机械原理课件__第一章_平面机构结构分析__东南大学_第七版
机械原理(全套15PPT课件)
从动件的常用运动规律
等速运动规律
从动件匀速运动，产生刚性冲击
等加速等减速运动规律
从动件分段匀变速运动，产生柔性冲击
简谐运动规律（余弦加速度运动规律）
从动件按余弦规律加速运动，无冲击
正弦加速度运动规律
从动件按正弦规律加速运动，无冲击
平面四杆机构的设计
按照给定的连杆位置设计四杆机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
按照给定的急回特性设计四杆机构
按照给定的传动角设计四杆机构
作图法、解析法
作图法、解析法
05 凸轮机构及其设 计
凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的应用
自动机械、操纵控制、传动装置等
凸轮机构的分类
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运 动、力和能量传递过程具有重要 意义。
机械原理的研究对象和内容
研究对象
机械系统，包括机构、传动、控制等 方面。
研究内容
机构的结构分析、运动分析、力分析 、动力学分析、优化设计等。
机械原理的发展历程和趋势
发展历程
从简单机械到复杂机械系统，从经验设计到基于科学计算的设计。
机械原理(全套15PPT课件)
contents
目录
• 机械原理概述 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面连杆机构及其设计 • 凸轮机构及其设计 • 齿轮机构及其设计
01 机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统中力的 传递、转换和效应的基本规律和 原理的学科。
具有急回特性、死点位置、压力角和 传动角等特性，这些特性对机构的运 动性能和动力性能有重要影响。
机械原理—平面机构的结构分析
齿轮齿廓
作者：潘存云教授
活塞与缸套
§2-1 运动链与机构
按两构件之间相对运动方式分：
运动副
转动副——两构件之间的相对 运动为转动的运动副
移动副——两构件之间的相对 运动为平动的运动副
对于空间机构，还有螺旋副和球面副
§2-1 运动链与机构
按两构件之间接触方式分：
运动副
低副——两构件之间为面接触 的运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 运动链与机构 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构自由度的计算 §2-4 机构分析与创新 §2-5 机构结构的拓展内容简介
§2-1 运动链与机构
机构是传递机械运动的装置，也就是传递机械运动、力 或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。
机构的组成要素为构件和运动副。
在
机 架 上
齿 轮 齿
的 电 机
条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
§2-2 机构的运动简图
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
§2-2 机构的运动简图
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
§2-2 机构的运动简图
（3）构件表示时的注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动 副的性质。
C D4
A1 1 B
3 2
5
E
6
冲床传动机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
第一章平面机构的结构分析
沈阳大学
教案
课程名称：机械设计基础编写时间：2011年8月10日
授课章节第一章平面机构的结构分析第一、二节目的要求根据实物绘制机构运动简图；
重点难点机构及运动副的概念、绘机构运动简图；
第次第页
11
2
2
1
2
1
2
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21
2
沈 阳 大 学
教案（续页）
第二节机械系统的运动简图设计
一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图就是机械系统的运动简图。
二、绘制：（播放PP ）
1、运动副的符号
转动副：
移动副： 齿轮副： 凸轮副：
2、机构运动简图的绘制，（书P14，鄂式破碎机） 1）分析机构，观察相对运动； 2）找出所有的构件与运动副； 3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺，())(mm m l 图上尺寸实际尺寸=μ
5）用规定的符号和线条绘制成间图。
（从原动件开始画） 小结：
第次第页。
机械原理平面机构的结构分析主要内容：
第一章平面机构的结构分析本章主要内容：１）平面机构运动简图的绘制２）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件３）机构的组成原理及结构分析1-1. 研究机构结构的目的(1) 探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件(2) 将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法(3) 了解机构的组成原理(4) 绘制机构运动简图1-2. 运动副、运动链和机构一、运动副基本概念：1运动副：两构件直接接触形成的可动联接运动副1 运动副2 运动副2运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。
3自由度：构件所具有的独立运动的数目4约束：对独立运动所加的限制运动副的分类：1根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。
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。
2根据两构件的空间运动形式，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，球面副运动副的约束特点：具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。
具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。
二、运动链•运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。
•闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素，该运动链为封闭系统。
•开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。
三、机构从运动链的角度，机构需具有下列特点:•1) 运动链中有机架•2) 各构件间有确定的运动1-3．平面机构运动简图一、机构运动简图的定义及作用说明机构各构件间相对运动关系的简单图形.机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.•组成：线条和符号•符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示2.构件的表示方法将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。
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。
《机械原理平面机构运动简图》PPT课件讲义
三、计算自由度时应注意的问题
1.复合铰链——两个以上的构件在同一处用转动副连接。
2 1
k个构件用复合铰链连接， 则转动副数目为:（k-1)
3
1
2
3
例：计算n圆=7盘, 锯主体机构的自由度。 解： A、B、C、D处有复合铰链，
PL=10 F=3n-2 PL-PH =3×7-2×10-0
例：绘制冲床机构的运动简图。
§2-3 平面机构的自由度
一、机构的自由度 1.自由度及约束
自由度——机构或构 件所具有的独立运动参数的 数目。
约束——对独立运动的 限制。 一个作平面运动的 自由构件具有三个 自由度。
2.平面机构自由度计算
构件组成运动副后，其 独立运动受到约束，自由度 将减少。
移动副：引入两个约束 （一个移动、一个转动）
以图2.10 所示，一偏心轮曲柄滑块机构为例，说明机 构运动简图的绘制方法。
图2.10 偏心轮曲柄滑块机构 图2.11 对应的机构运动简图
例题2.12：绘制图示颚式破碎机的运动简图 分析：该机构有6个构件和7个转动副。
图2.12 颚式破碎机构
图2.13 对应的机构运动简图
例：绘制机构运动简图。
=1
2.局部自由度——与整 个机构运动无关的自由度（ 即多余的）。
计算时，应排 除局部自由度。
常见于凸轮机构滚子从动件以及类似将滑动摩擦变为滚 动摩擦的情况中。
3.虚约束——对机构的运动不产生实际约束效果的重复约 束。
计算时，应除取虚约束（包括有关的构件及运动副）
虚约束常见于以下情况(：虚约束）1'
1
（1）两构件之间形成多个导路平行的移动副。
机械原理第一章
机构具有确定运动的条件： 机构自由度数目大于零并等于原动件数目。
若F >原动件数，则机构运动将不确定； 若F <原动件数，则导致最薄弱处损坏。
1.4.1 平面机构自由度的计算
每个自由构件的自由度：3 (x，y, q ) 设平面机构由N个构件、PL个低副和PH 个高副组成。 设N个构件中有一个构件为机架，则机 构中的活动构件数为：n=N – 1 O
例：计算颚式破碎机的自由度，并 判断机构是否有确定的运动。 解： n =5 PL=7 PH=0
6 F 5 4 C
O 1 A
2 3 B D E
F =3n –2PL –PH =3×5 –2×7 =1
机构原动件为1，∴ 机构运动确定。
例：判断牛头刨床主体机构是否 有确定的运动。 解： n =5 PL=7 PH=0
1 3
2
1
3
2
3
1
2
3 4
1
3 两个转动副
1 2
2
4 两个转动副
两个转动副
关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副。
2. 局部自由度
局部自由度：是指在机构中某些构件所产生的不影响其他构件 运动的局部运动的自由度。 F =3n–2PL–PH =3×3–2×3–1=2
B O
去除局部自由度后： F =3n–2PL–PH =3×2–2×2–1=1
C 5 D E 6
2 1
A
F
上图中C为复合铰链，由3个构件组成，转动副为2个，∴PL=7。 F =3n –2PL –PH =3×5 –2×7 =1 ， ∴ 机构运动确定。 若复合铰链由m个构件组成，则其转动副的数目为(m –1 )个。
正确识别复合铰链举例：
东南大讲义学机械原理课件
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）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆
机构。
注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形
条件：最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
曲柄滑块机构有曲柄的条件
B’
b e
b
Ea A
Bb
C”
C
B’’ D ∞
1）a为最短杆 2) a+e≤b.
导杆机构有曲柄的条件
a A
d
C
摆动导杆机构 B
1)a为最短杆，a+ed
已知:lCD,,K C1
C2 确定18比0例°尺（Kl-1）
的杆长之和。（杆长和条件）
铰链四杆机构类型的判断条件：
1）在满足杆长和的条件下：
（1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另 一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构； （2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双 曲柄机构； （3）以最短杆的对边构件为机架，均无曲柄存在，即该 机构为双摇杆机构。
2 B
3 αF
1 vB3
A 1 B vB3 α
2F 3
A
C
F
n αv
2、最小传动角的确定
F2 Cγ F
B
C’’
b γ
A
a
δmax
δ c
机械设计基础课件第一章-平面机构及其自由度
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16
第三节 平面机构的自由度
❖ 例1-4计算图1-9所示机构的自由 度。
❖ 解 在机构中，活动构件数 n=4；低副数PL=5；高副数PH=1 。
❖ 由公式： F=3n-2PL-PH
❖
=3×4-2×5-1
❖
=1
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第三节 平面机构的自由度
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18
第三节 平面机构的自由度
独立构件，具有三个独立的 运动。即x方向、y方向的平 动和转动。
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第三节 平面机构的自由度
二、运动副的约束
机构中构件被联接起来组成运动副后，
其相互间有接触，独立运动受到限制， 把对独立运动的限制称为约束。
平面低副引入两个约束，具有一个自 由度。
平面高副引入一个约束，具有两个自 由度。
第一章 平面机构及其自由度
第一节 平面机构的组成 第二节 平面机构运动简图 第三节 平面机构的自由度
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1
第一节 平面机构的组成
一、运动副及其分类 1、运动副
使两构件直接接触而又能产生一定相 对运动的联接。 2、分类 A、低副：凡为面接触的运动副。包括回转 副和移动副。
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❖ 由公式： F=3n-2PL-PH
❖
=3×7-2×10-0
❖
=1
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第三节 平面机构的自由度
2、局部自由度 如图1-15a所示凸轮机构，为了减少触
处的磨损，在凸轮和从动件（顶杆）间装 了圆柱形滚子，显然滚子绕自身轴线的自 由转动不会影响其它构件的运动。这种同 整个机构运动无关的自由度称为局部自由 度。
机械原理(全套154页PPT课件)
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。