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1、绪论及机构组成 原理及可动性分析,一、机械原理课程的研究对象,指执行机械运动的装置，它用来变换和传递能量、物料与信息。,绪 论,1、对象：,2、机器：,而机械是机器与机构的总称。,是机械。,内燃机,插齿机构,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。,是完成有用的机械功或者是搬运 物品。,是用来获得和变换信息。,机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换。,机器与其它装置的主要区别是：,机器是由机构组成的。,平底凸轮机构,内燃机,连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇运动机构 带传动和链传动机构 螺旋机构 组合机构,连杆机构,凸轮机构,曲
2、柄摇杆机构,滚轮凸轮机构,齿轮机构,间歇运动机构,螺旋机构,直齿轮的啮合,电影机构,螺旋机构,凸轮组合机构,组合机构,一.机械原理课程的性质:,它的任务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，初步具有拟定机械传动方 案、分析和设计机构的能力。,0-2 机械原理课程的内容,是研究机械性能分析与设计的基本理论与方法的专业 基础课程之一。,二.机械原理研究的基本问题：,3、机构系统运动方案设计。,三.机械原理的教学内容,1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。,2、研究四种基本机构的特性和设计方法： 连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇运动机构.,4、机构及其系统动力学设计。,
3、结 束,机构组成原理 及可动性分析,1-1 机构的组成及运动简图,一.机构的组成,构件,运动副,构件是由一个或若干 个零件组成。,（一）构件,零件制造的单元体。,机架（或固定构件）,活动构件,运动规律已知的活动构件称为原动件。,作用有驱动力或驱动力矩的活动构件称为主动件。,输出运动或动力的从动件称为输出件。,机构中的运动单元体。,内燃机,用运动副联结后，彼此的相对 运动受到某些约束.,两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。,转动副,球销副,转动副,（2） 根据运动副中构件间的接触形式分：,移动副,转动副,常用的运动副,齿轮副,凸轮副,高副 ：点、线接触的运动副。,（3）根据构件间的相对
4、运动分：,转动副,移动副,齿轮副,球顶凸轮副,（三）运动链,用运动副联结而成的相对可动 的构件系统称为运动链,机械手运动链,（四）机构,机构的形成,二. 机构运动简图,用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副， 按比例作出的图形。,转动副,移动副,直齿轮的啮合,球顶凸轮副,内燃机,插齿机,1-2 机构可动的运动学条件,能动吗？,一.机构自由度的一般公式,机构自由度机构中各活动 构件相对于机架的可能独立运 动的数目。,含有运动副个数为：,若机构中有n个活动构件，,二.公共约束与平面机构自由度,1.公共约束在有些机构中，由于运动副的特殊配置而使机 构中的所有活动构件共同失去了某些自由度，即
5、给机构中的所有构件施加了某些公共的约束。,作平面运动的自由构 件有3个独立运动。,2 .平面机构自由度计算式（有3个公共约束）,3 .具有m个公共约束的机构，其自由度计算式：,m=4,所以,平面构件三自由度,三.机构可动的运动学条件,P5=4,P4=1,F=0,n=3,n=2,P5=3,F=0,n=3,P5=5,F= 1,n=3,P5=4,F=1,n=4,P5=5,F=2,1.机构可能运动的条件是：,2.机构具有确定运动的条 件是：,即主动件数等于机构 自由度数F 。,输入的独立运动数目 等于机构自由度数F 。,机构自由度数F1。,1-2 机构可动的运动学条件,四.计算机构自由度时应注意的问题
6、,（一）虚约束,虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束。或称消极约束。,？,机构的虚约束,机构的虚约束2,常见的虚约束：,1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合,？,二维移动副虚约束,常见的虚约束：,4.在机构整个运动过程中，其中某两 构件上两点之间的距离始终不变。,5.机构中自由度F= 1的对称部分。,二维2Kh行星轮系,（二）局部自由度,局部自由度机构中个别构件所具有的不影响其它构件 运动，即与整个机构运动无关的自由度。,?,（三）正确确定运动副的数目,？,实际有(m-1)个转动副。,例,如图所示F、B、D、C处是复合铰链,二维直线运动机构,机构具有确定运动,因为
7、主 动件数等于机构自由度数F 。,1-3 机构可动的力学条件,一.平面机构的压力角和传动角,（一）压力角与传动角,在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构 中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的 速度方向线所夹的锐角。,压力角 ：,越小，受力越好。,越大，受力越好。,?,（二）机构最小传动角位置的确定,1.铰链四杆机构中，原动件为AB为曲柄。,一.平面机构的压力角和传动角,（一）压力角与传动角,以AB为原动件的曲柄摇杆机构，,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输 出件的夹角最小和最大（ ）。,2.AB为主动的曲柄滑块机构,只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向 正确匹配，方能保
8、证最小传动角的瞬时位置，刚好处于 工作较小的空回行程中。,当=90时，可得min为,二.不考虑摩擦时机构可动的力学条件,（一）机构的死点位置,死点位置在不计构件重力、惯性力和运动副中摩擦力的条 件下，当机构处于传动角=0（或压力角=90）的机构位置。 在此位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大， 均不能使机构运动。,请思考： 下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。,（二）不考虑摩擦时机构可 动的力学条件,三.考虑摩擦时机构可动的力学条件,机构中的运动副是可动联结，但若其中有一个运动副在外 力及摩擦力的作用下变成不可动联结，则机构显然不可动。,（一）运动副中的摩擦和自锁,当
9、 时，若滑块A原来 静止，则无论外力P增止多大， 均不能使滑块A运动，即称之 谓移动副的自锁。,1 .移动副,注意：总反力RBA的方向总是逆着相对运动vAB而与相对 运动方向成（90+ ）。,2 .转动副,（1）总反力总是切于摩擦圆，产生的摩擦力矩逆着 相对转动方向;,（2）当h时，即 与摩擦圆相割或相切，产生自锁。,（二）机构的自锁区,由驱动力F通过运动副传给构件1的力矩,对于传动角始终为90的机构， 其传力性能最佳且无死点。但是， 即使只移动副的摩擦，在一定条件 下也会自锁。,故当,此机构的自锁条件为：,1-4 平面机构的组成原理及结构分析,一.平面机构的组成原理,平面机构具有确定运动的条
10、件是机构的原动件数目等于机构 的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。,F=1,F=0,F=0,F=1,F=0,内副联结杆组中构件的运动副。,机构的组成原理：,任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到 原动件和机架上去的方法来组成。,二.平面机构中的高副低代,1 .高副低代,把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。,2 .高副低代的条件,（1）代替前后机构的自由度数不变；,（2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。,3 .高副低代的方法,用两端各装有一个转动副的 构件取代高副，其转动副的中心 位于高副元素的曲率中心处。,三.平面机构中的结构分析,1 .机构的结构分析,是将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型。,2 .机构结构分析的过程,（1）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代，,（3）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别。,注意：远离主动件的杆组先坼。,结 束,
