南理工机械原理课件概论

第八章 平面机构的平衡（一）教学要求掌握静、动平衡的计算方法（二）教学的重点与难点动平衡原理及计算（三）教学内容§8-1 平衡的目的和分类一、平衡的目的：尽量减小惯性力所引起的附加动压力。

附加的动压力：①附加载荷；②振动（源）二、平衡的分类回转件的平衡：刚性回转件，柔性回转件（有专门学科）机架上的平衡：（平动和平面一般运动的构件）§8-2 刚性回转件的平衡 一、质量分布在同一回转面内（5>bd ）盘类 惯性力组成一平面汇交力系i F ∑ 若i F ∑=0，平衡的 若i F ∑≠0，不平衡的 平衡：0=+∑b i F F具体：加一平衡质量块m b0332211=+++=b b r m r m r m r m mee=0(总质心在回转轴线上) 静平衡：各质量块的质径积的矢量和为零，或i F ∑=0例：曲轴的平衡等效条件：⎩⎨⎧''''=''=''+'l F l F F F F b bb b b ∴⎩⎨⎧''''''='''=''''+''lr m l r m r m r m r m b b b b b b b b b bb b b r r r =''='求出b bm m ''',。

二、质量分布不在同一回转面内各部分质量的惯性力组成——空间力系空间力系：主矢 0=∑i F主矩 0=∑i M 平衡原理：0=∑i F 0=∑i M措施：（将每个平面的惯性力平衡力）动平衡：主矢 0=∑i F主矩 0=∑i M 比较：静平衡：0=∑i F（经过动平衡的回转件一定是静平衡的，反之，静平衡的回转件不一定是动平衡的。

）§8-3 平衡试验法静平衡：动平衡：。

01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。

研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。

机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。

机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。

运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。

结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。

综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。

创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。

机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。

具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。

齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。

绪论一、研究对象1、机械：机器和机构的总称机器（三个特征）：①人为的实物组合（不是天然形成的）；②各运动单元具有确定的相对；③必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。

机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机机构：有①②两特征。

很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。

两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。

2、概念构件：运动单元体零件：制造单元体构件可由一个或几个零件组成。

机架：机构中相对不动的构件原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。

→输入构件从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。

→输出构件机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。

二、研究内容：1、机构的结构和运动学：①机械的组成；②机构运动的可能性和确定性；③分析运动规律。

2、机构和机器动力学：力——运动的关系·F=ma功——能3、要求：解决二类问题：分析：结构分析，运动分析，动力分析综合（设计）：①运动要求，②功能要求。

新的机器。

第一章平面机构的结构分析（一）教学要求1、了解课程的性质与内容，能根据实物绘制机构运动简图2、熟练掌握机构自由度计算方法。

了解机构组成原理（二）教学的重点与难点1、机构及运动副的概念、绘机构运动简图2、自由度计算，虚约束，高副低代（三）教学内容§1-1 机构结构分析的目的和方法研究机构的组成原理和机构运动的可能性以及运动确定的条件1、对一个运动链2、选一构件为机架3、确定原动件（一个或数个）4、原动件运动时，从动件有确定的运动。

§1-3 平面机构运动简图一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。

二、绘制：3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，())(mmm l图上尺寸实际尺寸=μ5）用规定的符号和线条绘制成间图。

第四章 齿轮机构及其设计（一）教学要求1、了解齿轮机构的特点，理解齿廓啮合基本定理，熟悉渐开线性质，了解共轭齿廓概念2、理解基本参数的概念、掌握齿轮基本尺寸计算，理解齿轮的正确啮合条件、重合度的意义3、了解齿轮加工的原理、根切原因、变位的目的，掌握变位齿轮传动的计算4、掌握斜齿轮传动特点及尺寸计算，了解螺旋齿轮的传动5、掌握蜗轮蜗杆传动的特点及尺寸计算，了解圆锥齿轮传动特点与参数（二）教学的重点与难点1、齿廓啮合基本定理，渐开线性质，共轭齿廓2、周节、分度圆、模数，啮合过程，正确啮合条件，可分性，重合度的意义3、展成原理，根切原因，变位齿轮的尺寸变化，无侧隙啮合方程4、端面、法面参数的关系，当量齿数，正确啮合条件，重合度5、正确啮合条件，蜗轮转向判断，蜗杆直径系数q（三）教学内容§4—1 概述齿轮机构：非圆齿轮机构；圆形齿轮机构。

圆形齿轮机构——平面齿轮机构（圆柱齿轮）；空间（用来传递两相交轴或交错轴） 平面齿轮机构：直齿圆柱齿轮机构（直齿轮）——①外啮合；②内啮合；③齿轮齿条 平行轴斜齿齿轮机构（斜一）：①外；②内；③齿轮齿条 空间：圆锥齿轮机构——①直齿；②斜一；③曲线齿 交错轴斜齿轮机构：（图5-5） 蜗杆机构：两轴垂直交错§4—2 齿廓啮合基本定律传动比2112W W i =：①常数——圆齿轮；②f (t )——非圆齿轮 一、齿廓啮合基本定律21P P V V = （P ——节点）P O W P O W 22111⋅=⋅∴PO PO W W i 122112==节曲线：非圆齿轮—节曲线是非圆曲圆齿轮—节圆（轮1的节圆是以O 1为圆心，O ，P 为半径的圈，—每一瞬时，P 位置唯一确定。

）齿廓啮合基本定律：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。

——轮齿齿廓正确啮合的条件 定传动比传动，定律描述：设节圆半径21,r r ''12122112r r P O P O W W i ''===（概念：节点，节圆，P O r 11='，P O r 22='） 二、共轭齿廓，共轭曲线（关于共轭齿廓的求法自己看书）（凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称—） 三、齿廓曲线的选择满足定传动比的要求；考虑设计、制造等方面。

第七章 平面机构的力分析（一）教学要求1、 掌握惯性力的计算，掌握运动副中摩擦力的计算2、 掌握动态静力分析法，速度多边形杠杆法（二）教学的重点与难点1、 惯性力的作用点，当量摩擦角与当量摩擦圆2、 动静法，速度多边形杠杆法（三）教学内容§7-1 作用在构件上的力一、1）驱动力——正功（输入功）2）阻力：有效阻力——有效功（输出功）有害阻力3）重力——重心下降作正功重心上升作负功4）运动副反力：正压力——不作功摩擦力——负功5）惯性力（虚拟力）：加速运动——阻力减速运动——驱动力§7-2 运动副反力的确定一、移动副中的反力1、平面移动副反力 βtg F F yx = 根据A 的平衡，y F N =（方向相反）y F 与AB V 相反，大小根据滑动摩擦定律fN F f = 即ϕtg f N F f== ∴arctgf =ϕf ——材料、光滑度、润滑ϕ——摩擦角确定R BA 力的三要素：点、方向、大小①方向：BA R 与AB V 成ϕ+ 90②大小（平衡条件）0=Y ∑，βϕϕββϕcos cos cos cos cos cos 1A BA BA R F F R F R =⇒=⇒= ββϕϕβϕ∑sin cos cos sin sin sin BA BA BA R R F R X +-=+-= )(cos ϕβϕ∑tg tg R X BA -=（1）0,>>X ∑ϕβ，A 加速运动（2）0,<<X ∑ϕβ，A 减速直至静止，若A 原来不动，自锁（3）0,==X ∑ϕβ，A 匀速或静止F 作用线作用在接触面之外如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b 、c 两点。

2、楔形面移动副反力2121F F N N R BA +++=xoy 面：021=++Q N Nθsin 221Q N N == 11fN F =122fN fN F ==∴12F F =yoz 面：Q f fN F F F θsin 221===+ ∴∆∆ϕθθtg f f f Q F ===sin sin 令 ∴θϕ∆sin f arctg = f f >∆∆f ——当量摩擦系数∆ϕ——当量摩擦角与平滑块相同，楔形滑块所受的运动副总反力R BA 与V AB 成∆ϕ+︒90角R BA ：方向，大小无作业二、转动副中的运动副反力1、径向轴颈，止推轴颈2、径向轴颈的反力由实验测量得：r Q f r F M f f 0=⋅=f 0——径向轴颈的当量摩擦系数（与材料、粗糙度、润滑条件有关）确定R BA ：0cos 0==α∑BA R X Q R Y BA ==α∑sin 0∴⎩⎨⎧=︒=方向相反Q R BA 90α r f BA Q f M R Q 0===ρρ∴r f 0=ρ （a ） 其中：201f ff +=（f 为滑动摩擦系数）（该式当A 、B 间存在间隙时成立）若A 、B 间没有间隙：对于A 、B 间没有摩损或磨损极少的非跑合者，f 0=1.56f（对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，f 0=1.27f ）由（a ）式知：ρ只与f 0，r 有关，P 变向时，R BA 变向，但相对轴心O 始终偏移一个距离ρ，即R AB 与以O 为圆心，以ρ为半径的圆相切，与摩擦角作用相同，此圆决定了总反力作用线的位置，称摩擦圆，由于摩擦力矩阻止相对运动，∴R BA 相对轴心O 的力矩为W AB 相反。

第五章 轮系（一）教学要求1、掌握定轴轮系，周转轮系传动比的计算2、熟练掌握轮系传动比的计算方法（二）教学的重点与难点1、定轴轮系转向判别，转化轮系法求解周转轮系传动比方法2、轮系的组成分析（三）教学内容§5—1 轮系的分类轮系：用一系列互相啮合的齿轮将主动轴和从动轴连接起来，这种多齿轮的传动装置称为轮系。

定轴轮系（普通轮系）周转轮系复合轮系 定+周（复杂轮系）周+周§5—2 定轴轮系及其传动比计算一、传动比A ——输入轴B ——输出轴BA B A AB n n W W i == 二、定轴轮系的传动比计算5115W W i = 122112Z Z W W i == 233223Z Z W W i ==33'=W W344343'''==Z Z W W i 44'=W W 455454'''==Z Z W W i 43215432543243215443231215''''''===Z Z Z Z Z Z Z Z W W W W W W W W i i i i i ∴所有主动轮齿数的乘积所有从动轮齿数的乘积=15i 三、输出轴转向的表示1、首末两轴平行，用“+”、“-”表示。

Z ——惰轮：不改变传动比的大小，但改变轮系的转向2、首末两轴不平行（将轮5擦掉）用箭头表示3、所有轴线都平行所有主动轮齿数的乘积所有从动轮齿数的乘积mW W i )1(51-== m ——外啮合的次数§5—3 周转轮系的传动比计算一、周转轮系224243=-⨯-⨯=F差动轮系：F=2行星轮系：F=1（轮3固定）（123233=-⨯-⨯=F ）二、周转轮系的构件行星轮行星架（系杆）、中心轮基本构件（轴线与主轴线重合而又承受外力矩的构件称基本构件）行星架绕之转动的轴线称为主轴线。

ZK-H （K —中心轮；H —行量架；V —输出构件）还有其他：3K ，K-H-V三、周转轮系传动比的计算以差动轮系为例（反转法）-W H （绕O H —主轴线）转化机构（定轴轮系） T 的机构1 H HW W W -=11 1W2 H H W W W -=22 2W3 H H W W W -=33 3W4 0=-=H H H H W W W H W13313113)1(Z Z W W W W W W i H H H H H⋅'-=--== 差动轮系：2个运动 行星轮系：03=W ，1310Z Z W W W H H -=-- 11311+==Z Z W W i H H )(z f W W W W W W i H B H A H BH A HAB =--== 对于行量轮系：0=B W ∴AH HA H H A H AB i W W W W W i -=-=--=110 ∴H AB AH i i -=1举例：图示为一大传动比的减速器，Z 1=100，Z 2=101，Z 2'=100，Z 3=99求：输入件H 对输出件1的传动比i H1解：1，3中心轮2，2'行星轮H 行星架给整个机构（-W H ）绕OO 轴转动213223113)1('⋅⋅⋅-=--=Z Z Z Z W W W W i H H H ∵W 3=0 ∴H H H i Z Z Z Z W W W 13213210'=-- H H i Z Z Z Z W W 13213211'=+- ∴H H i i 131100100991011⨯⨯-= 100001001009910111111=⨯⨯-==H H i i 若Z 1=991001-=H i周转轮系传动比是计算出来的，而不是判断出来的。