机械原理经典版.pptx

《机械原理经典版.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理经典版.pptx（184页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、机机械械原原理理武汉理工大学第一页，共184页。目录目录(ml)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l-2学习本课程的目的学习本课程的目的l-3如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习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2-2机构的组成机构的组成2-3机构运动机构运动(yndng)简图简图2-4机构具有确定运动机构具有确定运动(yndng)的条件的条件2-5平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2-6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第二页，共184页。第三章第三

2、章平面机构的运动分析平面机构的运动分析3-1机构运动分析概述机构运动分析概述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第四章第四章平面机构的力分析平面机构的力分析4-1机构力分析的目的和方法机构力分析的目的和方法4-2构件惯性力的确定构件惯性力的确定第五章第五章机械中的摩擦和机械效率机械中的摩擦和机械效率(jxixiol)5-1研究机械中摩擦的目的和研究内容研究机械中摩擦的目的和研究内容5-2运动副中的摩擦运动副中的摩擦5-3机械的效率机械的效率5-4机械的自锁机械的自

3、锁第三页，共184页。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连杆机构及其传动连杆机构及其传动(chundng)特点特点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6-3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6-4平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计第七章第七章凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计7-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类7-2推杆的运动规律推杆的运动规律7-3凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计7-4凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定第八章第八章齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计8-1齿轮机构的应用及分类齿轮机构的应用

4、及分类第四页，共184页。8-2齿轮齿轮(chln)的齿廓曲线的齿廓曲线8-3渐开线的形成及其特性渐开线的形成及其特性8-4渐开线齿廓的啮合特性渐开线齿廓的啮合特性8-5渐开线标准齿轮渐开线标准齿轮(chln)各部分的名称和尺寸各部分的名称和尺寸8-6渐开线直齿圆柱齿轮渐开线直齿圆柱齿轮(chln)的啮合传动的啮合传动8-7渐开线齿廓的切制渐开线齿廓的切制8-8变位齿轮变位齿轮(chln)概述概述8-9变位齿轮变位齿轮(chln)传动传动8-10斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮(chln)传动传动8-11蜗杆传动蜗杆传动8-12圆锥齿轮圆锥齿轮(chln)传动传动第九章第九章轮系及其设计轮系及其设计第

5、五页，共184页。9-1轮系及其分类轮系及其分类9-2定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比9-3周转轮系的传动比周转轮系的传动比第十章第十章机械的运转及其速度波动机械的运转及其速度波动(bdng)的调节的调节10-1概述概述10-2机械的运动方程式机械的运动方程式10-3稳定运转状态下机械的周期性速度波动稳定运转状态下机械的周期性速度波动(bdng)及及其其调节调节10-4机械的非周期性速度波动机械的非周期性速度波动(bdng)及其调节及其调节第十一章第十一章机械的平衡机械的平衡11-1机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容11-2刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算第六页，共184页。第一章第

6、一章绪绪论论“机械原理”(MechanicalPrinciple)研究的对象是机械，研究的内容是有关机械(mechanism)的基本理论问题。机械是机器(machine)和机构(mechanism)的总称。右图所示为一内燃机示意图，主要由以下机构组成：活塞(piston)、连杆(linn)(connectingrod)、曲轴和机架(frame)组成连杆(linn)机构；大齿轮(gear)、小齿轮和机架组成齿轮机构；凸轮(cam)、推杆和机架组成凸轮机构。1-11-1本课程研究本课程研究(ynji)(ynji)的对象及内容的对象及内容第七页，共184页。除了机器外，实际中存在如图1-2所示的开窗

7、机构(jgu)和如图1-3所示的千斤顶，它们借助于人力驱动实现所需的运动或传递力。这些装置我们称之为机构(jgu)。图1-2开窗机构(jgu)图1-3千斤顶第八页，共184页。机器的特征：机器的特征：1.它们是由零件人为装配组合而成的实物体；它们是由零件人为装配组合而成的实物体；2.各实物体之间具有确定的相对运动；各实物体之间具有确定的相对运动；3.能完成有用的机械功或转化机械能。能完成有用的机械功或转化机械能。机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称为机械。机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称

8、为机械。本课程研究的内容：本课程研究的内容：1.机构结构分析机构结构分析(fnx)的基本知识的基本知识2.机构的运动分析机构的运动分析(fnx)3.机器动力学机器动力学4.常用机构的分析常用机构的分析(fnx)与设计与设计5.机构的选型及机械传动系统的设计机构的选型及机械传动系统的设计本本课课程程研研究究的的内内容容可可以以概概括括为为两两个个方方面面，第第一一是是介介绍绍对对已已有有机机械械进进行行结结构构、运运动动和和动动力力分分析析(fnx)的的方方法法，第第二二是是探探索索根根据据运运动动和和动动力力性性能能方方面面的的要要求求设设计计新新机机械的途径。械的途径。第九页，共184页。l

9、-2 l-2 学习本课程的目的学习本课程的目的 本课程所学的内容乃是研究现有机械的运动本课程所学的内容乃是研究现有机械的运动(yndng)(yndng)及工作性能和设计新机械的知识基础。所以它成为机械类及工作性能和设计新机械的知识基础。所以它成为机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，并为专业课程打各专业必修的一门重要的技术基础课程，并为专业课程打下基础。下基础。l-3 l-3 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习 在学习本课程的过程中，要着重注意搞清楚基本在学习本课程的过程中，要着重注意搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法。概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的

10、基本方法。在本课程的学习过程中，要注意培养自己运用所学的在本课程的学习过程中，要注意培养自己运用所学的基本理论和方法去分析和解决工程实际问题的能力。为此基本理论和方法去分析和解决工程实际问题的能力。为此要十分注意各种理论和方法的适用范围和条件，以求能逐要十分注意各种理论和方法的适用范围和条件，以求能逐步作到正确而灵活的应用。步作到正确而灵活的应用。第十页，共184页。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研究内容：研究内容：(1)研究机构的组成及其具有确定运研究机构的组成及其具有确定运动的条件；动的条件；(2)根据结构特点进行机构

11、的结构分根据结构特点进行机构的结构分类；类；(3)研究机构的组成原理。研究机构的组成原理。研究目的：研究目的：在机构设计中，需要知道机构是怎样在机构设计中，需要知道机构是怎样组合起来的，而且在什么组合起来的，而且在什么(shnme)条件条件下才能实现确定的运动；对机构组成原理下才能实现确定的运动；对机构组成原理的研究还可以为新机构的创造提供途径；的研究还可以为新机构的创造提供途径；通过对机构的结构分析与分类，可以为举通过对机构的结构分析与分类，可以为举一反三地研究机构的运动分析和动力分析一反三地研究机构的运动分析和动力分析提供方便。提供方便。第十一页，共184页。2-2机构的组成机构的组成1.

12、构件构件构件构件(link)机器中每一个独立的运动单元体。机器中每一个独立的运动单元体。2.运动副运动副由两个构件组成的可动的联接称为运动副由两个构件组成的可动的联接称为运动副(kinematicspair)。而把两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为。而把两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。例如运动副元素。例如(lr)轴与轴衬的配合轴与轴衬的配合(图图2-1)，滑块与导，滑块与导轨的接触轨的接触(图图2-2)。图图 2-1回回 转转(huzhun)副副图图 2-1移移 动动(ydng)副副第十二页，共184页。两齿轮轮齿的啮合(图2-3,a)，球面与平面(pngmin)

13、的接触(图2-3,b)，圆柱与平面(pngmin)的接触(图2-3,c)。图图2-3,b图图2-3,c图图 2-3,a 齿齿 轮轮(chln)副副第十三页，共184页。任意两个构件(gujin)1与2，当它们尚未构起运动副之前，构件(gujin)1相对于构件(gujin)2共有6个相对运动的自由度。当两构件(gujin)以某种方式相联接而构成运动副，则两者间的相对运动便受到一定的约束，其相对运动自由度减少的数目就等于该运动副所引入的约束的数目。两构件(gujin)构成运动副后所受到的约束数最少为1(如图2-3，b所示的运动副)，而最多为5(如图2-1和2-2所示的运动副)第十四页，共184页。

14、运动副的分类：运动副的分类：(1)按引入约束按引入约束(yush)的数目分：的数目分：I级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副。级副。(2)按按两两构构件件的的接接触触情情况况进进行行分分：点点或或线线接接触触而而构构成成的的运运动动副副统统称称为为高高副副；面面接接触触(surfacecontact)而构成的运动副则称为低副而构成的运动副则称为低副(lowerpair)。(3)按按两两构构件件之之间间的的相相对对运运动动的的不不同同分分：转转动动副副或或回回转转副副(revolutepair)、移移动动副副(slidingpair)、螺旋副、球面副、平面运动、螺旋副、球面副、平

15、面运动(planemotion)副、空间运动副。副、空间运动副。图图 2-5螺螺 旋旋(luxun)副副图图2-6球面球面(qimin)副副第十五页，共184页。3.运动链把两个以上的构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统(xtng)称为运动链(kinematicschin)。如运动链的各构件构成了首末封闭的系统(xtng)，则称其为闭式运动链或简称闭链(图2-7，a和b)；如运动链的构件未构成首末封闭的系统(xtng)，则称其为开式运动链，或简称开链(图2-7，c和d)。第十六页，共184页。4.机构机构在运动链中，如果将某一构件加以固定而成为机架，则这种运动链便成为机构。在运动链中，如

16、果将某一构件加以固定而成为机架，则这种运动链便成为机构。机机构构中中按按给给定定的的已已知知运运动动规规律律独独立立运运动动的的构构件件称称为为原原动动件件；而而其其余余活活动动构构件件则则称称为从动件。从动件的运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构。为从动件。从动件的运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构。2-3机构运动简图机构运动简图用用简简单单的的线线条条和和规规定定的的符符号号表表示示组组成成机机构构的的构构件件和和运运动动副副，并并按按一一定定的的比比例例尺尺表表示示运运动动副副的的相相对对位位置置的的简简单单图图形形称称为为机机构构运运动动简简图图(kinematic sk

17、etch ofmechanism)。绘制步骤如下：。绘制步骤如下：(1)分析机构的运动情况，定出其原动部分、工作部分，搞清楚传动部分。分析机构的运动情况，定出其原动部分、工作部分，搞清楚传动部分。(2)合理选择投影合理选择投影(tuyng)面及原动件适当的投影面及原动件适当的投影(tuyng)瞬时位置。瞬时位置。(3)选择适当的比例尺选择适当的比例尺(scale)。(4)用简单的线条和规定的符号绘图。用简单的线条和规定的符号绘图。(5)检验。检验。第十七页，共184页。61AOF2345BDEC颚式碎石机ab图2-8第十八页，共184页。2-4 2-4 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的

18、条件 机构具有确定运动时所必须给定的独立机构具有确定运动时所必须给定的独立(dl)(dl)运动参数运动参数的数目，称为机构的自由度。的数目，称为机构的自由度。机构具有确定运动的条件：机构的自由度必须大于或等机构具有确定运动的条件：机构的自由度必须大于或等于于l l，且机构原动件的数目应等于机构的自由度的数目。，且机构原动件的数目应等于机构的自由度的数目。如图如图2-102-10，只有在给构件，只有在给构件4 4确定运动规律后，此时确定运动规律后，此时系统才成为机构。系统才成为机构。图2-9图2-10第十九页，共184页。2-5 2-5 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 平面机构自由度计

19、算公式平面机构自由度计算公式2-6 2-6 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 1.1.复合复合(fh)(fh)铰链：两个以上的构件同在一铰链：两个以上的构件同在一处以转动副相联接，如图处以转动副相联接，如图2-112-11所示。所示。若有若有m m个构件以复合个构件以复合(fh)(fh)铰链铰链(joint)(joint)相联接相联接时，其构成的转动副数应等于时，其构成的转动副数应等于(m-1)(m-1)个。个。图2-11第二十页，共184页。2.局部自由度在有些机构中，某些构件所产生的局部运动，并不影响其他构件的运动。我们把这种局部运动的自由度称为局部自由度，

20、如图所示。在计算机构的自由度时，应从机构自由度的计算公式中将局部自由度减去。对于(duy)图示凸轮机构自由度为F=33-(23+1)-1=1凸轮(tln)机构三维实体图图2-12第二十一页，共184页。3.虚约束在机构中，有些运动(yndng)副带入的约束，对机构的运动(yndng)实际上不起约束作用，我们把这类约束称为虚约束。在计算机构的自由度时应将这类虚约束除去。机构中的虚约束常发生在下列情况：1)在机构中如果两构件用转动副联接其联接点的运动(yndng)轨迹重合，则该联接将带入1个虚约束。如图214所示的机构简图。F=3*n2PlPh=3*42*6=0错F=3*n2PlPh=3*32*4

21、=1对图2-13第二十二页，共184页。2)如果两构件在多处接触而构成移动副，且移动方向彼此平行(如图2-14所示)，则只能算一个移动副。如果两构件在多处相配合而构成转动(zhundng)副，且转动(zhundng)轴线重合(如2-15所示)，则只能算一个转动(zhundng)副。如果两构件在多处相接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合(如图2-16所示)，则只能算一个平面高副。图2-14图2-15图2-16第二十三页，共184页。3)在机构运动(yndng)的过程中，若两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则如用双转动副杆将此两点相联，也将带入1个虚约束，图2-17所示。4)在机构

22、中，某些不影响机构运动(yndng)传递的重复部分所带入的约束亦为虚约束，如图2-18所示。F=3*n2PlPh=3*42*6=0错F=3*n2PlPh=3*52*56=-1错F=3*n2PlPh=3*32*4=1对F=3*n2PlPh=3*32*32=2对图2-17图2-18第二十四页，共184页。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机构运动分析概述机构运动分析概述(ish)机构的运动分析：根据原动件的已知运动机构的运动分析：根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点的位移规律，求该机构其他构件上某些点的位移(displacement)、轨迹、速度和加速度，以、轨迹

23、、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。及这些构件的角位移、角速度和角加速度。机构运动分析的方法主要有图解法和解析机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。法。3-2速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用用一、速度瞬心一、速度瞬心 瞬心为互相(h xing)作平面相对运动的两构件上，瞬时相对速度为零的点；或者说，瞬时速度相等的重合点(即等速重合点)。若该点的绝对速度为零则为绝对瞬心；若不等于零则为相对瞬心。如图3-1所示。图3-1第二十五页，共184页。二、机构中瞬心的数目因为每两个构件就有一个瞬心，所以(suy)由N个构件(含机架)组成的机构

24、，其总的瞬心数K由排列组合的知识可得：三、机构中瞬心位置的确定如上所述，机构中每两个构件之间就有一个瞬心，如果两个构件是通过运动副直接联接在一起的，那末其瞬心的位置，根据瞬心的定义可以很容易地加以确定。而一般情况下，两构件的瞬心则需藉助于所谓“三心定理”来确定。现分别介绍如下。1.通过运动副直接相联的两构件的瞬心1)以转动副相联接的两构件，如图3-2,a所示，转动副的中心即为其瞬心P12。2)以移动副相联接的两构件，如图3-2,b所示，因两构件间任一重合点的相对运动速度方向均平行于导路，故其瞬心P12必位于移动副导路的垂直方向上的无穷远处。第二十六页，共184页。3)以平面高副相联接的两构件，

25、如图3-2，c、d所示。如果高副两元素之间为纯滚动(gndng)则其两元素的接触点M即为瞬心P12；如果高副两元素之间既作相对滚动(gndng)，又有相对滑动，则瞬心P12必位于高副两元素在接触点处的公法线nn上，具体位置尚需根据其他条件来确定。图3-2第二十七页，共184页。2.用三心定理确定两构件的瞬心 三心定理(Kennedys throrem)：三个彼此作平面平行(pngxng)运动的构件的瞬心必位于同一直线上。如图3-3所示。图3-3第二十八页，共184页。四、速度瞬心(instantaneouscenterofvelocity)在机构(jgu)速度分析中的应用1)求构件的角速度在图

26、3-4所示的平面四杆机构中，设各构件(gujin)的尺寸已知，原动件2以角速度2沿顺时针方向回转。因 为 已 知 瞬 心 P24为 构 件(gujin)2及构件(gujin)4的等速重合点，故得：图3-4第二十九页，共184页。2)求构件上某点的速度如图3-5所示的凸轮机构。设各构件的尺寸已知，原动件2的角速度为2。利用瞬心来确定从动件3的移动速度，同样十分简便。如图所示，得从动件的移动速度的大小为：3-3用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析矢量方程图解法所依据的基本原理是理论力学中学过的运动合成的原理。在对机构进行(jnxng)速度和加速度分析时，首先要根据运动合成原理列出机构运动的矢量

27、方程，然后再根据该方程进行(jnxng)作图求解。图3-5第三十页，共184页。一、同一构件上两点间的速度、加速度的关系1.速度分析图3-6在如图3-6，a所示的曲柄滑块机构中，连秆BC为一作平面运动的构件。由运动合成原理可知，此构件上任一点(如点c)的运动可认为是由其随同该构件上另一任意(rny)点(如点B)的平动(牵连运动)与绕该点(点B)的转动(相对运动)所合成。因此，点c的速度为：第三十一页，共184页。现设点B的速度为已知，求点c的速度。步骤：1)对机构进行运动分析，列出矢量方程式；2)取速度比例尺，定极点；3)按矢量作图法作图。(从已知到未知)其大小(dxio)分别为：现如求连杆上

28、点E的速度则利用B、E两点和C、E两点间的速度关系可分别列出矢量方程并将它们联立起来，可得矢量方程：用图解法求解，得：VE=第三十二页，共184页。图b所示的由各速度矢量构成的图形称为速度多边形。p点称为速度多边形的极点。其特点如下：1)由极点P向外放射的矢量，代表构件上相应点的绝对速度；2)相对速度是联接两绝对速度矢端的(dund)矢量，下标字母相反；3)极点的速度为零；4)速度影象原理。由图可见，因bce与BCE的对应边相互垂直，故知两者相似，且其角标字母符号的顺序也是一致的，只是前者的位置是后者沿的方向转过了900而已。所以，我们把图形bce称为构件图形BCE的速度影像。2.加速度分析

29、同理点c的加速度为：为求E点的加速度与进行速度分析相似，需利用点E与B、C两点的加速度关系联立求解，即得：第三十三页，共184页。图C所示的由各加速度矢量(shling)构成的图形称为加速度多边形。p点称为加速度多边形的极点。其特点如下：1)由极点P向外放射的矢量(shling)，代表构件上相应点的绝对加速度；2)相对加速度是联接两绝对加速度矢端的矢量(shling)，下标字母相反；3)极点的加速度为零；4)加速度影象原理。由图可见，因bce与BCE相似，且其角标字母符号的顺序也是一致的。所以，我们把图形bce称为构件图形BCE的加速度影像。3.两构件重合点间的速度、加速度的关系 如图3-7所

30、示的平面四杆机构中，构件(gujin)1与构件(gujin)2组成移动副，点c为此两构件(gujin)上的一个重合点。由运动合成原理可知，构件(gujin)2上的点c2的运动可以认为是由构件(gujin)1上与其相重合的点c1的运动(牵连运动)和点c2相对于点c1的相对运动所合成。图3-7第三十四页，共184页。哥氏加速度大小为：(3-7)方向：将相对速度VC1C2沿角速度1的转向转过900所得(su d)的方向一致。(3-5)(3-6)第三十五页，共184页。第四章平面机构的力分析4-1机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力作用在机械上的力，包括由外部施于机械的原动力、生产阻力、重力和运

31、动构件受到的空气和油液等的介质阻力；构件在变速运动时产生的惯性力；以及由于上述诸力在运动副中所引起的反力。根据各力对机械运动的影响的不同，可将它们概分为两大类：(1)驱动力凡是驱使机械产生运动的力统称为驱动力。所作的功为正功，称为驱动功，或输入功。(2)阻抗力凡是阻止机械产生运动的力统称为阻抗力。所作的功为负功，称为阻抗功。阻抗力又可分为有效阻力和有害阻力两种：1)有效阻力，即工作阻力。它是机械在生产过程中为了改变(gibin)工作物的外形、位置或状态等所受到的阻力，克服了这些阻力就完成了有效的工作。克服有效阻力所完成的功称为有效功或输出功。第三十六页，共184页。2)有害阻力，即机械在运转过

32、程中所受到的非生产阻力。机械为了克服这类阻力所做的功是一种纯粹(chncu)的浪费。克服有害阻力所作的功称为损失功。二、机构力分析的目的和方法由于作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状等的重要依据。机构力分析的任务，主要有以下两部分内容：1.确定运动副中的反力。2.确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力(或平衡力偶)。第三十七页，共184页。4-2构件惯性构件惯性(gunxng)力的确定力的确定一、一、作平面复合运动的构件作平面复合运动的构件由理论力学可知，对于作平面复合运动而且具有平行由理论力学可知，对于作平面复合运动

33、而且具有平行于运动平面的对称面的构件于运动平面的对称面的构件(例如图例如图41所示铰链四杆机所示铰链四杆机构中的连杆构中的连杆BC)，其惯性，其惯性(gunxng)力系可简化为一个加力系可简化为一个加在质心上的惯性在质心上的惯性(gunxng)力和一个惯性力和一个惯性(gunxng)力偶力偶矩。它们分别为：矩。它们分别为：第三十八页，共184页。为了分析的方便，上述惯性力和惯性力偶矩又可以用一大小等于P1，作用线由质心S偏移一距离Lh的总惯性力来代替(图6)，此时距离的值Lh为：二、作平面移动的构件 对于(duy)作平面移动的构件，由于没有角加速度，故不会产生惯性力偶。只是当构件为变速移动时，

34、持有一个加在其质心S上的惯性力P1-ms。三、绕定轴转动的构件 对于(duy)绕定轴转动的构件，其惯性力和惯性力偶矩的确定又有两种情况。(1)绕通过质心的定轴转动的构件(如齿轮、飞轮等构件)因其质心的加速度为零，故惯性力为零。只是当构件为变速转动时，将产生一惯性力偶矩M1-Jss。(2)绕不通过质心的定抽转动的构件(如曲柄、凸轮等构件)如果构件是变速转动(如图4-2所示)，则将产生惯性力P1-ms 及惯性力偶矩M1-Jss。同样，两者可用一个不通过其质心的总惯性力来代替。第三十九页，共184页。第四十页，共184页。第五章第五章机械中的摩擦和机械效率机械中的摩擦和机械效率5-1研究机械中摩擦的

35、目的和研究内容研究机械中摩擦的目的和研究内容我们知道运动副中的摩擦力是一种主要我们知道运动副中的摩擦力是一种主要的有害阻力，它会使机械的效率降低，使的有害阻力，它会使机械的效率降低，使运动副元素受到磨损，因而降低零件的强运动副元素受到磨损，因而降低零件的强度、机械的精度和工作寿命；使零件发热度、机械的精度和工作寿命；使零件发热膨胀，将导致机械运转不灵活，甚至卡死，膨胀，将导致机械运转不灵活，甚至卡死，并使机械润滑情况恶化。而另一方面在某并使机械润滑情况恶化。而另一方面在某些情况下机械中的摩擦又是有用的，在不些情况下机械中的摩擦又是有用的，在不少机械中，就正是利用摩擦来工作的。少机械中，就正是利

36、用摩擦来工作的。研究的主要内容有：研究的主要内容有：1)几种最常见的运动副中的摩擦的分几种最常见的运动副中的摩擦的分析；析；2)考虑摩擦时机构的受力分析；考虑摩擦时机构的受力分析；3)机械效率的计算；机械效率的计算；4)由于摩擦的存在而可能发生的所谓由于摩擦的存在而可能发生的所谓机械的机械的“自锁自锁”现象，以及现象，以及(yj)自锁现自锁现象发生的条件等。象发生的条件等。第四十一页，共184页。5-25-2运动副中的摩擦运动副中的摩擦 一、一、移动副中摩擦力的确定移动副中摩擦力的确定(qudng)(qudng)图图(a)(a)摩擦力摩擦力F21F21的大小为：的大小为：图图(b)(b)摩擦力

37、摩擦力F21F21的大小为：的大小为：若令若令f/sinf/sinQ Q，则上式可写为：，则上式可写为：图5-1第四十二页，共184页。图(c)摩擦力F21的大小为：式中fv称为当量摩擦系数。二、移动副中总反力的确定在进行机械的受力分析(fnx)时，由于N21及F21都是构件2作用于构件1上的反力，故可将它们合成为一个总反力，以R21表示(如图5-2所示)。设总反力R21和法向反力N21之间的夹角为，则：角称为摩擦角。总反力R21的作用线方向的确定：R21与构件1相对于构件2的相对运动速度V12的方向成钝角(90+)。图5-2第四十三页，共184页。例如：图5-3,a中，设滑块1置于升角为的斜

38、面2上，Q为作用在滑块1上的铅垂载荷(zih)。求：(1)滑块1沿斜面等速上行(通常称此行程为正行程)时所需的水平驱动力P。根据力的平衡条件可知：作出力的三角形，如图b所示。由图可得：第四十四页，共184页。(2)滑 块 1是 沿 斜 面 2等 速 下 滑(通 常 称 此 行 程(xngchng)为 反 行 程(xngchng)时所需的水平驱动力P。如图5-4,a所式。根据力的平衡条件可知：作出力的三角形，如图b所示。由图可得：三、螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中肋摩擦图5-5，a为一矩形螺纹螺旋副(screwpair)，通常在研究螺旋副的摩擦时，都假定螺母与螺杆间的作用力系集中作用在其中径的圆

39、柱面上。因螺杆的螺纹可以设想为由一斜面卷绕在圆柱体上形成的。因此，如将螺杆沿中径d2的圆柱面展开，则其螺纹将展成一个斜面，该斜面的升角即为螺杆在其中径d2上的螺纹的导程角，于是得：第四十五页，共184页。假定螺母与螺杆间的作用力系集中作用在一小段螺纹上，这样就把对螺旋副中摩擦的研究，简化为对滑块与斜平面的摩擦来研究了。四、转动副中的摩擦 1.轴颈摩擦 如图5-6所示，设受有径向载荷Q作用的轴颈1，在驱动力偶矩Md的作用下，在轴承2中等速转动。设法(shf)向反力的总和为N21，则如前所述，轴承2对轴颈1的摩擦力F21f*N21fv*Q。则摩擦力矩Mr为：图5-6(5-6)第四十六页，共184页

40、。根据平衡条件可知：R21=-Q；Md=-R21*r=-Mf 即总反力R21对轴颈中心O的力矩即为摩擦阻力矩Mf，而由式(56)知：对于(duy)一个具体的轴颈，由于fv及r均为定值，所以是一固定长度。以轴颈中心O为圆心，以为半径作圆，则称其为摩擦圆，称为摩擦圆半径。转动副总反力的方位可根据如下三点来确定：1)在不考虑摩擦的情况下，根据力的平衡条件，初步确定总反力的方向；2)总反力应与摩擦圆相切；3)总反力R 21对轴颈中心之矩的方向必与相对角速度12的方向相反。(5-7)第四十七页，共184页。5-3 5-3 机械机械(jxi)(jxi)的效率的效率 当机器正常运转时，输入功将等于输出功和损

41、失功当机器正常运转时，输入功将等于输出功和损失功之和。即：之和。即：Wd=Wr+Wf Wd=Wr+Wf 机械机械(jxi)(jxi)效率为：效率为：效率也可用功率表示，即：效率也可用功率表示，即：机械机械(jxi)(jxi)效率也可以用力的比值的形式来表达。图效率也可以用力的比值的形式来表达。图5-75-7所示一机械所示一机械(jxi)(jxi)传动装置的示意图。传动装置的示意图。设设P P为驱动力，为驱动力，Q Q为生产阻力，为生产阻力，VPVP、VQVQ分别为分别为P P和和Q Q的作用的作用点沿该力作用线方向的分速度，于是根据式点沿该力作用线方向的分速度，于是根据式(5-9(5-9，a)

42、a)可得：可得：PVPQVQ图5-7 设想在该机械中不存在摩擦，为了克服同样的生产阻力Q，其所需的驱动力P0(称为理想驱动力)。显然：P P0，且此时(c sh)，其效率应等于。(5-8)(5-9)第四十八页，共184页。故得：将其代入式(a)，得：同理，机械效率(xio l)也可以用力矩之比的形式来表达，即 综合式(c)与(d)可得：对于由许多机器组成的机组而言，只要知道了各台机器的机械效率(xio l)，则该机组的总效率(xio l)也可以由计算求得。(1)串联 如图5-8所示为几种机器串联组成的机组。该机组的机械效率(xio l)为：。而功率在传递的过程中，前一机器的输出功率即为后一机器

43、的输入功率。图5-8(5-10)abc第四十九页，共184页。设各机器的效率分别为1、2K则得：将1、2K连乘起来，得 此即表明，串联机组的总效率等于组成(z chn)该机组的各个机器的效率的连乘积。由此可见，只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低。(2)并联 如图5-9所示为几种机器并联组成(z chn)的机组。总输入功率为 总输出功率为 图5-9(5-11)第五十页，共184页。所以总效率为 上式表明并联机组的总效率不仅与各机器的效率有关(yugun)，而且也与各机器所传递的功率大小有关(yugun)。要提高并联机组的效率，应着重提高传递功率大的传动路线的效率。(3)混

44、联 如图5-10所示为兼有串联和并联的混联机组。为了计算其总效率，可先将输入功至输出功的路线弄清，然后分别计算出总的输入功率和总的输出功率，最后可按下式计算其总机械效率。图5-10(5-12)第五十一页，共184页。5-4 5-4 机械的自锁机械的自锁 有些机械，由于其结构的形式以及摩擦影响，导有些机械，由于其结构的形式以及摩擦影响，导致当沿某一方向施加无论多大的驱动力致当沿某一方向施加无论多大的驱动力(矩矩)时，都无法使时，都无法使它运动的现象，这种现象就叫作机械的自锁。它运动的现象，这种现象就叫作机械的自锁。一移动副的自锁条件一移动副的自锁条件 由图由图5-115-11可知，可知，Pt=P

45、*sin (Pt=P*sin (有效分力有效分力)Pn=P*cos Pn=P*cos (有害分力有害分力)最大摩擦力为：最大摩擦力为：当当时，由上述可知时，由上述可知 此式说明，在此式说明，在的情况下，不管驱动力的情况下，不管驱动力P P如如何增大，驱动力的有效分力总是何增大，驱动力的有效分力总是(zn sh)(zn sh)小于驱动力本小于驱动力本身所可能引起的最大摩擦力，因而滑块身所可能引起的最大摩擦力，因而滑块1 1总不会发生运动，总不会发生运动，即发生了所谓的自锁现象。即发生了所谓的自锁现象。平面移动副自锁条件：作用于滑块上的合外力作用线平面移动副自锁条件：作用于滑块上的合外力作用线落在

46、移动副摩擦角以内，即落在移动副摩擦角以内，即 。图5-11第五十二页，共184页。二、转动副自锁条件二、转动副自锁条件 如如图图5-125-12所所示示，轴轴颈颈和和轴轴承承组组成成转转动动副副。设设作作用用在在轴轴颈颈上上的的外外裁裁荷荷为为一一单单力力P P，则则当当力力P P的的作作用用线线在在摩摩擦擦圆圆之之内内时时(即即a a)，因因它它对对轴轴颈颈中中心心(zhngxn)(zhngxn)的的力力矩矩M MPaPa，始始终终小小于于它它本本身身所所能能引引起起的的最最大大摩摩擦擦力力矩矩MfMfRRPP。所所以以力力P P任任意意增增大大 力力臂臂a a保保持持不不变变)，也不能驱使

47、轴颈转动，亦即出现了自锁现象。，也不能驱使轴颈转动，亦即出现了自锁现象。转转动动副副自自锁锁条条件件：作作用用于于轴轴颈颈且且垂垂直直于于轴轴线线的的合合外力的作用线切割于摩擦圆，即外力的作用线切割于摩擦圆，即aa。三、利用效率判断机构自锁的条件三、利用效率判断机构自锁的条件 当机械自锁时其机械效率将恒小于或等于零，即当机械自锁时其机械效率将恒小于或等于零，即 设计机械时，可以利用上式来判断其是否自锁及出现自锁的条件。当然，因机械自锁时已根本不能作功，故此时(c sh)，已没有一般效率的意义，它只表明机械自锁的程度。当o时，机械处于临界自锁状态；若o，则其绝对值越大，表明自锁越可靠。图5-12

48、(5-13)第五十三页，共184页。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(tdin)连杆机构连杆机构(linkages)是一种应用十分广泛是一种应用十分广泛的机构，图的机构，图6-1中所示机构的共同特点中所示机构的共同特点(tdin)是其原动件是其原动件1的运动都要经过一个的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件不直接与机架相联的中间构件2才能传动从才能传动从动件动件3，这个不直接与机架相联的中间构件，这个不直接与机架相联的中间构件称为连杆，而把具有连杆的这些机构统称为称为连杆，而把具有连杆的这些机构统称为连杆机构。连杆机构。图

49、6-1bac第五十四页，共184页。优点：优点：1)其其运运动动副副为为低低副副面面接接触触，压压强强较较小小，可可以以承承受受较较大大的的载载荷荷。便便于于润润滑滑，不不易易产产生生大的磨损，几何形状较简单，便于加工大的磨损，几何形状较简单，便于加工(jigng)制造。制造。2)从动件能实现各种预期的运动规律。从动件能实现各种预期的运动规律。3)连连杆杆上上各各不不同同点点的的轨轨迹迹是是各各种种不不同同形形状状的的，从从而而可可以以得得到到各各种种不不同同形形状状的的曲曲线线，我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。缺点：缺点：1)有较长的运动链

50、，使连杆机构产生较大的积累误差，降低机械效率。有较长的运动链，使连杆机构产生较大的积累误差，降低机械效率。2)连连杆杆及及滑滑块块的的质质心心都都在在作作变变速速运运动动，它它们们所所产产生生的的惯惯性性力力难难于于用用一一般般的的平平衡衡方方法法加以消除，增加机构的动载荷。所以连杆机构一般不宜用于高速传动。加以消除，增加机构的动载荷。所以连杆机构一般不宜用于高速传动。第五十五页，共184页。连杆机构在实际(shj)中用处较多，如图6-2,a中的机械手驱动机构，图6-2,b中的溜冰鞋刹车机构和图6-2,c中的夹子驱动机构。图6-2，a图6-2，b图6-2，c第五十六页，共184页。6-2平面四