《機械原理 第5版》 課件 劉會英 01-緒論、02-機構(gòu)組成、03-機構(gòu)性能

第一章緒論機械原理本章內(nèi)容提要第一節(jié)機械原理課程學習概述第二節(jié)機械的基本概念《機械原理》是什么？為什么學習《機械原理》？如何學習《機械原理》？WWHhat?hy?ow?第一節(jié)機械原理課程學習概述What?《機械原理》是什么？機械原理是一門研究機械的運動學和動力學分析與設(shè)計的基本理論問題的課程。

（——定義）研究對象：機械（機器和機構(gòu)）包含What?《機械原理》是什么？研究內(nèi)容

本課程專門研究各種機器和機構(gòu)的共性的基本理論問題，其主要內(nèi)容有：(1)各種機構(gòu)的分析問題：主要研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)的運動分析和機構(gòu)的受力分析等。(2)常用的各種機構(gòu)的設(shè)計問題。(3)機器動力學問題。(4)機構(gòu)創(chuàng)新與機械系統(tǒng)方案設(shè)計問題。機械原理教學內(nèi)容體系機構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析力分析運動分析機構(gòu)設(shè)計連桿機構(gòu)輪系齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)其他常用機構(gòu)機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計機械設(shè)計機械系統(tǒng)動力學設(shè)計機械系統(tǒng)方案設(shè)計

研究內(nèi)容從機械設(shè)計的一般過程看學習機械原理的重要性。Why?為什么要學習《機械原理》？初期規(guī)劃設(shè)計階段選題調(diào)研預(yù)測可行性論證確定設(shè)計任務(wù)選擇設(shè)計對象，提出設(shè)計題目市場調(diào)查：預(yù)測銷售量及市場占有率技術(shù)調(diào)查：預(yù)測技術(shù)可行性及產(chǎn)品成本同行調(diào)查：預(yù)測領(lǐng)先的可能性論證產(chǎn)品開發(fā)的必要性和產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售上各項措施實施的可能性明確設(shè)計目標及需達到的功能和性能指標調(diào)研報告論證報告設(shè)計任務(wù)書總體方案設(shè)計階段目標分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)，進行功能分析、工藝動作分解，明確各工藝動作的工作原理創(chuàng)新構(gòu)思構(gòu)思執(zhí)行機構(gòu)的運動方案并進行運動規(guī)律設(shè)計、機構(gòu)形式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計方案擬定擬定總體方案，進行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機的選擇和基本參數(shù)設(shè)計方案評價對方案進行有關(guān)計算，做模擬試驗，進行功能、性能評價和技術(shù)、經(jīng)濟評價方案決策選最優(yōu)，確認總體設(shè)計方案，繪制系統(tǒng)運動簡圖，編寫總體方案設(shè)計計算說明書總體方案示意圖、機械系統(tǒng)運動簡圖、運動循環(huán)圖、方案設(shè)計計算說明書結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸設(shè)計圖紙繪制工藝設(shè)計工裝設(shè)計施工設(shè)計結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段生產(chǎn)施工設(shè)計階段從加工工藝、裝配工藝性等因素出發(fā)，設(shè)計零部件的結(jié)構(gòu)形式及連接方法選擇零件材料、熱處理方法和要求，確定零部件各部分的尺寸、公差、精度及制造安裝的技術(shù)條件繪制總裝配圖、各類系統(tǒng)圖、部件裝配圖和零件圖。編制設(shè)計計算說明書進行加工工藝、裝配工藝設(shè)計。制定工藝流程及零部件檢驗標準進行加工、裝配時必要的工具、卡具、夾具和模具的設(shè)計，包括必要的專用加工設(shè)備及裝置的設(shè)計制定裝配調(diào)試、試運行及性能測試的步驟及各階段的技術(shù)指標全套設(shè)計圖紙、設(shè)計計算說明書工藝流程卡、工裝設(shè)計圖、基礎(chǔ)安裝圖、使用說明書等Why?為什么要學習《機械原理》？從機械設(shè)計的一般過程看學習機械原理的重要性認識機械，了解機械本課程對機械的組成原理、工作原理、運動分析以及設(shè)計理論與方法都作了基本介紹，這對于在以后的專業(yè)課學習、實習以及在生活和工作中認識機械、了解機械和進一步創(chuàng)新機械都大有好處。例如：蒸汽機車的驅(qū)動機構(gòu)實質(zhì)上就是平行雙曲柄機構(gòu)與曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用。Why?為什么要學習《機械原理》？掌握方法，分析機構(gòu)

各種機械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個共同的特點：作機械運動。因而，運動幾何學中的相對運動不變原理、相互包絡(luò)原理等基本概念和方法，在各種機構(gòu)的分析和設(shè)計中都得到廣泛應(yīng)用。例如：Why?為什么要學習《機械原理》？曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)開闊思路，設(shè)計與創(chuàng)新機械本課程的目的是提供基本方法，開闊思路，便于學習者運用它。根據(jù)實際要求分析比較各種機構(gòu)的優(yōu)缺點，合理地選擇機構(gòu)，構(gòu)思并設(shè)計基本機構(gòu)和機械系統(tǒng)。例如，以下幾種機構(gòu)都可以實現(xiàn)直線運動，但是在什么情況下用哪種機構(gòu)更好一些，這要由設(shè)計者進行創(chuàng)造性運用。Why?為什么要學習《機械原理》？曲柄滑塊機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)更新觀念，發(fā)展機械學科當今機械學學科的發(fā)展與計算機技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，在學習過程中，要充分利用機構(gòu)分析與計算機快速計算、存儲和比較的功能去解決較為復雜的機構(gòu)設(shè)計問題，要把對機械的研究與其他學科的技術(shù)（電、液、氣、計算機、控制等）充分地結(jié)合起來，去推動機械學科的發(fā)展。Why?為什么要學習《機械原理》？How?如何學習《機械原理》？常上網(wǎng)看看與同學侃侃(BBS)留心處處皆“機械”……多創(chuàng)新實踐動腦動眼動耳動嘴動腿動手多想多看多聽多問（講）多跑多做同老師談?wù)?BBS)保持好習慣——預(yù)習、聽課、討論、作業(yè)、博覽、廣聞、踐行、總結(jié)How?如何學習《機械原理》？常上網(wǎng)看看

課程簡介

基本要求

教學設(shè)計

教學進度

電子教案

CAI課件

網(wǎng)絡(luò)課程

學習指南

師資隊伍

教改成果

教材建設(shè)

課堂錄像

課程設(shè)計

課程實驗

課后作業(yè)知識拓展豐富的網(wǎng)絡(luò)資源從幾個名詞概念開始認識、學習機械:

機器

機構(gòu)

構(gòu)件

零件

機械第二節(jié)機械的基本概念2.機器

是一種可用來傳遞或變換能量、物料與信息的機構(gòu)或機構(gòu)的組合。它有三個特征。在日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器。例如：1.機構(gòu)是用來傳遞與變換運動和動力的可動裝置。它有兩個特征。

它是機器的重要組成部分。例如：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等。例如：

機構(gòu)組成機器兩個特征1）它是人為的實體組合；2）各實體之間具有確定的相對運動；機器的特征3）它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息。從結(jié)構(gòu)與運動的角度分析，二者無異，統(tǒng)稱為機械。機構(gòu)機器3.機械

4.構(gòu)件

所謂構(gòu)件是指機器或機構(gòu)中獨立的運動單元。例如：

5.零件

所謂零件是指機器或機構(gòu)中獨立的制造單元。例如：零件組成構(gòu)件習題

1.辨一辨：辨析以下術(shù)語，并填空。

機器

機構(gòu)

構(gòu)件

零件

機械

2.談一談：談?wù)勀銓C械學科的認識。

3.想一想：說說機械原理課程的地位和作用。

4.練一練：試就某簡單日用機械（如搖頭風扇）分析其組成與工作原理。（）個（）個（）個參考文獻[1]王知行,劉廷榮.機械原理[M].北京:高等教育出版社,2000.[2]孫桓,陳作模.機械原理[M].5版.北京:高等教育出版社,2000.[3]鄭文緯,吳克堅.機械原理[M].北京:高等教育出版社,1997.[4]曹惟慶.機構(gòu)組成原理[M].北京:高等教育出版社,1983.[5]張啟先.空間機構(gòu)的分析與綜合[M].北京:機械工業(yè)出版社,1984.[6]孫桓.機械原理課程參考教案[M].西安:西北工業(yè)大學,1992.[7]申永勝.機械原理教程[M].北京:清華大學出版社,1999.[8]申永勝.機械原理輔導與習題[M].北京:清華大學出版社,1999.進入下一章學習回本章首頁該下課了！第二章機構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)分析機械原理第一節(jié)機構(gòu)的組成第二節(jié)機構(gòu)運動簡圖及其繪制第三節(jié)機構(gòu)自由度的計算第四節(jié)平面機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析第五節(jié)平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合本章內(nèi)容提要

研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)具有確定運動的條件。研究機構(gòu)運動簡圖的繪制方法，即研究如何用簡單的圖形表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)。

研究機構(gòu)的組成原理，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類，以便于對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析。

研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合方法，即研究在滿足預(yù)期運動及工作條件下，如何綜合出機構(gòu)可能的結(jié)構(gòu)形式。機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的目的第一節(jié)機構(gòu)的組成平面機構(gòu)：所有構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)。

1.構(gòu)件構(gòu)件的自由度：構(gòu)件的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。一、平面機構(gòu)的組成原動件:運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。從動件:隨原動件運動的其余活動構(gòu)件。固定件(機架):支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。機器中每一個獨立的運動單元。2.運動副兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的連接。球面高副螺旋副柱面副球銷副球面低副圓柱套筒副轉(zhuǎn)動副移動副平面運動副低副——面接觸（轉(zhuǎn)動副、移動副）高副——點、線接觸（凸輪副、齒輪副)齒輪副凸輪副3.運動鏈將構(gòu)件通過運動副連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。閉式鏈開式鏈構(gòu)件+運動副=運動鏈機構(gòu)=

運動鏈固定一個構(gòu)件的4.機構(gòu)一、平面機構(gòu)運動簡圖

用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副的位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。構(gòu)件表示方法原動件：固定件：構(gòu)件剛化：第二節(jié)機構(gòu)運動簡圖及其繪制運動副表示方法運動副表示方法二、運動簡圖的繪制步驟1.分析機構(gòu)運動，弄清構(gòu)件數(shù)目；4.標注——構(gòu)件編號、運動副字母、原動件箭頭。3.表達運動副和構(gòu)件；三選——選視圖、選比例、選位置2.判定運動副的類型和數(shù)目；

——按接觸情況和相對運動例2-1牛頭刨床運動簡圖試繪制圖示牛頭刨床主運動機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。

牛頭刨床主運動機構(gòu)試繪制圖示擺動式液壓泵的機構(gòu)運動簡圖。

例2-2三、平面機構(gòu)運動簡圖繪制時注意問題1.忽略構(gòu)件外形，關(guān)注運動副關(guān)系；2.視圖平面一般選擇為構(gòu)件的運動平面；3.同一構(gòu)件上的不同零件盡可能用同一數(shù)字標注。機構(gòu)的自由度——機構(gòu)所具有的獨立運動的數(shù)目。第三節(jié)機構(gòu)自由度的計算結(jié)論：

平面低副具有兩個約束，平面高副具有一個約束。轉(zhuǎn)動副構(gòu)件移動副構(gòu)件高副構(gòu)件一、機構(gòu)自由度計算公式例2-3

求鉸鏈四桿機構(gòu)的自由度。（當構(gòu)件1為原動件時，機構(gòu)有確定的相對運動。給出一個參變量

1，構(gòu)件2、3便有一個相應(yīng)位置）

設(shè)機構(gòu)有N個構(gòu)件，N-1=n個活動構(gòu)件，用PL個低副，PH個高副連接后，機構(gòu)的3n個自由度，受到2PL+PH個約束，則機構(gòu)自由度解：n=3，PL=4，PH=0F＝3×3－2×4－0＝1

鉸鏈四桿機構(gòu)解：

n=2，PL=3，PH=0F＝3×2－2×3－0＝0

（機構(gòu)不能運動）例2-5求鉸鏈五桿機構(gòu)的自由度。（構(gòu)件１為原動件，處于AB位置時，構(gòu)件2、3、4位置不確定。當取構(gòu)件1和4為原動件時，機構(gòu)各構(gòu)件的運動確定。）鉸鏈五桿機構(gòu)三桿機構(gòu)例2-4求三桿機構(gòu)的自由度。解：

n=4，PL=5，PH=0

F＝3×4－2×5－0＝2結(jié)論：機構(gòu)具有確定運動的條件是

F>0且F等于原動件數(shù)W。二、機構(gòu)具有確定運動的條件通常，每個原動件只具有一個獨立運動，因此，機構(gòu)自由度數(shù)與原動件的數(shù)目相等時，機構(gòu)才能有確定的運動。牛頭刨床的原動件為電動機例2-6分析牛頭刨床機構(gòu)的自由度。（因原動件數(shù)為1，等于自由度數(shù)，故機構(gòu)具有確定的相對運動。）解：n=6，PL=8，PH=1

F＝3×6－2×8－1＝1

復合鉸鏈——兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相連接。

Ｋ個構(gòu)件，構(gòu)成Ｋ-１個轉(zhuǎn)動副。三、計算平面機構(gòu)自由度時的注意問題（有錯誤嗎？）慣性篩機構(gòu)例2-7計算圖示慣性篩機構(gòu)的自由度。解：此機構(gòu)C處由三個構(gòu)件組成復合鉸鏈，則n=5，PL=7，PH=0。由機構(gòu)自由度公式得

局部自由度F′

——與整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。凸輪機構(gòu)中圖：右圖：（有錯誤嗎？）

虛約束——重復限制機構(gòu)運動的約束。中圖：右圖：軌跡重合——被連接件上的軌跡和機構(gòu)上連接點的軌跡完全重合。平行四邊形機構(gòu)虛約束之一（有錯誤嗎？）

移動副導路平行——兩構(gòu)件在多處構(gòu)成移動副且移動方向彼此平行時，只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。如右圖所示機構(gòu)D、D′之一為虛約束。這時：虛約束之二

虛約束之三

轉(zhuǎn)動副軸線重合——兩構(gòu)件有多處接觸而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且轉(zhuǎn)動軸線相互重合時，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，如右圖，曲軸的兩轉(zhuǎn)動副A

、B之一為虛約束。這時：AB

虛約束之四

高副接觸點公法線重合——兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副且各接觸點處的公法線彼此重合時，只有一個高副起約束作用，如圖中凸輪與從動桿構(gòu)成的兩高副A

、B之一為虛約束。這時：ABF=3×2－2×2－1×1=1虛約束之五

對稱部分——機構(gòu)中存在對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分。行星輪系中的行星輪2′、2〞為虛約束，去掉后行星輪系行星輪2"行星輪2'

例2-8計算大篩機構(gòu)的自由度，并判斷機構(gòu)運動是否確定。

解：由左圖可知滾子具有局部自由度，Ｃ處為復合鉸鏈，

Ｅ、G之一為虛約束。按右圖分析。則因F＝W＝２，所以該機構(gòu)運動是確定的。機構(gòu)自由度計算公式討論：局部自由度數(shù)虛約束數(shù)一、全低副機構(gòu)的組成=基本機構(gòu)+從動件系統(tǒng)試分析曲柄搖桿機構(gòu)的組成特點：全低副機構(gòu)=第四節(jié)平面機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析1.

基本機構(gòu)原動件+機架=一個基本機構(gòu)的自由度數(shù)為12.從動件系統(tǒng)n為2的倍數(shù)，PL為3的倍數(shù)桿組——最簡單的自由度為零的構(gòu)件組——Ⅱ級桿組（Ⅱ級組）a)RRR型b)RRP型c)RPR型d)PRP型e)RPP型——Ⅲ級桿組（Ⅲ級組）基本機構(gòu)+桿組=機構(gòu)若干機構(gòu)的組成原理：任何機構(gòu)都是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的系統(tǒng)。在同一機構(gòu)中可包含不同級別的基本桿組，我們把機構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級數(shù)作為機構(gòu)的級數(shù)，這就是機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類方法。++=

綜上所述，把若干個自由度為零的基本桿組依次連接到原動件和機架上，就可組成一個新的機構(gòu)，其自由度數(shù)與原動件數(shù)目相等。上圖表示了根據(jù)機構(gòu)組成原理組成機構(gòu)的過程。首先把Ⅱ級桿組BCD通過其外副B、D連接到基本機構(gòu)上形成四桿機構(gòu)ABCD。再把Ⅲ級桿組通過外副E、I、J依次與Ⅱ級桿組及機架連接，組成圖示的八桿機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)的級的定義，該機構(gòu)為Ⅲ級機構(gòu)。例2-91.高副低代：將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替。2.應(yīng)滿足的條件：3.替代關(guān)鍵：

高副用一個構(gòu)件、兩個低副代替。過接觸點找曲率中心。二、高副機構(gòu)的組成——用高副低代機構(gòu)分析自由度完全相同。瞬時速度和加速度完全相同。代替機構(gòu)和原機構(gòu)例2-10圖示機構(gòu)中高副用低副取代。43124.高副低代有兩種特殊情況:(1)如果兩接觸輪廓之一為直線，替代轉(zhuǎn)動副演化成移動副,如左圖所示。(2)若兩接觸輪廓之一為一點，其替代方法如右圖所示。方法：例2-11計算上圖所示機構(gòu)的自由度，并確定機構(gòu)的級別。③從遠離原動件的構(gòu)件開始拆桿組，先試拆Ⅱ級組，不成，再拆Ⅲ級組。每拆出一桿組后，剩下部分仍是一個與原機構(gòu)有相同自由度的機構(gòu)，直至只剩下基本機構(gòu)。②高副低代。①正確計算機構(gòu)自由度。三、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析目的：了解已知機構(gòu)的組成情況，并確定機構(gòu)的級別。解：該機構(gòu)自由度，F(xiàn)=3×5－

2×7=1。該機構(gòu)為II級機構(gòu)。該機構(gòu)為低副機構(gòu)。由兩個II級桿組加基本機構(gòu)組成。例2-12計算圖示機構(gòu)的自由度，并分析當構(gòu)件1和5分別為原動件時機構(gòu)的級別。612345解：F=3×5－

2×7=1

構(gòu)件1為原動件時：612435機構(gòu)為Ⅱ級機構(gòu)。123465構(gòu)件5為原動件時：機構(gòu)為Ⅲ級機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)的輸入特性與輸出特性的要求設(shè)計機構(gòu)運動簡圖的過程。機構(gòu)綜合：結(jié)構(gòu)綜合的方法：

基本桿組疊加法。往基本機構(gòu)上連接自由度等于零的基本桿組第五節(jié)平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合

例如：破碎機機構(gòu)就是由兩個II級桿組和基本機構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成的。

平面機構(gòu)如果沒有高副，則可綜合出各種類型的基本桿組，再利用串聯(lián)、并聯(lián)等方式將基本桿組與基本機構(gòu)連接起來，即可得到各種類型的機構(gòu)。例2-13試分析圖示牛頭刨床的結(jié)構(gòu)，如有問題，請改正。a)d)b)c)（2）結(jié)構(gòu)分析解:（1）

計算機構(gòu)自由度

F＝3n－2PL－PH＝3×4－2×6＝0

機構(gòu)不能動。

上頁圖c所示部分不是桿組，機構(gòu)組成不合理。可變成圖d所示桿組。這時機構(gòu)改成如右圖所示的機構(gòu)。該機構(gòu)為Ⅱ級機構(gòu)。請分析其他改進方案？試一試能夠提出幾種？請分析其他改進方案？試一試能夠提出幾種？大討論分析總結(jié)使機構(gòu)增加一個自由度的方法。繪制機構(gòu)運動簡圖計算自由度結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)綜合→→結(jié)構(gòu)？NY構(gòu)件+運動副→→運動鏈→→F>0?→→機構(gòu)有確定運動的條件(1)分析運動，數(shù)清構(gòu)件(2)判定運動副性質(zhì)并表達之(3)表達構(gòu)件注意：(1)復合鉸鏈

(2)局部自由度

(3)虛約束F=原動件數(shù)機構(gòu)=基本機構(gòu)+桿組桿組：3n=2PL二級桿組：n=2，PL=3三級桿組：n=4，PL=6零件機器機械高副低副轉(zhuǎn)動副移動副代機架主動件從動件本章小結(jié)進入下一章學習回本章首頁該下課了！第三章平面機構(gòu)的性能分析機械原理第一節(jié)平面機構(gòu)的運動分析第二節(jié)平面機構(gòu)的力分析本章內(nèi)容提要機構(gòu)運動分析：目的：方法：1一、機構(gòu)運動分析的目的和方法第一節(jié)平面機構(gòu)的運動分析根據(jù)原動件已知運動規(guī)律求其他構(gòu)件上某點的位移、速度、加速度及構(gòu)件角位移、角速度、角加速度。

確定構(gòu)件運動空間、行程及某點的軌跡；判定構(gòu)件是否干涉；為機構(gòu)受力分析做準備。圖解法（速度瞬心法、矢量方程圖解法）；解析法。圖解法作機構(gòu)位置圖：由原動件開始，按機構(gòu)組成順序，逐步按桿組依次確定各運動副的位置。動點軌跡：作出機構(gòu)位置圖后，任何動點的位置隨之確定。同一動點的一系列位置的連線，即是該動點的軌跡。二、平面機構(gòu)的位置圖及動點軌跡的求法平面機構(gòu)的位置圖平面機構(gòu)的動點軌跡速度瞬心

做平面相對運動的兩構(gòu)件上，瞬時相對速度為零的點或瞬時絕對速度相等的點。用Pij表示。2.瞬心的數(shù)目

設(shè)N

為組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)（含機架），K為瞬心數(shù)，則若該點絕對速度為零——絕對瞬心。若該點絕對速度不為零——相對瞬心。三、速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用12P12(1)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副

轉(zhuǎn)動副中心即為瞬心(2)兩構(gòu)件組成移動副

瞬心位于移動副導路的垂直方向上無窮遠處12P12∞(3)兩構(gòu)件組成高副

瞬心位于接觸點公法線nn上某一點12P12nn3.瞬心的位置(4)兩構(gòu)件不直接成副

用三心定理確定瞬心三心定理：

三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的三個瞬心必位于同一直線上。證明：

設(shè)三個構(gòu)件應(yīng)有三個瞬心，已知P12、P13，何處為P23？要滿足瞬心定義，P12、P13、P23必位于一條直線上。K321vK3P12P13

2

3vK2例3-1已知構(gòu)件1為原動件，求四桿機構(gòu)的全部瞬心及C點速度和構(gòu)件2及構(gòu)件3的角速度。4.用瞬心法進行機構(gòu)速度分析(1)求C點速度及構(gòu)件2角速度vB

=ABω1ω2=vBBP24vC

=CP24ω2(2)求構(gòu)件3的角速度vP13

=AP13ω1ω3=DP13vP13=DP13ω3(2)可求某構(gòu)件的角速度。(1)可求某一構(gòu)件上某點的速度。(3)不便對構(gòu)件較多的機構(gòu)進行速度分析，且不能進行加速度分析。1)找出該構(gòu)件的絕對瞬心；2)求該構(gòu)件與已知構(gòu)件相對瞬心一點的速度；3)求出該構(gòu)件角速度；4)求出該構(gòu)件上某點的速度。1)找出該構(gòu)件的絕對瞬心；2)找出該構(gòu)件與已知構(gòu)件的相對瞬心；3)兩構(gòu)件的角速度之比等于其絕對瞬心至其相對瞬心的距離的反比。小結(jié)瞬心法矢量——具有大小和方向的物理量回顧一下。。。四、用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析ωεOaAn=0Aω2剛體轉(zhuǎn)動：AaAτ=0Aε回顧一下。。。剛體平動：aAnaAτvA=0Aω剛體上任一直線始終與原位置平行。剛體平動時各點速度和加速度均相同。平面運動：可分解為平動加轉(zhuǎn)動回顧一下。。。剛體平面運動：剛體內(nèi)任一點與某個固定平面之間的距離始終保持不變。1.同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系C點運動=隨B點平動+繞B點轉(zhuǎn)動ABC1

1234E例3-2已知圖示機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸及原動件1的角速度

1，求C點的速度vc及構(gòu)件2和構(gòu)件3的角速度

2及

3。解：

(1)列矢量方程,

分析各矢量大小和方向。(2)定比例尺，作矢量圖。(3)量取圖示尺寸，求解未知量。求E點的速度vE。ABC1

1234D

大?。海縧AB

1

？

方向：⊥CD⊥AB⊥BC列方程:

pbc定比例尺：作矢量圖：求未知量：ABC1

1234D

大?。骸?？√？方向：⊥AB⊥EB⊥CD⊥EC列方程:

pbce求E點的速度vEEABC1

1234D速度多邊形特性：(1)連接極點p和任一點的矢量代表該點的絕對速度，指向為從p指向該點。(2)連接其他任意兩點的矢量代表該兩點的相對速度，指向與速度角標相反。(3)極點代表構(gòu)件上速度為零的點。(4)因

bce與

BCE相似，故圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的速度影像。

pbceEABC1

1234D例3-3已知原動件1的角速度

1，并求出了構(gòu)件2和3的角速度

2及

3。求C點的加速度ac及構(gòu)件3的角加速度

3。求E點的加速度aE。解：

(1)列矢量方程，(2)定比例尺，作矢量圖。(3)量取圖示尺寸，求解未知量。分析各矢量大小和方向。EABC1

1234D大?。?/p>

lCD

32

？lAB

12

0lBC

22

？

方向：

C→D⊥CD

B→A⊥AB

C→B⊥BC列方程：定比例尺：p’b’c’n3n2e’EABC1

1234D加速度多邊形特性(1)連接極點p'和任一點的矢量代表該點的絕對加速度，指向是從p'點指向該點。(2)連接其他任意兩點的矢量代表該兩點的相對加速度，指向與加速度的下角標相反。(3)極點p'代表構(gòu)件上加速度為零的點。(4)因

b'c'e'與

BCE相似，故圖形b'c'e'稱為構(gòu)件圖形BCE的加速度影像。P'b'c'n3n2e’EABC1

1234D平面機構(gòu)的運動分析運動傳遞：1→2→3→4→5知求1→B1(B2)→B3→D→E(5)CF求解順序：桿組2-3影像法桿組4-5桿組2-3桿組4-5同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系兩個構(gòu)件重合點間速度、加速度關(guān)系2.

兩個構(gòu)件（組成移動副）重合點間速度、加速度關(guān)系B2點運動=

B3點牽連運動+B2與B3的相對運動4A1B2C3絕對運動：構(gòu)件2上B點相對于機架的運動牽連運動：構(gòu)件3相對于機架的運動相對運動：構(gòu)件2上B點相對于構(gòu)件3的運動速度合成定理絕對速度=牽連速度+相對速度加速度合成定理牽連運動為平動時絕對加速度

=牽連加速度+相對加速度牽連運動為定軸轉(zhuǎn)動時絕對加速度

=牽連加速度+相對加速度+哥式加速度例3-4已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，求

3

、

3。4A1B2C3

1列方程：

大?。簂AB

1

？

？

方向：⊥AB⊥BC∥BC定比例尺：作矢量圖：pb2b3解：(1)求構(gòu)件3的角速度

3。4A1B2C3

1作矢量圖：大?。?/p>

lAB

120lBC

32

？

？

2

3vB2B3

方向：

B→A⊥AB

B→C⊥BC∥BC⊥BC定比例尺：p’b2’b3’b3’’k(2)求構(gòu)件3的角加速度

3。列方程：例3-5已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，分析B點的加速度。4A1B2C3

1例3-6已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，分析構(gòu)件3的角速度和角加速度。A1B2C3D

14⊥AB⊥BC∥DCpb2b3B→AB→C⊥BC∥DC⊥DC

√√？？√p'b2'n3b3'k

√?？

兩構(gòu)件重合點間運動關(guān)系分析時應(yīng)注意：(1)

滑塊與導桿相對移動時，滑塊角速度同導桿一致。(2)

對于活動導路為轉(zhuǎn)動的移動副進行加速度分析時，除牽連加速度和相對加速度之外，應(yīng)添加：哥氏加速度aKC2C1其大小為

aKC2C1

=2

1vC2C1其方向為相對速度vC2C1按牽連角速度

1的方向轉(zhuǎn)過90的指向。例3-7綜合運用瞬心法和矢量方程圖解法，對復雜機構(gòu)進行速度分析。++=67B→C→E→F→G→H↑↑↑↑↑DDP58JI課堂測驗：試用圖解法對圖示平面機構(gòu)進行運動分析運動傳遞：1→2→3→4→5知求1→B1(B2)→B3→D→E(5)CF求解順序：桿組2-3影像法桿組4-5桿組2-3桿組4-5同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系兩個構(gòu)件重合點間速度、加速度關(guān)系列方程、畫速度加速度多邊形示意圖圖解法小結(jié)：（1）直觀、方便；（2）精度不高；（3）分析一系列位置不便。封閉矢量多邊形投影法矩陣法復數(shù)矢量法桿組法位置分析是關(guān)鍵！位置分析確定后，對時間求一階、二階導數(shù)，就可得到速度、加速度。五、用解析法作機構(gòu)的運動分析ABCD1234xy

1

2

31.位置分析2.速度分析3.加速度分析

封閉矢量多邊形投影法ABCD1234xy

1

2

3

矩陣法以速度分析為例：用矩陣表示：式中：——機構(gòu)從動件位置參數(shù)矩陣——機構(gòu)從動件速度矩陣——機構(gòu)原動件位置參數(shù)矩陣課堂小結(jié)2.矢量方程圖解法進行運動分析矢量方程，1.瞬心法對簡單機構(gòu)進行速度分析速度瞬心的概念；三心定理的應(yīng)用。兩種情況：同一構(gòu)件上兩點間運動關(guān)系分析；組成移動副兩構(gòu)件重合點間運動關(guān)系分析。速度多邊形及加速度多邊形作法及特性。3.解析法進行運動分析的基本思路機構(gòu)位置方程的建立。作業(yè)：3-1、3-4、3-9、3-10（選做）、補充題練習

在圖示機構(gòu)中，設(shè)已知各構(gòu)件長度lAD=85mm，lAB=25mm，lCD=45mm，lBC=70mm，原動件以角速度ω1=10rad/s轉(zhuǎn)動，試用圖解法求在圖示位置時E點的速度vE和加速度aE，以及構(gòu)件2的角速度ω2和角加速度ε2。預(yù)習內(nèi)容：

平面機構(gòu)力分析1.作用在機構(gòu)上的力驅(qū)動力——促使機構(gòu)運動的力。

特征：力與受力點速度方向相同或成銳角。阻抗力——阻止機構(gòu)運動的力。

特征：力與受力點速度方向相反或成鈍角。

一、機構(gòu)中所受的力及力分析的目的和方法第二節(jié)平面機構(gòu)的力分析2.力分析的目的和方法目的：確定運動副中反力，從而計算構(gòu)件強度；確定機械功率、效率;

確定平衡力。方法：

不計慣性力——靜力分析（低速機械）計及慣性力——動態(tài)靜力分析（高速機械）（圖解法、解析法）(1)作平面復合運動的構(gòu)件PIPI′lh質(zhì)心處慣性力

PI=-m

aS慣性力偶矩

MI=-JS

合成為：PI'lh=MI/PI

1.一般力學方法

二、構(gòu)件慣性力的確定ABCDass

MIPIABCaSs(2)作平面移動的構(gòu)件質(zhì)心處的慣性力

PI=-maSSaSaStaSn

(3)作定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動慣性力偶矩

MI=-JS

繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動PIPI'質(zhì)心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩

MI=-JS

合成：PI'S

MIMI

按一定的條件將構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于若干選定點上的質(zhì)量來代換，并使其慣性效果與原來相同——質(zhì)量代換法。

選定點——代換點集中于代換點的質(zhì)量——代換質(zhì)量2.質(zhì)量代換法代換條件構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變；構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。mB+mK=mmBb=mKkmBb2+mKk2=JSmB=mk/(k+b)mk=mb/(k+b)k=JS/mbSBKmBmKbkm代換類型此時可同時選定B、K兩點，mB=mk/(k+b)保證PI不變。mK=mb/(k+b)此時只能選定一點B，K點由計算確定，保證PI、MI均不變。滿足構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變；構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變?！獎哟鷵Q滿足構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變?！o代換質(zhì)心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩MI=-JS

連桿質(zhì)量m，質(zhì)心s：PCIPI選定B、C兩點作靜代換PBI代換質(zhì)量：mb、mcB處慣性力

PBI=-mbaBC處慣性力

PCI=-mcaCABCsMI1.構(gòu)件組的靜定條件RRnncR運動副反力分析反力通過轉(zhuǎn)動副中心反力沿導路垂線方向反力過接觸點沿公法線已知作用點，未知大小和方向已知方向，未知作用點和大小已知作用點和方向，未知大小

轉(zhuǎn)動副移動副高副

三、圖解法作機構(gòu)動態(tài)靜力分析設(shè)：構(gòu)件數(shù)為n，低副數(shù)為PL，高副數(shù)為PH，基本桿組是靜定的，受力分析時，應(yīng)以基本桿組為隔離體。若運動副全為低副，條件為

3n-2PL=0即3n=2PL即3n–2PL

–PH

=0——力的靜定條件則：平衡方程數(shù)為3n,未知要素數(shù)為2PL+PH，須滿足3n=2PL+PH2.機構(gòu)動態(tài)靜力分析方法(1)機構(gòu)運動分析；(3)拆桿組并逐一對基本桿組進行受力分析，寫出矢量平衡方程，作矢量多邊形，求解未知力。(2)求各構(gòu)件慣性力，作為外力和外力矩加在相應(yīng)構(gòu)件上；

畫出構(gòu)件上的已知外力、慣性力、拆桿組后運動副之間的反力。例3-8已知圖示機構(gòu)中各構(gòu)件尺寸及構(gòu)件3的重量G3、轉(zhuǎn)動慣量J3，滑塊5的重量G5及生產(chǎn)阻力Fr，求各運動副反力及原動件1上應(yīng)加的平衡力矩Mb。pb2b3P'b2’n3b3’kded'e’(1)運動分析4A1B2C3

15DEs3G3G56Frds3'4A1B2C3

15DEs3G3G5(2)求慣性力及慣性力偶矩構(gòu)件3上慣性力構(gòu)件3上慣性力偶矩FI3'h3FI3'滑塊5上慣性力FI5'G5FI5'(3)拆桿組進行受力分析45FrR654A1B2C3

15DEs3G3FI3'h3FI5'6R34G5FrFI5R65R34(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）4A1B2C3

15DEs3G3FI3'h3FI5'6G5FrFI5R65R3423FI3'h3G3R43R12R43R12FI3G3ΣMC=04A1B2C3

15DEs3G3FI5'6R21G5FrFI5R65R34R43R12FI31R61MbR63平衡力矩：Mb運動副反力：R61、R12、R63、R43、R65(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）(3)

作力多邊形時，同一構(gòu)件上的作用力應(yīng)放在一起，成對的力銜接畫，將只知方向不知大小的力作為力多邊形的封閉邊。圖解法進行機構(gòu)動態(tài)靜力分析時應(yīng)注意：(2)

基本桿組外端副為轉(zhuǎn)動副時，反力分解為沿構(gòu)件軸線和垂直于構(gòu)件軸線的兩個分力。借助于力矩平衡條件，對內(nèi)端副取力矩，求出垂直分力的大小。(1)

基本桿組的拆分順序應(yīng)從離作用有未知平衡力構(gòu)件最遠的基本桿組開始，最后剩下作用有未知平衡力的構(gòu)件，而不管該構(gòu)件是原動件還是從動件。本章小結(jié)機構(gòu)慣性力的確定；質(zhì)量代換法；平面復雜運動構(gòu)件的慣性力質(zhì)量代換的條件及代換意義

機構(gòu)動態(tài)靜力分析。適用場合，分析方法及平衡力的意義作業(yè)：4-8，4-9（靜代換），4-16預(yù)習內(nèi)容：運動副中的摩擦、機械效率及自鎖摩擦的影響：運動副元素受磨損，降低強度、精度、壽命；發(fā)熱膨脹、運轉(zhuǎn)不靈、潤滑惡化；降低效率。研究目的：了解運動副中摩擦狀況并掌握其分析計算方法，以減小摩擦的不利影響，充分發(fā)揮其有利作用。1.研究機械中摩擦的目的四、機械的摩擦和機械效率QPv1212(1)移動副中的摩擦平面摩擦N21F21R21法向反力N21=Q摩擦力F21=fN21=fQ合成為總反力R21

——摩擦角tan

=F21/N21=f考慮摩擦時，移動副中總反力偏離法向一摩擦角。

偏離方向與運動方向相反。2.運動副中的摩擦

12Qv12P

槽面摩擦N21/2N21/2F21法向反力

N21=Q/sin

摩擦力

F21=fN21=fQ/sin=fvQ

fv=f/sin

——當量摩擦系數(shù)tan

v=fv

v——當量摩擦角

vR21

受力分析

v12QP21N21F21滑塊沿斜面勻速上升法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21R21

P+Q+R21=0驅(qū)動力P=Qtan(+)PQR21

+

受力分析滑塊沿斜面勻速下降法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21P'+Q+R21=0

阻抗力P'=Qtan(-)

v12QP'21N21F21R21

-

P'QR21當

＜

時，P'為負

——驅(qū)動力螺母逆Q而上時P=Qtan(

+

)即正行程M=Pd2/2=