机械原理教程.doc

第1章 绪论第1节 机械原理课程研究的对象和内容1、 机械原理课程研究的对象机械原理课程研究的对象是机械，机械是机器和机构的总称。机器是具有确定运动的构件组合体，它用来转换能量、改变或传递物料，以及代替和减轻人的体力劳动和脑力劳动。根据用途不同，机器可分为：动力机器（电动机、内燃机、发电机、蒸汽机）、加工机器（金属切削机床、纺织机、包装机、缝纫机）、运输机床（汽车、拖拉机、起重机、输送机）和信息机器（计算机、机械积分仪、记账机）。机器的三个共同特征：1）机器都是由一系列构件（也称运动单元体）组成。 2）组成机器的各构件之间都具有确定的相对运动。 3）机器均能转换机械能或完成有效的机械功。机构是实现传递机械运动和动力的构件组合体。机构的两个共同特征：1）机构由若干个构件组成。 2）组成机构的各构件之间都有确定的相对运动。机构与机器的根本区别在于：机构的主要职能是传递运动和动力，而机器的主要职能除传递运动和动力外，还能转换机械能和完成有用的机械功。第2节 机械原理课程的地位、作用和学习方法第2章 平面机构的结构分析第1节 机构的组成1、 构件和零件机构是由具有确定运动的单元体组成，这些运动单元体称为构件。在机械原理中，一般认为构件是刚体或柔韧体，而不是液体或气体。组成构件的制造单元体称为零件。构件可以由一个或多个零件组成。2、 运动副及其分类1/、运动副在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件互相联接。这种使两构件直接接触的可动联接称运动副。两构件直接接触构成运动副的部分称为运动副元素。为保证两构件恒处于接触状态，运动副应是几何封闭或力封闭。2、 运动副分类构件的独立运动数目称为构件的自由度。做平面运动的构件有三个自由度，做空间运动的构件有六个自由度。对构件的独立运动的限制称为约束。作平面和空间运动的构件的约束不超过2和5个，否则构件将没有相对运动。运动副分类：1） 按运动副所引入的约束数目分：引入一个约束的运动副称为I级副，依次为II级副、III级副、IV级副、V级副。2） 按两构件的接触情况：凡两构件以点或线接触构成的运动副称为高副，凡两构件以面接触构成的运动副称为低副。3） 按两构件的相对运动形式：两构件之间作相对转动的运动副称为转动副（铰链）。作相对移动的运动副称为移动副。还有作相对螺旋运动的螺旋副和作相对球面运动的球面副和球销副。构成运动副的两构件的运动平面为相互平行的，该运动副称为平面运动副。而运动平面为空间的，该运动副称为空间运动副。3、 运动链及机构若干个构件通过运动副所构成的系统称为运动链。如果运动链中各构件构成了首末封闭的系统，称为闭式运动链；若未构成首末封闭的系统，称其为开式运动链。根据运动链中各构件的运动平面是否平行，运动链又分为平面运动链和空间运动链。机构是由机架、原动件、从动件所组成的构件系统。第2节 机构运动简图用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按一定的比例来确定各运动副的相对位置，这种表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。如果只为了表明机构的结构，也可以不按比例绘制简图，这样的简图称为机构示意图。绘制机构运动简图的步骤：1） 根据机构的实际结构和运动情况，找出机构的原动件和执行构件（输出运动构件）。2） 确定机构的传动部分，即确定构件数和运动副数、类型和相对位置。3） 确定机架，并选择多数构件的运动平面作为绘制简图的投影面。4） 选择适当比例尺，用构件和运动副的符号正确绘制出机构运动简图。第3节 机构的自由度计算及具有确定运动的条件1、 机构自由度机构自由度是机构具有独立运动数目，即确定机构位置（或运动）的独立广义坐标数目。2、 平面机构自由度计算公式设平面机构中，有n个活动构件，pi个低副，ph个高副，则平面机构的自由度计算公式为F=3n2piph3、 计算平面机构自由度的注意事项1、复合铰链三个或三个以上的构件在同一处构成的转动副称为复合铰链。若有m个构件组成复合铰链，则复合铰链处的转动副数应为（m1）个。2/、局部自由度机构中某些构件具有的局部的、不影响其他构件自由度称为局部自由度。3/、虚约束在机构中，有些运动副引入的约束对机构不起实际约束的作用，这种约束称之为虚约束。虚约束出现的形式：1） 轨迹重合的虚约束2） 转动副轴向重合的虚约束3） 移动副导路平行的虚约束4） 机构中对称部分的虚约束4、 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机构的原动件数。如果机构的自由度数大于机构的原动件数，机构的运动将不确定；如果机构的原动件数大于机构的自由度数，机构将不会运动甚至会导致机构中最薄弱环节的破坏。第4节 平面机构的组成原理分析1、 平面机构的组成原理任何机构都是由机架、原动件、从动件系统组成的。根据机构具有确定运动的条件，即机构的自由度数应等于机构的原动件数，而从动件系统的自由度必然为零，该从动件系统称为杆组。有时它还可分解为若干个不能再分的自由度为零的杆组，称为基本组。设全低副机构，杆组的构件数为n，低副数为pi，则组成杆组的条件为F=3n2pi=0n= 2 4 6 8 Pi= 3 6 9 12 （1）需要注意：同一杆组的各外接运动副不能接于同一构件上，否则将起不到增加杆组的作用。2、 平面机构的结构分析拆组的步骤为：1） 首先除去虚约束和局部自由度，并将机构中的高副全部用低副代替，计算机构自由度，标出原动件。2） 从远离原动件的构件开始先试拆II杆组，如试拆不成功，再试拆IV杆组。当拆去一个杆组后，再继续试拆II杆组，重复上述过程直到只剩下机架和原动件为止。拆组要求：1） 拆出的杆组应满足（1）2） 拆组后剩下的原动件数应等于机构的自由度数。3、 平面机构的高副低代法用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，并且两个转动副分别位于两轮廓接触点的曲率中心处。1) 如果组成高副的运动副元素之一是直线，因此转动副转化为移动副。2) 如果组成高副的运动副元素之一为点。3) 如果组成高副的两运动元素分别为直线和点。第3章 平面机构的运动分析和力分析机构运动分析的方法，主要有图解法、解析法、实验法。图解法又分为速度瞬心法、相对运动法、线图法。第1节 机构速度分析的瞬心法1、 速度瞬心瞬心是相对运动两构件上相对速度为零的重合点。2、 机构瞬心的数目有N个构件组成的机构，其瞬心数K为 K=N(N1)/23、 瞬心位置的确定1、构成运动副的两构件的瞬心设已知构件1和2的重合点A、B的相对速度VA、VB的方向，则该两速度矢量的垂线的交点P12为构件1、2的瞬心。1） 当两构件组成转动副时，转动副的中心即为其瞬心。2） 当两构件组成移动副时，速度瞬心位于移动副导路的垂线方向的无穷远处。3） 当两构件组成平面高副时，如果高副两元素间为纯滚动，接触点就是瞬心；如果高副两元素间既有相对滚动，又有相对滑动，它们的瞬心必在过接触点的法线上。2、 未构成运动副的两构件的瞬心如果机构中两构件未直接联接，可利用三心定理来确定其瞬心位置，即作平面运动的三个构件的三个瞬心位于同一条直线上。第2节 机构运动分析的相对运动图解法1、 同一构件上各点的速度和加速度分析第4章 机械中的摩擦和机械效率第1节 移动副中的摩擦1、 移动副中摩擦了的确定1、 两构架沿平面接触构成了移动副2、 两构件沿V型槽面接触构成了移动副3、 两构件沿半圆柱面