哈工大机械原理全部课程
哈工程机械原理课件第十二章
取 Jea≈ Jeb
令
Je
从而
d
DWmax 2 wm J e
或
Je
DWmax
2 w md
2.飞轮转动惯量的近似计算 当 d > [d] 时, 可增加一个转动惯量为 JF 的大质量的圆盘 — 飞轮.
DWmax [d ] 并使 d 2 wm ( J e J F ) DWmax [d ] 一般, JF 》Je 故. d 2 wm J F
d
最大盈亏功的求取
1. 分析: DWmax 为 wmin 到 wmax 区间的外力功. DWmax = Emax - Emin 按
DWmax JF≥——— 2 wm [d]
w
wmax
wmin
a
b
f
w2 dJF Me = Med - Mec = J e + — —— JF = 常 J e e F 2 dt
只要 Wd ≠ Wc ,
§2 机械系统运动方程和等效量
一、机械系统运动方程
M1
B
A 1
F2 2
C
S2 4
(力与运动关系的方程)
3
F3
dE = dW
或 dE = Pdt
dt 瞬间内 系统总动能的增量 = 系统各外力作的元功之和
1 m v 2 + — J w 2）= S(F v cosa + M w )dt 1 dS(— i Si 2 Si i i i i i i 2
+25
-50
f
a b c d e f g h
3.
= 575 (Nm) DWmax JF = ——— [d] wm2
DWmax = 2pnm 2 [d]( ——) 60 900 DWmax = [d]p2 nm2 =
哈工大机械原理知识点整理
哈工大机械原理知识点整理机械原理是机械学中的基础课程，旨在通过对物体受力、运动以及相互作用等现象的研究，揭示物体运动的规律和特性。
哈尔滨工业大学机械原理的教学内容主要包括力的作用与受力分析、力的组合、运动学基本原理、功、能和动力学基本原理等，下面是对哈尔滨工业大学机械原理的主要知识点进行整理。
一、力与受力分析1.力的概念与具体表现形式：力的概念、力的分类、力的单位、力的矢量表示、力的直观表现形式；2.力的作用与力的效果：力的作用条件、内力与外力、相互作用力、力的效果与力的平衡；3.力的分解与合成：力的平行四边形法则、力的三角形法则、力的正交分解、力的合成与合力；4.牛顿定律与爱因斯坦力学：牛顿定律、爱因斯坦的质能关系。
二、力的组合1.力的合成与分解：力的合成、力的分解；2.力的平衡：力的合力与力的平衡、力的合力与力矩的平衡、力的合力与平衡方程。
三、运动学基本原理1.点的运动分析：点的位置、点的位移、点的速度、点的加速度；2.物体速度的矢量与正交分解：速度的矢量表示、速度的正交分解；3.平面运动分析：平面运动的描述、平面定位法、平面速度分析、平面加速度分析；4.物体运动与相对运动：相对运动的描述、相对速度、相对加速度；5.运动学基本定律：匀速直线运动、匀加速直线运动、自由落体运动、水平抛体运动、斜抛体运动。
四、功、能和动力学基本原理1.功的概念与计算：功的概念、功的计算公式、功率；2.动能与动能定理：动能的概念、动能定理、动能的变化；3.动力学基本定理：牛顿第二定律、牛顿第三定律、动力学基本方程；4.机械能守恒定律：机械能的概念、机械能守恒定律。
此外，岛链李记培训在哈尔滨工业大学机械原理的教学中，还会涉及到摩擦力、弹性碰撞、补偿曲线、矩和力矩、静力学平衡、静力支撑图和弹簧等相关内容。
哈工大机械原理课程设计
Harbin Institute of Technology机械原理课程设计说明书课程名称：机械原理设计题目：产品包装生产线（方案1）院系：机电学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：一、绪论机械原理课程设计是在我们学习了机械原理之后的实践项目，通过老师和书本的传授，我们了解了机构的结构，掌握了机构的简化方式与运动规律，理论知识需要与实践相结合，这便是课程设计的重要性。
我们每个人都需要独立完成一个简单机构的设计，计算各机构的尺寸，同时还需要编写符合规范的设计说明书，正确绘制相关图纸。
通过这个项目，我们应学会如何收集与分析资料，如何正确阅读与书写说明书，如何利用现代化的设备辅助工作。
这种真正动手动脑的设计有效的增强我们对该课程的理解与领会，同时培养了我们的创新能力，为以后机械设计课程打下了坚实的基础。
二、设计题目产品包装生产线使用功能描述图中所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长⨯宽⨯高=⨯⨯0，小包装产品送至A处达到2包时，被送到下一个工位进行包装。
原动机转速为1430rpm，每分钟向下一工位可以分别输送14，22，30件小包装产品。
产品包装生产线（方案一）功能简图三、设计机械系统运动循环图由设计题目可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行构件1，在A处把产品推到下一工位的是执行构件2，这两个执行构件的运动协调关系如图所示。
ϕ1ϕ1执行构件一执行构件二ϕ01ϕ02运动循环图图中ϕ1 是执行构件1的工作周期，ϕ01 是执行构件2的工作周期，ϕ02是执行构件2的动作周期。
因此，执行构件1是做连续往复运动，执行构件2是间歇运动，执行构件2的工作周期ϕ01 是执行构件1的工作周期T1的2倍。
执行构件2的动作周期ϕ02则只有执行构件1的工作周期T1的二分之一左右。
四、 设计机械系统运动功能系统图根据分析，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有的运动功能如图所示。
运动功能单元把一个连续的单向传动转换为连续的往复运动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件转速分别为14,22,30rpm14,22,30rpm执行机构1的运动功能由于电动机的转速为1430rpm ，为了在执行机构1的主动件上分别得到14、22、30rpm 的转速，则由电动机到执行机构1之间的总传动比i z 有3种，分别为i z1=141430= i z2=221430=i z3=301430=总传动比由定传动比i c 和变传动比i v 两部分构成，即i z1=i c i v1 i z2=i c i v2 i z3=i c i v33种总传动比中i z1最大，i z3最小。
哈工大机械专业课程设置
1 计算机实用基础考查必修
1 代数与几何考试必修
1 工科数学分析B 考试必修
1 工程图学考试必修
1 概率论与数理统计考查必修
1 工科数学分析B 考试必修
1 大学物理A 考试必修
1 工程图学考试必修
2 C语言程序设计考查必修
2 大学物理A 考试必修
2 大学物理实验A 考查必修
2 理论力学考试必修
2 电工学（电工技术）考试必修
2 机械原理课程设计考查必修
2 大学物理实验A 考查必修
2 工程训练(金工实习、机类) 考试必修2 材料力学考试必修
2 机械原理考试必修
2 机械设计CAD 考查必修
2 电工学（电子技术）考试必修
3 机械设计课程设计考查必修
3 认识实习考查必修
3 工程训练（电子工艺实习）考查必修3 计算机组成原理考试必修
3 机械设计考试必修
3 互换性与技术测量考试必修
3 金属工艺学考查必修
3 机械工程材料考试必修
3 机械系统计算机控制考试必修
3 机械制造装备设计考查必修
3 工程系统建模与仿真考查必修
3 检测与传感技术
3 机械制造技术基础考试必修
3 热工原理考查必修
3 液压传动考试必修
3 机电液系统控制考试必修
3 CAD/CAM技术基础考查必修
3 自动控制原理B 考试必修
4 生产实习考查必修
4 专业课程设计1 考查必修
4 毕业设计考查必修
4 数控技术考试必修
4 机械系统设计考试必修4 工业机器人技术考查必修4 专业课程设计2 考查必修4 毕业设计考查必修。
哈工大机械原理课件
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
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
哈工大机械原理课件
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
哈尔滨工程大学机械原理课件第1章
8
F＝3n－2PL－PH+ P- F ＝3 7－2 9－ 1 + 0 - 1
＝1
1
例6
F＝3n－2PL－PH ＝3 8 －2 11 －1 ＝1
§4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代， 这种以低副代替高副的方法称为高副低代。 条件一：代替前后机构的自由度不变
原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
复
复
复
3.注意事项（续）
3
两构件间构成多个运动副
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 －1 ＝1 对
移动副导路平行 转动副轴线重合 平面高副接触点共法线
“移动副”
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 3 －1 ＝ -1
2 1
错
“转动副”
虚约束常发生在下列情况
1.轨迹重合 转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合
2
1
5 4
3
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 6 －0 + 1 ＝1
3.对传递运动不起独立作用的重复部分
3
2 1 2
虚
虚
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 4－2 4 －4 + 1 ＝1
P＝2Pl +Ph －3n ＝ 2 2 + 4 － 3 2 ＝2
F＝3n－2PL－PH+P ＝3 5－25 －6 + 2 ＝1
结构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少 越好。
《机械原理》-第四章-哈工大精品课程[52P][1.02MB]
![《机械原理》-第四章-哈工大精品课程[52P][1.02MB]](https://img.taocdn.com/s3/m/2789ed0a0740be1e650e9a94.png)
移动凸轮
凸 轮 机 构 分 类
2、按从动件运动副 元素形状分类
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合
形锁合
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
υ2 OP12 ds/d ω1
F12
2
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
P12
α α
v2 v2
P12
1
式中：s0
2 r0
e
2
r0
F21 O
e
s
ω1 OP 12
ω1 OP12
压力角计算的统一表达式：
v2 ω1
OP12 e ds/d e tan α s0 s s0 s
定，凸轮机构的许用压力角 [ ] 也已经确定，如何
确定凸轮的基圆半径 最大压力角 max 小于或等于许用压力角 [ ] 。 在设计凸轮时，当从动件的运动规律 s( ) 已经确
r0 和偏距 e ，使凸轮机构的
这个表达式能否解决这样的命题？
OP12 e ds/d e tan α 2 2 s0 s r0 -e s
h
Φ0
Φs
Φ0
Φs
正弦加速度（摆线）运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
3-4-5多项式运动规律
h
Φ0 Φs Φ0 Φs
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性 冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速 度幅值 amax 及其影响加以分析和比较。
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平面运动副
规格严格 功夫到家
移动副
转动副
三、运动链与机 构
开式运动链
闭式运动链
规格严格 功夫到家
机构
四、机构运动简图 的绘制 为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的
外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
构件独立运动的数目称为自由度
对构件运动的限制作用称为约束
y
y
x
x
规格严格 功夫z 到家
z
(2)机构自由度 机构独立运动的数目称为机构的自由度 什么是独立运动?
规格严格 功夫到家
什么是机构的独立运动? 规格严格 功夫到家
什么是机构的自由度? 机构的自由度=机构的独立运动数目 平面机构独立运动的数目为:所有活动构件的自由度的
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
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。
机械原理
全套课件
哈尔滨 2020年9月
机械原理
第一章 绪论
规格严格 功夫到家
哈尔滨工业大学
§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。
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
机械原理
第二章 机构的结构分析与综合
规格严格 功夫到家
哈尔滨工业大学
§2-1 研究机构结构的目的
机械原理课程对机械的研究主要有以下几个方面：
一、对已有机械进行分析
机械的结构分析 机械的运动分析
副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并
将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可
规格严格 功夫到家
绘制出机构的运动简图。
绘制牛头刨床机构的运动简图
规格严格 功夫到家
绘制十字滑块联轴节的运动简图
规格严格 功夫到家
§2-3 机构自由度 的一、计平算面机构自由度的计算公式
(1)自由度与约束
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。
运动副去掉，然后再进行计算。
规格严格 功夫到家
常见的虚约束有以下几种情况: １）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时
，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构 规格严格 功夫到家
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有 一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
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
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 执行机构
控制系统
原动机 原动机
传动机构 控制系统 传动机构
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。
研究内容： 机械设计的一般过程：
需求 分析
确定 工艺方案
确定 工艺参数
机械方案 设计
机械方案 运动分析
机械 造型设计
机械结构 设计
机械工作 能力设计
机械方案 动力分析
§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
机
传动机构
器
执行机构
控制系统
原动机用于提供动力
化石燃料
水能 风能 太阳能
内燃机 外燃机 水轮机 风力机 太阳能电池
发电机
化石燃料 化石燃料 水能 风能
内燃机 外燃机 水轮机 风力机
§2-2 机构的组成及其运动简图的 绘制
一、机构的组成要素
机构的组成要素是：
１、构件 作为一个整体参与机构运动的刚性单元体称为构件
一个构件，可以是不能拆开的单一整体，也可能是由若 干个不同零件组装起来的刚性体。
例如 规格严格 功夫到家：
规格严格 功夫到家
２、运动副 由两个构件直接接触而产生一定相对运动的联接称为 运动副 。两构件上参与接触构成运动副的部分称为运动副元素。
机械的动力分析
二、设计新的机械
机构的选型 设计机构 机构的运动设计
机构的动力设计 机械系统总体运动方案设计 规格严格 功夫到家
本章主要研究机构的结构分析与综合 其目的是：
１、研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件 ２、研究机构的组成原理 ３、研究机构运动简图的绘制 ４、研究机构结构的综合方法
规格严格 功夫到家
n=3, PL=4, PH=0 F=3n－2PL－PH
规格严格 功夫到家 =3*3-2*4=1
n=4, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*4-2*5=2
讨论
n=2, PL=3, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*2-2*3=0
n=3, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*3-2*5=-1
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。
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。
（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。
（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。
例 ：
规格严格 功夫到家
2. 局部自由度 不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度
在计算机构自由度时，局。部自由度应当舍弃不计。
规格严格 功夫到家
3. 虚约束 在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种不
起独立限制作用的约束称为虚约束。 应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生虚约束的构件和
构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。
2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一
般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要
时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面
，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以
正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动
等于机构的自由度数；
3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的；
4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏
。
规格严格 功夫到家
三、计算机构自由度时应注 意1的. 复事合项铰链
由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链 。由m个构件构成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
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。
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
副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类
运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
规格严格 功夫到家
柱面高副
运动副元素格 功夫到家
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
规格严格 功夫到家
圆柱套筒副
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
机器 机器 机器 机器
电动机
机器