机械原理05-机构的型综合
机械原理
5
p
末杆自由度： 末杆自由度：λ
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （3）具有公共约束的单闭环机构自由度计算
F = ∑i ⋅ pi − 6 −m） = ∑fj − λ （
5
p
λ = λr + λtt + λtr
i=1
j=1
基本转动（移动）自由度： 基本转动（移动）自由度： 各轴线都平行于某一个方向：其值=1 1）各轴线都平行于某一个方向：其值=1 分别平行于两个不同方向： 其值=2 2）分别平行于两个不同方向： 其值=2 有不与前两个方向共面的第三个方向， 3）有不与前两个方向共面的第三个方向， 其值=3 其值=3
2.2.1 运动副
构成运动副的点、 构成运动副的点、线、面称为运动副的元素。 面称为运动副的元素。 （1）低副:两构件通过面接触构成的运动副. 低副:两构件通过面接触构成的运动副. （2）高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 高副:两构件通过点或线接触构成的运动副. 点或线接触构成的运动副
2.2.1 运动副
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
2.3.2 空间机构的自由度
1. 空间机构自由度计算 （4）计算机构自由度重要注意的问题 1）局部自由度
公共约束: 公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布 置的特殊性， 置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失 去了某些自由度， 去了某些自由度，即对ห้องสมุดไป่ตู้构中所有活动构件同时 施加的约束，公共约束记为m 施加的约束，公共约束记为m 。
机械原理及机构简介
02
机构的基本组成
构件
定义
分类
构件是组成机构的、具有确定相对运动的 、可单独进行运动的组成部分。
构件可按其运动自由度分为刚体和挠性体 。
刚体
挠性体
案例四：机器人行走的机构模拟与分析
总结词
机器人行走是机器人运动的重要组成部分， 通过对机器人行走的机构模拟与分析，可以 优化机器人的运动性能和稳定性。
详细描述
机器人行走涉及到多种机构的协同运动，如 腿部机构、腰部机构、驱动系统等。通过对 这些机构的模拟和分析，可以深入理解机器 人的运动特性和稳定性，为机器人的设计和 改进提供理论支持。同时，还可以通过机构 优化来提高机器人的运动性能和稳定性，为 机器人在不同环境下的应用提供技术支持。
副机构。
特点
02
凸轮机构具有结构简单、紧凑、刚性好、易于制造等优点，但
其传动精度较低，且在高速运转时易产生振动。
应用
03
凸轮机构广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中，如内燃
机的配气机构、自动机床的进给系统等。
齿轮机构
01
02
03
定义
齿轮机构是由两个或多个 齿轮通过啮合传递运动和 动力的机构。
特点
物联网与云计算
机械原理的智能化发展也将与物 联网、云计算等技术紧密结合， 实现机械设备的远程监控、故障 预测与维护，提高设备的可靠性 和降低维护成本。
智能制造
智能制造是机械原理智能化发展 的核心，它将智能机械与信息技 术深度融合，实现生产过程的自 动化、柔性化、智能化和信息化 ，提升生产效率、产品质量和降 低能耗。
机械原理第五章
正常齿标准 ha* 1, c* 0.25 短齿标准 ha* 0.8, c* 0.3
（6）渐开线圆柱齿轮的基本（基准）齿廓（齿形）
（1）齿条同侧齿廓为平行的直线，齿廓上各点具有相同的压 力角，即为其齿形角，它等于齿轮分度圆压力角。
（2）与齿顶线平行的任一直线上具有相同的齿距p m 。
（7）斜齿齿轮齿条机构
斜齿轮斜齿条啮 合传动应用较少。
（8）非圆齿轮机构
轮齿分布在非圆柱体上，可实现一对齿轮的变 传动比。需要专用机床加工，加工成本较高， 设计难度较大。
这是利用非圆齿轮变传动比的工作原理，设计的 一种容积泵。现已获得实用新型专利。
2、相交轴之间传递运动 (1) 直齿圆锥齿轮机构
s pb a
公
式
d1=mz1 d2=mz2
db1=mz1cos、
ha = ha*m
db2=mz2cos
hf = (ha* + c* )m
da1 d1 2ha m( z1 2ha* )
da2 d2 2ha m( z2 2ha* )
*
*
d f 1 d1 2h f m(z1 2ha 2c )
3.渐开线方程
如右图所示，以OA为极坐标轴， 渐开线上的任一点K可用向径rK和 展角θK来确定。根据渐开线的性 质，有
rb(K +K ) = AN = KN = rbtanK
故 K = tan K － K
式中K称为渐开线在K点的压力角，它是K点作用力F的方
向(K点渐开线的法线方向)与该点速度VK方向的夹角。
两螺旋角数值不等的斜齿轮啮合时， 可组成两轴线任意交错传动，两轮 齿为点接触，且滑动速度较大，主 要用于传递运动或轻载传动。
机械原理 课程学习指南
〈〈机械原理〉〉课程学习指南说明：《机械原理》课程是高等学校机械类专业普遍开设的一门重要的技术基础课，是一门与专业紧密相关、培养机构设计方法和机械系统创新设计能力的重要主干课程，因此在整个教学环节中起着重要的作用。
根据武汉科技大学机械学院机械工程及自动化，机械电子工程，车辆工程本科《机械原理》课程教学大纲的要求，编写了本课程学习指南，对课程的基本情况，学习目的，教材和参考资料，考核方式，课程内容学时分配，主要内容及相关要求做了较详细的说明，目的是为了让学生能够积极主动，有的放矢的学好本课程。
一、课程的基本情况课程中文名称:机械原理课程英文名称：Mechanisms and Machine Theory课程代码：0304007课程类别：专业基础课课程性质: 必修课程学分：3总学时：72 讲课学时:54 实验学时:18 （实验单独设课18学时）授课对象：机械工程及自动化、机械电子工程、车辆工程前导课程：高等数学、理论力学、材料力学、机械制图、机械制造基础二、学习目的〈〈机械原理〉〉研究机构的型综合（结构设计）、机械系统设计等创造新机器的方法和原理；，研究常用机构运动学、动力学及其尺度综合并运用计算机进行机构优化设计的原理和方法。
它是一门运用性较强的技术基础课。
通过本课学习使学者具有对机构进行选型并能根据工艺要求进行机构尺度设计的基础知识，为专业课学习及工程机械的设计打下基础。
三、教材与参考书教材：廖汉元孔建益钮国辉主编〈〈机械原理〉〉机械工业出版社，2007参考书：[1] 孙桓主编〈〈机械原理〉〉（第七版）高等教育出版社，2006[2] 黄锡凯主编〈〈机械原理〉〉（第六版）高等教育出版社，2000[3] 陈作模主编《机械原理学习指南》(第四版) 高等教育出版社，2001[4] 孔建益主编《机械原理与机械设计实验》华中科技大学出版社2008四、考核方式《机械原理》课程采取课堂教学为主，另外辅助有课程设计的实践教学环节，还单独设立了实验课。
《机械原理》笔记
《机械原理》*号内容第一章概论第一节本课程的研究内容什么是机器、机构?机器的三特征：１)由一系列的运动单元体所组成。
2)各运动单元体之间都具有确定的相对运动。
3）能转换机械能或完成有用的机械功以代替或减轻人们的劳动。
具有以上1、2两个特征的实体称为机构。
构件——由一个或多个零件连接而成的运动单元体。
零件——机器中的制造单元体。
第二节机构的分析与综合及其方法机构分析:对已知机构的结构和各种特性进行分析。
机构综合:根据工艺要求来确定机构的结构形式、尺寸参数及某些动力学参数。
机构综合的内容: 1.机构的结构综合2.机构的尺度综合3.机构的动力学综合。
机构的结构综合：主要研究机构的组成规律。
机构的尺度综合（或运动学综合）：研究已知机构如何按给定的运动要求确定其尺寸参数.概括为四类:(1)刚体导引:当机构的原动件做简单运动时，要求刚体连续地变换其位置。
(2)函数变换：使机构某从动件的运动参数为原动件运动参数的给定函数。
（3）轨迹复演：使连杆上某点的轨迹能近似地与给定曲线复合。
（4)瞬时运动量约束:按构件在某些特定位置时的运动量来设计机构的结构参数。
准点——符合预定条件的几个位置。
只要求几个位置处符合给定条件的机构综合方法称为准点法。
减小结构误差的途径是：合理确定准点的分布。
可按契比谢夫零值公式配置准点。
第三节学习本课的方法1．注意基本理论与基本方法之间的联系2. 用工程观点学习理论与基本方法3．注意加强感性认识和实践性环节第二章机构的结构分析第一节概述构成机构的基本要素——构件运动副运动链运动副:两构件间直接接触且能产生某些相对运动的联接称为运动副。
约束---对构件间运动的限制。
运动副元素—运动副参加接触的部分。
空间运动副和约束的关系。
平面机构中只有Ⅳ级副和Ⅴ级副。
(为什么？）低副－-－副元素为面接触(如移动副、转动副);高副－－-－副元素为点(线）接触。
运动链---构件由运动副连接而成的系统。
机构—选定机架,给相应的原动件，其余构件作确定运动的运动链。
机械原理概念复习
机械原理基本概念总结第一章绪论1、机械原理又称为机械机器理论与机构学。
2、内容：机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。
3、机械原理：研究对象是机械，机械是机构和机器的总称。
4、机构的定义:把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运动的构件系统。
常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、间歇运动机构。
5、机器的定义：由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。
实例：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆。
6、机器与机构之间的关系——机器是由机构组成的。
例如图示单缸内燃机中就包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。
7、机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。
机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。
8、机器的类别：动力机器、工作机器、信息机器。
9、机器的组成：控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统。
10、机械设计的一般进程：机械产品的研制过程包括设计、制造、试验，定型等环节。
机械设计阶段的四个进程：产品规划-方案设计-详细设计-改进设计。
机械运动方案设计的主要内容：①机械运动简图的类型综合；②机械运动简图的尺度综合；3）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用。
11、机械原理的地位和作用：机械原理是研究机构和机械运动简图设计的一门重要技术基础课程，其任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。
培养学生初步拟定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。
机械原理主要包括内容：①机构的组成原理和类型综合；②典型机构的设计；③机械系统的设计；④机械动力学。
第二章机构的组成原理和机构类型综合1、构件(link) ：独立的运动单元；零件(part) ：独立的制造单元。
2、运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。
机械原理包含课后答案
第一章绪论一、教学要求（1）明确本课程研究的对象和内容，及其在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。
（2）对机械原理学科的发展现状有所了解。
二、主要内容1．机械原理课程的研究对象机械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是以机器和机构为研究对象，是一门研究机构和机器的运动设计和动力设计，以及机械运动方案设计的技术基础课。
机器的种类繁多，如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器人、包装机等，它们的组成、功用、性能和运动特点各不相同。
机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括和抽象内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有一些共同特征：1）人为的实物（机件）的组合体。
2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。
3）能完成有用机械功或转换机械能。
机构是传递运动和动力的实物组合体。
最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。
它们的共同特征是：（1）人为的实物（机件）的组合体。
（2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。
2．机械原理课程的研究内容1、机构的分析1）机构的结构分析（机构的组成、机构简图、机构确定运动条件等）；2）机构的运动分析（机构的各构件的位移、速度和加速度分析等）；3）机构的动力学分析（机构的受力、效率、及在外力作用下机构的真实运动规律等）；2、机构的综合（设计）：创新的过程1）常用机构的设计与分析（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、常用间歇机构等）；2）传动系统设计（选用、组装、协调机构）通过对机械原理课程的学习，应掌握对已有的机械进行结构、运动和动力分析的方法，以及根据运动和动力性能方面的设计要求设计新机械的途径和方法。
3 机械原理课程的地位和作用机械原理是以高等数学、物理学及理论力学等基础课程为基础的，研究各种机械所具有的共性问题；它又为以后学习机械设计和有关机械工程专业课程以及掌握新的科学技术成就打好工程技术的理论基础。
高等机构学第五章 1机构综合
p1y
1 1
整理后：
q jx cos1 j
q
jy
sin
1
j
1 0
sin 1 j cos1 j
0
p jx p1x cos1 j p1y sin 1 j q1x
p jy
p1x
sin
1 j
p1y
cos1 j
待求数据为四个未知数 A0x , A0y , A1x , A1y
(1)给定刚体2个位置，即j=2。
只有一个方程，这时可假设三个未知数为已知， 然后，求解余下的未知数，故应有无数解
(２)给定刚体三个导引位置，即j=3。
j=3时，可求解 D12, D13 ，代入定杆长方程
中后，可以获得二个方程。求解时，可从四个 未知数中选定二个为已知。
如1，2，3，4位置时，求解 D12, D13, D14
对应方程求出的圆点曲线和圆心曲线，
再求解，1，2，3，5位置时
的 D12, D13, D15 ，将其对应的圆点曲线
和圆心曲线求解出来。对应圆点曲线的交点 为圆点，二圆心曲线的交点为圆心，无交点 时则说明无解。
3.
例1，综合一铰链四杆机构，使之依次通过三个
1.刚体导引机构 (1)刚体导引：指机构中的某一构件，一般为连
杆，能顺利通过若干给定位置，称为刚体导 引。 (rigid body guidance)。
(2) 被导引物体位置的给定方法：在被导引刚
体上任取一点 p，过p点作任意标线 pq 。一般
以 pq 以及 pq 与x轴夹角θ表示导引刚体的一
系列位置。
p1 (4,7.4641),p2(8,7.4641）,p3(10,4)
孙恒《机械原理》(第八版)复习笔记及课后习题(含考研真题)详解-第1~3章【圣才出品】
1.2 课后习题详解 本章无课后习题。
1.3 名校考研真题详解 本章内容只是对整个课程的一个总体介绍，没有涉及到本章内容的考研试题，读者简单 了解即可。
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第 2 章 机构的结构分析
2.1 复习笔记 本章作为重要的基础章节乊一，主要介绍了机构的组成和分类、机构具有确定运劢的条 件和自由度的计算、机构的组成原理和结构分析等内容。学习时需要重点掌插机构自由度的 计算和组成原理等内容，主要以分析计算题的形式考查。除此乊外，机构的组成、分类、具 有确定运劢的条件等内容，常以选择题、填穸题和判断题的形式考查，复习时需要把插其具 体内容，重点记忆。 一、机构的组成及分类 1．机构的组成 （1）构件、运劢副和自由度（见表 2-1-1）
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第 1 章 绪论
1.1 复习笔记
本章作为《机械原理》的开篇章节，简单介绍了本书的研究对象及内容、学习目的和学 科的収展现状。本章无重难点知识，只需了解即可。
研究对象及内容（见表 1-1-1） 表 1-1-1 研究对象及内容
四、平面机构自由度的计算 1．平面机构的特点 （1）在平面机构中每个自由构件具有三个自由度。 （2）每个平面低副提供两个约束、一个自由度，每个平面高副提供一个约束、两个自 由度。 2．平面机构自由度的计算方法 设平面机构中除机架外共有 n 个活劢构件，pl 个低副和 ph 个高副，则此平面机构的自 由度为 F＝3n－（2p1＋ph）。 五、计算平面机构自由度时应注意的事项（见表 2-1-7）
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机械原理高级篇章连杆机构分析与综合
y 1
C
2
0.5x
C1
0.866y C1 1
（得4）到将（由n步-2）骤个(2)设求计得方的程xC。i、yCi （i=3,...,n)代入上式， （5）求解上述（n-2）个设计方程，即可求得未知量。
注意：共有2个未知量：xC1 、yC1 n=4（给定连杆4个位置）时可得一组确定解。
滑块的导路方向线与x轴的正向夹角为
tgδ y C2 y C1 xC2 xC1
1
cos θ1i sin θ1i 0 R1i
0
D1i sin θ1i cos θ1i
1
1 0 x Pi - x P1
D1i 0
1
y Pi
-
y P1
0 0 1
平移矩阵
xQi
xQ1
y Qi
D1i
y
Q1
1
1
(5—3)
旋转矩阵
二 刚体导引机构的运动设计
B的位移约束方程——定长方程为
(xBi-xA)2+(yBi-yA)2=(xB1-xA)2+(yB1-yA)2 (i=2,3,…n)
B1(xB1,yB1) 1
2
B2
12 i
1i
Bi
y
O
x
A(xA,yA)
R-R连架杆（导引杆）的设计步骤
（1）由连杆上给定的P点的位置xPi、yPi（i=1,2,...,n)和 1i=i - 1(i=2,3,…,n),求刚体(连杆)位移矩阵D1i。
2）实现已知轨迹问题 主要指设计轨迹生成机构的问题
2、设计方法 1）实验法
2）几何法 3）解析法
5—1 平面连杆机构解析综合
刚体导引机构的运动设计 轨迹生成机构的运动设计 函数生成机构的运动设计 平面多杆机构的设计
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第二节 机构型综合的连杆组合法
第二节
机构型综合的连杆组合法 及其分类
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
一. 连杆组合分类
机构自由度F：
F =3(N-1)-2p
* 探讨运动链F、N、p间的关系
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
现研究运动链的一些概念
2 6 1 8 5 4 7 3 5 4 1 8 7 3 2 6
N2 = 4, N3 = 2, N 4 = 0
n =8 ，L =3
N 012 N 111 N 4 0112
1 3N 2 3
2
= 6, N 3 = 0, N 4 = 2
012 012 012 111 012
012 002 111 111 011
0022 0122 0112 1111 1112
将已有基本机构根据其运动转 换、运动性能以及使用范围进行分 类，并以工艺要求为依据选择合适 的基本机构后进行排列组合，从而 得到最佳的机构形式。
第一节 概述
* 机构结构分类法
研究由多少个构件、运动副能 构成给定自由度的结构类型不同的 多少个机构，再从这些机构中选择 出最佳满足工艺要求的机构的一种 型综合方法。
011
011 012 012 013 022 022
013
022 013 112 111 022 112
1113
1122 0023 0122 0113 0022 0112
组合序号
特 性 F=1的运动链， n =4 ，L =1 共六类 17种。 I N =0 , N =0
4 3
1 N3
2 N3
3 N3
n=8 ，L=3
N 2 = 4, N 3 = 4, N 4 = 0
类别 A B
代号 A B C -1
N 5 7
P 5 8
L 1 2
N2
5 6
N3
0 0
N4
0 1
1 N3
2 N3
3 N3
4 N3
1 N4
2 N4
3333 023 023 113 122 0223 0223 1123
C
C -2 C -3 D -1
(一、连杆组合分类 )
机构自由度F：F= 3(N-1) - 2p
3 F 3 p N ( ) 2 2
当F＝1时
当F＝2时
机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
当F＝1时
3N 4 p 2
当F＝2时
3N 5 p 2
L=p-N+1
N 2 = 4, N 3 = 2, N 4 = 0
n=8 ，L=3
N 2 = 6, N 3 = 0, N 4 = 2
n=8 ，L=3
N 2 =5, N 3 = 2, N 4 =1
F=1的运动链， 共六类17种。
012 002 011 011 002 011 011 011 011 001 001 000 001 011 001 002
第五章 机构的型综合
(Type Synthesis of Mechanisms)
本章内容
第一节 概述
第二节 机构型综合的连杆组合法及其分类 *第三节 机构型综合的基本机构分类法
第一节 概述
促进机构的型综合独创性的辅助方法： 机构结构分类法 基本机构分类法
第一节 概述
* 基本机构分类法
取决于实际设计经验
7
8
2
5
2
0
113 122
D
D -2
9
11
3
7
0
2
1123
D -3
E -1 E -2 E -3 E -4
F=2的运动链，
002 002
1222
0123 0222 0123 1122
1222
013 022 012 012
共六类35种。
012
003
E -5
E -6 E E -7 E -8 E -9 E -10 E -11 9 11 3 6 2 1
2 N3
1 N4
2 N4
备
注
II III-1 III-2
n =6 ，L =2 N2 = 5 , N3 = 1 ， N4 = 0 n =6 ，L =2 022 112 022 112
均为四杆运动 链
运动链代号：
IV-1 IV-2 V-1 V-2 V-3 V-4 V-5
以此为例说明
0222 1122 0222 1122
n =8 ，L =3
N 2 = 5, N 3 = 2, N 4 =1
VI-1
VI-2 VI-3 VI-4 VI-5 VI-6 VI-7 n =8 ，L =3
002
011 000 001 011 001 002
002
011 011 011 011 001 001
002
002 012 011 011 012 011
(一、连杆组合分类 ) N =8 p =10 L=3
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
三元连杆 四元连杆
构件简图
构件简图
多元连杆
构件简图
二元连杆
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
N4
N2
N3
Ni表示i元连杆代号及其 在运动链中的个数
第二节 机构型综合的连杆组合法
1 2 3 特 机构型综合的连杆组合法 性 N3 N3 N3 第二节
4 N3
1 2 备 注 N4 N4 (一、连杆组合分类 )
n=4 ，L=1 N4 =0 , N3 =0 n=6 ，L=2
均为四杆运动 链
N2 =5 , N3 =1 ， N4 = 0
n=6 ，L=2 022 112 022 112 0222 1122 012 012 012 111 012 002 111 111 0022 0122 0112 1111 1112 002 002 012 011 011 012 011 002 002 012 111 011 012 012 0222 1122
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
现研究运动链的一些概念
2 6 1
此为3环运动链
8
5 4 7
3
L = p-N+1
L—表示运动 链的环数
*运动链的环—由构件和运动副构 成的独立封闭系统。
第二节 机构型综合的连杆组合法
(一、连杆组合分类 )
N=8
p=10
L=3
第二节 机构型综合的连杆组合法
连杆组合分类
F=1 N p L 4 4 1 6 7 2 8 10 3 ... ... ... 5 5 1 7 8 2 F=2 9 11 3 ... ... ...
组合序号 I II III-1 III-2 IV-1 IV-2 V-1 V-2 V-3 V-4 V-5 VI-1 VI-2 VI-3 VI-4 VI-5 VI-6 VI-7