机械原理电子教案

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1、2021/6/161第一章第一章绪绪论论1-1本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容n机械原理又称为机器理论与机构学。机械原理又称为机器理论与机构学。n机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及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。它是机械设机械运动方案设计的一门基础技术学科。它是机械设计理论和方法中的重要分支。计理论和方法中的重要分支。n机械原理的研究对象是机械。机械原理的研究对象是机械。2021/6/162第一章第一章绪绪论论一、机器的组成一、机器的组成定义：定义：机器是一种由人为物体组成的具有确定机械运动的装机器是一种由人为物体组成的

2、具有确定机械运动的装置，它用来完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。置，它用来完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。根据工作类型不同，机器一般可以分为：根据工作类型不同，机器一般可以分为：动力机器动力机器的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机的功用是将任何一种能量变换成机械能，或者将机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。轮机、电动机、发电机等都属于动力机器。工作机器工作机器的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金的功用是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削机床、轧钢机、织布机、

3、包装机、汽车、机车、飞属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等都属于工作机器。机、起重机、输送机等都属于工作机器。信息机器信息机器的功用是完成信息的传递和变换。例如，复印机、的功用是完成信息的传递和变换。例如，复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等都属于信息机器。打印机、绘图机、传真机、照相机等都属于信息机器。2021/6/163第一章第一章绪绪论论现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动现代机器通常由控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统等组成。力部分、传动部分及执行机构系统等组成。三个共同特点：三个共同特点：1、都是人为的实物组

4、合；、都是人为的实物组合；2、各部分之间具有确定的相对运动；、各部分之间具有确定的相对运动；3、用来变换或传递能量、物料和信息。、用来变换或传递能量、物料和信息。2021/6/164第一章第一章绪绪论论活塞、连杆、曲轴和气缸体活塞、连杆、曲轴和气缸体曲柄连杆机构；曲柄连杆机构；凸轮、阀杆和气缸体凸轮、阀杆和气缸体凸轮机构凸轮机构曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体曲轴、凸轮轴上的齿轮和气缸体齿轮机构齿轮机构2021/6/165第一章第一章绪绪论论机械是机构与机器的总称。机械是机构与机器的总称。2021/6/166第一章第一章绪绪论论二、机械原理课程的主要内容二、机械原理课程的主要内容1、各种机构共同的

5、基本问题；、各种机构共同的基本问题；2、分别讨论几种主要机构所特有的问题；、分别讨论几种主要机构所特有的问题；3、机器运转的平稳性问题。、机器运转的平稳性问题。2021/6/167第一章第一章绪绪论论 应达到的基本要求应达到的基本要求 1)对一般由平面机构和简单空间机构对一般由平面机构和简单空间机构(包括蜗轮蜗杆机构、包括蜗轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构等圆锥齿轮机构等)所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，所组成的机械系统能绘出其机构运动简图，计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机计算其自由度，并判定其具有确定运动的条件。并对平面机构组成的基本原理有所了解。构组成的基本原理有所了解。

6、2)具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解具有用瞬心法对高、低副机构进行速度分析，和用图解法或解析法对法或解析法对级机构进行运动分析的基本技能。级机构进行运动分析的基本技能。3)掌握运动副中摩擦力的计算，以及确定机械效率和机械掌握运动副中摩擦力的计算，以及确定机械效率和机械自锁条件的方法，并能用图解法或解析法对自锁条件的方法，并能用图解法或解析法对级机构进行力级机构进行力分析。分析。 2021/6/168第一章第一章绪绪论论4)具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构具有按已知的几何条件和运动条件对几种主要的平面机构进行运动设计的某些基本知识和能力。进行运动设计的某些基本知

7、识和能力。 5)初步具有确定简单机械运动方案的能力。初步具有确定简单机械运动方案的能力。6)具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知具有按已知动力学条件分析和设计机械的某些基本知识。识。7)具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资具有与本课程有关的解题、运算、制图和使用技术资料等方面的基本技能。料等方面的基本技能。8)了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法和运用实验方法研究机械的技术。用实验方法研究机械的技术。9)了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。了解各种常用机构的性能、特点及适用场合。10)对有关机械原理学科方面的工程常识、

8、重要新技术成对有关机械原理学科方面的工程常识、重要新技术成就及学科的新的发展趋向有所了解。就及学科的新的发展趋向有所了解。2021/6/169第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-1机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1、探讨机构组成的基本原理；、探讨机构组成的基本原理；2、为机构的运动分析和力分析指明途径；、为机构的运动分析和力分析指明途径；2-2机构的组成机构的组成1、构件、构件零件：零件：加工制造的单元；加工制造的单元；构件：构件：运动的单元。运动的单元。2、运动副、运动副运动副：运动副：每两个构件直接接触而形成的可动联接。每两个构件直接接触而形成的可动联接。运

9、动副元素：运动副元素：两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。2021/6/1610第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1611第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面运动副：平面运动副：平面机构所采用的运动副。平面机构所采用的运动副。两构件之间的运动副的作用两构件之间的运动副的作用限制该两构件之间的相对运动，引入约束，使相对限制该两构件之间的相对运动，引入约束，使相对运动的自由度的数目减少。运动的自由度的数目减少。自由度减少的数目等于运动副所引入的约束的数目自由度减少的数目等于运动副所引入的约束的数目2021/6/

10、1612第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析 运动副的分类运动副的分类1、根据引入约束的数目分为：、根据引入约束的数目分为：级副、级副、级副，级副，n级级副。副。2、按两构件的接触特性分类：低副（转动副和移动副）、按两构件的接触特性分类：低副（转动副和移动副）、高副。高副。2021/6/1613第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析低副具有的特点：低副具有的特点：1、引入两个约束，相对自由度为、引入两个约束，相对自由度为1；2、运动副元素都是面；、运动副元素都是面；3、耐磨损。、耐磨损。2021/6/1614第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析高副的特点：高副

11、的特点：1、引入一个约束，相对自由度为、引入一个约束，相对自由度为2；2、运动副元素是线或点；、运动副元素是线或点；3、不耐磨。、不耐磨。2021/6/1615第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析约束一个相对转动而保留两个独立相对移动的运动约束一个相对转动而保留两个独立相对移动的运动副存在吗？副存在吗？不存在不存在2021/6/1616第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1617第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析（1）转动副的表示方法）转动副的表示方法2021/6/1618第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析(2)移动副的表示方式

12、移动副的表示方式注意：移动副的导路必须与相对移动的方向一致注意：移动副的导路必须与相对移动的方向一致2021/6/1619第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析（3）高副的表示方法）高副的表示方法2021/6/1620第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析3、运动链、运动链若干构件借助于运动副联接而组成的系统。若干构件借助于运动副联接而组成的系统。闭式运动链：运动链的各构件构成了首末封闭的系统。闭式运动链：运动链的各构件构成了首末封闭的系统。2021/6/1621第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析开式运动链：运动链的构件未构成首末封闭的系统。开式运动链：运动链

13、的构件未构成首末封闭的系统。2021/6/1622第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1623第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析4、机构、机构（1）固定件（机架）固定件（机架）（2）原动件或主动件）原动件或主动件（3）从动件）从动件组成机构的四要素组成机构的四要素机架、原动件、从动件和运动副机架、原动件、从动件和运动副2021/6/1624第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-3机构运动简图机构运动简图根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号及国家标准规定的

14、的位置，就可以用运动副的代表符号及国家标准规定的常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情况表示出来。这种用以表示机构运动情况的简化图形就况表示出来。这种用以表示机构运动情况的简化图形就称为称为机构运动简图。机构运动简图。2021/6/1625第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析（一）构件的表示方法（一）构件的表示方法表示参与组成两个转动副的构件表示参与组成两个转动副的构件表示参与组成一个转动副和表示参与组成一个转动副和一个移动副的构件一个移动副的构件2021/6/1626第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析表示参与

15、组成两个移动副的构件表示参与组成两个移动副的构件表示参与组成一个回转副和表示参与组成一个回转副和一个高副的构件一个高副的构件2021/6/1627第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析具有三个运动副元素的构件具有三个运动副元素的构件2021/6/1628第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析具有四个运动副的构件如何画？具有四个运动副的构件如何画？2021/6/1629第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析特殊零件的画法：特殊零件的画法：凸轮：凸轮：齿轮：齿轮：2021/6/1630第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析（二）绘制运动简图的步骤（二）绘制运

16、动简图的步骤1、恰当的选择投影面，一般可以选择机械的多、恰当的选择投影面，一般可以选择机械的多数构件的运动平面为投影面。数构件的运动平面为投影面。2、观察各个机构的运动情况，确定出构件的数、观察各个机构的运动情况，确定出构件的数目。目。3、根据两构件接触情况及相对运动性质，确定、根据两构件接触情况及相对运动性质，确定出运动副的种类和数目。出运动副的种类和数目。4、用表示运动特征的简单线条，画出各个机构。、用表示运动特征的简单线条，画出各个机构。5、从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编、从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。号和运动副的代号。2021/6/1631例例21图图

17、29a所示为一颚式破碎机。当曲轴所示为一颚式破碎机。当曲轴1绕轴心绕轴心O连续回转时，动颚板连续回转时，动颚板5绕轴心绕轴心F往复摆动，从而将矿石往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。2021/6/16322021/6/1633第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2-4机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算活动构件数为活动构件数为n=N-1未用运动副联接时具有未用运动副联接时具有3n个自由度个自由度受到运动副联接时，其引入的约束数为受到运动副联接时，其引入的约束数为个。个。设某一

18、平面运动链共包含设某一平面运动链共包含N个构件（含机架），个构件（含机架），个个低副，低副，个高副。个高副。机构的自由度数：机构的自由度数：2021/6/1634第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析基本概念：基本概念：机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目；机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目；机构的自由度就是机构应具有的原动件数目。机构的自由度就是机构应具有的原动件数目。2021/6/1635第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间有何关系机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间有何关系？2021/6/1636第二章第

19、二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1637第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1638第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间关系机构自由度、原动件数与机构具有确定运动之间关系:1)F0的运动链不可能产生相对运动；的运动链不可能产生相对运动；2）F0的运动链的运动链当运动件数小于机构自由度时，构件间的相对运动是当运动件数小于机构自由度时，构件间的相对运动是无规则的；无规则的；当原动件数大于机构自由度时，机构不能运动；当原动件数大于机构自由度时，机构不能运动；只有当原动件数等于机构自由度时，构件之间才

20、有确只有当原动件数等于机构自由度时，构件之间才有确定的相对运动。定的相对运动。2021/6/1639第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析例：计算自由度例：计算自由度2021/6/1640第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/16412021/6/1642第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项1、正确计算运动副数目、正确计算运动副数目1）复合铰链）复合铰链2021/6/1643第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析复合铰链：复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相联接所两个以

21、上的构件在同一处以转动副相联接所构成。构成。由由m个构件汇成的复合铰链应当包含个构件汇成的复合铰链应当包含m-1个转动副。个转动副。2021/6/1644第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析B、C、D、E处都是处都是由三个构件组成的复由三个构件组成的复合铰链，各有合铰链，各有2个转个转动副动副2021/6/1645第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析1234512345131242021/6/1646第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2)两构件构成多个运动副两构件构成多个运动副两构件构成多个转动两构件构成多个转动副，其轴线互相重合副，其轴线互相重合时，只有

22、一个转动副时，只有一个转动副起约束作用。起约束作用。两构件构成多个移动副，其导路两构件构成多个移动副，其导路互相平行时，只有一个移动副起互相平行时，只有一个移动副起约束作用。约束作用。两构建在多处相接触构成平面两构建在多处相接触构成平面高副，且各接触点的公法线彼高副，且各接触点的公法线彼此重合，只能算一个平面高副。此重合，只能算一个平面高副。2021/6/1647第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1648第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2、要除去局部自由度、要除去局部自由度去掉局部自由度算法去掉局部自由度算法保留局部自由度算法保留局部自由度算法202

23、1/6/1649第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析3、要除去虚约束、要除去虚约束不产生实际约束效果的重复约束。不产生实际约束效果的重复约束。去掉虚约束算法去掉虚约束算法保留虚约束算法保留虚约束算法2021/6/1650第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1651第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面机构虚约束常出现情况：平面机构虚约束常出现情况：1）被连接构件上的点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合）被连接构件上的点的轨迹和机构上联接点的轨迹重合为一时。为一时。2021/6/1652第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2）两构件上两

24、点之间的距离始终保持不变。）两构件上两点之间的距离始终保持不变。3）机构中对运动不起作用的对称部分。）机构中对运动不起作用的对称部分。2021/6/1653第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例12021/6/1654第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例2试计算图试计算图2-24所示某包装机所示某包装机送纸机构的自由度送纸机构的自由度(图中图中)，并判断该并判断该机构是否具有确定的相对机构是否具有确定的相对运动。运动。=2021/6/1655第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析习习题题课课2021/6/1656第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结

25、构分析计算自由度计算自由度其中转动副其中转动副B为复合铰为复合铰链，由构件链，由构件1、2和和4组组成。成。2021/6/1657第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析其中构件其中构件1、3、5组成复组成复合铰链。合铰链。2021/6/1658第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1659第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1660第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1661第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1662第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/16

26、63第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析2021/6/1664第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析3-1机构运动分析的目的和方法机构运动分析的目的和方法2021/6/1665第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析3-2速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用1、速度瞬心、速度瞬心当两构件互作平面相对当两构件互作平面相对运动时，在任意瞬时都可运动时，在任意瞬时都可以认为它们是在绕某一点以认为它们是在绕某一点作相对转动。该点即为两作相对转动。该点即为两构件的速度瞬心。构件的速度瞬心。瞬心是该两刚体上相对速瞬心是该两刚体上相对速度

27、为零的重合点。度为零的重合点。如果两刚体之一是静止的，则瞬心为绝对瞬心。如果两刚体之一是静止的，则瞬心为绝对瞬心。如果两刚体都是运动的，则瞬心为相对瞬心如果两刚体都是运动的，则瞬心为相对瞬心2021/6/1666第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析瞬心的定义：瞬心的定义：瞬心是相对运动两刚体上顺势相对速度为零的重瞬心是相对运动两刚体上顺势相对速度为零的重合点，也就是具有同一的瞬时绝对速度的重合点。合点，也就是具有同一的瞬时绝对速度的重合点。2、机构中瞬心的数目、机构中瞬心的数目2021/6/1667第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析3、机构中瞬心位置的确定、机构中瞬心

28、位置的确定（1）两构件组成转动副）两构件组成转动副铰接点即为瞬心铰接点即为瞬心P12（2）两构件组成移动副）两构件组成移动副以移动副相联接的以移动副相联接的两构件间的瞬心位两构件间的瞬心位于垂直于导路方向于垂直于导路方向的无穷远处。的无穷远处。AVA1A2(A1、A2)P1221nnP122021/6/1668第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析（3）两构件组成高副）两构件组成高副当高副两元素作纯滚当高副两元素作纯滚动时瞬心就在接触点处。动时瞬心就在接触点处。当高副两元素间有相当高副两元素间有相对滑动时，瞬心在过接触对滑动时，瞬心在过接触点高副元素的公法线上。点高副元素的公法线上。

29、2021/6/1669第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析（4）两构件不直接成副）两构件不直接成副三心定理三心定理三个彼此作平面三个彼此作平面平行运动的构件的三个平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。瞬心必位于同一直线上。2021/6/1670第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析4、速度瞬心在机构速度分析中的应用、速度瞬心在机构速度分析中的应用1234P12P34P23P13P14P24P14P34P23P12P24P132021/6/1671求铰链点求铰链点P34的速度。已知点的速度。已知点P23的速度的速度方法一：将点方法一：将点P34与点与点P23看成是看成是

30、构件构件3上的点，利用构件上的点，利用构件3上速上速度为零的点求解。度为零的点求解。方法二：将点方法二：将点P34与点与点P23看成是构看成是构件件2、4上的两个点，利用两构件上的两个点，利用两构件的瞬心的瞬心P24求解。求解。2021/6/1672第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析已知构件已知构件2的角速度，求构件的角速度，求构件3和构件和构件4的角速度的角速度2021/6/1673第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析求构件求构件2和构件和构件4的角速度比。的角速度比。把把P24看作是构看作是构件件2上的点上的点把把P24看作是构看作是构件件4上的点上的点如果两构件

31、的瞬心位于两个速度为零的瞬心的连如果两构件的瞬心位于两个速度为零的瞬心的连线之外，则两构件的转向相同，否则，转向相反。线之外，则两构件的转向相同，否则，转向相反。2021/6/1674第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析例例已知图示曲柄摇块机构各构件的长度，试在图上标出机已知图示曲柄摇块机构各构件的长度，试在图上标出机构的全部瞬心位置。若已知曲柄的角速度构的全部瞬心位置。若已知曲柄的角速度1，试用瞬心法试用瞬心法求构件求构件3的角速度的角速度3。2021/6/1675第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析解：解：由由K=N（N-1）/2=4（4-1）/2=6（个）个）,瞬

32、心有瞬心有6个。个。顺时针方向顺时针方向2021/6/1676例：已知凸轮例：已知凸轮1以逆时针角速度绕以逆时针角速度绕A点回转，摆杆点回转，摆杆2绕绕C点回点回转，如图。且已知各构件尺寸，试求图示位置时机构的转，如图。且已知各构件尺寸，试求图示位置时机构的全部瞬心以及构件全部瞬心以及构件2的角速度。的角速度。解：解： 求瞬心数求瞬心数P23P13P122与与1方向相同。方向相同。32021/6/1677第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析例：已知一正切机构的有关尺寸。例：已知一正切机构的有关尺寸。1）找出图示位置机构的所有瞬心；）找出图示位置机构的所有瞬心；2）若若已已知知1构构

33、件件的的角角速速度度1，根根据据瞬瞬心心特特性性写写出出构构件件3的速度的速度V3的表达式。的表达式。2021/6/1678第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析解：由解：由K=N（N-1）/2=4X（4-1）/2=6（个）个）瞬心有瞬心有6个。如图所示个。如图所示VP13=1lP14P13=V32021/6/1679第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析3-3用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析1、矢量方程图解法的基本原理和作法矢量方程图解法的基本原理和作法构件的运动形式：定轴转动、直线移动、平面运动。构件的运动形式：定轴转动、

34、直线移动、平面运动。约约定：定：n如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副都是如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副都是转动副，则利用转动副，则利用“缸体的平面运动缸体的平面运动”来进行运动分析；来进行运动分析；n如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副中只如果机构中作平面运动的构件的两个基本运动副中只有一个转动副，而另一个是移动副，则利用有一个转动副，而另一个是移动副，则利用“点的复点的复合运动合运动”来进行运动分析。来进行运动分析。2021/6/1680第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析1.1同一构件上两点间的速度、加速度的关系同一构件上两点间的速度、加速度的关系平面

35、运动的构件的两个基本运动副都是转动副平面运动的构件的两个基本运动副都是转动副B1C1B2CC2平面复杂运动分解：平面复杂运动分解：1、以连杆上任一点的位移作平移运动；、以连杆上任一点的位移作平移运动；2、绕该点作转动。、绕该点作转动。牵连运动牵连运动相对运动相对运动牵连运动点或基点牵连运动点或基点2021/6/1681第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析总总结结连杆上点连杆上点C的运动是两个简单运动的合成：的运动是两个简单运动的合成：1、以连杆上某一基点以连杆上某一基点B的位移作牵连运动。的位移作牵连运动。2、连杆、连杆BC绕该基点绕该基点B作相对转动，其上作相对转动，其上C点的速

36、度方向点的速度方向垂直于这两点的连线垂直于这两点的连线BC。3、连杆的角速度应等于相对转动的角速度，而与牵连运连杆的角速度应等于相对转动的角速度，而与牵连运动无关。动无关。2021/6/1682n利用构件的平面运动关系作机构的速度分析利用构件的平面运动关系作机构的速度分析方向方向xxABBC大小大小？约定：约定：所有的绝对速度的矢量，均有所有的绝对速度的矢量，均有极点引出，而任何两个动点之间的相极点引出，而任何两个动点之间的相对速度的矢量，均不可有极点引出。对速度的矢量，均不可有极点引出。选取适当的比例尺选取适当的比例尺2021/6/1683方向方向？ABEB大小大小？方向方向？EB大小大小？

37、xx21212021/6/1684第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析影像原理影像原理同一构件上各点速度矢量矢端所形成的多边形，同一构件上各点速度矢量矢端所形成的多边形，必相似于该构件上对应点所形成的位置多边形，并且必相似于该构件上对应点所形成的位置多边形，并且二者的字母顺序的绕行方向相同。二者的字母顺序的绕行方向相同。2021/6/1685第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析速度多边形的特性速度多边形的特性1）在速度多边形中，连接极点和任意点的矢量）在速度多边形中，连接极点和任意点的矢量代表该点在机构图中的同名点的绝对速度，其代表该点在机构图中的同名点的绝对速度，其指

38、向是从极点指向是从极点p指向该点。指向该点。2）在速度多边形中，连接其他任意两点的矢量在速度多边形中，连接其他任意两点的矢量代表该两点在机构图中的同名点的相对速度，代表该两点在机构图中的同名点的相对速度，其指向和速度的角标相反。其指向和速度的角标相反。3）极点）极点p代表该构件上速度为零点的影像点。代表该构件上速度为零点的影像点。4）BCEbce，图形图形bce称为图形称为图形BCE的速的速度影像。度影像。2021/6/1686n利用构件的平面运动关系作机构的加速度分析利用构件的平面运动关系作机构的加速度分析(CB且由且由CB）(AB且由且由BA）2021/6/1687方向方向xxCBBC大小

39、大小？0约约定：定：所有的绝对加速度的矢量，均由所有的绝对加速度的矢量，均由极点引出，而任何两个动点之间极点引出，而任何两个动点之间的相对加速度的矢量必须衔接着的相对加速度的矢量必须衔接着画，不得被其它是两隔开，以便画，不得被其它是两隔开，以便能够获得它们的合矢量。能够获得它们的合矢量。选取适当的比例尺选取适当的比例尺逆时针逆时针2021/6/1688方向方向EBEB大小大小？方向方向ECEC大小大小？2122212021/6/1689第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析加速度多边形的特性加速度多边形的特性1）在加速度多边形中，连接极点和任意点的矢量代表该）在加速度多边形中，连接极

40、点和任意点的矢量代表该点在机构图中的同名点的绝对加速度，其指向是从极点在机构图中的同名点的绝对加速度，其指向是从极点点p指向该点。指向该点。2）每个加速度的两个分量必须衔接着画，不能分开。每个加速度的两个分量必须衔接着画，不能分开。3）与速度矢量相同，对相对加速度而言，矢量）与速度矢量相同，对相对加速度而言，矢量代表代表加速度加速度而不是而不是。4）极点极点p代表机构所有构件上加速度为零点的影像点。代表机构所有构件上加速度为零点的影像点。5）BCEbce，图形图形bce称为图形称为图形BCE的加速度的加速度影像，字母影像，字母BCE的顺序与字母的顺序与字母bce的顺序相同。的顺序相同。2021

41、/6/1690第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析1.2两构件重合点间的速度、加速度的关系两构件重合点间的速度、加速度的关系平面运动构件的两个基本运动副中只有一个转动副平面运动构件的两个基本运动副中只有一个转动副1123AB2C3B2B2取构件取构件3为动坐标，构件为动坐标，构件2上上的铰链点的铰链点B2作为动点，则动点的作为动点，则动点的绝对运动由两部分运动合成：绝对运动由两部分运动合成：1）动点随着动坐标作牵连运动；）动点随着动坐标作牵连运动；2）动坐标相对固定，动点由）动坐标相对固定，动点由点点B2沿动坐标相对移动到终点沿动坐标相对移动到终点B2。1）动点）动点B2随着动坐标

42、上的重合随着动坐标上的重合点点B3作牵连运动；作牵连运动；2）动点）动点B2对其重合点对其重合点B3沿动坐沿动坐标作相对移动标作相对移动。(B2、B3)(B3)2021/6/1691第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析n利用点的复合运动作机构的速度分析利用点的复合运动作机构的速度分析方向方向ABCDAC大小大小？2021/6/1692第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析n利用点的复合运动作机构的加速度分析利用点的复合运动作机构的加速度分析当动点当动点B2在一个转动（或含有转动）的动坐标上运动时，在一个转动（或含有转动）的动坐标上运动时，动点动点B2具有牵连加速度具有牵连

43、加速度、相对加速度、相对加速度和哥氏加速和哥氏加速度度。123AB2C3B2B21(B2、B3)(B3)的方向：的方向：把把的指向按的指向按3的方向转过的方向转过90。2021/6/1693第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析例题例题如图所示的机构中，设已知如图所示的机构中，设已知lAB=38mm，lBC=20mm，lDE=50mm；原动件；原动件1以等角速度以等角速度110rad/s沿顺时针沿顺时针方向回转。试用图解法求此时构件方向回转。试用图解法求此时构件3的角速度的角速度3、角角加速度加速度3以及以及E点的速度及加速度。点的速度及加速度。2021/6/1694解：解：1、速度

44、分析、速度分析已知已知B2点的速度点的速度利用利用B3与与B2重合点之间的关系，重合点之间的关系，可求得可求得B3点的速度点的速度方向方向ECDBAB大小大小？取速度比例尺取速度比例尺b1、b2b3p逆时针逆时针2021/6/1695b1、b2b3p求求E点速度点速度方法方法1：计算：计算方向垂直于方向垂直于DE方法方法2：采用速度影像法：采用速度影像法、de2021/6/16962、加速度分析、加速度分析由于构件由于构件1以等角速度回转，故知以等角速度回转，故知B点只有法向加速度，点只有法向加速度，而无切向加速度，即而无切向加速度，即方向沿方向沿BA线，由线，由B点指向点指向A点。点。方法：

45、方法：利用利用B3与与B2重合点之间的关系，再利用重合点之间的关系，再利用B3与与D为同一构件上两点之间的关系。为同一构件上两点之间的关系。2021/6/1697方向方向EC零矢零矢BD大小大小？BA？BD方向：方向：VB3B2沿沿3方向（逆时针方向）转过方向（逆时针方向）转过90后的方向。后的方向。b1、b2b3p、de（顺时针）（顺时针）2021/6/1698第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析注意的问题：注意的问题：哥氏加速度中的哥氏加速度中的“牵连角速度的转向牵连角速度的转向”应该按照应该按照顺时针和逆时针的方向来判断，而不要只看箭头的指顺时针和逆时针的方向来判断，而不要只

46、看箭头的指向。向。123AB2C13pb2b3正确正确错误错误2021/6/1699第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析123ABC1BCAB？BCpb3b23=02021/6/16100第三章第三章平面机构的运动分析平面机构的运动分析123BC1ABCAB？BCb3pb22021/6/16101第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计6-1连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点优点：优点：1、可传递较远距离的动作、可传递较远距离的动作2、运动副均为低副，承载大，耐磨损；、运动副均为低副，承载大，耐磨损；3、连杆上各不同点的轨迹是各种不同形状的曲线（连、连杆上各不同点

47、的轨迹是各种不同形状的曲线（连杆曲线）杆曲线）4、构件运动形式具有多样性、构件运动形式具有多样性缺点：缺点：1、运动链长，累积误差大，效率较低。、运动链长，累积误差大，效率较低。2、不宜用于高速、不宜用于高速2021/6/16102第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计2021/6/16103第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计6-2平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用1、平面四杆机构的基本形式、平面四杆机构的基本形式摇杆摇杆连架杆连架杆曲柄曲柄连杆连杆机架机架连架杆连架杆2021/6/16104第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.

48、1曲柄滑块机构曲柄滑块机构在在铰铰链链四四杆杆机机构构中中，若若两两个个连连架架杆杆中中一一个个为为曲曲柄柄，另另一一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。2021/6/16105第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.2双曲柄机构双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。机构。2021/6/16106第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计1.3双摇杆机构双摇杆机构在铰链四杆机构中，若两连架杆都是摇杆，则称为双摇在铰链四杆机构中，若两连架杆都是摇

49、杆，则称为双摇杆机构。杆机构。2021/6/161072、平面四杆机构的演化型式、平面四杆机构的演化型式2.1改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构2021/6/16108第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计曲柄移动导杆机构或正弦机构曲柄移动导杆机构或正弦机构2021/6/16109第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计2.2改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中，若若把把曲曲柄柄端端点点的的转转动动副副半半径径扩扩大大，使使它它超超过过曲曲柄柄的的长长度度，曲曲柄

50、柄就就演演化化成成一一个个偏偏心心轮轮，其其偏偏心心距距为为曲曲柄柄的的长长度度。同同样样，曲曲柄柄滑滑块块机机构构中中曲曲柄柄端端点点的的转转动动副副半半经经扩扩大大，使使它它超超过过曲曲柄柄的的长长度度，曲曲柄柄就就演演化化成成了了一一个个偏心轮。偏心轮。2021/6/161102.3选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架周转副周转副周转副周转副摆转副摆转副摆转副摆转副低副运动的可逆性：低副运动的可逆性：对于低副，它所联接的两个构对于低副，它所联接的两个构件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架而改变。而改变。2021/6/16111第六章

51、第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计取构件取构件BC为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构取构件取构件CD为机架为机架双摇杆机构双摇杆机构取构件取构件AB为机架为机架双曲柄机构双曲柄机构2021/6/16112取构件取构件1为机架为机架回转导杆机构回转导杆机构取构件取构件2为机架为机架曲柄摇块机构曲柄摇块机构摆动导杆机构摆动导杆机构取构件取构件3为机架为机架直动滑杆机构直动滑杆机构2021/6/16113第六章第六章平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计2021/6/161146-3有关平面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识1、平面四杆机构有曲柄的条件、平面四杆机构

52、有曲柄的条件设铰链设铰链A所联接的构件所联接的构件1和构件和构件4的杆长关系的杆长关系ar负变位齿轮：负变位齿轮：LrL-r=xm变位系数变位系数被加工齿轮的变位系数取决于刀被加工齿轮的变位系数取决于刀具中线和轮坯中心的相对位置。具中线和轮坯中心的相对位置。2021/6/161923、渐开线齿廓的根切、渐开线齿廓的根切根切：根切：刀具的齿顶部分把被加工齿轮齿根部分已刀具的齿顶部分把被加工齿轮齿根部分已经范成出来的渐开线齿廓切去一部分。经范成出来的渐开线齿廓切去一部分。3.1产生根切的原因产生根切的原因基圆转过的弧长基圆转过的弧长刀具的位移量刀具的位移量当刀具的齿顶线超过了啮合线与基圆的切点当刀

53、具的齿顶线超过了啮合线与基圆的切点N1时，就会产生根切现象。从啮合线上看，当时，就会产生根切现象。从啮合线上看，当时，就会产生根切现象。时，就会产生根切现象。2021/6/16193第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3.2渐开线标准齿轮不发生根切时的最少齿数渐开线标准齿轮不发生根切时的最少齿数2021/6/16194第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3.3避免发生根切现象的方法避免发生根切现象的方法1、减小齿顶高系数、减小齿顶高系数2、加大刀具压力角、加大刀具压力角3、增大被加工齿轮的基圆半径、增大被加工齿轮的基圆半径4、使刀具远离轮坯中心、使刀具远离轮坯中心2021/6/

54、161958-9变位齿轮概述变位齿轮概述L=rL=r+xm2、被切齿轮刚好无根切时的刀具的最小变位系数、被切齿轮刚好无根切时的刀具的最小变位系数2021/6/16196第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3、变位齿轮的几何尺寸、变位齿轮的几何尺寸3.1它们的分度圆及基圆大小是相同的它们的分度圆及基圆大小是相同的正变位齿轮的齿面接触强度比标准齿轮大，正变位齿轮的齿面接触强度比标准齿轮大，负变位齿轮的接触强度最小。负变位齿轮的接触强度最小。3.2它们的齿厚及齿槽宽是不同的它们的齿厚及齿槽宽是不同的正变位齿轮的轮齿根部抗弯强度比标准齿轮正变位齿轮的轮齿根部抗弯强度比标准齿轮大，负变位齿轮的轮

55、齿根部抗弯强度则较小。大，负变位齿轮的轮齿根部抗弯强度则较小。2021/6/16197第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3.3它们的齿顶高及齿根高是不同的它们的齿顶高及齿根高是不同的2021/6/16198第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计8-11斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动1、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点渐开线渐开线螺旋面螺旋面基圆螺旋角基圆螺旋角2021/6/16199第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计右旋右旋左旋左旋2021/6/16200第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2、斜齿轮的基本参数、斜齿轮的基本参数法

56、面参数法面参数（下角标为（下角标为n):在垂直于轮齿方向的截面内定义。在垂直于轮齿方向的截面内定义。端面参数端面参数（下角标为（下角标为t):在垂直于齿轮回转轴线的截面内定义。在垂直于齿轮回转轴线的截面内定义。轴面参数轴面参数（下角标为（下角标为x):在通过齿轮回转轴线的截面内定义。在通过齿轮回转轴线的截面内定义。斜齿轮的法面参数与刀具参数相同为标准值。斜齿轮的法面参数与刀具参数相同为标准值。斜齿轮的端面参数用于几何计算。斜齿轮的端面参数用于几何计算。2021/6/16201第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2.1法面模数法面模数mn与端面模数与端面模数mt2.2法面压力角与端面压力

57、角法面压力角与端面压力角2021/6/162022.3齿顶高系数和顶隙系数齿顶高系数和顶隙系数3、斜齿轮传动的几何尺寸、斜齿轮传动的几何尺寸在斜齿轮传动中，可以用改变螺旋角的办法来改变斜齿轮机构的标准中心在斜齿轮传动中，可以用改变螺旋角的办法来改变斜齿轮机构的标准中心距，以达到配凑中心距的目的，而不一定采用变位的办法。距，以达到配凑中心距的目的，而不一定采用变位的办法。2021/6/162032021/6/162042021/6/16205第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计4、一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件、一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件一对斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件一对

58、斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件或或或或或或（外）（外）（内）（内）2021/6/16206第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计5、斜齿轮传动的重合度、斜齿轮传动的重合度斜齿轮传动的重合度斜齿轮传动的重合度总重合度总重合度端面重合度端面重合度纵向重合度纵向重合度2021/6/16207第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计6、斜齿圆柱齿轮的当量齿数、斜齿圆柱齿轮的当量齿数当量齿轮：当量齿轮：与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮。与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮。zv2021/6/16208第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计7、斜齿轮传动主要的优缺点、斜齿轮传动主要的优缺点1）啮合性能

59、好；）啮合性能好；2）重合度较大，承载能力较高；）重合度较大，承载能力较高；3）斜齿轮不产生根切的最少齿数比直齿轮少；）斜齿轮不产生根切的最少齿数比直齿轮少；4）斜齿轮的制造成本及所用的机床和刀具均与直齿轮相同；）斜齿轮的制造成本及所用的机床和刀具均与直齿轮相同；5）斜齿轮要产生轴向力，使轴系支承结构复杂。）斜齿轮要产生轴向力，使轴系支承结构复杂。斜齿轮斜齿轮:人字齿轮人字齿轮:2021/6/16209第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计8-13蜗杆传动蜗杆传动1、蜗杆传动的特点、蜗杆传动的特点蜗杆的头数：蜗杆的头数：蜗杆的齿数蜗杆的齿数Z1（16）导程角导程角1：蜗杆分度圆柱面上轮齿

60、螺旋线的切线与蜗杆分度圆柱面上轮齿螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角。蜗杆端面之间的夹角。2021/6/16210第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2、蜗杆传动的类型简介、蜗杆传动的类型简介圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆ZA法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆ZN渐开线蜗杆渐开线蜗杆ZI锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆ZK2021/6/16211第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计3、蜗杆蜗轮正确啮合的条件、蜗杆蜗轮正确啮合的条件蜗杆传动的中间平面：蜗杆传动的中间平面：过蜗杆轴线垂直于蜗轮的轴线的平面。过蜗杆轴线垂直于蜗轮的轴线

61、的平面。在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于齿轮与齿条的啮合。在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于齿轮与齿条的啮合。蜗杆蜗轮正确啮合的条件蜗杆蜗轮正确啮合的条件中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等。中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等。2021/6/16212第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计4、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸、蜗杆传动的主要参数及几何尺寸1）压力角）压力角2）模数）模数3）导程角）导程角4）蜗杆的分度圆直径与蜗杆直径系数）蜗杆的分度圆直径与蜗杆直径系数5）蜗轮齿数与蜗杆头数）蜗轮齿数与蜗杆头数6）蜗杆传动的中心距）蜗杆传动的中心距2021/6/162135

62、、蜗杆传动的特点、蜗杆传动的特点优点优点1）传动比大，结构紧凑；）传动比大，结构紧凑；2）传动平稳；）传动平稳；3）有自锁性。）有自锁性。缺点缺点1）传动效率低；）传动效率低；2）磨损大；）磨损大；Z1=1的蜗杆传动机构不能用来传递较大的动力，当要求传递的功率较大时，的蜗杆传动机构不能用来传递较大的动力，当要求传递的功率较大时，为了提高效率，取为了提高效率，取Z1=26。3）蜗杆的轴向力较大致使轴承摩擦损失较大。）蜗杆的轴向力较大致使轴承摩擦损失较大。2021/6/16214第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计8-14圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动1、圆锥齿轮传动的应用、特点和分类、圆锥齿轮

63、传动的应用、特点和分类圆锥齿轮取大端上的参数为标准值圆锥齿轮取大端上的参数为标准值轴角：轴角：一对圆锥齿轮两轴线间的夹角。一般机械中一对圆锥齿轮两轴线间的夹角。一般机械中=902021/6/16215第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计2、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿轮、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿轮背背锥锥冠冠轮轮2021/6/16216第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计9-1齿轮系及其分类齿轮系及其分类轮系：轮系：由一系列齿轮所组成的传动系统。由一系列齿轮所组成的传动系统。1、定轴轮系、定轴轮系所有齿轮的轴线位置在运转过程中均固定不动所有齿轮的轴线位置在运转过程中均固定不动2、周

64、转轮系、周转轮系在运转过程中至少有在运转过程中至少有一个齿轮的轴线位置不固一个齿轮的轴线位置不固定，而是绕其他定轴齿轮定，而是绕其他定轴齿轮的轴线转动。的轴线转动。行星轮行星轮系系杆杆(转臂、行星架）转臂、行星架）中心轮中心轮（太阳轮）（太阳轮）基本构件：基本构件：两个中心轮及系杆。两个中心轮及系杆。2021/6/16217第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计1)行星轮系行星轮系自由度为自由度为1的周转轮系称为行星轮系。的周转轮系称为行星轮系。2)差动轮系差动轮系自由度为自由度为2的周转轮系称为差动轮系。的周转轮系称为差动轮系。按周转轮系所具有的自由度数目的不同分类：按周转轮系所具有的自由

65、度数目的不同分类：2021/6/16218第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计按周转轮系中基本构件结构组成的不同分类：按周转轮系中基本构件结构组成的不同分类：2K-H型机构型机构3K型机构型机构2021/6/16219第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计3、复合轮系、复合轮系既包含定轴轮系又包含周转轮系或者由若干个周转轮系所组成的轮系。既包含定轴轮系又包含周转轮系或者由若干个周转轮系所组成的轮系。2021/6/162209-2定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比轮系的传动比：轮系的传动比：轮系中输入轴角速度与输出轴角速度之比。轮系中输入轴角速度与输出轴角速度之比。1、传动比大小的计算、传动

66、比大小的计算轮系的传动比包括大小和方向。同向取正值，轮系的传动比包括大小和方向。同向取正值，反向取负值。反向取负值。惰轮（过轮、中介轮）惰轮（过轮、中介轮）2021/6/16221第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计2、首、末轮转向关系的确定、首、末轮转向关系的确定3、所有齿轮的几何轴线不都平行，、所有齿轮的几何轴线不都平行，但首末两轮的轴线互相平行。但首末两轮的轴线互相平行。1223345用箭头在图上表示各轮的转向，可判用箭头在图上表示各轮的转向，可判断出首末两轮的转向关系。断出首末两轮的转向关系。2021/6/16222第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计3、首末两轮的几何轴线不平

67、行、首末两轮的几何轴线不平行用箭头在图上表示各轮的转向，可判用箭头在图上表示各轮的转向，可判断出首末两轮的转向关系。断出首末两轮的转向关系。2021/6/162239-3周转轮系的传动比周转轮系的传动比一、基本思路一、基本思路周转轮系中有一个转动着的系杆，使行星轮既自转又公转。若设法使系杆周转轮系中有一个转动着的系杆，使行星轮既自转又公转。若设法使系杆固定，周转轮系就可转化为定轴轮系。固定，周转轮系就可转化为定轴轮系。周转轮系的转化轮系：周转轮系的转化轮系：在周转轮系中，给整个轮系一个在周转轮系中，给整个轮系一个-H,使系杆使系杆“静止不静止不动动”，则周转轮系便转化成了假想的定轴轮系。，则周

68、转轮系便转化成了假想的定轴轮系。2021/6/162242021/6/16225二、周转轮系传动比计算二、周转轮系传动比计算2021/6/16226是周转轮系转化轮系中轮是周转轮系转化轮系中轮m为主动轮，轮为主动轮，轮n为为从动轮时的传动比。其大小和正负号可完全按定从动轮时的传动比。其大小和正负号可完全按定轴轮系来处理。轴轮系来处理。2021/6/16227第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计周转轮系转化轮系的传动比计算结果中的正负号仅仅表明在该轮系的转化轮周转轮系转化轮系的传动比计算结果中的正负号仅仅表明在该轮系的转化轮系中中心轮系中中心轮m和和n的转向关系，绝不反映该周转轮系中轮的转向

69、关系，绝不反映该周转轮系中轮m和和n的绝对转向关系。的绝对转向关系。2021/6/16228第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计是通过角速度矢量合成的方法导出的，只有当各有关构件的轴线互是通过角速度矢量合成的方法导出的，只有当各有关构件的轴线互相平行时，它们的角速度矢量才能用代数法相加减，公式相平行时，它们的角速度矢量才能用代数法相加减，公式才成立。才成立。2021/6/16229第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计2021/6/16230若若2021/6/16231n1在图示的轮系中，已知各轮齿数为在图示的轮系中，已知各轮齿数为其转向如图中箭头所示。其转向如图中箭头所示。试求系杆转速

70、的大小和方向。试求系杆转速的大小和方向。解：解：2021/6/16232第九章 齿轮系及其设计解：行星轮系解：行星轮系3-2-1-H行星轮系行星轮系3-2-2-4-H2021/6/16233第九章第九章齿轮系及其设计齿轮系及其设计9-4复合轮系的传动比复合轮系的传动比一、复合轮系传动比的计算方法一、复合轮系传动比的计算方法计算步骤：计算步骤：1、将各个基本轮系正确区分开来；、将各个基本轮系正确区分开来；首先找出各个单一的周转轮系，具体方法：首先找出各个单一的周转轮系，具体方法：找行星轮，支承行星轮的构件为系杆，几何找行星轮，支承行星轮的构件为系杆，几何轴线与系杆转轴重合且直接与行星轮相啮合的定

71、轴线与系杆转轴重合且直接与行星轮相啮合的定轴齿轮必为中心轮。轴齿轮必为中心轮。2、分别列出计算各基本轮系传动比的关系式；、分别列出计算各基本轮系传动比的关系式；3、找出各个基本轮系之间的联系、找出各个基本轮系之间的联系4、将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得复合轮系的传动比。、将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得复合轮系的传动比。2021/6/16234解：解：周转轮系周转轮系1-2-3-H1周转轮系周转轮系4-5-6-H22021/6/16235例题，在图示的轮系中，已知各轮的齿数，求例题，在图示的轮系中，已知各轮的齿数，求。解：解：1)区分基本轮系：区分基本轮系：(c)余下的齿

72、轮余下的齿轮1-2构成定轴轮系。构成定轴轮系。(a)构件构件3为行星轮，为行星轮，5为行星架，为行星架，2、4为中心为中心轮，故轮，故2-3-4-5构成周转轮系。构成周转轮系。(b)双联齿轮双联齿轮6-6和和7-7的几何轴线均可运动，的几何轴线均可运动，故为行星轮，构件故为行星轮，构件9为行星架，为行星架，5、8为中心为中心轮，故轮，故5-6-6-7-7-8-9构成另一周转轮系。构成另一周转轮系。(a)定轴轮系定轴轮系1-2中中2)分别列出传动比计算公式分别列出传动比计算公式(b)周转轮系周转轮系2-3-4-5中中2021/6/16236(c)周转轮系周转轮系5-6-6-7-7-8-9中中3)

73、联立方程式求解联立方程式求解构件构件9的回转方向与轮的回转方向与轮1相反。相反。2021/6/16237轮系的应用轮系的应用1、相距较远的两轴之间的传动；、相距较远的两轴之间的传动；2、实现变速传动；、实现变速传动；3、获得较大的传动比；、获得较大的传动比；4、合成运动和分解运动；、合成运动和分解运动；2021/6/16238第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节11-1概述概述1、本章研究的内容及目的、本章研究的内容及目的研究在外力作用下机械的真实运动规律。研究在外力作用下机械的真实运动规律。研究机械运转速度的波动及其调节的方法。研究机械运转速度的波动及其调节的方法

74、。2、机械运转的三个阶段、机械运转的三个阶段2.1起动阶段起动阶段特点：特点：系统的输入功（驱动功系统的输入功（驱动功Wd）大于输出功大于输出功Wr与损失功与损失功Wf之和（阻抗之和（阻抗功功Wc）。）。现象：现象：运转速度不断加快，原动件作加速运动。运转速度不断加快，原动件作加速运动。2021/6/16239第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节2.2稳定运转阶段稳定运转阶段特点：特点：在一个波动周期内，在一个波动周期内，系统的驱动功系统的驱动功Wd等于阻抗功等于阻抗功Wc。现象：现象：原动件作原动件作等速运动等速运动或围绕某一平均速度或围绕某一平均速度m作作周期性

75、波动周期性波动。等速稳定等速稳定运转运转周期变速稳周期变速稳定运转定运转2021/6/16240第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节2.3停车阶段停车阶段特点：特点：系统的驱动功系统的驱动功Wd等于零等于零。现象：现象：系统的动能逐渐减少，原动件的速度不断降低，直到完全停车系统的动能逐渐减少，原动件的速度不断降低，直到完全停车。起动阶段与停车阶段统称为机械运转的过渡阶段起动阶段与停车阶段统称为机械运转的过渡阶段2021/6/16241第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节3、作用在机械上的驱动力和生产阻力、作用在机械上的驱动力和生产阻力1）

76、驱动力（主动力）驱动力（主动力）原动机发出的驱动力与运动参数之间的原动机发出的驱动力与运动参数之间的函数关系称为函数关系称为原动机的机械特性。原动机的机械特性。2021/6/16242第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节2）工作阻力）工作阻力A）工作阻力是常数。工作阻力是常数。B）工作阻力是执行构件位置的函数。工作阻力是执行构件位置的函数。C）工作阻力是执行构件速度的函数。工作阻力是执行构件速度的函数。D）工作阻力是时间的函数。工作阻力是时间的函数。2021/6/16243第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节7-2机械的运动方程式机械的运

77、动方程式2、机械系统的等效动力学模型、机械系统的等效动力学模型机械的运动方程式：机械的运动方程式：作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动参数之间的函数关系式。运动参数之间的函数关系式。转化原则：转化原则：使系统转化前后的动力效果不变。使系统转化前后的动力效果不变。1）利用动能保持不变的原则，把各构件的质量和转动惯量）利用动能保持不变的原则，把各构件的质量和转动惯量转化到所选构件上。转化到所选构件上。2）利用外力所作功保持不变的原则，把原动件上的驱动）利用外力所作功保持不变的原则，把原动件上的驱动力（或驱动力矩）和执行构件上的阻力（或阻力矩）折算

78、力（或驱动力矩）和执行构件上的阻力（或阻力矩）折算到所选构件上。到所选构件上。把具有等效转动惯量，其上作用有等效力矩的等效构件称为原机械把具有等效转动惯量，其上作用有等效力矩的等效构件称为原机械系统的系统的等效动力学模型等效动力学模型。2021/6/16244第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节A、等效力和等效力矩等效力和等效力矩外力的功率之和为：外力的功率之和为：选曲柄为等效构件选曲柄为等效构件选直线移动滑块为等效构件选直线移动滑块为等效构件一般表达式一般表达式2021/6/16245第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节结论：结论：1、

79、等效力矩不仅与作用在机组上的外力和外力矩有关，而且还与各、等效力矩不仅与作用在机组上的外力和外力矩有关，而且还与各构件对等效构件的速比有关。构件对等效构件的速比有关。2、在整个机组的传动系统是由定传动比的机构所组成的情况下，且、在整个机组的传动系统是由定传动比的机构所组成的情况下，且作用在机组上的所有外力和外力矩均为常数时，机组的等效力矩也作用在机组上的所有外力和外力矩均为常数时，机组的等效力矩也为常数。为常数。3、由于等效力矩是机组中的构件速比的函数，所以在原动件的真实、由于等效力矩是机组中的构件速比的函数，所以在原动件的真实运动规律未知的条件下，就可以求出等效力矩。运动规律未知的条件下，就

80、可以求出等效力矩。2021/6/16246第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节B、等效质量和等效转动惯量等效质量和等效转动惯量Pimivi直移构件直移构件MjjJOjS定轴转动构件定轴转动构件对转轴对转轴o的的转动惯量转动惯量2021/6/16247第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节平面一般运动的构件平面一般运动的构件对质心的转动惯量对质心的转动惯量vskJskkmks2021/6/16248第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节选取移动构件作为等效构件选取移动构件作为等效构件选取定轴转动构件作为等效构件选取定

81、轴转动构件作为等效构件2021/6/16249第七章第七章机械的运转及其速度波动调节机械的运转及其速度波动调节2021/6/162502021/6/16251解：解：2021/6/16252 在图示导杆机构中，已知：在图示导杆机构中，已知：,；导杆导杆3对质心对质心S3的转动惯量的转动惯量，其他构其他构件的质量均略去不计件的质量均略去不计,作用在导杆作用在导杆3上的阻力矩上的阻力矩。取曲柄。取曲柄1为等效构件为等效构件,求曲柄上的等效阻力矩求曲柄上的等效阻力矩Mer和等效和等效转动质量转动质量Je。2021/6/16253解：解：1)求等效阻力矩求等效阻力矩pb2b3vB3vB22021/6/

82、162542)求等效转动惯量求等效转动惯量J2021/6/162552021/6/16256解：解：(1)求整个机构的等效转动惯量和转化到求整个机构的等效转动惯量和转化到D点的等效质量点的等效质量2021/6/16257整个机构转化到构件整个机构转化到构件3上的等效转动惯量为上的等效转动惯量为转化到转化到D点的等效质量点的等效质量（2）求）求M1转化到构件转化到构件3上的等效力矩上的等效力矩2021/6/1625811-4稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节1、产生周期性速度波动的原因、产生周期性速度波动的原因2021/6/16259盈功盈功亏功

83、亏功在一个周期内，所有盈功之和应等于所有亏功之和。在一个周期内，所有盈功之和应等于所有亏功之和。2021/6/162602021/6/162612、周期性速度波动的调节、周期性速度波动的调节2.1平均角速度和速度不均匀系数平均角速度和速度不均匀系数平均角速度：平均角速度：速度不均匀系数：速度不均匀系数：2021/6/162622021/6/162632.2飞轮的简易设计方法飞轮的简易设计方法（1）飞轮调速的基本原理）飞轮调速的基本原理最大盈亏功：最大盈亏功：2021/6/16264（2）飞轮转动惯量的近似计算）飞轮转动惯量的近似计算结论：结论：1）为减小飞轮的重量和尺寸，应尽量将飞轮安装在机组

84、的高速轴上。）为减小飞轮的重量和尺寸，应尽量将飞轮安装在机组的高速轴上。2）若过分追求机组运转速度均匀性，将会使飞轮过于笨重。）若过分追求机组运转速度均匀性，将会使飞轮过于笨重。3）飞轮只能调节速度波动幅度的大小，而不能完全消除速度波动。）飞轮只能调节速度波动幅度的大小，而不能完全消除速度波动。2021/6/16265（3）飞轮尺寸的确定）飞轮尺寸的确定飞轮矩飞轮矩2021/6/16266例题：用电动机驱动的剪床中，作用在剪床主轴上的阻力矩例题：用电动机驱动的剪床中，作用在剪床主轴上的阻力矩Mer的变化规律的变化规律如图所示。等效驱动力矩如图所示。等效驱动力矩Med为常数，电机转速为为常数，电

85、机转速为1500rmin，机组各构机组各构件的等效转动惯量略去不计，试求保证运转不均匀系数件的等效转动惯量略去不计，试求保证运转不均匀系数不超过不超过0.05时，安时，安装在电动机主轴上的飞轮转动惯量装在电动机主轴上的飞轮转动惯量JF；又问电动机的平均功率应多大又问电动机的平均功率应多大?若希若希望把此飞轮的转动惯量减少望把此飞轮的转动惯量减少12，而保持原来的，而保持原来的值，应如何考虑值，应如何考虑?2021/6/16267解解：1）求等效驱动力矩）求等效驱动力矩Med根据稳定运转阶段中每一循环过程内驱动力所作的功等于阻力所作的功，得根据稳定运转阶段中每一循环过程内驱动力所作的功等于阻力所作的功，得2)求最大盈亏功求最大盈亏功2021/6/16268对应各点盈亏功累积变化量分别为：对应各点盈亏功累积变化量分别为：最大盈亏功为：最大盈亏功为：3）求飞轮的转动惯量）求飞轮的转动惯量2021/6/162694）平均功率为）平均功率为5）因为飞轮的转动惯量与平均角速度的平方成反比，因此若）因为飞轮的转动惯量与平均角速度的平方成反比，因此若保持不保持不变，要使飞轮转动惯量减小变，要使飞轮转动惯量减小12，可把飞轮安装在辅助轴上，该轴的，可把飞轮安装在辅助轴上，该轴的转速应为：转速应为：2021/6/16270 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！