1任課教師：戴向云機械電子工程學院手機公室：J8-305機械設計基礎2

成績評定(1)平時考勤作業(yè)和實驗20%(2)考試成績80%

3

學習緒論的目的：1.掌握機器和機構、構件和零件、通用零件和專用零件等概念；2.初步了解課程研究的對象和內容，以及本課程的性質。第1章緒論4§1本課程的研究對象研究對象：機械——“機器”和“機構”一、“機器”和“機構”概念的演變（一）機器：縫紉機、洗衣機、復印機、各種機床、汽車、拖拉機、起重機等1.機器實例：(1)內燃機：單缸四沖程燃氣熱能機械能(2)工業(yè)機器人：搬運物料電能、液能對物體做功（有用功）(3)加工蛋糕攪拌機、摩天輪電能機械能5

內燃機

內燃機包含著齒輪機構、凸輪機構、連桿機構等。6

工件自動裝卸裝置

工件自動裝卸裝置包含著帶傳動機構、蝸桿傳動機構、凸輪機構和連桿機構等。7打磨工件毛刺的工業(yè)機器人

六自由度關節(jié)式工業(yè)機器人由空間開鏈機構組成，各關節(jié)驅動—傳動裝置由驅動器和齒輪傳動及同步帶傳動等機構組成。8裝配機器人9

契比雪夫四足步行機器人1011123.機器概念

機器是能實現確定的機械運動，又能做有用的機械功或實現能量、物料、信息的傳遞與變換的裝置。（起重機、錄音機）思考：“收音機、電視機”是否為機器？2.機器一般特征

1）人為的實體組合

2）各部分之間具有確定的相對運動

3）用來完成有用的機械功或轉換機械能13（二）機構：是機器的組成部分，一臺機器可以包含一個機構，也可以包含多個機構1.機構實例：內燃機1）曲柄滑塊機構直移旋轉2）凸輪機構旋轉直移3）齒輪機構旋轉旋轉2.機構一般特征

具有機器前兩個特征，無第三特征，即不做功，僅改變運動形式。

1）人為的實體組合

2）各部分之間具有確定的相對運動3.機構概念

機構是用來傳遞運動和力的、由若干相互之間形成可動聯(lián)接的結構實體組成的構件系統(tǒng)。作為一個整體運動的結構實體稱為構件。一般情況下，為了傳遞運動和力，各構件間應有確定的相對運動。傳遞運動；改變運動形式14連桿機構凸輪機構齒輪機構15（三）機器和機構的區(qū)別1.機器分類（1）工作機器：實現其他種類的某種工作或工藝過程，完成有用的機械功，如機床、汽車、飛機等（2）動力機器：實現其他種類的能量與機械能之間的轉換，如電動機（3）信息機器：實現其他形式的信息與機械運動信息之間的傳遞與轉換，如復印機2.現代機械組成（1）驅動系統(tǒng)：機械系統(tǒng)工作的動力源，如電動機和各種熱力機（2）執(zhí)行系統(tǒng)：直接實現機器特定功能的部分，包括執(zhí)行機構和執(zhí)行構件（3）傳動系統(tǒng)：把原動機的動力和運動傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置（4）控制系統(tǒng)：使驅動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調工作并準確可靠地完成整個機械系統(tǒng)功能的裝置。163.機器與機構的區(qū)別（1）機構是一個構件系統(tǒng)，機器除了構件系統(tǒng)外還包括電氣、液壓等裝置。（2）機構只用于傳遞運動和力，而機器除了傳遞運動和力外，還應當具有變換和傳遞能量、物料、信息的功能。4.在研究構件的運動和受力情況時，機器與機構之間并無區(qū)別（都是進行運動的傳遞與變換），因此，習慣上用“機械”作為機器和機構的總稱。17二、零件和構件1.零件：是制造的單元

專用零件：在特定機器中用到，如渦輪機及汽輪機中的葉片、飛機的螺旋槳、內燃機的曲軸、活塞等2.構件：是運動的單元，可以是單一的整體，也可以是由幾個零件組成的剛性結構（零件間無相對運動）。18機械原理機械設計§2本課程的研究內容通用零件（設計與計算）聯(lián)接：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接…

傳動:帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、 蝸桿傳動軸與軸系零部件:軸、軸承、聯(lián)軸器其它:彈簧…常用機構(組成原理、運動學和動力學)如：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇運動機構…19傳動零件軸系零件聯(lián)接零件附件機架20課程性質：專業(yè)基礎課先修課程： 機械制圖、理論力學、材料力學、工程材料、互換性與技術測量、金工實習§3本課程的性質注重實踐多觀察多分析與思考善于找到事物的共性善于發(fā)現事物的個性學習方法：21

本章討論的問題：構件間滿足什么條件才具有確定的相對運動？

——自由度計算為了便于分析研究復雜的機械的外形及結構，需要對其簡化——機構運動簡圖本章只討論平面機構(所有的構件都在一個平面或平行平面內運動)速度瞬心及其在機構分析中的應用第2章平面機構的運動簡圖及自由度計算22機構的組成：機構是通過構件間有機的連接而成§1運動副及其分類一、運動副（有機的聯(lián)接）1.定義：兩構件直接接觸并能產生一定相對運動的聯(lián)接分析一下接觸形式的特點2.運動副元素：運動副中參與接觸的點、線、面23轉動副24移動副25齒輪副26點高副27圓柱副（空間）28球銷副（空間）29球副（空間）30螺旋副（空間）31點高副（空間）32線高副（空間）轉動副、移動副實例轉動副移動副34二、平面運動副分類（按運動副元素即接觸特性分）低副:構成運動副的兩構件通過面接觸高副:構成運動副的兩構件通過點或線接觸35三、機構=構件+運動副1.固定構件（機架）

是用來支撐活動構件（運動構件）的構件。研究機構中活動構件的運動時，常以固定構件作為參考坐標系。2.原動件（主動件）

是運動規(guī)律已知的活動構件。它的運動是外界輸入的，也稱為輸入構件。3.從動件

是機構中隨著原動件的運動而運動的其余活動構件。其中輸出預定運動的從動件稱為輸出構件，其他從動件則起傳遞運動的作用。

任何一個機構中，必有一個構件被相對地看作固定構件。在活動構件中，必須有一個或多個原動件，其余的都是從動件。36§2平面機構運動簡圖一、機構運動簡圖

不考慮與運動無關的構件外形和運動副具體結構；

只考慮與運動有關的運動副的類型和構件的運動尺寸，用簡單的線條、規(guī)定的符號表示構件和運動副，按比例定出運動副的位置而畫出的簡圖。

表達各構件相對運動關系的簡單圖形(表達機構運動的語言)37二、構件和運動副的表示方法1.運動副的表示方法轉動副移動副高副齒輪副凸輪副382.構件的表示方法1)參與組成兩個轉動副的構件2)參與組成一個轉動副和一個移動副的構件3)參與組成三個轉動副的構件機構=構件+運動副，可繪制機構運動簡圖了39三、機構運動簡圖繪制步驟1.分析機構，原動件工作部分，看清構件的數目以及構件間運動傳遞情況2.根據各構件相對運動，判定運動副類型、數目

3.選投影面（選取多數構件的運動平面作為投影面），取適當比例尺（

=實際尺寸m/圖上尺寸mm），確定各運動副之間的相對位置4.用規(guī)定符號畫機構運動簡圖，標出原動件（從原動件開始畫）40顎式破碎機及其機構運動簡圖41顎式破碎機42活塞泵43內燃機機構運動簡圖主要內容1、自由度與約束4、計算平面機構自由度時應注意的事項2、平面機構自由度計算公式3、機構具有確定運動的條件§3平面機構的自由度一、自由度與約束1.定義自由度：一個平面活動構件3個自由度約束：對機構或構件運動的某種限制機構或構件所具有的獨立運動數目2.運動副所產生的約束數平面低副，引入2個約束；個低副，2個約束結論:2.運動副所產生的約束數結論:平面高副，引入1個約束；個高副，個約束設平面機構有：n個活動構件3n個自由度個平面低副引入2個約束個平面高副引入個約束該平面機構自由度：二、自由度的計算公式計算實例若：機構自由度原動件數1.

原動件數F，機構運動不確定2.

原動件數F

，機構被破壞3.

F0，機構（超）靜定機構自由度是機構具有的獨立運動數目，而機構中只有原動件具有獨立運動機構自由度=原動件數52五連桿機構：不確定運動53五連桿機構：具有確定運動54機構具有確定運動的條件：F>0，且F=原動件數F≤0，構件間無相對運動，不成為機構。F>0,原動件數=F，運動確定原動件數<F，運動不確定原動件數>F，機構破壞四、計算平面機構自由度時應注意的事項復合鉸鏈局部自由度虛約束慣性篩機構C處為復合鉸鏈F=3n-2PL–PH=3×5-2×7–0=1例11.復合鉸鏈

兩個以上構件在同一軸線處用轉動副連接，就形成了復合鉸鏈。

推理：m個構件時，有m–1個轉動副。58例

有些機構中，某些構件所產生的局部運動并不影響其它構件的運動，把這些構件所產生的局部運動的自由度稱為局部自由度（計算時應去除）優(yōu)點：將滑動摩擦改為滾動摩擦2.局部自由度在機構中，有些運動副帶入的約束，對機構的運動起重復約束作用，這類約束稱為虛約束（計算時應去除)1）兩構件在多處接觸構成移動副，且移動方向彼此平行或重合，只有一個移動副起作用，其余都是虛約束。3.虛約束F=3n-2PL-PH=3x3-2x4=1◆處理方法：計算中只計入一個移動副。

2）兩構件在多處配合構成轉動副，且轉動軸線重合，只有一個轉動副起作用，其余都是虛約束?！籼幚矸椒ǎ河嬎阒兄挥嬋胍粋€轉動副。

3）兩構件在多處接觸而構成平面高副，且各接觸點公法線彼此重合,只能算一個平面高副

當兩構件在多處接觸而構成平面高副，但各接觸點公法線并不重合時，則計算多個高副F=3n-2PL-PH=3x2-2x2-1=1

4）機構中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分◆處理方法：計算中應將對稱部分除去不計。

虛約束對機構的影響虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會轉化為有效約束。機構中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求。解:1.如不考慮上述因素，解得：K=9,n=K－1=8→原動件數＜F→機構運動不確定→結論錯誤！PL=10，PH=1，原動件數=2→F=3n－2PL－PH=3×8－2×10－1=3123456789例2:2.重解：→原動件數=F→機構有確定運動PL=9，PH=1F=3×7－2×9-1=2n=768

解得:ｎ＝8,局部自由度1個∴Ｆ＝3ｎ－2ＰＬ－ＰＨ＝3×8－2×11－1＝1∵原動件數＝1∴機構有確定運動局虛復ＰL＝11,ＰＨ＝1，虛約束1個,復合鉸鏈1個。例:12A2(A1)B2(B1)§4速度瞬心及其在機構速度分析中的應用機構速度分析的圖解法有：速度瞬心法、相對運動法、線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機構的運動分析。一、速度瞬心及其求法絕對瞬心－重合點絕對速度為零。P21相對瞬心－重合點絕對速度不為零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0速度瞬心是指互相做平面相對運動的兩構件在任一瞬時其相對速度為零的重合點，簡稱瞬心。1)速度瞬心的定義Vp2=Vp1≠0特點：

①該點涉及兩個構件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉中心。2）瞬心數目

∵每兩個構件就有一個瞬心∴根據排列組合有構件數

4

568瞬心數

6101528若機構中有N個構件，則K＝N(N-1)/2121212tt123）機構瞬心位置的確定1.直接觀察法

適用于求通過運動副直接相聯(lián)的兩構件瞬心位置。nnP12P12P12∞2.三心定律V12定義：三個彼此作平面運動的構件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構件不直接相聯(lián)的場合。123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A’2E’3P32結論：P21、P31、P32位于同一條直線上。B23214舉例：求曲柄滑塊機構的速度瞬心?！轕14P12

P34P13P24P23解：瞬心數為：1.直接觀察求瞬心2.三心定律求瞬心N＝n(n-1)/2＝6n=4ω1123二、速度瞬心在機構速度分析中的應用1.求線速度已知凸輪轉速ω1，求推桿的速度。P23∞解：①直接觀察求瞬心P13、P23

。V2③求瞬心P12的速度。

V2＝VP12＝μl(P13P12)·ω1長度P13P12直接從圖上量取。nnP12P13

②根據三心定律和公法線

n－n求瞬心的位置P12

。ω223412.求角速度解：①瞬心數為6個②直接觀察能求出4個余下的2個用三心定律求出。P24P13③求瞬心P24的速度。VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4＝ω2·(P24P12)/P24P14

a)鉸鏈機構已知構件2的轉速ω2，求構件4的角速度ω4

。ω4

VP24＝μl(P24P12)·ω2VP24P12P23P34P14方向:與ω2相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側，兩構件轉向相同ω3b)高副機構已知構件2的轉速ω2，求構件3的角速度ω3

。ω2nn解:用三心定律求出