn)的軌跡與被聯(lián)接構(gòu)件上的點(diǎn)的軌跡重合。(火車前輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))（2） 二構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)回轉(zhuǎn)副，回轉(zhuǎn)軸線重合。（3） 二構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，導(dǎo)路平行。（4） 對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的對(duì)稱部分。行星輪系：有虛約束，無(wú)虛約束3機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算綜合示例1-3 平面運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的替代（高副低代法）：用兩個(gè)低副和一個(gè)構(gòu)件替代原機(jī)構(gòu)中的一個(gè)高副。代替條件：1.自由度不變；2.瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)相同。為何要研究機(jī)構(gòu)的高副低代？特例低副的位置：1分別在構(gòu)成高副的兩個(gè)構(gòu)件上；2在過(guò)高副接觸點(diǎn)的共法線上（曲率中心處）。代替步驟：1找出構(gòu)成兩構(gòu)件接觸點(diǎn)處的曲率中心O1、O2；2如果曲率半徑存在，則在O處代以回轉(zhuǎn)副，若，在C處代移動(dòng)副；3將兩運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接于同一構(gòu)件。例1例2例3例41-4 按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合與結(jié)構(gòu)分析一基本桿組機(jī)構(gòu)=機(jī)架+原動(dòng)件+從動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)自由度 F機(jī)= F機(jī)架 + F原+ F從F機(jī)=F原，F(xiàn)機(jī)架 =0，有F從=0從動(dòng)系統(tǒng)又可分為不可再分的運(yùn)動(dòng)鏈?；緱U組：自由度為零，不可再分的運(yùn)動(dòng)鏈。設(shè)從動(dòng)系統(tǒng)含有n個(gè)構(gòu)件、PL個(gè)低副，其自由度F=3n-2PL=0，有低副數(shù)與構(gòu)件數(shù)的關(guān)系為：n、PL為正整數(shù)，滿足改關(guān)系的值為：n=2、PL=3 II級(jí)組n=4、PL=6 III級(jí)組及IV級(jí)組II級(jí)組：2個(gè)構(gòu)件，3個(gè)低副，共5個(gè)類（P42圖1-41）III級(jí)組與IV級(jí)組二基本桿組的聯(lián)接和機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)組成原理（阿蘇爾原理）：任何機(jī)構(gòu)都可以零自由度的運(yùn)動(dòng)鏈依此添加到原動(dòng)件和機(jī)架上的方法來(lái)完成。習(xí)題 第一章： 1-1，1-2，1-4，1-6