机械原理教育中心版资料讲解.ppt
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1、机械原理教育中心版机械原理教育中心版课件使用说明本课件是本着以教师教学为主,学生课后学习为辅的目的而开发的。本课件为新颖的开放式课件。为了留给教师自由的备课空间,本课件由讲解的课件主体部分和与其配套的动画素材库(动画素材库提供swf格式及.avi、.gif格式的各章节动画共计数百个,并配有相应的播放器)两部分组成。由任课教师根据具体专业要求在备课时链接所需的动画素材。课件运行的软件环境要求:授课用电脑系统为Windows 98版本,并安装了Office XP版本;同时应该安装Shockwave Flash Object(Player)等插件。课件运行的硬件环境要求:CPU 1GHz以上,内存1
2、28兆以上,运行所需空间20兆以上,显示器分辨率1024x768下一页2课件使用说明课件中除每章目录页上不设“上一页”和“下一页”的按钮外,其它页面上均设置有,请教师授课时务必使用翻页按钮。本课件为课间休息配置了Midi音乐。课间休息时,教师可以返回到课件总目录播放音乐。播放时请点击小喇叭后完整播放;听完一首后,再点击下一首播放。播放中如遇上课时间到,则直接点击“返回目录”键返回目录有关内容继续授课。上一页3返回首页返回首页制作负责人:吴海涛脚本策划:张海兵素材采集制作:熊曼辰 朱昆莉软件调试:潘琦英2000 2000 2000 2000 2002 2002 2002 2002 昆明理工大学昆
3、明理工大学策策 划划 制制 作作4机机 械械 原原 理理 课课 程程 目目 录录第一章:绪论第一章:绪论第三章:平面机构的运动分析第三章:平面机构的运动分析第十章:平面机构的平衡第十章:平面机构的平衡第八章:机械中的摩擦和机械效率第八章:机械中的摩擦和机械效率第六章:齿轮机构及其设计第六章:齿轮机构及其设计第四章:平面连杆机构及其设计第四章:平面连杆机构及其设计第二章:平面机构的结构分析第二章:平面机构的结构分析第五章:凸轮机构及其设计第五章:凸轮机构及其设计第七章:轮系及其设计第七章:轮系及其设计第九章:机械的运转及其速度第九章:机械的运转及其速度波动的调节波动的调节返回首页返回首页主要参考
4、文献主要参考文献课间音乐欣赏课间音乐欣赏5课 间 音 乐雾里看花请点击 小喇叭播放祝 福泰坦尼克来身缘月亮代表我的心同一首歌红河谷祈祷爱情故事南泥湾甜蜜蜜海韵北国之春千千阙歌容易受伤的女人萍聚风中有朵雨作的云返回目录天使让我如此伤心Mp3Mp3-2Mp3-3Mp3-4Mp3-5Mp3-6Mp3-76第一章第一章 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容 学习本课程的目的学习本课程的目的 学习方法学习方法 机械原理学科发展现状机械原理学科发展现状7 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容一研究对象:一研究对象:机械机械(Machinery)机器和机构的总称。机器和机构的总称。机器机器(
5、Machine):能代替人类劳动,做有益的机械功,或转换机械能的装置。原动机:将其它能量转换为机械能的机器。工作机:用机械能变换或传递能量、物料、信息的机器。特性:1)代替人类劳动,做有益功,或转换机械能;2)人为的构件组合体;3)各构件间具有确定的相对运动。8机构机构(Mechanism):人为的构件组合系统,各构件间具有确定的相对运动。特性:机器特性之2)、3)。分类:平面机构,空间机构。平面机构:各构件运动平面相互平行。空间机构:各构件运动平面不相互平行。第一章第一章89二研究内容:机械分析和设计的基础理论和方法。二研究内容:机械分析和设计的基础理论和方法。1.机构的结构分析与运动分析;
6、2.常用机构设计方法;3.机械动力学分析;零件零件(Part):零件是制造加工的单元,任何机器都是有许多零件配合组合而成。构件构件(Link):构件是参与运动的单元。有时一个零件就是一个构件,作为独立的运动单元体参与运动。有些零件由于结构和工艺上的需要,与其它零件刚性地联接在一起,作为一个整体参与运动,成为一个构件。如内燃机内燃机中,曲柄既是一个零件,同时也是一个构件。机构的组成机构的组成:(Constitution Of Mechanism)9机械手电力装置控制器(计算机)液压站工业机器人10101111一、为学习机械性质的专业课程打好基础12 学习本课程的目的 课程地位:机械类专业必修的重
7、要技术基础课。先修课程 后续课程二、为设计使用机械和机械设备的交易提供必要的知识基础。创造新 的机械,挖潜现有设备的潜力,了解机械设备的性能。三、培养综合考虑问题的能力。12一、注意课程性质和地位13 学习方法 机械类专业必修的重要技术基础课。较数学物理力学等先修课程更加结合工程实际;只研究各种机械共性的基本理论问题。二、着重点 搞清基本概念;理解基本原理;掌握基本方法(机构分析和综合的各种方法);注意联系实际。三、注意培养自己运用所学理论和方法解决工程实际问题的能力。具有工程观念;养成综合分析全面考虑问题的习惯;科学的态度;一丝不苟的作风。13一、机械工业发展趋势14 机械原理学科发展现状
8、速度范围大,高者数倍于音速,低者以微米级微移。重载;高精度 高效率 低噪音;体积范围大,大者庞然大物,小者用纳米技术加工;二、机械原理学科研究方向三、研究内容 自控机构;机器人机构;仿生机构;柔性机构;机电气液综合机构。单纯考虑运动性能到同时考虑动力性能;刚性到挠性;单自由度到多自由度;平面到空间;单一机构到组合机构。1415四、研究方法 图解到解析。手工计算到计算机辅助设计;优化;五本课程研究内容 常用平面机构。最基本原理和方法;学习要求 听课。作业:统一纸张,按时完成;考试及成绩评定。15本本 章章 习习 题题16Structural Analysis of Planar Mechanis
9、ms第二章第二章=机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的=机构的组成机构的组成机构的组成机构的组成=机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图=机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件=平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的自由度=平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析17一主要内容一主要内容 机构的组成及其具有确定运动的条件 机构的结构分类机械原理的基本任务
10、之一是对机构进行运动及动力分析。结构分类后对同一类机构用相似的方法进行分析。机构组成原理研究构件组成机构时的规律;按组成原理对机构进行结构分类。二研究目的二研究目的 机构的组成和确定运动条件是综合新机构的前提 为新机构的创造提供途径 为机构的运动分析和动力分析提供方便 为设计新的机械时确定运动方案提供机构运动简图的工具18 零件 Components一构件一构件 Members/links机器的制造单元 构件机器的运动单元从制造角度:机器零件从运动角度:机器构件二运动副二运动副 Kinematic pairs 构件间的可动联接 运动副元素 Elements两个构件参与接触而构成运动副的点线面
11、自由度 Freedoms独立运动的参变数(确定构件位置需要的独立参变量的数目)19曲轴连杆体连杆盖螺纹紧固件20 约束约束 Constraints对独立运动的限制 运动副的类型运动副的类型w按运动副引入的约束数:IIIIIIVV级副w按两构件的接触情况:低副低副 Lower pairs:面接触的运动副。转动副回转副 Revolute(turning)pairs铰链 Pivots,Pin joints 移动副 Prismatic pair/Sliding pair 螺旋副 Helical pairs 球面副 Spheric pairs 高副高副 Higher Pairs:点线接触的运动副。w按两
12、构件的相对运动情况:w按运动副允许的两构件之相对运动为平面运动或空间运动:平面运动副 Planar pairs 空间运动副 Spatial pairs 21常 用 运 动 副 的 符 号二运动构件构成的运动副一构件固定时的运动副转 动 副移 动 副平面高副平 面 运 动 副12222111122221111111222211122221 运动副符号1722常 用 运 动 副 的 符 号(续)二运动构件构成的运动副一构件固定时的运动副螺 旋 副球面副及球铰副空 间 运 动 副1823三运动链三运动链(Kinematic chains)用运动副将构件连接而成的相对可动的系统。闭式运动链 Close
13、d chain开式运动链 Open chain 24四机构四机构 Mechanisms 原动件机架从动件机机 架架 Frame/Fixed link:相对静止的构件。原动件原动件 Driver/driving link:按给定的已知运动规律独立运动的构件。从动件从动件 Followers/driven link:运动取决于原动件和其余活动构件。平面机构平面机构 Planar mechanism:各构件的运动平面相互平行的机构。空间机构 Spatial mechanismF 构件的组合;F 构件间用运动副相连;F 各构件间具有确定的相对运动;F 构件中有机架原动件从动件。25一机构运动简图的作用
14、一机构运动简图的作用二影响机构运动的因素二影响机构运动的因素 原动件的运动规律;构件数;运动副数及类型;机构的运动尺寸;三机构运动简图三机构运动简图包含内容:构件数;各构件的作用(机架原动件中间传动构件运动输出构件);构件间的连接关系(运动副数及类型);机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸);根据机构运动尺寸,用国标规定的符号表示运动副,用国标规定的符号和简单线条表示构件,按一定比例绘的表示机构运动情况的简图,Kinematic scheme26五机构运动简图的绘制五机构运动简图的绘制 确定原动件中间传动件运动输出构件?搞清原动件的运动如何经过中间传动件传递到运动输出构件?多少构件?各构
15、件间构成何种运动副?(注意微动部分)选择投影面,确定原动件某一位置,绘机构示意图;测量运动尺寸;定比例尺,绘机构运动简图。绘制路线:原动件中间传动件最终从动件(输出构件)观察重点:各构件间构成的运动副类型;良好习惯:各种运动副和构件用规定的符号表达。误 区:构件外形。四机构示意图四机构示意图27六常用机构运动简图符号及构件表示方法六常用机构运动简图符号及构件表示方法电 机带 传 动 机构运动简图符号外啮合圆柱齿轮机构内啮合圆柱齿轮机构28机构运动简图符号(续二)链 传 动齿 轮 齿 条 传 动圆 锥 齿 轮 传 动圆 柱 蜗 杆 蜗 轮 传 动29机构运动简图符号(续三)凸 轮 机 构棘 轮
16、机 构杆轴类构件固定构件 构件表示方法见GB4460-8430 构件表示方法(续)同一构件两 副 构 件三 副 构 件31 机构运动简图绘制练习。据模型;据结构示意图。32ADBCBCBCBCBC铰链四杆机构,给定1个独立运动参数,其余构件的运动完全确定。一运动确定性分析一运动确定性分析AEBCDBCDBCD4BCDBCD铰链五杆机构,给定2个独立运动参数,其余构件的运动完全确定。二机构自由度二机构自由度使机构具有确定运动所必须给定的独立运动参变数。三机构具有确定运动的条件三机构具有确定运动的条件机构原动件数机构自由度。机构原动件数机构自由度。33xy2一平面运动构件的自由度一平面运动构件的自
17、由度1与其它构件未连之前:3用运动副与其它构件连接后,运动副引入约束,原自由度 减少。二平面运动副引入的约束二平面运动副引入的约束1221结论:低副引入2个约束;平面高副引入1个约束。34一平面机构自由度计算公式一平面机构自由度计算公式 Mobility equation设:可动构件数:n 低副数:pl 高副数:ph未连接前总自由度:3n连接后引入的总约束数:2pl+ph机构自由度F:F=3n-(2pl+ph)例:F=3n-(2pl+ph)F=3n-(2pl+ph)=33-(2 4+0)=1=34-(2 5+0)=2BCADB C DAEBCAF=3n-(2pl+ph)=32-(2 3+0)=
18、0BCADEF=3n-(2pl+ph)=33-(2 5+0)=-13035BCAF=3n-(2pl+ph)=33-(2 4+0)=1F=3n-(2pl+ph)=32-(2 2+1)=1F=3n-(2pl+ph)=34-(2 5+1)=1F=3n-(2pl+ph)=33-(2 3+1)=2?36一正确计算运动副数一正确计算运动副数 复合铰链复合铰链 multiple pin joints/compound hinges 两个以上构件在同一处铰接。123A123m个构件,m-1个铰链F=3n-(2pl+ph)=?37-(2 10+0)=1n=pl=37 二构件只构成一个运动副二构件多处接触构成 移
19、动副,且移动方向 平行;ABCDD二构件多处配合构成 转动副,且转动轴线 重合;二构件多处接触构成 平面高副,且接触点 相对位置不变,实为 转动副;AAn1n1n2n2AAn1n1n2n2实为转动副实为移动副二构件多处接触构成 平面高副,且接触点 公法线互相平行,实 为移动副;38其它情况的多点高副接触;39 三三 除去局部自由度除去局部自由度 passive degree of freedom构件的局部运动,不影响其它构件 的运动,其自由度 为局部自由度F。F=3n-(2pl+ph)=33-(2 3+1)-1=1123-F四四 除去虚约束除去虚约束 redundant(passive)con
20、straint 有些运动副引入的 约束,实际上不起 约束作用,这样的 约束为虚约束p。EFABCD12345虚杆!1杆2低副,引入个虚约束。P=2pl-3nF=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0-1)=1-p)F=3n-(2pl+ph )=33-(2 4+0)=1F=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0)=0?40BCEF234xyA常见虚约束:常见虚约束:1)二构件上轨迹重合点 用转动副连接,引入 虚约束;12D3BC2BD3C3C2BD12)机构运动过程中二构件 上两点距离不变,用双 转动副杆连接该两点,引入虚约束;EF24BC3EF24BC3AD1F=3n-(2pl+p
21、h )=34-(2 6+0-1)=1-p)F=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0-1)=1-p)413)对机构运动无约束 作用的对称重复部 分引入虚约束。123F=3n-(2pl+ph )=33-(2 3+2)=1F=3n-(2pl+ph )F=35-(2 5+6-2)=122”-p)重复部分:构件数 n=2;低副数 pl=2;高副数 ph=4;p=2 pl+ph-3 n =2 2+4-3 2=2注意虚约束的特定条件,若特定条件不满足,虚约束变实约束。ABCDEGFHIJKN1234567891011p=2 pl+ph-3 n=2 5+0-3 3=110I42五机构自由度计算步骤 确
22、定活动构件数 n;确定运动副数 plph;确定局部自由度 F;确定虚约束 p;按下式计算自由度:F=3n-(2 pl+ph-p)-Fp=2 pl+ph-3n2234567891011例:图示机构需几个原动件 才能具有确定运动?解:机构自由度:n=pl=ph=F=p=10;14;1;1;22-3=1;F=3n-(2 pl+ph-p)-F则,该机构需要个原动件。=3 10-(2 14+1-1)-1=143A一平面机构的组成原理一平面机构的组成原理1.基本杆组(阿苏尔杆组)?机构确定运动条件BDCBDC基本杆组F=0将从动件系统从机架和原动件拆出。设平面低副机构,n个活动构件,pl个低副,必有3n-
23、2pl=0 或n的取值:2,4,6.杆组类型 双杆组(II级杆组)n=2,pl=3;12ABC1AB2C1B2CA1B2CA1B2CA内副(B)与外副(A,C)442.机构组成原理机构由基本杆组联接于原动件和机架上而构成。多杆组(III级杆组)n=4,pl=6;1234ABCDEF内副B,C,E;外副A,D,F。C1234ABDEFC1234ABDEF二二 平面机构的结构分类平面机构的结构分类 II级机构:只含II级杆组的机构;III级机构:含有III级杆组的机构。三三 机构的结构分析机构的结构分析 任务:把机构分解为机架及原动件若干基本杆组;要点:机架和原动件开始,能拆则拆,至不可拆为止;优
24、先拆II级杆组,不能出现单杆从动件;同一构件或运动副,不能在两处出现。45例题分析例题分析:计算图示冲压机构自由度,并分析在下列情况下组成机构的基本杆组及机构的级别:1)1构件为原动件;2)6构件为原动件。12345678910ABCDEFGHIJKLM解:1.机构自由度F=3n-(2pl+ph-p)-F=39-2 13=1462.机构结构分析当构件为原动件时89CFG110A23456789BCDEFGHIJKLM110A23BDE7HIJ645KLM该机构为II级机构。47当构件6为原动件时110A23456789BCDEFGHIJKLM78GHI45KLM610J1A239BCDEF该机
25、构为III级机构。48本章基本要求本章基本要求1.掌握基本概念掌握基本概念 零件(1)原(主)动件 构件 从动件 机 架 自由度(2)约束 杆组(3)运动链 机构闭式链开式链 运动副(4)运动副元素空间运动副平面运动副转动副移动副平面高副 机构运动简图(5)机构示意图 复合铰链(6)局部自由度 虚约束 杆组的级别(7)机构的级别 机构的组成(8)机构的结构分析2.正确绘制机构运动简图正确绘制机构运动简图3.正确计算机构自由度正确计算机构自由度4.根据机构组成原理正确进行机构的结构分析根据机构组成原理正确进行机构的结构分析49本本 章章 作作 业业50第三章第三章研究机构运动分析的目的和方法研究
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