哈尔滨工程大学机械原理课件第六章.pptx
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机械原理课件.pptx
➢ 杠杆
机械发展的历史回顾
➢ 滑轮 ➢ 现代起重设备
我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造
中国古代杰出的发明创造
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应 用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东 汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在 采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以 找到它们的原始形态。
1
潘存云教授研制
5
6
排气阀4、 连杆5、 曲轴6、
凸轮7、 顶杆8、 齿轮9、10
工作原理：
9 10
1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；
2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧；
内燃机
3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；循输环出运连动续的的结旋果转，运使动曲轴 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
机械发展的历史回顾
展望刚刚到来的21世纪，智能机械、微型机构、仿生 机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动 化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科 知识。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
促进国防、科技工业的发展
造福人类
有关机械的几个问题
➢什么是机械？其含义包括哪些？ ➢各行各业的机器组成有没有共同的特点？
②各部分有确定的相对运动；
③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量
的转换 机器的作用
是能量变换的装置，即可将某种形 式的能量变换成机械能，或者把机
械能变换成其他形式的能量（如内 燃机、蒸汽机、电动机） 。
是完成有用的机械功或者是搬运
机械原理ppt课件
机械原理ppt课件•机械原理概述•机构的结构分析•平面机构的运动分析•平面机构的力分析目录•机械的效率和自锁•机械的平衡与调速01机械原理概述机械原理的定义与意义定义机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。
意义机械原理是机械工程学科的基础理论，对于培养机械类高级工程技术人才的全局知识、创新能力和工程实践能力具有重要作用。
机械原理的研究对象和任务研究对象以机器与机构为研究对象，研究其结构、运动学、动力学和性能等方面的问题。
任务揭示机器与机构的工作原理，研究其设计理论和方法，为机械产品的创新设计和制造提供理论和技术支持。
机械原理的发展历程古代机械原理主要依赖于经验和直观，缺乏系统的科学理论。
近代机械原理随着数学、力学等学科的发展，机械原理开始形成较为完整的理论体系。
现代机械原理随着计算机科学、控制论、信息论等学科的交叉融合，机械原理的研究领域不断扩展，研究方法不断更新。
02机构的结构分析包括构件、运动副和约束等，是机构的基本组成部分。
机构组成要素两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
根据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两类。
运动副对机构中构件的运动所加的限制称为约束。
约束反力是约束对构件的作用力，其方向与构件的运动趋势相反。
约束机构组成要素及运动副机构运动简图及表示方法机构运动简图用规定的符号和线条表示构件和运动副，并按一定比例画出各运动副的相对位置及与构件连接的几何关系，这种表示机构结构的图形称为机构运动简图。
表示方法在机构运动简图中，构件用直线或折线表示，长度按比例绘制；运动副用规定的符号表示，如转动副用“○”表示，移动副用“→”表示等。
机构具有确定运动的条件机构自由度的计算机构自由度是机构中所有活动构件的自由度数之和减去约束数。
在计算自由度时，需要注意复合铰链、局部自由度和虚约束的处理方法。
原动件的选择原动件是机构中主动独立的运动单元，其选择应根据机构的使用要求、动力源的特性以及机构的类型等因素综合考虑。
机械原理电子教案第6章
qk = tg ak - ak
❖ qk 就是压力角ak的渐开线函数，用 invak来表示。
二、渐开线方程（续）
3. 渐开线的极坐标参数方程
rk= rb/cos ak qk = inv ak= tg ak - ak
4. 渐开线的直角坐标方程
x rb sin u rbu cos u
y
rb
cos u
§6-1 齿轮机构的应用及分类
齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种 传动机构，可以用来传递空间任意两轴间的运动 和动力。传动准确、平稳、机械效率高、使寿命 长、工作安全可靠。
一、根据一对齿轮在啮合过程中传动比是否恒定
可将齿轮机构分为两大类：
1. 变传动比传动的齿轮机构 这种齿轮机构一般是
非圆形的，所以又称为非 圆齿轮机构。 2. 定传动比传动齿轮机构
二、圆形齿轮机构的类型（续）
人字 齿 轮 传 动 斜齿圆柱齿轮传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
2. 空间齿轮机构
直齿圆锥齿轮传动
1.圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动
曲齿圆锥齿轮传动
2.螺旋齿轮传动
3.蜗轮蜗杆传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
锥齿轮传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
蜗杆传动
交错轴斜齿轮传动
§6-2 齿轮的齿廓曲线
一、共轭齿廓
如果两轮的转动能实现预定的传动比，则两轮相互接触 传动的一对齿廓称为共轭齿廓。
二、齿廓啮合的基本要求
uK2K1.n = 0
n ----两齿廓接触点的公法矢
nK2K1 ----两齿廓接触点间的相对速
度
齿廓啮合的基本方程式
三、齿廓啮合的基本定律
互相啮合传动的一对齿轮，在 任一位置时的传动比，都与其 连心线O1O2被其啮合齿廓在接 触点处的公法线所分成的两段 成反比。即: i12 1 O2P
❖ qk 就是压力角ak的渐开线函数，用 invak来表示。
二、渐开线方程（续）
3. 渐开线的极坐标参数方程
rk= rb/cos ak qk = inv ak= tg ak - ak
4. 渐开线的直角坐标方程
x rb sin u rbu cos u
y
rb
cos u
§6-1 齿轮机构的应用及分类
齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种 传动机构，可以用来传递空间任意两轴间的运动 和动力。传动准确、平稳、机械效率高、使寿命 长、工作安全可靠。
一、根据一对齿轮在啮合过程中传动比是否恒定
可将齿轮机构分为两大类：
1. 变传动比传动的齿轮机构 这种齿轮机构一般是
非圆形的，所以又称为非 圆齿轮机构。 2. 定传动比传动齿轮机构
二、圆形齿轮机构的类型（续）
人字 齿 轮 传 动 斜齿圆柱齿轮传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
2. 空间齿轮机构
直齿圆锥齿轮传动
1.圆锥齿轮传动 斜齿圆锥齿轮传动
曲齿圆锥齿轮传动
2.螺旋齿轮传动
3.蜗轮蜗杆传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
锥齿轮传动
二、圆形齿轮机构的类型（续）
蜗杆传动
交错轴斜齿轮传动
§6-2 齿轮的齿廓曲线
一、共轭齿廓
如果两轮的转动能实现预定的传动比，则两轮相互接触 传动的一对齿廓称为共轭齿廓。
二、齿廓啮合的基本要求
uK2K1.n = 0
n ----两齿廓接触点的公法矢
nK2K1 ----两齿廓接触点间的相对速
度
齿廓啮合的基本方程式
三、齿廓啮合的基本定律
互相啮合传动的一对齿轮，在 任一位置时的传动比，都与其 连心线O1O2被其啮合齿廓在接 触点处的公法线所分成的两段 成反比。即: i12 1 O2P
哈工大机械系统设计第六章
明确机械系统的设计要求和使用需求，进行功能定义和性能指标分析。
需求分析
对完成的机械系统进行试验和性能评估，验证其是否满足设计要求和使用需求。
试验与评估
根据需求分析结果，进行初步的方案设计和构思，形成多个可行的方案。
概念设计
对初步方案进行详细设计，确定各部件的形状、尺寸、材料等参数，进行性能分析和优化。
哈工大机械系统设计第六章的习题与思考题
05
该习题考察了机械系统设计的基本概念和原则，通过解析可以加深对机械系统设计理论的理解。
习题1解析
该习题涉及到机械系统的动力学分析，解析过程有助于掌握动力学分析的方法和技巧。
习题2解析
该习题要求进行机械系统的优化设计，解析能够帮助理解优化设计的原则和方法。
习题3解析
思考题2解析
该思考题要求对机械系统的安全性进行分析，解析有助于掌握安全性分析的要点和方法。
思考题3解析
该思考题考察机械系统的能效设计，解析有助于理解能效设计的原则和技巧。
思考题4解析
哈工大机械系统设计第六章的思考题解析
该部分提供了习题1的答案及详细解析，有助于检验学习效果和巩固知识点。
习题1答案与解析
技术设计
根据技术设计结果，进行施工图纸设计和工艺流程规划，确保制造和装配过程的可行性。
施工设计
02
01
03
04
05
机械系统设计的流程
CAD软件
CAE软件
设计方法学
创新设计方法
机械系统设计的工具与技术
01
02
03
04
用于二维和三维建模、装配、工程图绘制等。
用于进行有限元分析、动力学分析、热分析等。
包括功能分析、参数化设计、优化设计等理论和方法。
需求分析
对完成的机械系统进行试验和性能评估，验证其是否满足设计要求和使用需求。
试验与评估
根据需求分析结果，进行初步的方案设计和构思，形成多个可行的方案。
概念设计
对初步方案进行详细设计，确定各部件的形状、尺寸、材料等参数，进行性能分析和优化。
哈工大机械系统设计第六章的习题与思考题
05
该习题考察了机械系统设计的基本概念和原则，通过解析可以加深对机械系统设计理论的理解。
习题1解析
该习题涉及到机械系统的动力学分析，解析过程有助于掌握动力学分析的方法和技巧。
习题2解析
该习题要求进行机械系统的优化设计，解析能够帮助理解优化设计的原则和方法。
习题3解析
思考题2解析
该思考题要求对机械系统的安全性进行分析，解析有助于掌握安全性分析的要点和方法。
思考题3解析
该思考题考察机械系统的能效设计，解析有助于理解能效设计的原则和技巧。
思考题4解析
哈工大机械系统设计第六章的思考题解析
该部分提供了习题1的答案及详细解析，有助于检验学习效果和巩固知识点。
习题1答案与解析
技术设计
根据技术设计结果，进行施工图纸设计和工艺流程规划，确保制造和装配过程的可行性。
施工设计
02
01
03
04
05
机械系统设计的流程
CAD软件
CAE软件
设计方法学
创新设计方法
机械系统设计的工具与技术
01
02
03
04
用于二维和三维建模、装配、工程图绘制等。
用于进行有限元分析、动力学分析、热分析等。
包括功能分析、参数化设计、优化设计等理论和方法。
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
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。
机械原理全套ppt课件
机械传动系统
轴系零部件
熟悉带传动、链传动、齿轮传动等传动方 式的工作原理、特点及应用场合。
了解轴承、轴、联轴器、离合器等轴系零部 件的结构、功能及选用原则。
机械原理在实际工程应用中的价值
1 2
指导机械设计
机械原理为机械设计提供理论依据，指导设计师 进行科学合理的机构选型、传动方案制定和零部 件设计。
获得综合性能最优的连杆机构方案。
多目标优化
在给定设计空间和约束条件下，寻求连杆机构材料的 最优分布，以实现轻量化设计和提高机构的整体性能 。
04 凸轮机构设计与 分析
凸轮机构类型及特点
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化 直径的盘形构件，具有结构简单 、紧凑的特点，适用于较小行程
的场合。
移动凸轮
等因素。
07 轮系设计与分析
轮系类型及特点
定轴轮系
所有齿轮的几何轴线均固定不变，适 用于简单、低速的传动系统。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成，兼 具两者的特点，适用于复杂、高速的 传动系统。
行星轮系
至少有一个齿轮的几何轴线绕其他齿 轮的几何轴线转动，结构紧凑、承载 能力大、传动效率高。
轮系传动比计算方法
06 蜗杆传动设计与 分析
蜗杆传动类型及特点
蜗杆传动类型
包括圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。
蜗杆传动特点
具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小、自锁性好等特点。但同时也存在 效率低、发热量大、制造成本高等缺点。
蜗杆传动参数选择与强度计算
参数选择
包括蜗杆头数、蜗轮齿数、模数、压 力角、螺旋角等参数的选择，需根据 传动要求和工作条件进行确定。
机械原理课程目标与要求
哈工大机械原理课件
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。
3.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运动副去掉，然后再进行计算。 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。
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
带虚约束的曲轴 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。
如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
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。
绘制机构运动简图的步骤
绘制牛头刨床机构的运动简图
绘制十字滑块联轴节的运动简图
§2-3 机构自由度的计算
一、平面机构自由度的计算公式
１、根据运动副所引入的约束数分类
见表2-1
根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 球面高副 柱面高副 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
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
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 圆柱套筒副
二、创新
两用折叠椅
双曲面滚柱加载器
外环 内环
同向传动齿轮
叶片差速泵
Байду номын сангаас
PART ONE