机械原理教案.docx

机械原理西北工业大学孙恒主编讲稿第一章绪论S1.-I本课程研究的对Jfc和内容/机构机M-机构综合一运动分析-机械动力学机器1. 1.构件一一运动单元（从运动角度来说不可再分割的部分以内燃机为例：活塞活塞体一活塞环滑环从运动角度讲：它是一个部件,将推力转化为整个元件的往复移动.同理可得：连杆-曲柄，机架簪构件。机构的定义：第一章绪论2. 2.机构定义（1） <1）多个构件的人为组合（2） <2>各构件间有确定的相对运动3. 3.机器除机构定义的二个特征外，另外能进行能朵的转换，4. 4.本课程研究的主要内容各种常用机构及粽合.机构的工作原理.运动分析,参数计算以及有关机涔动力学的一些基本知识.51-2学习的目的本课程作为一门机械系的重点技术基础课,研究机械的运动、工作性能.以及机械动力学方面的基本理论.通过本课程的学习，为学习机械设计、机床、机械制造工艺及其它专业课程打下基础.本课程是Ijmi1.M.JP的一门堂点课程.第二章平面机构的结构分析平面机构：机构的各主要运动构件在同一剖面内（同一平面内），或在几个相互平行的平面内运动。本出的重点：了解机构的基本组成及自由度计算（2）机构具有确定运动的条件（3）掌握机构运动简图的育法52-2运动副及其分类1 .运动副定义：两构件比接接触弁能保证一定运动关系的联结得三要素：两构件、直接接触>判别运动副的前提，Ur动联结/2 .运动副元素：构件上能修直接参加接触以构成运动副的部分.就几何形状来说,不外乎点、雄、面三种形式.3 .分类*低副以副元素为面接触，引入移动副-相对运动为移动.转动副-相对运动为转动.J固定较'活动校高刚-以点或线接触，引入一个约束.I入约束彷况：平面内件在二个自IJ度，即：二移一运动副约束了保留属于约束数1移I转I移海副1I转1移I移移动副22移1转回转副22转I移O刚性结构3I转2移不存在思考：为什么不存在最下斤这种情况？4 .结论：*平面构件组成运动刚只有三种形式（离、移、转）“将引入一个约束的称为一级制<I级），依此类推，引入二个约束的为H级.5 .运动副规定画法（表21.）6 .运动锥定义：通过运动副岷结面构成的相对可动的系统称为开链：运动链的构件未形成曲末封闭的系统（多用在机械手）.闭琏：各构件构成了首末封闭的系统（经常采用）§2.3机构运动倚图1. I.定义-说明机构各内件的相对运动关系的简胞图形.旦以规定线条和符号严格按比例绘制不按比例画出为示意图）2. 2.构件分类：原动件、从动件、机架3. 3.绘制简图的一般步成：1）分清运动状况,认清序当是固定件、原动件2）从原动件开始,按运动传递的顺序，仔细分析各内件之间的相对运动性质，确定构件的数目、运动种类和数目。3选择适当的比例尺，定出各运动副的相对位置，用规定的符号和找条连结各运动副，如；例2-1（图2-8注意：选视图正确,可用局部视图补充,原动件位置选得正确以求图形清晰.§2-4机构具有定运动的条件条件：机构的原动件数=机构的运动自由度数52-5平面机构的自由度计算自由度计算：F=活动构件所可能具有的总自由度-运动副所引入的约束数即：F=3n-2P1.-Ph例1.校联四杆机构F=3×3-2×4-0=1.例2,校联五杆机构F=3×4-2×5-0=2例3.仪表示值机构F=3×6-2×8-I=I例4.计算多杆的自由度F=3n-2P1.-Ph=3×10-2×14=2例5.计算轮系的自由度解：n=4,P1.=4.Pn=2F=3n-2P1.-Ph=3×4-2×4-2=2讨论：#平面机构的自由度F取决于构件的数目、以及运动剧的种类和数11.#要使机构能运动，EX）«F=O.刚性静定结构«FvO.超静定结构§2-6计第平面机构自由度注意事项1. 1.注意配合较琏2. 2.除去用部自由度（b>局部自由度对整个机构运动无关的自由度.如：凸轮机构中的滚子计算方法有两个：I）按起作用的构件数计除，把具有局部自由度的构件除去2）直接计算：F-局部自由度数=实际自由度数3. 3.虚约束虚约束-对机岗0由度影响是曳复的约束另外注意：I）两个构件之间组成多个导路平行的移动副，只有个移动刚起作用.2两个构件之间组成多个轴雄1R合的转动副，只干一个转动副起作用。3）机性中传递运动不起独立作用的对称部分.其中i为i级运动副的约束数»2-7空间机构的自由度计算公式：F=6n-5Ps4P,-3P、-2P：6-ZiE-P1.=解n=3.Ps=2.P4=IPi=IF=6n-5Ps-4P-3P5=(6×3)-(5×2)-(4X1)-3×1.=i如有公共约束(公共约束数m),则：F=(6-m)n-t(i-n)p1.-Mf1.例IO*公共约束数m=4(不能浇三个轴状动和沿Z轴格动故:F=<6-m>n-(5-m)P7Pt-3P$=<6-4)×2-<5-4>×3=IS2-8平面机构的组成原理、结构分类及结构分析图2-291:结构分析基本杆组：V3n-2P-Ph=O=也当全为低副时：3n-2P1.=0：.3它In的组合：n=2.P1.=3IIO1.n=4,P1.=6H1.级组n成为2的倍数，P1.应为3的倍数常用I【级组.n级组少用，更有级的杆组板少用.Ifi2-32I1.级组有5种基本形式（图2-32）川级组有3种基本形式（图233）:§2-9平IM机构中的高副低代（略）“作心：第三章平面机构的运动分析§3-1平面机构运动分析的目的和方法运动分析：就是时机构的位移、速度和加速度进行分析，即根据原动件的运动规律,分析机构上其它构件某些点上的位移、轨迹、速度、加速度(或角位移、角加速度).目的：考虑运动是否干涉，行程是否足肋，计算惯性力，研究动态特性.方法：螃心法图解法解析法§3-2速度解心及其在平面机构速度分析中的应用一、一、瞬心定义：两平面构件作相对运动时，在任一瞬时，郎可以认为它们是境某一理合点作相对转动，该弗合点称瞬时速度中心(简称瞬心)绝对瞬心.构件之一是固定的相对W心一-两个构件都是运动的二、瞬心的数目N个构件(包含机架，峋心总数K：“N(N-I)K=2三、瞬心位置的确定*如果两构件通过运动副连接在一起，螭心位理很容易直接观察确定,(图3-2)两构件不直接接触.则它Q的瞬心位置要借助于“三心定理”图3-2(图3-31、K通过运动副I1.接相联的两构件的脱心*转动副：RJ3-2（八）移动副：图3-2(b)高刚接触：作纯滚动：图3-2(C)既滚动口滑动：图3-2(d)2、心定理三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，必位于同一直雄上。如图33速度瞬心在机构速度分析中的应用例I图3-3铁链四杆机构，设各构件的尺寸均己知，原动件2的回转方向见图，求图示位置从动件4的角速度.解：/P'为构件2、4的瞬心.处&匕=口气匕叱=FA或用匕即：两构件传动比等于该两构件的绝对瞬心(P2PN)至相对脱心P24之间即离的反比.例2图3K凸轮机构.求从动件3的移动速度。过高副元素的接触点K的公法规”"，则"”与瞬心连筏PuP”的交点即为瞬心P”，P”即为2、3两构件的等速双合点,.vvp2j,2P1.2P21.利用断心法对机构进行速度分析虽较简便，但杆件多，瞬心多时就不方便,M心法不能用于机构的加速度分析。§3.3用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析K矢量方程图解法的基本原理基本原理：-依据运动合成原理.矢量方程图解法乂称相对运动图解法.方法：-列出机构运动矢城方程：按方程作图求解，求速度、加速度(1.(1) 构件上两点间的速度、加速度关系(花点法)图3-3如图35,设已知各构件的尺寸及原动件I的运动规律，求各点速度和加速度。解：（1）速度分析a）求C点速度匕=匕+%大小？V?方向VVy其中匕="/小，C点速度可由作图法求出,任选一点P.作速度矢量如图3-5（1»）所示。b）求D点速度大小V?V?方向VVVV所以D点速度也可由作图法求出：分别过b点作直战bd事出于规段BDC点作H戏Cd垂H于城段CD两线相交得d点,连pd.即得VD同时可褥两相对速度Vr）B和V1.K的大小和方向.（VDe在速度图中方向应bfd.VDC在速度图中方向应C>d,将代衣Viw的矢Iftbd移到D点，可知构件2的<-2应为逆时针方向,将代表Vx的矢求cd移到D点，也可知构件2的3?应为逆时针方向）归纳：各速度矢仪构成的图形称为速度笠边形（速度图）：P极点由P向外放射的矢量代表构件相应点的绝对速度；而连接绝对速度端的矢盘代衣相对速度：bed与ZXBCD相似.字母符号的航序也一致.只是前者的位置是后拧沿3方向转过W.".称Abcd为CBCDfiO;-当己知构件上两点的速度时，则该构件上其它任一点的速度便可用速度影像原理求出。构件3的求法：例：大小：=VcsIm-方向：将代衣匕W矢量的胸移至机构图的C点,根据的方向可知3为逆时针方向。（2）加速度分析a）求C点加速度<=%+aCB=%+aCB+aCB大小？VV?方向VVVV作加速度图,如3-5（c）所示，可得*和“的大小和方向.将代表ac,的矢量n'c'平平移至机构图上的C点,其绕B点的转向即为?方向。（逆时针）b）求D点加速度aD=aa>=ac+a=aR+a）B+a'B=f1.（+f1.D<'+f1.DC大小VV?VV?方向VVVVVV所以D点加速度也可由作图法求出：分别过b'点作直成b'n'平行战段DB代表a函，过n，点作垂代表W，从c点作百线cn”平行线段DC代表a*,过n”点作乖11线代表f,两城相交于d,线段Pd即代表m>.加速度关系中也存在影像原理,因此D点的加速度也可以直接从加速度影像中求得.1 .2两构件重合点间的逑度和加速度分析.（重合点法）例如.求图3-5中构件5的角速度和角加速度.蟀：考虑构件4和5,将构件4上的D点作为牵连点，假定将构件5犷大,并把构件5上与D点柬合的点作为动点，即d为牵连点，D,为动点.I）速度分析：匕”=匕>4+匕”“4大小？V?方向VVV所以D3点的速度可由作图法求出，并且3s=Vd"1.Ot2）加速度分析：at>s=a">+'"3a">S+DS=ai>4+aDSD44aDSIH大小V?V?V方向VVVVV其中=（。；>EaDi=aD1.aDSD=4,'zd5>4（注意：木胭=3S）所以D5点的加速度也可由作图法求出。2 .用矢收方程图解法求机构的速度和加速僮例3：§34统合运用瞬心法和矢状方程图解法对复杂机构进行速度分析例32求