機(jī)械原理教學(xué)課件4

二、質(zhì)量代換法1.質(zhì)量代換法

按一定條件，把構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于某幾個選定的點上的集中質(zhì)量來代替的方法。2.代換點和代換質(zhì)量代換點：上述的選定點。代換質(zhì)量：集中于代換點上的假想質(zhì)量。二、質(zhì)量代換法（續(xù)）2）代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；3）代換前后構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。以原構(gòu)件的質(zhì)心為坐標(biāo)原點時，應(yīng)滿足：3.質(zhì)量代換時必須滿足的三個條件：1）代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；二、質(zhì)量代換法（續(xù)）

用集中在通過構(gòu)件質(zhì)心S的直線上的B、K兩點的代換質(zhì)量mB和mK來代換作平面運動的構(gòu)件的質(zhì)量的代換法。4.兩個代換質(zhì)量的代換法5.靜代換和動代換1）動代換：要求同時滿足三個代換條件的代換方法。二、質(zhì)量代換法（續(xù)）2）靜代換：在一般工程計算中，為方便計算而進(jìn)行的僅滿足前兩個代換條件的質(zhì)量代換方法。取通過構(gòu)件質(zhì)心S

的直線上的兩點B、C為代換點，有：B及C可同時任意選擇，為工程計算提供了方便和條件；代換前后轉(zhuǎn)動慣量Js有誤差，將產(chǎn)生慣性力偶矩的誤差：§9–3運動副中的摩擦一、研究摩擦的目的1.摩擦對機(jī)器的不利影響1）造成機(jī)器運轉(zhuǎn)時的動力浪費機(jī)械效率

2）使運動副元素受到磨損零件的強度、機(jī)器的精度和工作可靠性機(jī)器的使用壽命3）使運動副元素發(fā)熱膨脹導(dǎo)致運動副咬緊卡死機(jī)器運轉(zhuǎn)不靈活；4）使機(jī)器的潤滑情況惡化機(jī)器的磨損機(jī)器毀壞。2.摩擦的有用的方面：一、研究摩擦的目的（續(xù)）

有不少機(jī)器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合器和制動器等。二、移動副中的摩擦-21.移動副中摩擦力的確定F21=fN21當(dāng)外載一定時，運動副兩元素間法向反力的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)：1）兩構(gòu)件沿單一平面接觸

N21=-QF21=fN21=fQ2）兩構(gòu)件沿一槽形角為2q

的槽面接觸N21sinq=-Q二、移動副中的摩擦（續(xù)）-23）兩構(gòu)件沿圓柱面接觸N21是沿整個接觸面各處反力的總和。整個接觸面各處法向反力在鉛垂方向的分力的總和等于外載荷Q。

取N21=kQ（k≈1～1.57）?v------當(dāng)量擦系數(shù)4）標(biāo)準(zhǔn)式

不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的滑動摩擦力均可用通式：來計算。

二、移動副中的摩擦（續(xù)）-25）槽面接觸效應(yīng)

當(dāng)運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸時，均有?v＞?

其它條件相同的情況下，沿槽面或圓柱面接觸的運動副兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力＞平面接觸運動副元素之間所產(chǎn)生的摩擦力。2.移動副中總反力的確定1）總反力和摩擦角總反力R21

：法向反力N21和摩擦力F21的合力。摩擦角：總反力和法向反力之間的夾角。2）總反力的方向二、移動副中的摩擦（續(xù)）-2R21與移動副兩元素接觸面的公法線偏斜一摩擦角；R21與公法線偏斜的方向與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的相對速度方向v12的方向相反3.斜面滑塊驅(qū)動力的確定1）求使滑塊1沿斜面2

等速上行時所需的水平驅(qū)動力P根據(jù)力的平衡條件（正行程）

如果，P’為負(fù)值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促使滑塊1沿斜面等速下滑。二、移動副中的摩擦（續(xù)）2）求保持滑塊1沿斜面2等速下滑所需的水平力

P’

根據(jù)力的平衡條件注意

當(dāng)滑塊1下滑時，Q為驅(qū)動力，P’為阻抗力，其作用為阻止滑塊1加速下滑。（反行程）

將螺紋沿中徑d2圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜面，該斜面的升角a等于螺旋在其中徑d2上的螺紋升角。三、螺旋副中的摩擦l--導(dǎo)程，z--螺紋頭數(shù)，

p--螺距1.矩形螺紋螺旋副中的摩擦1）矩形螺紋螺旋副的簡化

螺旋副可以化為斜面機(jī)構(gòu)進(jìn)行力分析。三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）2）擰緊和放松力矩擰緊：螺母在力矩M作用下逆著Q力等速向上運動，相當(dāng)于在滑塊2上加一水平力P，使滑塊2沿著斜面等速向上滑動。

放松：螺母順著Q力的方向等速向下運動，相當(dāng)于滑塊2沿著斜面等速向下滑。矩形螺紋：三角形螺紋：三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）2.三角形螺紋螺旋副中的摩擦

1）三角形螺紋與矩形螺紋的異同點運動副元素的幾何形狀不同在軸向載荷完全相同的情況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同接觸面間產(chǎn)生的摩擦力不同。螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相同兩者受力分析的方法一致。2）當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角3）擰緊和放松力矩三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩形螺紋宜用于傳遞動力。1.軸頸摩擦四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦用總反力R21來表示N21及F21四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）1）摩擦力矩和摩擦圓摩擦力F21對軸頸形成的摩擦力矩摩擦圓：以為半徑所作的圓。由①②①由力平衡條件②四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2）轉(zhuǎn)動副中總反力R21的確定（1）根據(jù)力平衡條件，R21Q（2）總反力R21必切于摩擦圓。（3）總反力R21對軸頸軸心O之矩的方向必與軸頸1相對于軸承2的角速度w12的方向相反。注意

R21是構(gòu)件2作用到構(gòu)件1上的力，是構(gòu)件1所受的力。w12是構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的角速度。構(gòu)件1作用到構(gòu)件2上的作用力R12對轉(zhuǎn)動副中心之矩，與構(gòu)件2相對于構(gòu)件1的角速度w12方向相反。四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2.止推軸承（軸端）的摩擦ds=2ddF=fdN=fpdsdN=pds非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推軸頸和軸承之間的摩擦屬于此類。四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2）跑合的止推軸承：軸端各處壓強p不

相等，pr=常數(shù)1）非跑合的止推軸承：軸端各處壓強p相等§9-4不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析不考慮摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析的步驟為：1）求出各構(gòu)件的慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上；2）根據(jù)靜定條件將機(jī)構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作用的構(gòu)件；3）由離平衡力作用最遠(yuǎn)的構(gòu)件組開始，對各構(gòu)件組進(jìn)行力分析；4）對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。例：在如圖所示的牛頭刨床機(jī)構(gòu)中,已知：各構(gòu)件的尺寸、原動件的角速度w1、刨頭的重量Q5，機(jī)構(gòu)在圖示位置時刨頭的慣性力PI5，刀具此時所受的切削阻力(即生產(chǎn)阻力)Pr。試求：機(jī)構(gòu)各運動副中的反力及需要施于原動件1上的平衡力偶矩(其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計)。解：1、將該機(jī)構(gòu)分解為構(gòu)件5與4及構(gòu)件3與2所組成的兩個靜定桿組，和平衡力作用的構(gòu)件1。2、按上述次序進(jìn)行分析。對E點取矩R65的作用線的位置例2（續(xù)）1）構(gòu)件組5、4的受力分析大小：√√√？？方向：√√√√√R65lh652）構(gòu)件組3、2的受力分析取構(gòu)件3為研究對象，

R23的大小和方向：2為二力構(gòu)件

R23=–R32=

R12R23作用于點C，且與導(dǎo)桿3垂直構(gòu)件3對點B取矩由圖解法例2（續(xù)）大?。嚎汕蟪觥?？方向：√√√3）原動件1的受力分析對點A取矩：根據(jù)構(gòu)件1的力平衡條件機(jī)架對該構(gòu)件的反力：例2（續(xù)）R21=–R12=

R32

§9-5考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析考慮摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)受力分析的步驟為：1）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；2）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；3）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；4）對要求的力所在構(gòu)件作力分析。例1:如圖所示為一四桿機(jī)構(gòu)。曲柄1為主動件，在力矩M1的作用下沿w1方向轉(zhuǎn)動，試求轉(zhuǎn)動副B及C中作用力的方向線的位置。（圖中虛線小圓為摩擦圓。解題時不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。）解：1）在不計摩擦?xí)r，各轉(zhuǎn)動副中的作用力應(yīng)通過軸頸中心

構(gòu)件2為二力桿此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，作用線與軸頸B、C的中心連線重合。分析：由機(jī)構(gòu)的運動情況連桿2受拉力。B2）當(dāng)計及摩擦?xí)r，作用力應(yīng)切于摩擦圓。分析：轉(zhuǎn)動副B處：構(gòu)件2、1之間的夾角g逐漸減少w21為順時針方向2受拉力作用力R12切于摩擦圓上方。在轉(zhuǎn)動副C處：構(gòu)件2、3之間的夾角b逐漸增大w23為順時針方向。R32切于摩擦圓下方。構(gòu)件2在R12、R32二力個作用下平衡R32和R12共線R32和R12的作用線切于B處摩擦圓上方和C處摩擦圓的下方。例1(續(xù)）w14為逆時針方向例2:

在上例所研究的四桿機(jī)構(gòu)中,若驅(qū)動力矩M1的值為已知,試求在圖示位置時各運動副中的作用力及構(gòu)件3上所能承受的阻抗力矩(即平衡力矩)M3。（解題時仍不考慮構(gòu)件的重量及慣性力）解：1）取曲柄1為分離體曲柄1在R21、R41及力矩M1的作用下平衡R41=-R21R21R41R21=-R12R41與R21的力偶矩與力矩M1平衡R41與R21平行且切于A處摩擦圓下方。

M1=R21L例2（續(xù)）2）取構(gòu)件3為分離體根據(jù)力平衡條件R23=-R43R23=-R32w34（即w3）為逆時針方向R43切于D處摩擦圓上方R23R43構(gòu)件3上所能承受的阻抗力矩M3為：M3=R23L’L’為R23與R43之間的力臂。例3如圖所示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)各構(gòu)件的尺寸(包括轉(zhuǎn)動副的半徑)已知，各運動副中的摩擦系數(shù)均為f，作用在滑塊上的水平阻力為Q，試對該機(jī)構(gòu)在圖示位置時進(jìn)行力分析(設(shè)各構(gòu)件的重力及慣性力均略而不計)，并確定加于點B與曲柄AB垂直的平衡力Pb的大小。解:1）根據(jù)已知條件作出各轉(zhuǎn)動副處的摩擦圓(如圖中虛線小圓所示)。2）取二力桿連桿3為研究對象構(gòu)件3在B、C兩運動副處分別受到R23及R43的作用R23和R43分別切于該兩處的摩擦圓外，且R23=-R43。R23R43R23R43例3（續(xù)）滑塊4在Q、R34及R14三個力的作用下平衡3）根據(jù)R23及R43的方向，定出R23及R43的方向。4）取滑塊4為分離體R32R43且三力應(yīng)匯于一點FjR145）取曲柄2為分離體曲柄2在Pb、R32和R12作用下平衡Pb＋R32＋R12＝0R12E6）用圖解法求出各運動副的反力R14、R34(=-R43)、R32(=-R23=R43)、R12、及平衡力Pb的大小。Q＋R34＋R14＝0§9-6機(jī)械的效率或一、各種功及其相互關(guān)系驅(qū)動功Wd

（輸入功）：作用在機(jī)械上的驅(qū)動力所作的功。有益功Wr

（輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所作的功。損耗功Wf：克服有害阻力所作的功Wd＝Wr

＋Wf二、機(jī)械效率h

機(jī)械效率是輸出功和輸入功的比值，它可以反映輸入功在機(jī)械中有效利用的程度。將式Wd＝Wr

＋Wf

兩邊都除以t Nd、Nr

、Nf分別為輸入功率、輸出功率和損耗功率。二、機(jī)械效率（續(xù)）Nd＝Nr

＋Nf或：三、提高機(jī)械效率的方法1、盡量簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，使傳遞通過的運動副數(shù)目越少越好；2、減少運動副中的摩擦。理想驅(qū)動力P0

：理想機(jī)械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，所需的驅(qū)動力。四、機(jī)械效率的計算1.一般公式:理想機(jī)械：不存在摩擦的機(jī)械。理想機(jī)械的效率

h0等于1，即：機(jī)械效率的統(tǒng)一形式：四、機(jī)械效率的計算（續(xù)）理想生產(chǎn)阻力Q0

：理想機(jī)械中，同樣的驅(qū)動力P所能克服生產(chǎn)阻力。

不考慮摩擦（=0）：四、機(jī)械效率的計算（續(xù)）2.螺旋機(jī)構(gòu)的效率計算實例1）當(dāng)螺母逆著載荷Q向上運動時：

考慮摩擦：不考慮摩擦?xí)r：2）當(dāng)螺母在載荷Q的作用下向下運動時：載荷Q為驅(qū)動力

考慮摩擦?xí)r：該機(jī)組的機(jī)械效率為：串聯(lián)機(jī)組的總效率等于組成該機(jī)組的各個機(jī)器的效率的連乘積。四、機(jī)械效率的計算（續(xù)）3.機(jī)組效率的計算1）串聯(lián)串聯(lián)的級數(shù)越多，系統(tǒng)的總效率越低?？傒敵龉β蕿?

總效率為：四、機(jī)械效率的計算（續(xù)）2）并聯(lián)總輸入功率為：Nd

=N1+

N2+…+NkNr

=N1’+

N2’

+…+Nk’=N1h1

+

N2h2

+…+Nkhkhmin<

h

<

hmax

N1=

N2=…=Nk時

h1=

h2=…=hk時則機(jī)組的總效率為:四、機(jī)械效率的計算（續(xù)）

設(shè)機(jī)組串聯(lián)部分的效率為h’，并聯(lián)部分的效率為h’’3）混聯(lián)例1:解:如圖所示為一輸送輥道的傳動簡圖。設(shè)已知一對圓柱齒輪傳動的效率為0.95；一對圓錐齒輪傳動的效率為0.92(均已包括軸承效率)。求該傳動裝置的總效率。此傳動裝置為一混聯(lián)系統(tǒng)圓柱齒輪1、2、3、4為串聯(lián)圓錐齒輪5-6、7-8、9-10、11-12為并聯(lián)。此傳動裝置的總效率§9-7機(jī)械的自鎖一、機(jī)械的自鎖

由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也無法使機(jī)械運動的現(xiàn)象。二、自鎖現(xiàn)象的意義1）設(shè)計機(jī)械時，為了使機(jī)械實現(xiàn)預(yù)期的運動，必須避免機(jī)械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；2）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。垂直分力Pn：所能引的最大摩擦力三、發(fā)生自鎖的條件1.滑塊實例

滑塊1與平臺2組成移動副。P為作用于滑塊1上驅(qū)動力

，b為力P與滑塊1和平臺2接觸面的法線nn之間的夾角，為摩擦角。

力P分解為水平分力Pt和垂直分力Pn，有效分力Pt：推動滑塊1運動的分力。當(dāng)bj

時，-----------自鎖現(xiàn)象滑塊1不會發(fā)生運動三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）2.轉(zhuǎn)動副實例力P為作用在軸頸上的單一外載荷。當(dāng)力P的作用線在摩擦圓之內(nèi)（a<r）時力P對軸頸中心的力矩力P本身所能引起的最大摩擦力矩Mf=Rr

=Pra<r

M<Mf

不論力P如何增大，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動。M=Pa------自鎖現(xiàn)象三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）3.一般條件

機(jī)械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力多么大，都不能超過由它所產(chǎn)生的摩擦阻力。

h0

當(dāng)h=0時，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；當(dāng)h<0時，其絕對值越大，表明自鎖越可靠。驅(qū)動力所作的功，總是小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。

該千斤頂在物體重力的驅(qū)動下運動時的機(jī)械效率為：

此即該千斤頂在物體重力作用下不致于自行反轉(zhuǎn)的自鎖條件。三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）4.實例1）螺旋千斤頂三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）2）斜面壓榨機(jī)

該機(jī)構(gòu)在當(dāng)力P撤去后，在Ｑ的作用下應(yīng)該具有自鎖性。（1）求出當(dāng)Ｑ為驅(qū)動力時，該機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率。（設(shè)各接觸面的摩擦系數(shù)相同。）①根據(jù)各接觸面間的相對運動及已知的摩擦角j，將兩滑塊所受的總反力作出。三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）②取滑塊2為分離體，列出平衡方程式：P+R12+R32=0,作出力多邊形，并由正弦定律求得：③取滑塊3為分離體，列出平衡方程Q+R13+R23=0,可作出力多邊形并由正弦定律求得：R32=-R23三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）④假想該機(jī)構(gòu)中不存在摩擦理想驅(qū)動力：該機(jī)構(gòu)的效率：

此即該斜面壓榨機(jī)反行程自鎖的條件。三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）3）偏心夾具的自鎖條件應(yīng)滿足的條件：由幾何關(guān)系得：（1）將s、s1的值帶入(1)式可得偏心夾具的自鎖條件為：三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）5.結(jié)論1）所謂機(jī)械具有自鎖性，是說當(dāng)它所受的驅(qū)動力作用于其某處或按某方向作用時是自鎖的，而在另外的情況下卻是能夠運動的。2）判定機(jī)構(gòu)是否會自鎖和在什么條件下發(fā)生自鎖，可根據(jù)具體情況，視方便運用分析驅(qū)動力是否作用于摩擦角之內(nèi)、或驅(qū)動力所能克服的阻抗力等于小于零的方法來解決。第十章機(jī)械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)◆

機(jī)械的運動方程式◆機(jī)械運動方程式的求解◆穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)◆了解機(jī)器運動和外力的定量關(guān)系◆了解機(jī)器運動速度波動的原因、特點、危害◆掌握機(jī)器運動速度波動的調(diào)節(jié)方法本章教學(xué)目的本章教學(xué)內(nèi)容本章重點：等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效力矩的概念及其計算方法；機(jī)械運動產(chǎn)生速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方法?！?0-1概述一、作用在機(jī)械上的力

當(dāng)忽略機(jī)械中各構(gòu)件的重力以及運動副中的摩擦力時，作用在機(jī)械上的力可分為工作阻力和驅(qū)動力兩大類：1.工作阻力工作阻力是指機(jī)械工作時需要克服的工作負(fù)荷，它決定于機(jī)械的工藝特性。

在機(jī)械的生產(chǎn)過程中，有些生產(chǎn)阻力為常數(shù)，有些是位置的函數(shù)，還有一些是速度的函數(shù)。一、作用在機(jī)械上的力2.驅(qū)動力驅(qū)動力是指驅(qū)使原動機(jī)運動的力，其變化規(guī)律取決于原動機(jī)的機(jī)械特性。

原動機(jī)的機(jī)械特性：指原動機(jī)發(fā)出的驅(qū)動力與運動參數(shù)之間的關(guān)系。額定轉(zhuǎn)矩：特性曲線上N點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。同步轉(zhuǎn)速：對應(yīng)于C點的轉(zhuǎn)矩。任一點的轉(zhuǎn)矩為:交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線

原動件的速度從正常工作速度下降到零的階段。二、機(jī)械運轉(zhuǎn)的三個階段1.起動階段原動件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。2.穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段Wd=Wc1）周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：角速度ω≠常數(shù)，但在一個運動循環(huán)的始末相等的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。2）等速運轉(zhuǎn)：ω=常數(shù)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。3.停車階段

Wd=0;E=-WcWd=Wc+E§10-2機(jī)械的運動方程式對于如圖之曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：系統(tǒng)的運動方程式為：一、機(jī)械運動方程的一般表達(dá)式機(jī)械系統(tǒng)的運動方程式為：dE=dW

對于由n個活動構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)一、.機(jī)械運動方程的一般表達(dá)式若作用于構(gòu)件i上的作用力為Fi，力矩為Mi，力Fi

作用點的速度為ui

，構(gòu)件的角速度為ωi

，則其瞬時功率為：運動方程的一般表達(dá)式為：二、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型等效轉(zhuǎn)動慣量等效力矩1.等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩（能力微分形式的運動方程式）說明：

對一個單自由度的機(jī)械系統(tǒng)的運動研究可簡化為對該系統(tǒng)的一個具有等效轉(zhuǎn)動慣量Je（），在其上作用有等效力矩Me（,,t）的假想構(gòu)件的運動的研究。具有等效轉(zhuǎn)動慣量，其上作用有等效力矩的等效構(gòu)件等效構(gòu)件原機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型選滑塊為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的等效構(gòu)件等效力：二、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型（續(xù)）（能力微分形式的運動方程式）等效質(zhì)量：2.等效質(zhì)量和等效力若取轉(zhuǎn)動構(gòu)件為等效構(gòu)件，有：若取移動構(gòu)件為等效構(gòu)件，有：小結(jié)：三、其他形式表達(dá)的機(jī)械運動方程式1）力矩形式的機(jī)械運動方程式1.以回轉(zhuǎn)構(gòu)件為等效構(gòu)件時2）動能形式的機(jī)械運動方程式：三、其他形式表達(dá)的機(jī)械運動方程式（續(xù)）2.以移動構(gòu)件為等效構(gòu)件時1）力矩形式的機(jī)械運動方程式2）動能形式的機(jī)械運動方程式：§10-3機(jī)械運動方程的求解=（）一、等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩均為位置的函數(shù)（Md=Md()，Mr=Mr()，Me=Me()，Je=Je()）1.等效構(gòu)件的角速度

一、等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩均為位置的函數(shù)（續(xù)）=（t）

2.等效構(gòu)件的角加速度以電動機(jī)驅(qū)動的鼓風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)之類機(jī)械屬于這種情況。用力矩形式的運動方程式求解比較方便。二、等效轉(zhuǎn)動慣量是常數(shù)，等效力矩是速度的函數(shù)時=（t）

例1:如圖為一齒輪驅(qū)動的正弦機(jī)構(gòu)，已知：z1=20,轉(zhuǎn)動慣量為J1；z2=60，轉(zhuǎn)動慣量

為J2，曲柄長為l，滑塊

3和4的質(zhì)量分別為m3，

m4,其質(zhì)心分別在C和D

點，輪1上作用有驅(qū)動力

矩M1,在滑塊4上作用有

阻抗力F4，取曲柄為等

效構(gòu)件，解：求：圖示位置時的等效轉(zhuǎn)動慣量Je及等效力矩Me。1）求Je

1）Je的前三項為常數(shù)，第四項為等效構(gòu)件的位置參數(shù)2的函數(shù)，為變量。

2）工程上，為了簡化計算，常將等效轉(zhuǎn)動慣量中的變量部分用其平均值近似代替，或忽略不計。說明例1（續(xù)）2）求Me瞬時功率不變例2：已知：各齒輪齒數(shù)，齒輪3的分度圓半徑r3，各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，工作臺重G，當(dāng)取齒輪1為等效構(gòu)件時，試求該機(jī)械系統(tǒng)的Je。解：§10-4穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)一、產(chǎn)生周期性速度波動的原因當(dāng)?shù)刃?gòu)件回轉(zhuǎn)過角時，機(jī)械動能的增量為：一、產(chǎn)生周期性速度波動的原因（續(xù)）盈功：E>0，用“+”號表示。虧功：E<0，用“-”號表示。在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的ω在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的ω在Me和Je的公共周期內(nèi)，Wd=Wr，經(jīng)過Me和Je的一個公共周期，機(jī)械的動能恢復(fù)到原來的值等效構(gòu)件的角速度恢復(fù)到原來的數(shù)值。等效構(gòu)件的角速度在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中呈現(xiàn)周期性波動。二、速度波動程度的衡量指標(biāo)1.平均角速度m2.角速度的變化量max-min

例如：當(dāng)max-min=5rad/s時，對于m=10rad/s

和m=100rad/s的機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動要明顯一些。

可反映機(jī)械速度波動的絕對量，但不能反映機(jī)械運轉(zhuǎn)的不均勻程度。3.速度不均勻系數(shù)：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用它來表示機(jī)械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。二、速度波動程度的衡量指標(biāo)（續(xù)）m

一定時，越小，max與

min的差值越小，機(jī)器的運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。

設(shè)計機(jī)械時，應(yīng)滿足：常用機(jī)械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值[d]三、周期性速度波動的調(diào)節(jié)

為了減少機(jī)械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的方法是在機(jī)械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量JF的飛輪來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

飛輪相當(dāng)于一個儲能器。當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減??；當(dāng)出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補能量的不足，使主軸角速度下降的幅度減小。設(shè)在機(jī)械上安裝的飛輪的等效轉(zhuǎn)動慣量為JF三、周期性速度波動的調(diào)節(jié)（續(xù)）

指一個周期內(nèi)，驅(qū)動功和阻抗功之差的最大值?；颍阂粋€周期內(nèi)，機(jī)械速度由min上升到max（或由max下降到min

）時，外力對系統(tǒng)所作的盈功（或虧功）的最大值。1.最大盈虧功Wmax

：三、周期性速度波動的調(diào)節(jié)（續(xù)）

圖(b)所示為某機(jī)械系統(tǒng)的動能E()在一個周期T內(nèi)的變化曲線。b處：Emin

，c處：Emax

，

Wmax

：在b與c之間能量指示圖：以a點為起點，按一定比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置Med和Mer之間所包圍的面積Aab、Abc、Acd、Ade和Aea’的大小和正負(fù)的圖形。Amax代表最大盈虧功

Wmax的大小三、周期性速度波動的調(diào)節(jié)（續(xù)）2.飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的計算：

最好將飛輪安裝在高速軸上。

§10-5機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動：機(jī)械運轉(zhuǎn)過程中，等效力矩（Me=Med-Mer）非周期性變化時，機(jī)械出現(xiàn)的速度波動。

工作阻力或驅(qū)動力在機(jī)械運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生突變，從而使輸入能量和輸出能量在較長一段時間內(nèi)失衡造成的。若長時間內(nèi)Med>Mer

,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速將持續(xù)上升，嚴(yán)重時會出現(xiàn)飛車現(xiàn)象；如果長時間Med>Mer

，會造成系統(tǒng)轉(zhuǎn)速持續(xù)下降直至最后停止運轉(zhuǎn)。一、非周期性速度波動產(chǎn)生的原因及危害1.當(dāng)機(jī)械的原動機(jī)所發(fā)出的驅(qū)動力矩是速度的函數(shù)且具下降的趨勢時，機(jī)械具有自動調(diào)節(jié)非周期性波動的能力。采用電動機(jī)作為原動機(jī)的機(jī)械屬于此類。2.對于沒有自調(diào)性的機(jī)械系統(tǒng)，需安裝一種專門的調(diào)節(jié)裝置-----調(diào)速器來調(diào)節(jié)機(jī)械出現(xiàn)的非周期性速度波動。如采用蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)為原動機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法分為兩種情況：例4：已知:求：1)2)裝在曲軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF解：一個循環(huán)內(nèi)驅(qū)動功應(yīng)等于阻抗功，1)確定阻抗力矩Mr3）求2）求例4（續(xù)）MrED◆

剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算◆剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗◆轉(zhuǎn)子的許用不平衡量◆平面機(jī)構(gòu)的平衡◆

掌握剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法；◆

了解平面四桿機(jī)構(gòu)的平衡原理。本章教學(xué)目的本章教學(xué)內(nèi)容第十一章機(jī)械的平衡本講重點：剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法§11-1機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容一、機(jī)械平衡的目的設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以消除或減少。二、機(jī)械平衡的內(nèi)容1.繞固定由回轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力的平衡1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡（1）靜平衡：只要求慣性力達(dá)到平衡；（2）動平衡：要求慣性力和慣性力矩都達(dá)到平衡。2）撓性轉(zhuǎn)子的平衡：轉(zhuǎn)子在工作過程中會產(chǎn)生較大的彎曲變形，從而使其慣性力顯著增大。2.機(jī)構(gòu)的平衡：對整個機(jī)構(gòu)加以研究，設(shè)法使各運動構(gòu)件慣性力的合力和合力偶達(dá)到完全地或部分的平衡?！?1-2剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算1.靜不平衡

指質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上軸向尺寸較小的盤狀轉(zhuǎn)子（b/D<0.2），在轉(zhuǎn)動時其偏心質(zhì)量就會產(chǎn)生離心慣性力，從而在運動副中引起附加動壓力的不平衡現(xiàn)象。2.靜平衡設(shè)計

指通過在轉(zhuǎn)子上增加或除去一部分質(zhì)量，使質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸心重合以消除慣性力的不利影響的平衡設(shè)計方法。一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算（續(xù)）如圖為一盤狀轉(zhuǎn)子。已知m1和m2和r1和r2為平衡這些離心慣性力，在轉(zhuǎn)子上加一平衡質(zhì)量mb，使Pb與Pi相平衡，即：矢徑ri當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度w回轉(zhuǎn)時，各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力為：質(zhì)徑積miri

平衡質(zhì)徑積mbrb的大小和方位可根據(jù)上式用圖解法求出。1）分析與計算（1）靜平衡的條件：分布于轉(zhuǎn)子上的各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零或質(zhì)徑積的向量和為零。（2）對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，不論它有多少個平衡質(zhì)量，都只需在同一平衡面內(nèi)增加或除去一個平衡質(zhì)量就可以獲得平衡，---------單面平衡。求出mbrb后，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選定rb

，即可定出平衡質(zhì)量mb

。

也可在rb的反方向rb’處除去一部分質(zhì)量

mb’來使轉(zhuǎn)子得到平衡，只要保證mbrb=mb’rb’

即可。一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算（續(xù)）2）結(jié)論對于b/D0.2的轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量不能再視為分布在同一平面內(nèi)，即使質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，由于各慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，所形成慣性力偶仍使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)。二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算1.動不平衡動不平衡：只有在轉(zhuǎn)子運動的情況下才顯現(xiàn)出來的不平衡。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度w回轉(zhuǎn)時，各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力將形成一空間力系。二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算（續(xù)）2.動平衡計算

如圖為一長轉(zhuǎn)子。已知m1，m2和m3以及r1，r2和r3。轉(zhuǎn)子動平衡的條件是：P=0M=0

1）分析與計算（3）在平衡基面I及II內(nèi)適當(dāng)?shù)馗骷右黄胶赓|(zhì)量，分別使兩個基面內(nèi)的慣性力之和分別為零，則轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡。二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算（續(xù)）（1）將力P分解為相互平行的兩個分力：（2）選定兩個回轉(zhuǎn)平面I及II作為平衡基面，將各離心慣性力分別分解到平衡基面I及II內(nèi)將P1,P2和P3分解為平衡基面I內(nèi)的P1,P2

,P3和平衡基面II內(nèi)的

P1,P2,P3空間力系轉(zhuǎn)化為兩個平面匯交力系。二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算（續(xù)）平衡基面I及II內(nèi)的平衡質(zhì)

量的大小和方位的確定同靜

平衡計算方法。分別列出基面I及II內(nèi)的平衡條件；

（1）動平衡的條件：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子分布在不同平面內(nèi)的各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力和合力矩均為零。選取適當(dāng)?shù)谋壤?，用圖解法求出mb

rb

和mb

II

rb

II；根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)選定rb

和rb

II

，定出平衡基面I及II內(nèi)的平衡質(zhì)量mb

和mb

II

。2）結(jié)論二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算（續(xù)）（2）對于動不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，不論它有多少個偏心質(zhì)量，以及分布在多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只需在選定的兩個平衡基面內(nèi)增加或除去一個適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，就可以使轉(zhuǎn)子獲得動平衡。---------雙面平衡。（3）動平衡同時滿足靜平衡的條件經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡；反之，經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定動平衡。例1:已知：根據(jù)平衡條件有：作質(zhì)徑積多邊形解:基面I：基面II：例1（續(xù)）三、轉(zhuǎn)子的平衡精度

轉(zhuǎn)子要完全平衡是不可能的，實際上，也不需要過高要求轉(zhuǎn)子的平衡精度，而應(yīng)以滿足實際工作要求為度。為此，對不同工作要求的轉(zhuǎn)子規(guī)定了不同的許用不平衡量，即轉(zhuǎn)子殘余不平衡量。許用不平衡量有兩種表示方法：1.用質(zhì)徑積[mr]（單位g.mm）表示2.用偏心距[e](單位mm)表示

[e]=[mr]/m

§11-3剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗一、靜平衡實驗一、靜平衡實驗（續(xù)）二、動平衡實驗§11-4平面機(jī)構(gòu)的平衡

當(dāng)機(jī)構(gòu)中存在作往復(fù)運動和平面復(fù)合運動的構(gòu)件時，這些構(gòu)件在運動中產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩不可能像轉(zhuǎn)子那樣在構(gòu)件本身上予以平衡，必須對整個機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。機(jī)構(gòu)平衡的條件是：通過機(jī)構(gòu)質(zhì)心的總慣性力和總慣性力偶矩M分別為零，即：

P=0M=0一、平面機(jī)構(gòu)慣性力的平衡條件對于活動構(gòu)件的總質(zhì)量為m、總質(zhì)心S的加速度為as的機(jī)構(gòu)，要使機(jī)架上的總慣性力P平衡，必須滿足：as=0機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心S勻速直線運動或靜止不動。欲使as=0,就得設(shè)法使總質(zhì)心S靜止不動。設(shè)計機(jī)構(gòu)時，可以通過構(gòu)件的合理布置、加平衡質(zhì)量或加平衡機(jī)構(gòu)的方法使機(jī)構(gòu)的總慣性力得到完全或部分平衡。二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡1.利用對稱機(jī)構(gòu)平衡：平衡效果很好，但使機(jī)構(gòu)的體積增大。

完全平衡：使機(jī)構(gòu)的總慣性力恒為0。常用的方法有：二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡（續(xù)）2.利用平衡質(zhì)量平衡將構(gòu)件2的m2用集中于

B、C兩點的兩個質(zhì)量代換；在構(gòu)件1和3的延長線上各加一平衡質(zhì)量，使其質(zhì)心分別移到固定軸A和D處：m’=(m2BlAB+m1lAS’1)/r’m’’=(m2ClDC+m3lDS’3)/r’’m2B=

m2lCS’2/lBCm2C=

m2lBS’2/lBC1）四桿機(jī)構(gòu)的完全平衡二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡（續(xù)）2.利用平衡質(zhì)量平衡加上m’和m’’后，可以認(rèn)為在A和D處分別集中了兩個質(zhì)量mA和mD:機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心S’靜止不動，as=0機(jī)構(gòu)的慣性力得到完全平衡。2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的完全平衡二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡（續(xù)）

進(jìn)行質(zhì)量代換，得到A、B、C三點的集中質(zhì)量mA、mB和mC；

在構(gòu)件2的延長線上加平衡質(zhì)量m’，使m’和mC的總質(zhì)心移至B點；

在構(gòu)件1的延長線上加平衡質(zhì)量m’’，使機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心移至固定點A。整個機(jī)構(gòu)的慣性力達(dá)到完全平衡。

上述方法由于加裝了若干個平衡質(zhì)量，大大增加機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，尤其是把平衡質(zhì)量裝在連桿上時更為不利。3）缺點：三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡1.利用非完全對稱機(jī)構(gòu)平衡

只平衡機(jī)構(gòu)中總慣性力的一部分。常用的方法有：三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡（續(xù)）2.利用平衡質(zhì)量平衡1）將連桿的質(zhì)量m2用集中于B點和C點的質(zhì)量m2B和m2C來代替，將曲柄的質(zhì)量用集中于點B和點A的質(zhì)量m1B和m1A來代替。2）PB的平衡：在AB的延長線上加一平衡質(zhì)量m’

三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡（續(xù)）m’’所產(chǎn)生的慣性力在水平和鉛垂方向的分力分別為：P’’h=-m’’w2rcosj=-mCw2lAB

cosjP’’v=-m’’w2rsinj=-mCw2lAB

sinjP’’h

=-PCP’’h可以將mc產(chǎn)生的往復(fù)慣性力PC平衡掉。在曲柄的延長線上離

A點為r的地方再加一質(zhì)量m’’,使：3）PC的平衡：PC的大小隨曲柄的轉(zhuǎn)角的不同而不同。三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡（續(xù)）P’’v=-m’’w2rsinj=-mCw2lABcosj新的不平衡力P’’v，對機(jī)構(gòu)也會產(chǎn)生不利影響。減少P’’v不利影響的方法：只平衡部分往復(fù)慣性力。在減小往復(fù)慣性力PC的同時，使P’’v不至于太大。對機(jī)械的工作較為有利，結(jié)構(gòu)設(shè)計也較為簡便。農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計中，常采用這種平衡方法。三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡（續(xù)）3.利用彈簧平衡

通過合理選擇彈簧的剛度系數(shù)k和彈簧的安裝位置，可以使連桿BC的慣性力得到部分平衡?！袅私猱a(chǎn)品設(shè)計過程和機(jī)械總體方案設(shè)計的內(nèi)容；◆了解機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的過程和內(nèi)容◆了解常用原動機(jī)的類型和特點及其選取原則；◆了解擬定簡單機(jī)械傳動系統(tǒng)方案的過程。本章教學(xué)目標(biāo)第十二章機(jī)械總體方案的設(shè)計12-1機(jī)械總體方案設(shè)計概述12-2機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計12-3原動機(jī)的選擇12-4機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計本章教學(xué)內(nèi)容第十二章機(jī)械總體方案的設(shè)計一、機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程◆初期規(guī)劃設(shè)計階段◆總體方案設(shè)計階段◆結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段◆生產(chǎn)施工設(shè)計階段機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計是一個通過分析、綜合與創(chuàng)新獲得滿足某些特定要求和功能的機(jī)械系統(tǒng)的過程。§12-1機(jī)械總體方案設(shè)計概述機(jī)械新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計過程一般可以分為四個階段：1.初期規(guī)劃設(shè)計階段◆選題◆調(diào)研和預(yù)測◆可行性論證◆確定設(shè)計任務(wù)階段成果：調(diào)研報告設(shè)計任務(wù)書產(chǎn)品開發(fā)可行性論證報告2.總體方案設(shè)計階段◆目標(biāo)分析◆創(chuàng)新構(gòu)思◆方案擬定◆方案評價◆方案決策總體方案示意圖機(jī)械系統(tǒng)運動簡圖方案設(shè)計計算說明書階段成果：一、機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程（續(xù)）3.結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段◆結(jié)構(gòu)方案擬定◆造型設(shè)計◆結(jié)構(gòu)設(shè)計◆材料選擇與尺寸設(shè)計◆設(shè)計圖繪制

階段成果全套設(shè)計圖紙設(shè)計計算說明書4.生產(chǎn)施工設(shè)計階段◆工藝設(shè)計◆工裝設(shè)計◆施工設(shè)計

階段成果工藝流程卡片、工裝設(shè)計圖基礎(chǔ)安裝圖、技術(shù)文件使用說明書、備件明細(xì)表一、機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程（續(xù)）1.功能：功能是代表一個系統(tǒng)的輸入輸出之間，以完成任務(wù)為目的的總的相互關(guān)系?；靖拍罟δ艿拿枋龇绞剑簞用~對（Verb-NounPair，VNP）：功能是技術(shù)系統(tǒng)對能量、物料和信息等功能對象的作用，采用動詞+名詞的表示方法。例如“傳遞能量”，“固定物體”。基本概念功能基中標(biāo)準(zhǔn)功能動詞和名稱的建立類（一級）二級三級物料611能量124信號27類（一級）二級三級補足物物料人手，腳，頭氣體同質(zhì)的液體不可壓縮的，可壓縮的，同質(zhì)的固體物體剛體，彈性體，小配件微粒合成物等離子體………………信號狀態(tài)聽覺音調(diào)，話嗅覺控制模擬振蕩的………………能量人聲學(xué)生物學(xué)………………類（一級）二級三級補足物分開分離隔離，分隔，分開劃分拆開，隔離，釋放，分類，分裂，斷開，減去吸取精煉，過濾，提純，滲濾，濾，清除去除切割，鉆，車，磨光，沙磨散布擴(kuò)散，驅(qū)散，消散，發(fā)散，散播，分散，散射引導(dǎo)輸入形成入口，允許，輸入，捕獲輸出處理，逐出，噴射，發(fā)射，騰空，去除，毀壞，消除傳遞攜帶，遞送引導(dǎo)指引，驅(qū)動，駕駛，變直，轉(zhuǎn)換平移移動，重新安置旋轉(zhuǎn)（持續(xù)）旋轉(zhuǎn)，（繞一個點）轉(zhuǎn)動允許自由度強迫，解開，開鎖，打開連接結(jié)合聯(lián)合，連接接合裝配，固定連接連接混和加入，混合，連接，聚合，結(jié)合，包裝，填裝1.產(chǎn)品生命周期需求分析1.制定產(chǎn)品定義的過程需求分析1.制定設(shè)計需求表需求分析方案設(shè)計的進(jìn)程功能分析建立功能結(jié)構(gòu)尋求作用原理尋求作用原理的進(jìn)程汽車油箱儲量測定傳感器的抽象化過程實例建立功能結(jié)構(gòu)功能分解補充輔助功能：“轉(zhuǎn)變信號”補充輔助功能：“調(diào)整信號”補充輔助功能：“校正信號”補充輔助功能：“引入外來能量”確定系統(tǒng)邊界：電信號確定系統(tǒng)邊界：其他信號作用原理組合的具體化實例：汽車油箱油位測量儀器的作用變型的具體化

——對采用測定液體重量來確定油位的原理進(jìn)行具體化操作

作用原理組合的具體化第一步：根據(jù)重力和慣性力進(jìn)行估算作用原理組合的具體化第二步：通過將力變換為路程的方法，可以測量出液位高度值。但是為抑制有加速度力引起的路程，必須配備強阻尼。第三步：從大體上按比例畫出原理解的結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)行具體評價。評價結(jié)論：成本太高，淘汰方案設(shè)計實例設(shè)計實例：家用單手把混水器步驟1：闡明任務(wù)書：依據(jù)用戶提出的基本要求表，根據(jù)管道連接關(guān)系、適用的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)以及人機(jī)工程關(guān)系等分析，建立詳細(xì)的設(shè)計任務(wù)書。步驟2：抽象化，建立總功能關(guān)于節(jié)流孔流通量和同類物質(zhì)流量混合的物理關(guān)系步驟3：建立功能結(jié)構(gòu)步驟4：尋求原理解以分功能“流量和溫度的配定”為例，將其具體化為“用一個運動使兩個截面做同義改變，同時或接著用第二個運動使其做反義改變”。用編排表對作用原理進(jìn)行匯總步驟5：挑選合適的作用原理分析三種作用原理，均滿足設(shè)計需求和設(shè)計成本的要求，因此在下一步工作中將對所有三種作用原理進(jìn)行具體化工作。步驟6：具體化原理解原理變型A：平面解，用偏向片和提轉(zhuǎn)把手原理變型B：圓柱面解，用操縱桿原理變型C：圓柱面解，用單面阻流和附近密封原理變型D：球面解5.9方案設(shè)計實例步驟7：原理解變型的評價保留對變型D的進(jìn)一步研究評價結(jié)果：變型B為首選方案，二、機(jī)械總體方案設(shè)計的目的

總體方案設(shè)計階段的工作是實現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品初期規(guī)劃階段所提出的設(shè)計目標(biāo)的關(guān)鍵。產(chǎn)品設(shè)計的好壞，包括產(chǎn)品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設(shè)計階段的工作，取決于方案的構(gòu)思和方案擬定時的設(shè)計思想。

機(jī)械系統(tǒng)主要是由原動機(jī)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成。三、機(jī)械系統(tǒng)的組成四、機(jī)械總體方案設(shè)計的內(nèi)容★執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計、運動規(guī)律設(shè)計、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計和執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價與決策。★原動機(jī)類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計。其中傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計主要包括傳動類型和傳動路線的選擇，傳動鏈中機(jī)構(gòu)順序的安排和各級傳動比的分配?！锟刂葡到y(tǒng)的方案設(shè)計.★其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計。主要包括潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等的設(shè)計。一、執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的過程§12-2機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計★功能原理設(shè)計：就是根據(jù)機(jī)械預(yù)期實現(xiàn)的功能，考慮選擇何種工作原理來實現(xiàn)這一功能要求?！镞\動規(guī)律設(shè)計：是指為實現(xiàn)上述工作原理而決定選擇何種運動規(guī)律?！飯?zhí)行機(jī)構(gòu)型式設(shè)計：是指究竟選擇何種機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)上述運動規(guī)律?？驁D表示二、執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容★執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計：就是根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)和配合，設(shè)計出協(xié)調(diào)配合圖?！餀C(jī)構(gòu)尺度設(shè)計：是指對所選擇的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動和動力設(shè)計，確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動簡圖?！镞\動和動力分析：即對整個執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行運動分析和動力分析，以檢驗其是否滿足運動要求和動力性能方面的要求。★方案評價與決策：方案評價包括定性評價和定量評價。前者是指對結(jié)構(gòu)的繁簡、尺寸的大小、加工的難易等進(jìn)行評價，后者是指將運動和動力分析后所得的執(zhí)行系統(tǒng)的具體性能與使用要求所規(guī)定的預(yù)期性能進(jìn)行比較，從而對設(shè)計方案作出評價。二、執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容（續(xù)）實現(xiàn)同一種功能要求，可以采用不同的工作原理；實現(xiàn)同一種工作原理，可以選擇不同的運動規(guī)律；實現(xiàn)同一種運動規(guī)律，可以選擇不同型式的機(jī)構(gòu)。二、執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容（續(xù)）獲得多種不同的方案給定某種預(yù)期功能要求機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計所要研究的問題，就是如何合理地利用設(shè)計者地專業(yè)知識和分析能力，創(chuàng)造性地構(gòu)思出各種可能地方案并從中選出最佳方案。機(jī)械預(yù)期實現(xiàn)的功能功能原理摩擦傳動原理流體傳動原理電磁傳動原理機(jī)械推拉原理材料變形原理光電原理其它原理運動規(guī)律二、執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計的內(nèi)容（續(xù)）機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計流程圖工藝動作分解方法1工藝動作分解方法2工藝動作分解方法3機(jī)構(gòu)型式工藝動作分解方法n……連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)其它機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)變異一、原動機(jī)的類型和特點§12-3原動機(jī)的選擇

電動機(jī)的類型很多，不同類型的電動機(jī)具有不同的結(jié)構(gòu)型式和特性，可滿足不同的工作環(huán)境和機(jī)械不同的負(fù)載特性要求。主要優(yōu)點為：驅(qū)動效率高、有良好的調(diào)速性能、可遠(yuǎn)距離控制，啟動、制動、反向調(diào)速都易控制，與傳動系統(tǒng)或工作機(jī)械聯(lián)接方便，作為一般傳動，電動機(jī)的功率范圍很廣。主要缺點為必須有電源，不適于野外使用。根據(jù)使用電源的不同，又分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩大類。1.動力電動機(jī)

伺服電動機(jī)是指能精密控制系統(tǒng)位置和角度的一類電動機(jī)。特點：它體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)能力，其理想的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為直線。應(yīng)用；伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、火炮隨動系統(tǒng)中。2.控制電動機(jī)（伺服電動機(jī)）一、原動機(jī)的類型和特點（續(xù)）（1）分類按燃料種類分：柴油機(jī)、汽油機(jī)和煤油機(jī)按工作循環(huán)中的沖程數(shù)分:四沖程和二沖程內(nèi)燃機(jī)按汽缸數(shù)目分:單缸和多缸內(nèi)燃機(jī)按主要機(jī)構(gòu)的運動形式分:往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式（2）特點及應(yīng)用

優(yōu)點是功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；適用于工作環(huán)境無電源的場合，多用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、車輛等。缺點為對燃油的要求高，排氣污染環(huán)境、噪音大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3.內(nèi)燃機(jī)一、原動機(jī)的類型和特點（續(xù)）

液壓馬達(dá)又稱為油馬達(dá)，它是把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動力裝置。其主要優(yōu)點是可獲得很大的動力或轉(zhuǎn)矩，可通過改變油量來調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度，易進(jìn)行無級調(diào)速，能快速響應(yīng)，操作控制簡單，易實現(xiàn)復(fù)雜工藝過程的動作要求。缺點是要求有高壓油的供給系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的制造裝配要求高，否則易影響效率和運動精度。4.液壓馬達(dá)

氣動馬達(dá)是以壓縮空氣為動力‘，將氣壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動力裝置。常用的有葉片式和活塞式。其主要優(yōu)點為：工作介質(zhì)為空氣，故容易獲取且成本低廉；易遠(yuǎn)距離輸送，排入大氣也無污染；能適應(yīng)惡劣環(huán)境；動作迅速、反應(yīng)快。缺點為：工作穩(wěn)定性差、噪音大，輸出轉(zhuǎn)矩不大，只適用于小型輕載的工作機(jī)械。5.氣動馬達(dá)一、原動機(jī)的類型和特點（續(xù)）1.選擇原則二、原動機(jī)的選擇★考慮工作機(jī)械的負(fù)載特性、工作制度、啟動和制動的頻繁程度?！锟紤]原動機(jī)本身的機(jī)械特性能否與工作機(jī)械的負(fù)載特性(包括功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等)相匹配，能否與工作機(jī)械的調(diào)速范圍、工作的平穩(wěn)性等相適應(yīng)?！锟紤]機(jī)械系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)布置的需要?！锟紤]經(jīng)濟(jì)性，包括原動機(jī)的原始購置費用、運行費用和維修費用等?！锟紤]經(jīng)濟(jì)性，包括原動機(jī)的原始購置費用、運行費用和維修費用等。2.原動機(jī)類型的選擇★若工作機(jī)械要求有較高的驅(qū)動效率和較高的運動精度，應(yīng)選用電動機(jī)。電動機(jī)的類型和型號較多，并具有各種特性，可滿足不同類型工作機(jī)械的要求?！镌谙嗤β氏拢笸庑纬叽绫M可能小、重量盡可能輕時，宜選用液壓馬達(dá)?！镆笠卓刂?、響應(yīng)快、靈敏度高時，宜采用液壓馬達(dá)或氣動馬達(dá)?！镆笤谝兹?、易爆、多塵、振動大等惡劣環(huán)境中工作時，宜采用氣動馬達(dá)?！镆髮ぷ鳝h(huán)境不造成污染，宜選用電動機(jī)或氣動馬達(dá)?！镆髥友杆佟⒈阌谝苿踊蛟谝巴庾鳂I(yè)場地工作時，宜選用內(nèi)燃機(jī)。★要求負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低的工作機(jī)械或要求簡化傳動系統(tǒng)的減速裝置，需要原動機(jī)與