机械原理课件 第七版 孙桓20页PPT

机构分析与综合
常用机构的研究 已经非常深入 自动控制机构、机器人机构、仿生机构、机电光液 综合机构等进展也非常大 计算机的应用：计算机辅助设计、优化设计、大 型通用或专用的软件等
机械原理课程的性质与任务
是研究机械性能分析与设计的基本理论与 方法的专业基础课程之一。
机械原理的教学内容（归纳起来三大点）
动力机器
发电机等是能量变换的装置，即可将某种 形式的能量变换成机械能，或者把机械能 变换成其他形式的能量。例如：内燃机、 压气机、涡轮机、电动机等。
机器
工作机器 是完成有用的机械功或者是搬运物品。
例如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽
车、飞机和金属切削加工机床等。
信息机器 是用来获得和变换信息的。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘图 仪。
§1-3 如何进行本课程的学习
教学环节：
理论教学 课程设计
学习方法：
1. 在学习知识的同时，注重能力的培养。 2. 在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养。 3. 注意先修课程的应用。 4. 理论联系实际，能够做到举一反三。
§1-4 机械原理学科的发展现状及趋势
机械工业发展方向：
高速、高精度、重载、高效率、低噪声 先进制造技术的应用、激光制造 自动生产线机器与其它来自置的主要区别是：机器一定要作机械运
动，并 通过运动来实现能量物料和信息的变换
机构（mechanism） 用来传递运动和力或改变运动形
式的构件系统
机构和机器的区别
• 机构只是一个构件系统，而机器除构件系 统外，还包含电气、液压等其它系统
• 机构只用来传递运动和力，而机器除传递 运动和力外，还具有变换或传递能量、物 料和信息的功能
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。

γmin=[δmin ,180-δmax]min
B’’ B A
C’’ C’ C
min B’
B’’ B A
B’
’’
C
C’ C’’
’
min= ’=arccos（a+e)/b
为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作 阻力较小的空回行程中。
3 机构的死点位置
BF
A α
v
BF A
C
F1 = Fcosα F2 = Fsinα
接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变
的杆长之和。（杆长和条件）
铰链四杆机构类型的判断条件：
1）在满足杆长和的条件下：
（1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另 一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双 曲柄机构； （3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该 机构为双摇杆机构。
C
D
D
在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力 的条件下，当机构处于传动角γ=0°（或α=90°）的位 置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大， 均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。
四、运动的连续性
连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续 实现给定的各个位置。
(B’)B
及其应用
一、平面四杆机构的基本形式

学时：课堂教学：5学时，习题课：1学时；实验：机构运动简图测绘，2学时。
机构结构分析的内容及目的 机构的组成 机构运动简图 机构具有确定运动的条件 平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类 及结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
1、研究机构的组成及机构运动简图的画法 ; 2、了解机构具有确定运动的条件； 3、研究机构的组成原理及结构分类。
2）确定机架 3）确定各构件之间的运动副种类
“两两分析相对运动” 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动
回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。 5）比例、符号、线条、标号
§2-5 平面机构自由度的计算
1. 平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。 2. 平面机构的自由度计算公式
2. 要除去局部自由度( F' ) 局部自由度：某些不影响机构运动的自由度。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。 •机构中的虚约束常发生在下列情况：
1）如果转动副联接的是两构件上运动 轨迹相重合的点，则该联接将带入 1个虚约束。
本章结束
第二章 机构的结构分析
基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约 束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的 运动简图；能计算平面机构的自由度；对平 面机构组成的基本原理有所了解。
重 点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘 制；机构具有确定运动的条件及机构自由度 的计算。
难 点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及 处理问题。

综合原理的应用
在机械系统方案设计中，综合原理的应用可以帮助设计师 更好地理解系统的功能和性能要求，发现潜在的问题和解 决方案，提高设计的可行性和可靠性。
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定义
机械效率是指机械在工作中所 做的有用功与总功的比值。
影响因素
机械效率受到多种因素的影响 ，如机械设计、制造精度、润 滑条件、摩擦类型和材料性质 等。
提高效率的方法
为了提高机械效率，可以采取 优化设计、改善制造工艺、选 择合适的润滑剂和减少摩擦阻 力等措施。
实验测定
机械效率可以通过实验测定， 常用的方法有功率法、扭矩法
平面机构的动态动力分析
总结词
动态动力分析的应用
VS
详细描述
动态动力分析在机械设计中具有重要应用 ，如优化机构设计、提高机构性能、预测 机构运动行为等。通过动态动力分析，可 以更好地理解机构在不同条件下的运动规 律和受力情况，为机械设计提供重要的理 论支持和实践指导。
05 机械的效率和自锁
机械的效率
机械原理课件(第七版)
目 录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面机构的力分析 • 机械的效率和自锁 • 机械的平衡 • 机械的运转及其速度波动的调节 • 机械系统的方案设计
01 绪论
机械原理课程的性质和内容
总结词
介绍机械原理课程的基本性质和主要内容，包括机械系统、机构、机器和装置等 基本概念和原理。
以及它们之间的相互关系。
03
等效转动惯量
等效转动惯量是指在机械运转过程中，为了模拟机械的转动状态所需要
用到的等效转动惯量。等效转动惯量的大小取决于机械内部各部件的转

构件
构成机构的基本单元，通 过运动副连接。
运动链
由两个或多个构件通过运 动副连接而成的闭环系统 。
平面机构的运动简图
简化机构
将实际机构中的非关键部 分忽略，突出其主要运动 特性。
绘制简图
使用简单的线条和符号表 示机构中的构件和运动副 。
标注参数
在简图中标注出机构的主 要参数，如长度、角度等 。
平面机构的自由度计算
注重对各种机械系统的了解和比较， 掌握不同类型机械系统的特点和设计 方法
注重对基本概念和基本理论的掌握， 打好基础，逐步提高分析和解决问题 的能力
积极参与课堂讨论和小组学习，与同 学和老师交流心得，提高学习效果和 学习效率
02 平面机构的结构分析
平面机构的组成
01
02
03
运动副
将构件相互连接，并确定 其相对运动的装置。
状态。
虚功原理
对于一个平衡的系统，所有主动 力对任意虚位移所做的虚功总和 等于所有阻力对同一虚位移所做
的虚功总和。
虚位移法的应用
通过分析机构中各构件的虚位移 和作用力，求出机构的平衡条件
和平衡力矩。
机构力分析的动态静力法
动态静力法
基于牛顿第二定律，通过分析机构中各构件的质量和加速度，求 出机构中各点的反作用力。
相对运动分析法在机构运动分析中的应用
相对运动原理
当两构件之间存在相对运动时，可以通过将一个构件视为固定，另一个构件视 为动体来分析相对运动。
应用
通过相对运动分析法，可以求解机构中各构件之间的相对位移、相对速度和相 对加速度，进一步确定各运动副中的约束反力和力矩。
04 平面机构的力分析
机构力分析的基本概念

若利用静力学的力系简化理论，求出惯性力系的主矢和主矩， 代替具体求解每一个质点的惯性力，将给解题带来方便。 因各构件的运动形式不同，惯性力系的简化有以下三种情况， 我们以曲柄滑块机构为例加以说明。
§4-2 构件惯性力的确定
1、一般力学方法 (续)
B
1 A
2 3
C
（1）作平面运动的构件 (如连杆2)
F —— 水平力 Ff21 —— 摩擦力
§4-3 运动副中摩擦力的确定
（1）摩擦力的确定 (续)
1）平面接触 FN21
2）槽面接触
θ
θ
3）半圆柱面接触
G FN21 = GF来自21 = f FN21 =fG
FN21 2
FN21 G2
FN21= G / sinθ
Ff21 = f FN21 = f G / sinθ
普通高等教育“十五”国家级规划教材
机械原理
Theory of Machines and Mechanisms
第七版 西北工业大学机械原理及
机械零件教研室
编
主编 孙桓 陈作模 葛文杰
第4章 平面机构的力分析
学习要求 §4-1 机构力分析的任务、目的和方法 §4-2 构件惯性力的确定 §4-3 运动副中摩擦力的确定 §4-4 不考虑摩擦时机构的力分析 §4-5 考虑摩擦时机构的力分析
作业解析
学习要求
基本要求
了解机构中作用的各种力及机构力分析的目的和方法。 掌握构件惯性力的确定方法。 能对几种常见运动副中的摩擦力及总反力进行分析和计算。 能用图解法对平面Ⅱ级机构进行动态静力分析。
本章重点
运动副中摩擦力及总反力的确定。 不考虑摩擦时机构的动态静力分析。
§4-1 机构力分析的任务、目的和方法

机械系统
机械系统是由多个相互关联的机器与机构组成的复杂系统， 机械原理课程也涉及到对机械系统的整体性能、优化设计以 及控制等方面的研究。
机械原理课程的内容和任务
内容
机械原理课程主要涉及机构学、机械动力学、机械系统运动学、机械振动以及 机械控制等方面的内容。
任务
通过学习机械原理课程，学生可以掌握机构分析、设计、优化以及控制的基本 理论和方法，培养其解决实际工程问题的能力，为后续的专业课程学习和工程 实践打下坚实的基础。
机械原理课件第七版
汇报人：
202X-12-30
目录
Contents
• 绪论 • 机构组成与分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构
目录
Contents
• 轮系 • 其他常用机构简介 • 机械的运转及其速度波动的调节 • 机械的平衡
01 绪论
机械原理课程的研究对象
机器与机构
机器是一种能够将输入的能量转换为输出的机械能的装置， 而机构则是实现运动和力的传递与变换的装置。机械原理课 程主要研究各种机器与机构的工作原理、组成、运动特性以 及能量转换进程。
05 齿轮机构
齿轮机构的特点和分类
特点
齿轮机构是机械传动中最重要的 机构之一，具有传递效率高、结 构紧凑、工作可靠等优点。
分类
根据齿轮的形状和传动方式，齿 轮机构可分为直齿圆柱齿轮机构 、斜齿圆柱齿轮机构、圆锥齿轮 机构等。
齿轮的构造及模数
构造
齿轮由齿廓、齿根、齿面等部分组成 ，其中齿廓是决定齿轮传动性能的关 键部分。
。
机构运动简图
机构运动简图的作用
注意事项
机构运动简图可以直观地表示机构的 组成和运动情况，便于对机构进行分 析和设计。

作者： 潘存云教授
机构
机械
原动机
机器 工作机
工作机的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。
工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。
传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
中南大学专用
作者： 潘存云教授
中南大学专用
作者： 潘存云教授
§1－2 本课程的研究内容
1. 机构结构分析 基本知识 ▲研究机构运动的可能性; 能否运动 ▲机构运动的确定性；下一个位置和运动方向是否唯一
▲机构运动简图的绘制方法；用简单图形表示复杂机构
▲机构的组成原理和结构分类。 2. 机构的运动学
▲机构上某些特殊点的位置、速度、加速度的求法 和机构的运动规律； 不考虑引起机构运动的力的作用，仅从几何的观点来研究
卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
一般而言， 机械是机器和机构的总称
中南大学专用
机构 机械
机器
作者： 潘存云教授
机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限
机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。
通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。
中南大学专用
机械
机构 机器
通用机构 专用机构 原动机 工作机
作者： 潘存云教授
本课程研究重点：通用机构 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而 成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动

珍妮纺纱机
瓦特的行星轮
维尔金森的镗床
佩尔顿水车
德·拉瓦尔的气轮机
现代工业时期
现代工业的特点是自动化、集成化程 度高。这个时期的机械的大型机械越来 越多，其结构极其复杂，零部件很多， 采用原理也纷繁复杂。其功能适用于人 们生活的方方面面，使得现代人几乎生 活在机器当中。
汽车发动机剖面图
发
动
分析： 绘制简图： C
D4
A 1 B
3 2
5
E
冲床动画
6
小结：
:
1. 分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、 原动部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数 目。
2. 循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对 运动的性质，确定运动副的类型和数目;
3. 恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的 运动平面相平行的平面作为投影面。
导向机构
棘条机构
机械系统的组成
系统 装置 设备 机器 仪器
构件
零件
机械系统 机械产品
部件 零件
机械系统组成的相对性 零件是机械系统中不可拆分的最小组
成部分。 除“零件”外，其他概念均具有相对性
。 如变速箱，作为一个单独的产品，可 以说它是一个机械系统、装置或者设 备，但是把它放到汽车中，它又是汽 车系统的一个组成部件，或者一个分 系统。
§2-3 机构具有确定运动的条件
给定一个独立运动参数： 机构没有确定运动。 给定两个独立运动参数： 机构有确定运动。
◆ 结论
机构具有确定运动时所必须给定的独立运 动参数的数目称为机构的自由度。
机构具有确定运动的条件为：机构原动件数=机构自由度数
◆自由度计算实例分析
F=3n-2 pl – ph