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1、機械原理（試講）主講人：米振華1蒼松課資第一章第一章 緒緒 論論1-1本課程研究的對象及內(nèi)容本課程研究的對象及內(nèi)容“機械原理”(Mechanical Principle)研究的對象是機械，研究的內(nèi)容是有關機械(mechanism)的基本理論問題。機械機械是機器(machine)和機構(mechanism)的總稱。右圖所示為一內(nèi)燃機示意圖，主要由以下機構組成：活塞(piston)、連桿(connecting rod)、曲軸和機架(frame)組成連桿機構；大齒輪(gear)、小齒輪和機架組成齒輪機構；凸輪(cam)、推桿和機架組成凸輪機構。2蒼松課資 除了機器外，實際中存在如圖1-2所示的開窗機

2、構和如圖1-3所示的千斤頂，它們借助于人力驅(qū)動實現(xiàn)所需的運動或傳遞力。這些裝置我們稱之為機構。圖1-2 開窗機構圖1-3 千斤頂3蒼松課資 機器的特征機器的特征：1.它們是由零件人為裝配組合而成的實物體；2.各實物體之間具有確定的相對運動；3.能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)化機械能。機構的特征：機構的特征：機構具有機器特征中的前兩個特征。機器與機械的共有特征決定了機器與機構可以統(tǒng)稱為機械。本課程研究的內(nèi)容：本課程研究的內(nèi)容：1.機構結構分析的基本知識 2.機構的運動分析 3.機器動力學 4.常用機構的分析與設計 5.機構的選型及機械傳動系統(tǒng)的設計 本課程研究的內(nèi)容可以概括為兩個方面，第一是介紹對已有機

3、械進行結構、運動和動力分析的方法，第二是探索根據(jù)運動和動力性能方面的要求設計新機械的途徑。4蒼松課資l-2 學習本課程的目的學習本課程的目的 本課程所學的內(nèi)容乃是研究現(xiàn)有機械的運動及工作性能和設計新機械的知識基礎。所以它成為機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課程，并為專業(yè)課程打下基礎。l-3 如何進行本課程的學習如何進行本課程的學習 在學習本課程的過程中，要著重注意搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機構分析和綜合的基本方法。在本課程的學習過程中，要注意培養(yǎng)自己運用所學的基本理論和方法去分析和解決工程實際問題的能力。為此要十分注意各種理論和方法的適用范圍和條件，以求能逐步做到正確而靈活的應用。

4、5蒼松課資第二章第二章 平面機構的結構分析平面機構的結構分析2-1 機構結構分析的內(nèi)容及目的機構結構分析的內(nèi)容及目的 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：(1)研究機構的組成及其具有確定運動的條件；(2)根據(jù)結構特點進行機構的結構分類；(3)研究機構的組成原理。研究目的：研究目的：在機構設計中，需要知道機構是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動；對機構組成原理的研究還可以為新機構的創(chuàng)造提供途徑；通過對機構的結構分析與分類，可以為舉一反三地研究機構的運動分析和動力分析提供方便。6蒼松課資2-2 機構的組成機構的組成 1.構件構件 構件(link)機器中每一個獨立的運動單元體。2.運動副運動副 由兩

5、個構件組成的可動的聯(lián)接稱為運動副運動副(kinematics pair)。而把兩構件上能夠參加接觸而構成運動副的表面稱為運動副元素運動副元素。例如軸與軸襯的配合(圖2-1)，滑塊與導軌的接觸(圖2-2)。圖圖2-1 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 圖圖2-2 移動副移動副 7蒼松課資 兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2-3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c)。圖圖2-3,b圖圖2-3,c圖圖2-3,a 齒輪副齒輪副 8蒼松課資 任意兩個構件1與2，當它們尚未構起運動副之前，構件1相對于構件2共有6個相對運動的自由度。當兩構件以某種方式相聯(lián)接而構成運動副，則兩者間的相對運動便受到一定的約

6、束，其相對運動自由度減少的數(shù)目就等于該運動副所引入的約束的數(shù)目。兩構件構成運動副后所受到的約束數(shù)最少為1(如圖2-3，b所示的運動副)，而最多為5(如圖2-1和2-2所示的運動副)9蒼松課資 運動副的分類運動副的分類：(1)按引入約束的數(shù)目分：I級副、級副、級副、級副、級副。(2)按兩構件的接觸情況進行分：點或線接觸而構成的運動副統(tǒng)稱為高副；面接觸(surface contact)而構成的運動副則稱為低副(lower pair)。(3)按兩構件之間的相對運動的不同分：轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副(revolute pair)、移動副(sliding pair)、螺旋副、球面副、平面運動(plane moti

7、on)副、空間運動副。圖圖2-5 螺旋副螺旋副圖圖2-6 球面副球面副10蒼松課資 3.運動鏈運動鏈 把兩個以上的構件通過運動副的聯(lián)接而構成的相對可動的系統(tǒng)稱為運運動鏈動鏈(kinematics chin)。如果運動鏈的各構件構成了首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為閉式運動鏈或簡稱閉鏈(圖2-7，a和b)；如果運動鏈的構件未構成首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為開式運動鏈，或簡稱開鏈(圖2-7，c和d)。11蒼松課資 4.機構機構 在運動鏈中，如果將某一構件加以固定而成為機架，則這種運動鏈便成為機構。機構中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構件稱為原動件；而其余活動構件則稱為從動件。從動件的運動規(guī)律決定于原動件的運動

8、規(guī)律和機構的結構。2-3 機構運動簡圖機構運動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構的構件和運動副，并按一定的比例尺表示運動副的相對位置的簡單圖形稱為機構運動簡圖機構運動簡圖(kinematic sketch of mechanism)。繪制步驟如下：(1)分析機構的運動情況，定出其原動部分、工作部分，搞清楚傳動部分。(2)合理選擇投影面及原動件適當?shù)耐队八矔r位置。(3)選擇適當?shù)谋壤?scale)。(4)用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。(5)檢驗。12蒼松課資61AOF2345BDEC顎式碎石機ab圖2-813蒼松課資2-4 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件 機構具有確定運動

9、時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，稱為機構的自由度。機構具有確定運動的條件：機構的自由度必須大于或等于l，且機構原動件的數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目。如圖2-10，只有在給構件4確定運動規(guī)律后，此時系統(tǒng)才成為機構。圖2-9圖2-1014蒼松課資2-5 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算 平面機構自由度計算公式2-6 計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項 1.復合鉸鏈：兩個以上的構件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，如圖2-11所示。若有m個構件以復合鉸鏈(joint)相聯(lián)接時，其構成的轉(zhuǎn)動副數(shù)應等于(m-1)個。圖2-1115蒼松課資 2.局部自由度 在有些機構中，某些

10、構件所產(chǎn)生的局部運動，并不影響其他構件的運動。我們把這種局部運動的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計算機構的自由度時，應從機構自由度的計算公式中將局部自由度減去。對于圖示凸輪機構自由度為 F=33-(23+1)-1=1 凸輪機構三維實體圖圖2-1216蒼松課資 3.虛約束 在機構中，有些運動副帶入的約束，對機構的運動實際上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機構的自由度時應將這類虛約束除去。機構中的虛約束常發(fā)生在下列情況：1)在機構中如果兩構件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接其聯(lián)接點的運動軌跡重合，則該聯(lián)接將帶入1個虛約束。如圖214所示的機構簡圖。F=3*n2PlPh=3*42*6=0 錯 F=3*

11、n2PlPh=3*32*4=1 對圖2-1317蒼松課資 2)如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方向彼此平行(如圖2-14所示)，則只能算一個移動副。如果兩構件在多處相配合而構成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合(如2-15所示)，則只能算一個轉(zhuǎn)動副。如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合(如圖2-16所示)，則只能算一個平面高副。圖2-14圖2-15圖2-1618蒼松課資 3)在機構運動的過程中，若兩構件上某兩點之間的距離始終保持不變，則如用雙轉(zhuǎn)動副桿將此兩點相聯(lián)，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。4)在機構中，某些不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束亦為虛約束，如圖2-18所示。F=3*n2PlPh=3*42*6=0 錯 F=3*n2PlPh=3*52*56=-1 錯F=3*n2PlPh=3*32*4=1 對 F=3*n2PlPh=3*32*32=2 對 圖2-17圖2-1819蒼松課資