机械原理课件第9章.
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机械原理课件9
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月24日 星期六7 时33分 14秒Sa turday , October 24, 2020
相信相信得力量。20.10.242020年10月 24日星 期六7 时33分1 4秒20. 10.24
谢谢大家！
M f fQr
r’——当量摩擦半径
非跑合：
r
2 3
r23 r22
r13 r12
跑合： r r1 r2
2
Q
1
p
p
2r1
2
2r2
例9-2 图示偏心夹具中，已知轴径O的半径r0、当量摩擦 系数f0、偏心距e、偏心圆盘1的半径r1以及它与工件2之间 的摩擦系数f，求不加力F仍能夹紧工件时的楔紧角ß。
二、机构力分析的目的和方法
一、目的
1、确定运动副反力 2、确定机械的平衡力（力矩） （为保证机构按给定的运动规律运动，必须施加驱动力（力矩） 与已知外力相平衡，这种未知力（力矩）称为平衡力）
二、方法
静力计算： （低速）不考虑惯性力，看成平衡系统 动力计算： （高速）考虑惯性力，看成平衡系统
同时计入静载荷和动载荷的计算。应用达朗贝尔原理，假 想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和其它 外力的作用下，该机构及其构件都可以认为是处于平衡状 态的。因此可以用静力方法计算。这种动力计算称为动态 静力计算。
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2407 :33:140 7:33Oc t-2024- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。07:33:1407 :33:140 7:33Saturday , October 24, 2020
1机械原理课件_东南大学_郑文纬_第七版第09章_平面机构的力分析111解析
惯性力：是一种虚拟加在有变速运动的构件上的力。
惯性力是是阻力还是驱动力？ 当构件减速时，它是驱动力；加速时，它是阻力 特点：在一个运动循环中惯性力所作的功为零。低速机械的惯性力 一般很小，可以忽略不计。
二、研究机构力分析的目的
确定运动副反力。
因为运动副中反力的大小和性质对于计算机构各个零 件的强度、决定机构中的摩擦力和机械效率、以及计 算运动副中的磨损和确定轴承型式都是有用的已知条 件。
选定一点B， 再选定另一点为K
可以任意选择两个代换点
B b B
S k S
K
mB mK m mB (b) mK k 0
mk mB bk
K
mb mK bk
动代换
两质量点动代换： 选定一点B； 则另一点为K。
不能同时任意选择两个代换点
mB mK m
K k
mB (b) mK k 0
例 9－ 6
例9－6 p367
5 E Aω 1
1
Fi5 G5
6 Fr
D B 2 3
4
在如图所示的牛头刨床机构 中,已知：各构件的位置 和尺寸、曲柄以等角速度 w1顺时针转动、刨头的重 力G5、惯性力Fi5及切削 阻力(即生产阻力)Fr。
C
试求：机构各运动副中的反力及需要施于曲柄1上的平 衡力偶矩(其他构件的重力和惯性力等忽略不计)。
π
Fi 2 Fi 2b Fi 2k
5、动静法应用
不考虑摩擦时机构动静法分析的步骤：
1. 求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生 该惯性力的构件上； 2. 根据静定条件将机构分解为若干个杆组和平衡力 作用的构件； 3. 由离平衡力作用最远的杆组开始，对各杆组进行 力分析； 4. 对平衡力作用的构件作力分析。
孙恒《机械原理》课件讲义
学时：课堂教学：5学时，习题课：1学时；实验：机构运动简图测绘，2学时。
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 平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类 及结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
1、研究机构的组成及机构运动简图的画法 ; 2、了解机构具有确定运动的条件； 3、研究机构的组成原理及结构分类。
2）确定机架 3）确定各构件之间的运动副种类
“两两分析相对运动” 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动
回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。 5）比例、符号、线条、标号
§2-5 平面机构自由度的计算
1. 平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。 2. 平面机构的自由度计算公式
2. 要除去局部自由度( F' ) 局部自由度：某些不影响机构运动的自由度。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。 •机构中的虚约束常发生在下列情况：
1）如果转动副联接的是两构件上运动 轨迹相重合的点，则该联接将带入 1个虚约束。
本章结束
第二章 机构的结构分析
基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约 束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的 运动简图；能计算平面机构的自由度；对平 面机构组成的基本原理有所了解。
重 点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘 制；机构具有确定运动的条件及机构自由度 的计算。
难 点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及 处理问题。
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 平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类 及结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
1、研究机构的组成及机构运动简图的画法 ; 2、了解机构具有确定运动的条件； 3、研究机构的组成原理及结构分类。
2）确定机架 3）确定各构件之间的运动副种类
“两两分析相对运动” 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动
回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。 5）比例、符号、线条、标号
§2-5 平面机构自由度的计算
1. 平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。 2. 平面机构的自由度计算公式
2. 要除去局部自由度( F' ) 局部自由度：某些不影响机构运动的自由度。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。 •机构中的虚约束常发生在下列情况：
1）如果转动副联接的是两构件上运动 轨迹相重合的点，则该联接将带入 1个虚约束。
本章结束
第二章 机构的结构分析
基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约 束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的 运动简图；能计算平面机构的自由度；对平 面机构组成的基本原理有所了解。
重 点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘 制；机构具有确定运动的条件及机构自由度 的计算。
难 点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及 处理问题。
机械原理电子教案凸轮机构-09下1PPT课件
8
(1) 力 锁 合 (force closure)
利用推杆的重力、弹簧力或 其它外力使推杆始终与凸轮
保持接触
槽 凸 轮 机 构
等 宽 凸 轮 机 构
(2)形锁合(pro) 利用凸轮
与推杆构成的高副元素的特
殊几何结构使凸轮与推杆始
终保持接触
等 径 凸 轮 机 构 共 轭 凸 轮 机 构
§9-2 从动件常用运动规律
而引起推杆惯性力的有限值突 O
v
变，并由此对凸轮产生有限值 2h/0
冲击 ——柔性冲击(Soft impulse)
O
✓从动件在运动起始、中点
a
和终止点存在柔性冲击
➢推程运动方程：
等速运动规律
边界条件
运动始点：=0, s=0 运动终点： = 0，s=h
c0=0 c1=h/0
推程运动方程式：s (h0) v (h0)ω
a 0
0,0
➢回程运动方程
s c0 c1
15
v ds dt c1
a dv dt 0
边界条件
运动始点：=0, s=h
c0=h
运动终点： = 0 ，s=0
s
h(1
0
)
v
h
0
ω
0, 0
a 0
c1=h/0
★等速运动规律运动特性
✓从动件在运动起始和终止点存在刚性冲击
✓适用于低速轻载场合
1.2 等加速等减速运动规律亦称为抛物线运动规律
16
s
线图表示法：
h
特点：从动件在起点、中点和
h/2
终点，因加速度有有限值突变
4
盘形凸轮(Plate cam) 移动凸轮(Wedge cam) 圆柱面凸轮(Cylindrical cam) 端面凸轮(Cylindrical cam)
机械原理ppt课件完整版
机械原理的定义与重要性
2024/1/25
定义
机械原理是研究机械系统运动、 力和能量转换规律的科学。
重要性
机械原理是机械工程学科的基础 ，对于理解和分析机械系统的性 能、优化机械设计和提高机械效 率具有重要意义。
4
机械原理的研究对象和内容
研究对象
机构学
传动学
控制理论
机械系统，包括机构、 传动、控制等子系统。
动力学原理
牛顿运动定律、动量定理、动能定理等是机械系统动力学的基本原理，它们揭示了机械系 统运动的基本规律。
17
机械系统的运动方程和求解方法
运动方程的建立
根据机械系统的受力情况和约束条件，可以建立机械系统的运动方程。这些方程通常是一组微分方程或差分方程。
2024/1/25
求解方法
求解机械系统的运动方程可以采用解析法、数值法或图解法等方法。其中，解析法可以得到精确的解，但通常只适用 于简单的机械系统；数值法可以求解复杂的机械系统，但得到的是近似解；图解法则是一种直观形象的求解方法。
工艺特点
机械制造工艺具有多样性、复杂性 和综合性等特点，需要根据不同的 产品要求和生产条件制定相应的工 艺方案。
21
机械制造装备的分类和特点
加工装备
包括机床、刀具、夹具等，用于 对原材料进行切削、磨削等加工 操作，具有高精度、高效率和高
自动化等特点。
热处理装备
包括加热炉、淬火设备、回火设 备等，用于改善材料的力学性能 和加工性能，提高产品的使用寿
稳定性概念及判定方法：稳定性是指 机械系统在受到扰动后能否恢复到原 平衡状态的能力。稳定性的判定方法 包括静力学判定法、动力学判定法和 能量判定法等。其中，静力学判定法 主要关注机械系统在平衡位置附近的 稳定性；动力学判定法则通过分析机 械系统的运动方程来判断其稳定性； 能量判定法则是通过分析机械系统的 能量变化来判断其稳定性。
机械原理课件-齿轮系
i1m＝ (-1)m 2)画箭头
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
11
外啮合时：两箭头同时指向（或远离）啮 合点。头头相对或尾尾相对。
内啮合时：两箭头同向。
2 2
第二节 定轴轮系传动比的计算
对于空间定轴轮系，只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向。
1)锥齿轮 2)蜗轮蜗杆
2
1
3
右
旋
蜗 杆
2
1
复合轮系（两者混合）
轮系的类型 一、轮系的分类 1．定轴轮系 轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置都固定不动，则称之为 定轴轮系（或称为普通轮系）。
1 2
3
4
第一节 齿轮系及其分类
定轴轮系
2. 周转轮系：
至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其它定轴齿轮的轴线 做周向运动的轮系。
周转轮系举例：
第二节ω定1 轴轮系传ω动比2 的转计向算相反
二、首、末轮转向的确定(两种方法)
1
p
2
转向相同
1)用“＋” “－”表示 适用于平面定轴轮系（轴线平行，两轮转
vp
向不是相同就是相反）。
p vp ω1
外啮合齿轮：两轮转向相反，用“－”表示；
1 2
ω2
内啮合齿轮：两轮转向相同，用“＋”表示。
设轮系中有m对外啮合齿轮，则末轮转向为(-1)m
如果齿轮系中各齿轮的轴线互相平行，则称为平面齿轮 系，否则称为空间齿轮系。
根据齿轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定， 又可将齿轮系分为两大类：定轴齿轮系和行星齿轮系。
由齿轮组成的传动系统简称轮系
第一节 齿轮系及其分类
齿轮系
平面定轴轮系 定轴轮系（轴线固定）
机械原理课件9 凸轮机构
1、凸轮廓线设计的基本原理
• 解析法、作图法 • 相对运动原理法:(也称反转法) • 此时，凸轮保持不动
• 对整个系统施加 -ω
运动
• 而从动件尖顶复合运动的 轨迹即凸轮的轮廓曲线。
-ω
A A A A A A A A
1 2
3’ 2’ 1’
ω
r0
1
O
2 3
3
2.用作图法设计凸轮廓线
1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮
e
对心平底推杆凸轮机构
平底摆杆凸轮机构
从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳， 传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓 必须全部外凸。
偏心平底推杆凸轮机构
滚子摆杆凸轮机构
e
§9－2 推杆的运动规律
一.推杆常用的运动规律
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式; 2)推杆运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线。
a
2h 2
02
2 sin 0
R= 2
h
A 0 1 v
2
3 4
5
6
7
8
回程： s＝h[1-δ /δ
0
′)/2π
0
′
+sin(2π δ /δ
0
0
]
v＝hω [cos(2π δ /δ 0’)-1]/δ a＝-2π
hω 2 sin(2π δ /δ
′
FI ma 0
(1).对心直动尖顶从动件盘形凸轮
s
h
对心直动尖顶从动件凸轮机构 中，已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω和从动件的运动规律， 设计该凸轮轮廓曲线。 设计步骤小结：
机械原理(全套154页PPT课件)
接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度 3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。 如齿轮副、凸轮副。
也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平 面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空 间运动。如螺旋副，球面副。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。
4）可实现远距离传递的操纵机构。
不足之处： 1）不易于传递高速运动。 2）可能产生较大的运动累积误差。 3）平面连杆机构的设计较为繁难。
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变
构件和零件 构件 机器中的独立运动单元 • 零件 机器中的制造单元
机架（固定构件）
构件分成以下几种
主动件
活动构件
从动件
其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
由若干零件组成 的构件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
1
2 3
4
二、运动副及其分类
n –活动构件数；Pl –低副数；Ph –高副数
n = 3, Pl= 4 F = 3×3–2×4 = 1
n = 4, Pl = 5 F = 3×4–2×5 = 2
平面机构具有确定运动的条件是：
１）机构自由 度数 F≥1。 2） 原动件数目等于机构自由度数F.
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1) 正确确定运动副的数目 由三个或三个以上构件组成的轴线重
如转动副、移动副。
2）高副：点或线接触的运动副。 如齿轮副、凸轮副。
也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平 面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空 间运动。如螺旋副，球面副。
第一章
平面机构具有确定 运动的条件
构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
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单件生产 拉齿
批量生产 滚齿
大批量 精加工
批量生产
二、功能求解
工作原理
1、总功能
功能元。
2、功能的执行机构（功能载体）
或采用创造性的技法，创新、组合、更改机构（机构创新）。
功能定义 分析 功能分解
功能求解
综合
功能综合 优化
方案评价
机械执行机构常见的运动形式：
机械原理教研组 中北大学
§10-1 工作原理设计和工艺动作设计
说明： 工作原理设计：也就是确定实现机器总功能的工作原理； 工艺动作设计：对于执行机构，功能元=工艺动作，所谓工艺动 作设计也就是 通过功能分解，将总功能细化成功能元，从而建 立功能树，也就确定了每一个基本的工艺动作。
四工位机床运动转换功能图：
3、类型： （1）直线型（矩形）；（2）圆形；（3）直角坐标型
4、举例：
例1：设计牛头刨床运动循环图
总功能 执行构件 刨头（带刨刀） 牛头刨刨工件 功能元（工艺动作） 轴向往复移动 （切削运动） 横向间歇移动 （进给运动） 执行机构 曲柄摆动导杆机构 （六杆机构） 曲柄摇杆+棘轮+螺 旋机构
车制螺纹：小批量生产，效率低
螺纹成形： 套螺纹： 小批量生产，效率低 滚压螺纹：大批量生产，效率高
板料输送机---输送板料
机械推拉 摩擦传动 气吸原理
仿形加工 齿轮加工---切制齿轮 范成加工
同一种功能可选用不同的工作原理
机械推拉 原理
摩擦传动 原理
摩擦传动 原理
气吸原理
齿轮加工方法
铣齿 插齿
功能树
最基本,最简单 的功能
家用缝纫机的功能树
形态学矩阵
§9-2 功能求解（步骤2，3）
一、 确定实现总功能的工作原理 ——总功能的行为描述 总功能的确定后，首先要确定实现总功能的工作原理。 机械产品总功能的实现取决于采用的工作原理。 漂洗 例：洗衣机---洗衣 波轮 搓洗 滚筒 搅拌
两个圆弧， 各带一个箭 头
1个圆弧 带2个箭 头
机构运动转换功能图
工程师的 语言
机构运动转换功能图（续表1）
机构运动转换功能图（续表2）
§9-3 机构创新方法
一、利用现有原理创新机构
1、杆组叠加法 : 机构组成原理
2、转动副扩大、高低副互代法：
二、 利用连杆或连架杆的运动特点构思新的机构
三、利用两构件相对运动关系设计构思机构
树（或功能机构图）；
3、功能求解：功能元解法目录（创造性技法）
对功能元求解, 找出实现此功能的合适机构；
黑箱 分析
4、功能综合：形态学矩阵
功能元解综合, 生成多个原理
方案解； 5、方案评价：评价方法 对所生成的多个方案解 综合
进行评价, 确定最优方案。
优化 玻璃箱
黑箱法
总功能：把污物从脏衣服中分离出来
5、电子控制方式：如PLC 特点：柔性好。
四、协调文件：运动循环图（时间上的协调）
1、定义：以某个主要执行机构中执行构件的工作起点（时间）为基准， 按照同一时间比例尺，将其它执行机构中执行构件的运动循环 表示出来。
2、目的：（1）保证各机构协调工作，避免干涉； （2）尽可能的缩短运动循环周期，提高生产率。
三、协调方式：
1、分配凸轮轴方式
在分配轴上安装多个凸轮，每个凸轮是一个执行机构的原动件。 主要利用凸轮廓线及凸轮在轴上安装相位的不同,使各个机构按一定 的顺序协调工作,分配轴转一周,完成一个工作循环。
电 阻 棒
电 阻 帽
电 阻
压帽的工艺动作分解： 压帽
总功能：
功能元： 送料 （基本工艺动作）
夹紧
送帽压帽
功能元解： （执行机构）
机构Ⅰ
机构Ⅱ
机构Ⅲ
（直动从动件） （左右两个圆柱凸轮机构） （摆动从动件）
显然，3个工艺动作之间存在着时间上的协调。
Back
2、辅助凸轮轴方式 3、曲柄轴方式： 4、机电结合： 机械协调+电路协调
主要对机器中的一些空行程动作进行控制，相当于 分配凸轮轴方式的一种辅助控制方式。
是机械运动简图。
在机械运动方案设计的前期，主要完成以下几个步骤：
1、明确机器的总功能； 2、提出实现总功能的工作原理；
功能定义
功能分解
3、根据工作原理，进一步细化功能至功能元； 4、由功能元确定机器最基本的动作，选择合适的机构； 功能求解 功能分析 5、机器各机构间的协调和机器总体结构的确定；
6、完成机器结构及运动示意图。
§9-1 功能分析法
产品的功能：机械产品的用途或其所具有的工作能力。 基于功能分析法概念设计的基本步骤： 1、总功能分析：黑箱法 （1）任何产品都具有一总功能； 2、功能分解：功能树或功能结构图 总功能逐步分解（具体化）成一个个功能元,形成功能
（2）在完成设计之前,机械系统的内部结构不清楚,称为“黑箱”
第九章 机械产品的功能分析 和机构创新 《综述》
机械原理教研组 中北大学
引
言
机械产品的设计过程：产品规划、方案设计、结构设计。 方案设计是产品设计的初始阶段，也是最为重要的阶段。 运动方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。 机械运动方案设计指的是机械执行机构系统的方案设计。 机械运动方案设计的目的是生成运动方案, 其表现形式
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1、杆组叠加法 : 机构组成原理
行程增大机构
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2、转动副扩大、高低副互代法：
曲柄滑块机构
偏心轮机构
二、 利用连杆或连架杆的运动特点构思新的机构
反平行 四 边形机 构 双摇杆机 构
平行四 边 形机构
单缸压气 机
三、利用两构件相对运动关系设计构思机构
第十章 执行机构的运动协调设计
描述：原动机—执行机构之间的传动链及运动转换方式
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机械执行机构常见的运动形式：
两个圆弧， 各带一个箭 头
1个圆弧 带2个箭 头
机构运动转换功能图
工程师的 语言
机构运动转换功能图（续表1）
机构运动转换功能图（续表2）
功能定义 分析 功能分解
功能求解
综合
功能综合 优化
方案评价
形态学矩阵
§10-3 执行机构的运动协调设计（重点）
一、机器为什么要进行运动协调？
二、协调内容：
1、时间上的协调 2、空间上的协调 3、速度上的协调
各机构在工作时，在运动时间先后上必须协调配 合，不能发生干涉。举例: P290 各机构在工作时，在空间位置的上必须协调 配合， 不能发生干涉。举例: P290 各机构在工作时，必须保持严格的速比关系。