《機(jī)械原理》緒論及第一章講稿.doc

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機(jī)械原理 講 稿 宋立權(quán) 緒 論 0-1 機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu) 一、機(jī)械原理的研究對(duì)象：機(jī)器與機(jī)構(gòu) 1. 機(jī)架 2.滑塊 3.進(jìn)氣閥 4.排氣閥 5.連桿 6.曲柄 7.凸輪 8.從動(dòng)桿 9、10．齒輪 一個(gè)工作循環(huán)內(nèi) （四個(gè)階段） 1．進(jìn)汽， 2．壓縮， 3．膨脹， 4．排汽 2、5、6、1--曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 9、10、1--齒輪機(jī)構(gòu)， 7、8、1--凸輪機(jī)構(gòu) 配汽機(jī)構(gòu)： 齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu) 實(shí)例：?jiǎn)胃姿臎_程發(fā)動(dòng)機(jī) 單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)畫 二、基本概念（有關(guān)名詞） 1、機(jī)器 特征： a)一種人為的實(shí)物組合 b)各構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng) c)能為人類作功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能 電動(dòng)機(jī)：電能→機(jī)械能 發(fā)電機(jī)：熱能（水能、風(fēng)能）→電能 機(jī)器定義：特征a)+b)+c) 能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、各部分（構(gòu)件）間具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人為實(shí)物組合。 2．機(jī)構(gòu) 定義：各部分（構(gòu)件）間具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人為實(shí)物組合 機(jī)構(gòu)：平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu) 3．機(jī)械 機(jī)構(gòu)器與機(jī)構(gòu)的總稱 4．構(gòu)件與零件 構(gòu)件－運(yùn)動(dòng)的單元 零件－加工制造的單元 5．其他 原動(dòng)件（主動(dòng)件）、從動(dòng)件、原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、機(jī)組 0-2機(jī)械總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容及 機(jī)械原理課程的定位與任務(wù) 一、 機(jī)械總體方案設(shè)計(jì) 1．功能原理設(shè)計(jì) 牛頭刨床：平面切削(不同的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式) 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 壓縮機(jī)：介質(zhì)壓縮（往復(fù)式、旋葉式、渦旋式等） 2．系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)器的功能要求，確定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸，最終完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 3．系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1）型綜合 機(jī)構(gòu)選型 2）數(shù)綜合 定尺寸 3）運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)綜合分析，與2）交替進(jìn)行 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 二、 機(jī)械原理課程的定位與任務(wù) 機(jī)構(gòu)形式種類繁多，結(jié)構(gòu)各不相同 在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，研究各類機(jī)構(gòu)所具有的共性問題，并由此建立起分析設(shè)計(jì)的一般方法。 以高等數(shù)學(xué)、物理、制圖、理力為基礎(chǔ)的技術(shù)基礎(chǔ)課，與專業(yè)課有緊密聯(lián)系，起著承上啟下的作用。 相對(duì)于基礎(chǔ)課，更接近于工程實(shí)際； 相對(duì)于專業(yè)課，研究的是機(jī)械所具有的共性問題。 擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)機(jī)械工程師的重要任務(wù) 0-3 機(jī)械原理課程的主要內(nèi)容、 基本要求與學(xué)習(xí)方法 一、機(jī)械原理課程的主要內(nèi)容 1． 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué) 研究機(jī)構(gòu)的組成原理，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可能性和機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件。（第一章） 2． 常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 掌握機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析方法。（第二章、第三章、第四章、第五章） 3． 機(jī)械動(dòng)力學(xué)（第六章） （1） 研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中，作用在構(gòu)件上的力的求法，決定機(jī)械效率的方法。 （2） 機(jī)械平衡與機(jī)械系統(tǒng)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)。 4． 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)（第七章） 課程綜合設(shè)計(jì)進(jìn)行 二、基本要求與學(xué)習(xí)方法 課堂教學(xué)：46h（機(jī)自）， 54h（車輛） 綜合課程設(shè)計(jì)：4周 考試：期末 6580%， 平時(shí)測(cè)驗(yàn)（2次）20% 作業(yè) 10%（每次交 1/3） 出勤 5% 實(shí)驗(yàn)：18h（機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)課） 思考題：緒論0-1 ~ 0-3 第一章　機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的： 研究機(jī)構(gòu)的組成，探討機(jī)構(gòu)的可動(dòng)性，機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件； 研究機(jī)構(gòu)的組成原理，按結(jié)構(gòu)分類，并由此建立起運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析的一般方法。 機(jī)構(gòu)的表示方法（掌握繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法），為設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)指示合理的途徑。 1-1機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 一、運(yùn)動(dòng)副 定義：①兩構(gòu)件②直接接觸且能產(chǎn)生③一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 1. 回轉(zhuǎn)副 2. 移動(dòng)副 3. 高副 構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面。 運(yùn)動(dòng)副：平面運(yùn)動(dòng)副、空間運(yùn)動(dòng)副 平面構(gòu)件的三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)： 1） 隨構(gòu)件上某點(diǎn)A沿X方向運(yùn)動(dòng)； 2） 隨構(gòu)件上某點(diǎn)A沿Y方向運(yùn)動(dòng)； 3） 繞構(gòu)件上某點(diǎn)A的轉(zhuǎn)動(dòng)； 空間構(gòu)件具有六個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 沿X、Y、Z座標(biāo)的移動(dòng)和繞座標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 平面構(gòu)件自由度：三個(gè)（X、Y、α） 圖2-3 運(yùn)動(dòng)副的約束 約束：對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制，每限制一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，稱為一個(gè)條件約束，相應(yīng)自由度減少1。 回轉(zhuǎn)副：保留一個(gè)相對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。 移動(dòng)副：保留一個(gè)相對(duì)獨(dú)立移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。 高 副：保留一個(gè)沿公切線方向的獨(dú)立移動(dòng)和繞接觸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) 的運(yùn)動(dòng)副。 思考該運(yùn)動(dòng)副是否存在？ 限制一個(gè)相對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，保留二個(gè)相對(duì)獨(dú)立移動(dòng) 平面運(yùn)動(dòng)副 低副 特征：①面接觸，②約束條件2，自由度1 1．回轉(zhuǎn)副 2．移動(dòng)副 3．高 副 特征：①點(diǎn)、線接觸，②約束條件1，自由度2 1-2運(yùn)動(dòng)鏈及機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 閉式鏈 開式鏈（機(jī)器人動(dòng)畫） 機(jī) 構(gòu) 和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制 一、運(yùn)動(dòng)鏈：若干構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)而成。 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件： 運(yùn)動(dòng)鏈中，固定一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，給出一個(gè)或幾個(gè)原動(dòng)件，如果其余構(gòu)件具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。 二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： 牛頭刨床機(jī)構(gòu)（程序） 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（應(yīng)用） 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 用簡(jiǎn)單的線條和表示符號(hào)，表達(dá)機(jī)器或機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理的簡(jiǎn)單圖形。 回轉(zhuǎn)副 移動(dòng)副 高 副 三、常用運(yùn)動(dòng)副表示方法 二副構(gòu)件 三副構(gòu)件 具有運(yùn)動(dòng)副原素的構(gòu)件 特殊運(yùn)動(dòng)副表示方法 鄂式破碎機(jī) 四、 平面機(jī)構(gòu)的自由度 1．自由度計(jì)算公式 F=3n-2PL-PH， n－可動(dòng)構(gòu)件數(shù)，PL－低副數(shù)，PH－高副數(shù) 2．局部自由度、復(fù)合絞、虛約束 局部自由度－與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度。 復(fù)合絞－m個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成m-1個(gè)回轉(zhuǎn)副。 虛約束－對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。常出現(xiàn)于以下幾種情況： （1） 聯(lián)接構(gòu)件上的點(diǎn)的軌跡與被聯(lián)接構(gòu)件上的點(diǎn)的軌跡重合。(火車前輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)) （2） 二構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)回轉(zhuǎn)副，回轉(zhuǎn)軸線重合。 （3） 二構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，導(dǎo)路平行。 （4） 對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的對(duì)稱部分。 行星輪系：有虛約束，無虛約束 3．機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算綜合示例 1-3 平面運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)的替代（高副低代法）：用兩個(gè)低副和一個(gè)構(gòu)件替代原機(jī)構(gòu)中的一個(gè)高副。 代替條件：1.自由度不變；2.瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)相同。 為何要研究機(jī)構(gòu)的高副低代？ 特例 低副的位置： 1．分別在構(gòu)成高副的兩個(gè)構(gòu)件上； 2．在過高副接觸點(diǎn)的共法線上（曲率中心處）。 代替步驟： 1．找出構(gòu)成兩構(gòu)件接觸點(diǎn)處的曲率中心O1、O2； 2．如果曲率半徑ρ存在，則在O處代以回轉(zhuǎn)副，若ρ→∞，在C處代移動(dòng)副； 3．將兩運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接于同一構(gòu)件。 例1 例2 例3 例4 1-4 按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合與結(jié)構(gòu)分析 一．基本桿組 機(jī)構(gòu)=機(jī)架+原動(dòng)件+從動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)構(gòu)自由度 F機(jī)= F機(jī)架 + F原+ F從 F機(jī)=F原，F(xiàn)機(jī)架 =0，有F從=0 從動(dòng)系統(tǒng)又可分為不可再分的運(yùn)動(dòng)鏈。 基本桿組：自由度為零，不可再分的運(yùn)動(dòng)鏈。 設(shè)從動(dòng)系統(tǒng)含有n個(gè)構(gòu)件、PL個(gè)低副，其自由度 F=3n-2PL=0，有低副數(shù)與構(gòu)件數(shù)的關(guān)系為： n、PL為正整數(shù)，滿足改關(guān)系的值為： n=2、PL=3 II級(jí)組 n=4、PL=6 III級(jí)組及IV級(jí)組 …… II級(jí)組：2個(gè)構(gòu)件，3個(gè)低副，共5個(gè)類（P42圖1-41） III級(jí)組與IV級(jí)組 二．基本桿組的聯(lián)接和機(jī)構(gòu)的組成 機(jī)構(gòu)組成原理（阿蘇爾原理）： 任何機(jī)構(gòu)都可以零自由度的運(yùn)動(dòng)鏈依此添加到原動(dòng)件和機(jī)架上的方法來完成。 習(xí)題 第一章： 1-1，1-2，1-4，1-6