机械原理课件(第八版)
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机械原理第八版孙恒第六章机械的平衡
（2）机构的平衡
作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法 在该构件上平衡，而必须就整个机构加以平衡。 即设法使各运动 构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部分的平衡，以消除或 降低其不良影响。此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的 平衡。
长江大学工程技术学院机械系源自刚性转子的平衡计算§6-2 刚性转子的平衡计算
长江大学工程技术学院机械系
2．部分平衡
平面机构的平衡
机构的部分平衡是对机构的总惯性力只需平衡其中的一部分 的平衡。机构的部分平衡有以下几种方法。
（1）利用平衡机构平衡
例1 曲柄滑块机构的部分平衡 例2 铰链四杆机构的部分平衡
（2）利用平衡质量平衡
（3）利用弹簧平衡
结论 采用往复惯性力的部分平衡法，既可减少惯性力的影 响，又可减少需加的平衡质量。一般对机械的工作较为有利。
现场平衡 就是通过直接测量机器中转子支架的振动，来确 定其不平衡量的大小及方位，进而确定应增加或减去的平衡质量 的大小及方位，使转子得以平衡。
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转子的许用不平衡量
§6-4 转子的许用不平衡量
经过平衡实验的转子，不可避免的还会有一些残存的不平衡。 若要这种残存的不平衡量愈小，则需平衡实验装置愈精密、测试 手段愈先进和平衡技术愈高。 因此，根据工作要求，对转子规定 适当的许用不平衡量是很有必要的。
（1）利用对称机构平衡
（2）利用平衡质量平衡
例1 铰链四杆机构的完全平衡 例2 曲柄滑块机构的完全平衡
研究表明 完全平衡n个构件的单自由度机构的惯性力，应 至少加 n/2个平衡质量，这样就使机构的质量大大增加。所以一 般不采用这种方法，而多采用部分平衡的方法。
结论 采用完全平衡法，平衡效果很好。但会使机构的质量 或体积大为增加，故一般采用部分平衡法。
机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
机械设计第八版(高等教育出版社)PPT课件
直线型特性线弹簧具有不变的刚 度；非直线性特性线弹簧具有变刚度， 称为变刚度弹簧。
弹簧特性线有：直线型、刚度渐 增型、刚度渐减型或几种的组合。
主讲：胡昌军
概述2
概述
三、弹簧变性能 弹簧变性能：是指弹簧变形后所储存的能量。 如加载曲线与卸载曲线不重合，则两者围成的面积，表示在弹簧变形 过程中，因摩擦消耗的能量。 摩擦消耗的能量越大，则弹簧的吸振能力越强。
荷性质等有关，见表15－2。
三、圆柱螺旋弹簧的制造
许用应力
螺旋弹簧的制造工艺包括：
卷制→挂钩的制作或端面圈的精加工→热处理→工艺试验及强压处理。
冷卷：用于簧丝直径 d＜8～10mm的弹簧。 卷制分为：
热卷：卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。
强压处理可以提高弹簧的承载能力。
详细介绍
主讲：胡昌军
§15-3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 §15-3圆柱螺旋弹簧的设计计算1
8G FD d243n8FGC3dn
最大工作载荷 Fmax 作用下的变形量λmax：
压缩弹簧和无初应力的拉簧：
m
a
x
8Fm a xC3n Gd
主讲：胡昌军
详细介绍
圆柱螺旋弹簧计算6
圆柱螺旋弹簧的设计计算
有初应力的拉簧：
max8(FmaG xFd0)C3n
弹簧的有效圈数 n：
压缩弹簧和无初应力的拉簧：
第十五章 弹簧
§15-1 概述 §15-2 圆柱螺旋弹簧的结构、材料、许用应力及制造 §15-3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 §15-4 受变载荷圆柱螺旋弹簧的强度计算
主讲：胡昌军
§15-1概述
§15-1 概 述
1．弹簧的功用
弹簧是一种弹性的元件，它具有刚度小、变形大、在载荷作用下易产 生较大弹性变形等特点，在各类机械中应用十分广泛。
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
机械原理(第八版)第二章 机构的结构分析
A
长江大学工程技术学院机械系
计算平面机构自由度时应注意的事项
（3）复合平面高副 如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公 法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动 副或转动副）。
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计算平面机构自由度时应注意的事项
2.要除去局部自由度 局部自由度 是指机构中某些构件所产生的不影响其他构件运 以F′表示。 动的局部运动的自由度，
若给定机构两个独立运动 , 则机构的运动完全确定。 机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运 动参数的数目，其数目用F表示。
长江大学工程技术学院机械系
机构具有确定运动的条件
结论：机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于 机构的自由度的数目。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不完全确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
1.要正确计算运动副的数目 （1）复合铰链 由m个构件组成的复合 铰链，共有(m-1)个转动副。 （2）同一运动副 如果两构件在多处 接触而构成运动副，且符合下列情况者， 则为同一运动副，即只能算一个运动副。 1）移动副，且移动方向彼此平行或 重合； 2）转动副，且转动轴线重合； 3）平面高副，且各接触点处的公法 线彼此重合。
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机构的结构分析
第二章
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 §2-6 §2-7 §2-8
机构的结构分析
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 机构自由度的计算 计算平面机构自由度时应注意的事项 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 平面机构中的高副低代
D 4 C B 2 A 3 E I 5 F 6 G H
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计算平面机构自由度时应注意的事项
（3）复合平面高副 如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公 法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动 副或转动副）。
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计算平面机构自由度时应注意的事项
2.要除去局部自由度 局部自由度 是指机构中某些构件所产生的不影响其他构件运 以F′表示。 动的局部运动的自由度，
若给定机构两个独立运动 , 则机构的运动完全确定。 机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运 动参数的数目，其数目用F表示。
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机构具有确定运动的条件
结论：机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于 机构的自由度的数目。
如果原动件数<F, 则机构的运动将不完全确定； 如果原动件数>F, 则会导致机构最薄弱环节的损坏。
1.要正确计算运动副的数目 （1）复合铰链 由m个构件组成的复合 铰链，共有(m-1)个转动副。 （2）同一运动副 如果两构件在多处 接触而构成运动副，且符合下列情况者， 则为同一运动副，即只能算一个运动副。 1）移动副，且移动方向彼此平行或 重合； 2）转动副，且转动轴线重合； 3）平面高副，且各接触点处的公法 线彼此重合。
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机构的结构分析
第二章
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 §2-6 §2-7 §2-8
机构的结构分析
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 机构自由度的计算 计算平面机构自由度时应注意的事项 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 平面机构中的高副低代
D 4 C B 2 A 3 E I 5 F 6 G H
机械设计第八版课件(高等教育出版社)
花键联接
渐开线花键：
主讲：胡昌军
花键联接2
花键联接
矩形花键：键齿形状简单，加工方便，可通过磨削获得高精度。 分为：轻、中两个系列。 有：大径、小径和齿宽三种定心方式。 国家标准采用小径定心（定心精度高）。 渐开线花键：强度高，承载能力大，寿命长；
工艺性好，加工精度高；
有自动定心作用。 渐开线花键 压力角＝30°
详细说明
压力角＝45°：齿数多，模数小。多用于轴与薄壁零件 （三角形花键） 之间的联接。
主讲：胡昌军
花键联接
二、花键联接强度计算 其主要失效形式是工作面被压溃（静联接） 或工作面过度磨损（动联接）。 静联接： 动联接：
花键联接3
2T 103 p p zhld m 2T 103 p p zhld m
第五章 键、花键、销和形面联接
§5-1 键联接 §5-2 花键联接 §5-3销联接
§5-4形面联接
键和花键联接是最常用的轴毂联接方式，属于可拆联接。主要用于 轴和轮毂之间的周向固定，并传递转矩。 销联接也常用于轴毂联接，此外，还常用来确定零件之间的相对位 置（定位销），或用作安全保护装置（安全销）。
主讲：胡昌军
§5-2花键联接1
§5-2 花键联接
一、花键联接的特点 花键联接由具有纵向键齿的外花键（花键轴）和内花键（花键孔）组 成。键齿侧面是工作面。可用于静联接，也可用于动联接。 特点：承载能力高，对中性和导向性 好，对轴的削弱小。 但结构复杂，成本较高。 用于定心精度要求高、载荷较大的场合。 矩形花键：
详细说明
导向平键联接和滑键联接（动联接）
其主要失效形式：工作面的过度磨损。 静联接的挤压强度条件为:
主讲：胡昌军
2T p [ p ] kld
机械原理课件第八章精选全文完整版
(3)选不同的构件为机架
低副机构具有运动可逆 性，即无论哪一个构件为机 架，机构各构件间的相对运 动不变。但选取不同构件为 机架时，却可得到不同型式 的机构。这种采用不同构件 为机架的演变方式称为机构 的倒置。
1 2
1 2
曲柄摇杆机构有两个周转副 和两个摆转副
机构？
机构？
选择最短杆的邻边
选择最短杆
1）周转副的条件
平面四杆机构具有整转副→可能存在曲柄。
杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
C C" 则由△B’C’D可得：
b C'
a+d ≤ b+c
B
c
则由△B”C”D可得：
a
B'
B d&A
D
c≤ d-a+b
A
将以上三式两两相加得：
a≤ d, a≤ b, a≤ c
AB为最短杆
连杆
名词解释： 曲柄—作整周定轴回转的构件；
连杆—作平面运动的构件；
摇杆—作定轴摆动的构件；
曲柄
连架杆—与机架相联的构件； 周转副—能作360°相对回转的运动副；
摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。
摇杆
采用教具 铰链四杆机构
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
平行四边形机构 反平行四边形机构
双摇杆机构 等腰梯形机构
①计算θ
E
90°-θ
θ φ
②任取一点D，作等腰三角形
A
腰长为CD，夹角为φ;
θD
③作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。
④如果已知机架(d)的长度，在外接圆，截取A点。 P
④如果不知机架(d)的长度，在外接圆找3个A点，并且需验证最小传动角
机械设计第八版西工课件
Ff为悬垂拉力，与链条松边的垂度和传动的布置方式有关。
在上述各式中，P 为传递的功率（kW)；v为链速(m/s)；q为单位长度链 条的质量(kg/m)。
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设计C时o，p链y节ri数gh以t取2为0偶19数-为2宜01，9这A样s可pose Pty Ltd.
避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承 载能力下降。
滚子链的规格和主要参数
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§9-6 滚子链传动的设计计算 §9-7 链传动的布置、张紧和润滑
链传动的特点及应用
链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。
特点及应用1
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Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
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滚子链链轮的结构和材料
度的链传动中，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；随着链轮
转速的增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于滚子和套筒
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美国山迪亚国家实 验室的科学家，成 功研制了相信是世 界最小的微型机械 人，这微型机械人 体积只有四分之一 立方寸，体重小於 一盎司。
世界最小的微型机械人 World's smallest robot
什么是机器呢？
机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动 的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息， 以代替或减轻人类的劳动。
执行机构
控制系统
原动机用于提供动力
内燃机 化石燃料 水 能 风 能 太阳能 化石燃料 外燃机 水轮机 风力机 太阳能电池 内燃机 机 器 发电机
电动机
机 器
化石燃料
水 能 风 能
外燃机
水轮机 风力机
机 器 机 器
机 器
液压马达 电动机 泵 液 压 缸 气压马达 机 器
电动机
空气压缩机
气 缸
机 器
气动马达输出回转运动，气缸输出往复直线运动。
叶片马达
柱塞马达
气 缸
有导杆气缸
无导杆气缸
传动机构将运动和动力传递或变换给执行机构
在传动机构中一般首先与电机联接的是减速机构，最常用的是各种类型的 减速器、变速器等。
锥齿轮减速器 圆柱齿轮减速器
摆线针轮减速器
短程地对地导弹电舵机
50mm 38mm
50mm
机械原理
第一章 绪论
哈尔滨工业大学
2004年2月
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机 器
机
械 机 构
机械是机器与机构的总称。
什么是机器呢？ 什么是机构呢？
普通车床
数控车床
主轴
数控铣床， 这是一种 机器，主 要用来加 工平面和 曲面。
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
（3）机构的力分析 研究机构的各构件和运动副中力的计算、摩擦及效率 问题。 2、常用机构的设计问题 主要研究：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运 动机构等的设计理论和设计方法。
3、机械系统运动方案设计
主要研究：如何根据机器的功能来确定运动方案。 4、机械动力学问题
主要研究：机械系统的真实运动规律、机械的调速和 机构的平衡。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器
内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
本章结束
飞船与火箭对接
EJ2000的尾喷口
这是最常用的交流异步电动机
这是步进电机，它可以按输入的电脉 冲数回转相应的角度。
这是伺服电动机，它可以精确的控制电动机的输出位移和转速。
液压原动机:
液压原动机的形式是：液压马达和液压油缸。
液压马达输出回转运动，液压油缸输出往复直线运动。
BM型摆线液压马达
液压油缸
气动原动机:
气动原动机的形式是：气动马达和气缸。
50mm
直流伺服电机（100W） 重量<0.7 kg 额定输出扭矩 45 Nm 最大输出扭矩 80 Nm 电动机转速 4200 rpm 输出转速 13 rpm
执行机构用于实现机器的功能，如机床的刀架、机器人的手爪等。
该机器人的手爪协调运动夹持球体实现任 意运动，这是一种智能型机器人。
全方位准椭球齿轮柔性关节
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。
什么是机构呢？
机构可以定义为：是一个具有确定的机械运动的构件
系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。
“机械原理”是一门从力学原理的角度研究机械的组成 、分析与设计基本理论的课程，是一门技术基础课。
在《机械原理》课程中要研究以下内容： 1、机构的分析 （1）机构的结构分析 研究机构的组成原理，即机构组成的一般规律。 研究机构运动的可能性与确定性的条件。 （2）机构的运动分析 研究在给定原动件运动的条件下，机构各点的轨迹、 位移、速度、加速度等运动特性。
数控压弯机
主旋翼
尾 旋 翼
美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机
“神舟五号”发射时的情景。发射塔、 运载火箭都是庞大的机器。
索杰纳火星车 它是美国国家航空航 天局于格林威治时间 1997年7月4日17时07 分发射的火星探路者 号宇宙飞船成功地在 火星表面着陆，该飞 船携带了索杰纳火星 车，这也是一种机器。
常用原动机形式
原动机主要有电动、液动、气动三种形式 从运动形式来划分有回转、往复直线和步进等多种运动形式
电动原动机:
电动原动机的形式是：电动机
从运动形式看，电动机有输出转动的回转电动机和输出往复移动的直 线电动机
从电源形式看，电动机有使用交流电源的交流电动机和使用直流电源 的直流电动机 从控制形式看，有输出位移、速度都不可控制的电动机，有输出位移、 速度、力矩可以控制的控制电动机。
研究内容： 机械设计的一般过程：
需求 分析 确 定 确 定
机械方案
设 计
机械方案 运动分析
工艺方案
工艺参数
机
械
机械结构 设 计
机械工作 能力设计
机械方案
造型设计
动力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
§1-2 现代化机器的组成
一台典型的现代化机器是由四个部分组成的，即 原动机、传动机构、执行机构和控制系统。
原动机
传动机构
机 器
控制系统用于实现机器执行机构之间的工作协调，
或者各机器之间的工作协调。
控制模式
原动机 传动机构 控制系统 原动机 传动机构 控制系统 原动机 传动机构 执行机构 执行机构 执行机构
§1-3 设计与创新
一、设计
设计本身就是一种创造性劳动
设计是基础理论，应用技术和实践经验综合应用的过程
超声波 发生器