机械基础康一教学课件.pptVIP

机械基础康一教学课件

机械基础简介机械基础是研究机械系统的基本理论、结构特性与设计方法的学科，是机械工程专业的核心基础课程。本课程对于培养学生的工程思维、分析问题和解决问题的能力具有重要意义。机械基础的重要性为后续专业课程学习提供理论支撑培养机械工程思维与分析能力帮助理解现代机械设备的工作原理指导机械系统的设计与创新机械系统组成要素机构：实现特定运动的组合体传动系统：传递动力与运动支承结构：提供稳定支撑控制系统：实现运动调节学习要求与目标掌握机构学基本概念与计算方法理解各类传动系统的工作原理能够进行简单机械系统的设计与分析具备应用理论知识解决实际问题的能力培养机械设计的创新思维与实践能力

机构与机械的基本概念机构定义机构是由刚性零件通过运动副（关节）连接而成的运动系统，能够按照预定的规律实现特定的运动。机构本身不产生能量，仅传递运动与力。由多个构件通过运动副连接至少含有一个运动件按照确定的轨迹运动基本功能是传递运动机械定义机械是能够接受、传递或转换能量，完成特定功能的装置。机械由机构、传动、支承和控制四个系统组成，不仅传递运动，还传递能量。包含能量输入与输出具有动力系统完成特定工作任务由多个功能系统组成联系与区别机构是机械的重要组成部分，负责实现特定的运动转换；而机械则是集成了能量转换功能的完整系统，能够完成实际工作。机构只传递运动机械传递运动与能量机构无独立工作功能机械能独立完成工作

刚体与连接件刚体的定义与特性在机械基础理论中，刚体是指在外力作用下形状和尺寸不发生变化的理想物体。这是一种理想化的模型，虽然实际物体总会有一定的变形，但在许多情况下，这种变形可以忽略不计，从而简化分析。不可压缩性：体积和形状保持不变不可形变性：在外力作用下不变形质量分布：质量在体内有一定分布规律运动特性：整体运动可用一个点（质心）表示刚体的运动自由度（DoF）自由度是指刚体可以独立运动的方式数量，反映了系统的运动能力。平面运动：3个自由度（x轴平移、y轴平移、绕z轴转动）空间运动：6个自由度（x、y、z三轴平移和绕三轴转动）连接件（关节）分类连接件是将刚体相互连接形成机构的元件，也称为运动副或关节，它限制了相邻构件之间的相对运动。按自由度分类1自由度、2自由度、多自由度按接触方式分类低副（面接触）、高副（线接触或点接触）按运动形式分类转动副、移动副、螺旋副等

运动副（关节）分类旋转副允许两构件之间只有相对转动，自由度为1。典型例子：轴承、铰链应用：门铰链、曲柄连杆特点：只允许绕一轴旋转移动副（滑动副）允许两构件之间只有直线移动，自由度为1。典型例子：滑块、导轨应用：抽屉、机床导轨特点：只允许沿一方向移动螺旋副将旋转运动转化为直线运动，自由度为1。典型例子：螺母螺杆应用：千斤顶、螺旋压力机特点：转动与直线运动成比例圆柱副允许轴向移动和旋转，自由度为2。典型例子：活塞与汽缸应用：内燃机、液压缸特点：可旋转也可轴向移动低副与高副的区别低副（LowerPair）构件间通过表面接触接触面积较大承载能力强磨损小、寿命长例如：旋转副、移动副、螺旋副等高副（HigherPair）构件间通过线接触或点接触接触面积小承载能力相对较弱磨损较大、需要良好润滑例如：齿轮副、凸轮副、球面副等

机构的自由度计算自由度的概念机构的自由度（DegreeofFreedom，DoF）是指确定机构位置所需的独立坐标数，也是机构中可独立运动的方式数量。自由度是分析机构运动性能的重要参数。Kutzbach公式Kutzbach公式是计算平面机构自由度的通用方法，其表达式为：其中：F：机构的自由度n：机构中构件的数量（包括机架）p?：限制1个自由度的运动副数量p?：限制2个自由度的运动副数量对于空间机构，Kutzbach公式变为：四杆机构自由度计算示例以平面四杆机构为例：构件数n=4（含机架）低副数p?=4（4个旋转副）高副数p?=0（无高副）代入Kutzbach公式：计算结果表明，四杆机构的自由度为1，这意味着只需要驱动一个构件（如曲柄），整个机构就能按照确定的规律运动。运动副对自由度的影响不同类型的运动副对机构自由度的限制不同：一级运动副（如旋转副、移动副）：限制5个自由度，保留1个二级运动副（如圆柱副）：限制4个自由度，保留2个

四杆机构基础四杆机构结构与分类四杆机构由4个构件通过4个转动副连接而成，是最基本也是最常用的平面机构之一。根据构件长度的不同，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等类型。运动特点分析四杆机构的运动特点取决于各杆件的长度比例。根据Grashof条件，当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，至少有一个构件可以完成360°旋转；否则，所有构件只能摆动。应用实例四杆机构广泛应用于各类机械设备中，如汽车雨刷器、钢琴键盘机构、挖掘