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1、机械原理讲义机械原理讲义第一章 绪论机器特征：一、多个构件人为组合而成二、构件间具有确定的相对运动三、能减轻或代替人类的劳动或者实现能量的转换同时具备三个特征的即为机器，具备前两个特征的为机构 ；机构可以是一个零件也可以是多个零件的刚性组合。第二章 机构的结构分析基本要求：、掌握机构运动简图的绘制方法。、掌握运动链成为机构的条件。、熟练掌握机构自由度的计算方法。、掌握机构的组成原理和结构分析的方法。重点：、机构具有确定运动的条件。、机机构运动简图及其绘制。、机构自由度的计算。难点：、机构运动简图的绘制。、正确判别机构中的虚约束。本章口诀诗：活杆三乘有自由，两低一高减中求；认准局复虚约束，简式易

2、记考无忧。本章作业：（要求用五个方案改进）、(a)、（b）、2-1 平面机构运动简图一、机构及其组成1、机构的两大类型：平面机构、空间机构2、机构的两组成要素：构件运动副3、构件类型：活动构件固定构件（又称机架）二、运动副及其分类1、活动构件的自由度与约束自由度：作为独立运动单元可能的独立运动数约束：对物体运动自由度的限制2、运动副及其分类定义：构件间的可动联接。类型：高副、低副。三、平面机构运动简图1、定义及意义定义：用简单的线条和规定符号分别代表构件和运动副、用以表示各构件之间相对位置和相互运动关系的图形。意义：方便进行运动学和动力学分析，便于技术出差时很快画出你所感兴趣的机器或机构的结构

3、与运动特点。2、绘制步骤从原动件开始、顺藤摸瓜（构件为藤，运动副为瓜）依次用线条和符号表示之（按尺寸比例）。总结：低副产生两个约束即限制两个自由度。高副，限制沿公法线方向的移动，但可沿切向移动和绕接触点转动。2-2 平面机构自由度计算一、平面机构具有确定运动的条件1、平面机构自由度公式的推导N个构件，1个机架，1为活动件数低副包括移动副和转动副自由度计算公式： 322、机构具有确定运动的条件:机构的原动件数等于机构的自由度数；二、自由度计算时的注意事项：1、认准复合铰链、局部自由度和虚约束1）复合铰链：多构件在同一处用回转副联接时，真正的回转副个数等于构件数-1。2）局部自由度：一般高副联接出

4、现等径滚子的场合。3）虚约束（消极、多余）：将虚约束及其构件（或运动副）去掉2、虚约束的三种情况1）两构件间形成多个移动副或多个回转副。2）对称情形。3）轨迹重合复合铰链 虚约束局部自由度2-3 平面机构的结构分析一、杆组及其级别1、机构组成的两大部分自由度为原动件所独有，从动件系统无独立自由度1）原动件与机架部分：F=12）从动件系统（从动件运动链）：02、杆组及其级别二、高副低代将所有高副用低副代替以便进行机构的结构分析。第三章 平面机构的运动分析基本要求：、熟练掌握用速度瞬心法求机构速度。、用相对运动图解法求机构的速度及加速度。重点：、速度瞬心法及其应用。、矢量方程。、相对运动图解法。、

5、图解法作平面机构的运动分析。难点：、科氏加速度、加速度图解法、构件异化（构件改形及简化解题过程）本章口诀诗：1、矢量图解法（同时适用于运动和力分析）：图解分析列方程，等号两端双进军。多边形里量尺寸，比例乘来信息灵。、科氏加速度分析：辨认科氏莫马哈，两种速度相乘加；顺转维阿九十度，箭头直指老哥家.本章作业：（c）、概述运动分析内涵：从纯几何角度出发，对机构构件某点的位移（轨迹）、速度和加速度进行分析运动分析目的：位移分析，用以确定机构运动时构件所占据空间以供设计时定尺寸。3-1 瞬心法及其在平面机构运动分析中的应用一、瞬心概念1、瞬心定义与类型定义：相对运动两构件间的同速点（即瞬时回转中心）类型

6、：绝对、相对。2、平面机构瞬心个数KK N（1）/2 （N为构件数）3、瞬心的确定1）按定义确定2）用运动副联接的两构件间的瞬心回转副：回转副中心即为瞬心移动副：瞬心在垂直于导路中心线的无穷远处高副：位于过接触点所作的公法线上3）三心定理 三个构件之间有三个瞬心且共线采用审问法求瞬心二、瞬心法的应用示例1、铰链四杆机构2、曲柄滑块机构3、高副机构高副机构曲柄滑块机构铰链四杆机构3-2图解法在平面机构运动（速度和加速度）求解中的应用一、同一构件不同点间的速度、加速度分析1、矢量方程式 速度式； 加速度式2、速度影象和加速度影象二、不同构件重合点间的速度、加速度分析1、矢量方程式速度式加速度2、科

7、氏加速度1）存在条件（既有公共转动又有相对移动）2）23）方向（沿转动方向转90即可）三、运动分析的矢量图解法1、求解原则：等号为界，兵分两路，合兵一处2、应用示例改变构件形状有利于简化方程之说明第四章 平面机构的力分析（不计摩擦基本要求：1、明确平面机构力分析的任务和目的。2、掌握确定构件惯性力的方法。3、能正确进行机构的动态静力分析。重点：1、静定系统2、力平衡分析3、力的多边形图解法4、动态静力分析难点：动态静力分析本章作业：；概述：1、力参数分析是机械设计的前提。2、惯性力的分析与计算为在设计阶段预先确定机器的动态特性。4-1 平面机构的力分析一、运动副反力回转副、移动副产生两约束高副

8、产生一个约束二、静力平衡条件从动件系统（运动链）：自由为为原动件加机架：自由为不为1、代数方程组式平衡条件 0, 0, M0(F)=0 (F)=0, (F)=0, (F)=0(A、B、C不共线)2、矢量方程式设某静定系统上A、B、C、D、，受力分别为、则=03、特殊构件平衡条件二力构件、三力构件三、机构中构件惯性力的确定1、作平动的构件仅可能有惯性力2、绕过质心轴转动构件仅可能有惯性力偶矩。3、不绕质心轴转动构件至少有离心惯性力4、作平面运动构件惯性力的确定，可将该构件的运动一分为二：)、质心平动2)、绕质心的转动3)、总惯性力的确定第五章 机械的效率和自锁重点1、摩擦角、当量摩擦系数、摩擦圆

9、、支反总力、机械及机组效率本章难点：、回转副支反总力方向与方位的确定、效率计算新公式及其应用本章作业：；前言：摩擦学概念、摩擦学发展简史5-1 运动副中的摩擦一.移动副中的摩擦1. 平面摩擦2. 槽面摩擦二.回转副中的摩擦1. 径向轴径摩擦2. 轴端摩擦、自锁性从摩擦角和摩擦圆分析三.自锁性四.考虑摩擦时的受力分析1. 滑动副受力分析2. 回转副受力分析5-2 机械的效率一. 机械效率的计算式1. 一般计算式2. 新的计算式3. 效率计算实例1）滑动副例 2）回转副例）综合实例二.机组效率计算1.串联机组2.并联机组3.混联机组三.螺旋副的效率. 矩形螺旋副效率. 三角形等螺旋副效率四.机械的

10、自锁性从机械效率角度分析第六章 机械的平衡基本要求：、了解机械平衡的目的及其分类，掌握机械平衡的方法。、熟练掌握刚性转子的平衡设计方法，了解平衡试验的原理及方法。、了解柔性转子的特点及其与刚性转子的主要区别。重点：、刚性转子与柔性转子的概念、单面平衡与双面平衡概念及其试验方法难点：转子的平衡计算与平衡实验。本章口诀诗：动静平衡两类型，转子短长各不同，光轴刀口单配重，双面称量无离心。61 预备知识一、 刚性转子与柔性转子的概念二、 转子质量偏心及危害62 刚性回转体的平衡分析一、 静平衡（质量分布在一个平面内的转子）1、 静不平衡体 02、 静平衡条件： 3、 平衡质量配置位置二、 动平衡（质量

11、分布不在同一平面内的转子）1、 动不平衡体，静平衡体不一定是动平衡体，但动平衡体一定是静平衡的。2、 动平衡条件3、 动平衡原理：任一不平衡质径积可向任选的两个方向平面分解之。三、 刚性转子平衡实验1、 静平衡实验介绍水泵叶轮的平衡法2、 动平衡实验通过框架式结构简要说明之第七章 机械的运转及其速度波动的调节基本要求：、了解速度波动类型与调节方法、了解飞轮调速原理，掌握飞轮转动惯量的计算方法重点：、等效构件及等效参数概念2、机械运转速度波动及其调节方法难点：最大盈亏功与飞轮转动惯量计算本章口诀诗：波动原来有周期，周期转速见高低；高低幅度飞轮定，轮定盈亏是前提。本章作业：；7-1071 等效构件

12、一、等效构件以等效参数标识的构件二、 等效参数1、 等效力P和等效力矩M机器的总功率（j） 则（ (B)(B)）或（ ()()）2、 等效质量m与等效转动惯量J机器在某一时刻位于某位置时的总动能为（1/2j2j2） 则（(B) 2(B)2 ）或（ () 2()2）72机器工作过程及速度波动类型一、 机器运转的三个阶段启动稳定运转停车 二、 名词术语1、额定转速m：（10T(t)）1/2( -)2、运动不均匀系统： =( -)/ m3、盈亏功三、 波动类型与调节方法1、 非周期性速度波动调速器（机械式飞锤调速器）2、 周期性速度波动，飞轮调节 73飞轮设计一、 飞轮设计的基本问题1、针对性 （由

13、求）2、等效性 （机械的等效转动惯量）等效构件总的转动惯量（ + ）由于 J 、3、 一个周期内机器等等效驱动力（矩）与阻力（矩）矩的变化趋势二、 最大盈亏功的计算1、 飞轮转动惯量计算 2、 讨论1） 与关系；2） 与n关系；3） 与关系；3、 最大盈亏功的计算以单缸四冲程内燃机水泵机组说明计算过程第八章 平面连杆机构及其设计基本要求：、了解与掌握四杆机构的基本类型与基本概念2、了解四杆机构的的演化及其应用重点：1、平面连杆机构类型、演化、特性2、曲柄存在条件3、图解设计方法难点：透明刚性转板的图解设计方法本章口诀诗：曲柄摇杆铰连成,演化实用无穷尽;若逢三点共一线,快慢轻重看主从.本章作业：

14、；81铰链四杆机构的基本形式，演化及其基本概念一、基本形式1.各杆件名称2.基本形式及其区别3.曲柄存在的条件二、机构的演化1.偏心轮机构2.曲柄滑块机构（对心、偏置）3.变换机架的机构演化1）针对曲柄摇杆机构2）针对曲柄滑块机构三、基本概念1.压力角与转动角，最小传动角的位置2.死点位置及其应用3.急回运动1）摇杆极限位置、极位夹角2)行程速比系数（180+）/（180-）82四杆机构的图解设计法两类设计：位置设计、轨迹设计一、按给定的连杆位置设计例：箱式电炉的炉门开启机构二、按给定的行程速比系数设计1.曲柄摇杆机构设计2.曲柄滑块机构设计3.导杆机构设计三、按给定的连架杆对应位置设计采用透

15、明刚性转板设计83四杆机构的解析设计法主要介绍代数法位置设计第九章 凸轮机构及其设计基本要求：1、了解凸轮机构的基本类型及其应用2、掌握从动件常用运动规律的特点及选择运动规律时应考虑的因素3、能根据给定的运动规律，用反转法绘制出各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线、掌握压力角与自锁的关系，基圆半径对压力角的影响，滚子半径的选用原则重点：1、从动件运动规律及其特点2、盘形凸轮轮廓曲线的绘制原理与方法难点：反转法原理及其应用本章口诀诗：机成自动靠凸轮，尖底推回有规循；画取廓形压力角，原理都在反转中。 本章作业：；91概述一、机构组成 1.基本构件 2.凸轮测绘方法分度头结构与使用，带有兴趣学生参观之。二、

16、机构类型 1.按凸轮形状分：盘形平面；圆柱空间 2.按从动件形状分： 尖底；滚子；平底（直动） 3.按维持高副的条件分：形封闭型和力封闭型三、名词术语 以尖底对心盘形凸轮机构为例 基圆，推（回）程，推（回）程运动角，远（近）休止角(0,0,01,02) 从动件运动线图92从动件的常见运动规律一、等速运动规律以推程运动为例1.运动规律方程式2.运动线图3.特点:刚性冲击二、等加速等减速运动规律、问题的提出、运动方程式加速段方程推导：减速段方程推导:3.全推程运动线图绘制与特点4.特点柔性冲击（不可消除）三.简谐运动规律（余弦加速度运动规律）1.定义2.运动方程3.运动线图4.特点柔性冲击（可以减

17、少或消除）四、摆线运动规律（正弦加速度运动规律）1.定义2.运动方程3.运动线图4.特点既无刚性也无柔性冲击93 盘形凸轮轮廓曲线的绘制一、反转法原理二、绘制示例1.偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制2.摆动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制三、讨论1.滚子和平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制2.理论轮廓、实际轮廓与基圆的关系94 凸轮机构设计时的注意事项一、压力角的验算、偏距e的正负确定二、滚子半径的确定三、基圆半径的确定（注：圆柱凸轮设计仅作提示）第十章 齿轮机构及其设计基本要求：、了解齿轮机构的类型和应用、掌握齿廓啮合基本定律的概念、深入了解渐开线直齿圆柱齿轮传动的啮合特性、掌握标准直齿圆柱齿

18、轮传动的基本参数和几何尺寸计算、明确根切现象及其最少齿数，齿轮的变位修正和变位齿轮传动的基本概念、了解平行轴斜齿圆柱齿轮的啮合特点，掌握标准斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算、了解标准直齿圆锥齿轮传动的特点及其几何尺寸的计算、对蜗杆传动的特点有所了解重点：、渐开线的性质、齿轮的基本尺寸、齿轮的加工与变位、当量齿轮与当量齿数难点：、齿轮变位、啮合传动过程分析本章口诀诗：齿廓性质记六条，标准变位在于刀；正负零型多尺寸，四大参数细推敲。 本章作业：；101 渐开线及渐开线齿廓一、齿轮应用概述（含发展简史）二、渐开线1.定义2.方程3.性质（共六条）三、渐开线齿廓1.齿廓啮合基本定律2.渐开线齿廓满足啮合

19、基本定律3.共轭齿廓及其共轭点（以图解法为例说明之）102 标准渐开线直齿圆柱齿轮计算一、齿轮的四个同心圆1.两个可见圆： ，2.两个不可见圆： 从任一同心圆引出d；二、分度圆上基本参数m，p，s，e并且 2=2三、基本尺寸 1、两个不可见圆、两个可见圆(正齿轮)2ha2四、任一圆周上的齿厚，在课程堂上推导计算式103 标准直齿圆柱渐开线齿轮啮合传动一、齿轮机构的安装 1.节圆及啮合角 d， 2.标准安装及其特点 d ，无侧隙 顶隙 *m 3.标准中心距a 4.可分性二、齿轮机构的啮合过程 1.名词术语 啮合线，理论啮合线，实际啮合线（作图指出啮哈起点导出实际啮合线长度） 2.正确啮合条件 3

20、.连续传动条件，由实际啮合线长计算重合系数104 齿轮的加工与变位一、齿轮的加工 1.成型法，介绍某些工厂做法 2.范成法 3.齿轮的测量： 公法线长、固定弦齿厚与齿高二、根切现象与最少齿数 1.根切现象及原因 2.最少齿数 3.防止根切的措施（介绍历史）三、变位齿轮 1.变位齿轮与最小变位系数 2.变位齿轮的计算 1）齿厚 S，（） 2）中心距（a） 3）无侧隙啮合方程（由任意圆周上齿厚计算式推导之） 4）四圆直径 3.齿轮传动类型及适用条件 零传动,正传动,负传动105 斜齿圆柱齿轮一、齿廓曲面的形成及其基本参数 1.形成原理（作图演示） 2.基本参数二、正确啮合条件和重迭系数 1.正确啮

21、合条件 （,n,） 2.重迭系数（=+）三、几何尺寸计算四、当量齿轮与当量齿数五、斜齿轮机构的演化 1.螺旋齿轮机构 2.蜗杆蜗轮机构 1）演化 2）正确啮合条件 3）主要尺寸 4）相互转向关系106 直齿圆锥齿轮一、圆锥齿轮特点 1.从圆柱齿轮看圆锥齿轮 2.标准传动 3.模数二、当量齿轮与当量齿数 1.理论齿廓曲线 球面渐开线 2.背锥齿轮与齿数（用大皮球和纸圆锥演示之） 3.基本尺寸 第十一章 齿轮系及其设计本章重点轮系类型与传动比计算本章难点复合轮系传动比本章口诀诗：行星周转臂杆撑，中心两轮分主从；基本系里论传动，复合速比联方程。 本章作业：；111 轮系的功能与类型一 、功能1.增大

22、传动比，实现大传动比传动2.实现大中心距传动3.实现多速传动4.实现换向传动5.实现多路传动6.实现运动的分解与合成二、类型定轴轮系 平面与空间动轴轮系 基本轮系与复合轮系行星轮系与动轮系112 定轴轮系传动比一、一对齿轮之间的传动比 大小与符号二、多对齿轮之间的传动比1.平面定轴轮系2.空间定轴轮系113 周转轮系传动比计算一、周转轮系的组成与类型二、周转轮系传动比计算1.相对运动小实验与思考（手表反转实验与三个思考题）2.周转轮系的转化机构（动定法）3.周转轮系传动比计算4.计算传动比时的注意事项三、计算实例（用含圆锥齿轮的周转轮系示例）114 复合轮系传动比计算三个计算实例说明，通过多个实例说明求解三步骤以及识别基本周转轮系三步骤第十二其他常用机构本章重点：1、螺旋机构2、棘轮机构3、槽轮机构4、双万向联轴节结构教学方法：实验室结合实物上课或者看录象带。双万向节口诀诗：万向联节应成双，成双未必无损伤；损伤叉两轴关键，关键角面靠安装。 第十四章 机械传动系统方案设计本章口诀：基本机构串并联，综合创新史无前；轨迹位移随君想，飞天入海胜先贤。