机械原理重点归纳.ppt

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1、,机械原理复习,机械原理不考试内容,一、2-.7 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析中,4.高副低代,1.组成原理,2.结构分类,3.结构分析,2-8 机构结构的型综合及其设计,二、3-5 用解析法作机构的运动分析,三、4-2 构件惯性力的确定,4-4 不考虑摩擦时机构的受力分析中,3用解析法作机构的动态静力分析,四、6-4 转子的许用不平衡量,6-6 平面机构的平衡,五、7-3 机械运动方程式的求解中,3等效转动惯量是位置的函数，等效力矩是位置和速度的函数,六、8-4 平面四杆机构的设计中,机械原理复习,机械原理不考试内容,2.用解析法设计四杆机构,8-5 多杆机构,4.四杆机构的优化设

2、计,七、9-3 凸轮轮廓曲线的设计中,3用解析法设计凸轮的轮廓曲线,八、10-11 其他齿轮传动简介,10-12 齿轮机构动力学简介,九、11-6 行星轮系的效率,11-8 其他新型行星轮系传动简介,1.轮系中的功率流动问题,11-7 行星轮系的类型选择及设计的基本知识中,3行星轮系的均载装置,十、第十二章;第十三章;第十四章,机械原理复习,不需要记忆的公式,1.推杆运动规律：,s s(t)s()v v(t)v()a a(t)a(),2.重合度:=z1(tana1 tan)+z2(tana2 tan)/(2),=+,3.任意圆上齿厚：,4.无侧隙啮合方程式,机械原理复习,第2章 平面机构的结构

3、分析,一、了解名词：构件、零件、运动副、约束、机构、机器,二、理解机构运动简图：要求能够看懂和绘制最一般的机构简图,三、熟练掌握平面机构自由度的计算,F3n(2plph),F3n(2plph p)F,1.复合铰链,2.局部自由度,3.虚约束,4.机构具有确定运动的条件,机械原理复习,滑块受到的运动约束与构件FGC上的运动轨迹相重合，所以滑块将带入一个虚约束（31-22=-1）。,2-1,滚子绕其中心A转动的自由度为局部自由度,B为复合铰链,F3n(2plph p)F=39(212+1 1)1=2,计算图示机构的自由度，如有局部自由度、复合铰链和虚约束请予以指出。,2-2 滚子半径rr=R-r，

4、ABBC,F3n(2plph p)F=34(25+1 1)1=1,滚子4绕其中心B转动的自由度为局部自由度,无复合铰链,滚子中心受到的运动约束与构件ABC上B点的运动轨迹相重合，所以滚子与圆形轨道的高副为一个虚约束。,压榨机机构,2-3,该机构中存在结构对称部分，构件8、9、10 和构件4、5、6。如果去掉一个对称部分，机构仍能够正常工作，所以可以将构件8、9、10以及其上的转动副G、H、I和C处的一个转动副视为虚约束；,偏心轮1与机架11和构件2形成 2个转动副,构件7与构件11在左右两边同时形成导路平行的移动副，只有其中一个起作用；,构件4、5、6在D点处形成复合铰链,机构中没有局部自由度

5、和高副。,F3n(2plph p)F=310(215+0 1)0=1,P=2pl+ph-3n=25+0-33=1,作业集2-62-9教材2-16,2-4图示运动链是否能成为机构？如何改造？,第3章 平面机构的运动分析,一、瞬心的定义、性质和应用1.定义：两构件的瞬时同速点；2.找瞬心的方法：直接观察，三心定理，瞬心多边形等；3.利用求构件的角速度或构件上某点的速度。,作业集3-13-3；教材3-13-6,二、运动分析：相对运动图解法列矢量方程依方程作图求解,1.同一构件上两点间的速度和加速度的关系,利用影像原理简化解题（同一构件上已知两点运动求第三点运动）,影象原理只能应用于同一构件上，字母绕

6、行顺序应相同。,2.组成移动副的两构件上重合点间的速度与加速度的关系,注意：重合点的选择、哥氏加速度的大小及方向,作业集3-43-6；教材3-13-6,作业集3-7、3-10；教材3-13,第4章 平面机构的力分析,一、运动副的摩擦分析,1.摩擦角、摩擦圆及当量摩擦系数的含义；,2.按给定的驱动力（或阻力）确定构件之间的相对运动方向；驱动力和工作阻力的特性？分析相对运动时注意脚标，如12、21；v12、v21的区别！,3.先按无摩擦确定运动副反力的方向，后按有摩擦确定运动副总反力的方向；移动副总反力FR12与v21成（90+）角（注意力的脚标）转动副总反力FR12对铰链中心的力矩方向与21相反

7、并与摩擦圆相切,4.对机构进行受力分析时，注意以二力杆或三力构件入手进行分析。注意二力杆受压还是受拉注意三力构件的三力汇交,作业集4-34-7,FR12,FR23,FR21,FR43,FR32,FR41,4-1,图示曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，已知1、驱动力矩M1，从动件3上作用有工作阻力FQ，标出个运动副中总反力的方向。,解：构件2为二力杆，受压,第5章 机械的效率和自锁,一、机械的效率,1.效率的定义及其求法、自锁条件,瞬时机械效率和自锁条件都可用两次力分析（考虑与不考虑摩擦）的方法求解,工作阻力不变,驱动力不变,2.机组的效率,串联,并联,混联,作业集5-4,作业集5-3,作业集5-2,

8、二、机械的自锁,对移动副，驱动力位于摩擦角之内；对转动副，驱动力位于摩擦圆之内。,2.令工作阻力小于零来求解。对于受力状态或几何关系较复杂的机构，可先假定该机构不自锁，用图解法或解析法求出工作阻力与主动力的数学表达式，然后再令工作阻力小于零，解此不等式，即可求出机构的自锁条件。,3.利用机械效率计算式求解，即令0。,自锁条件可用以下3种方法求得：,作业集5-6,作业集5-7,作业集5-5,第6章 机械的平衡,本章的重点是刚性转子的静平衡和动平衡,1.理解质径积的mr概念;,2.何谓静平衡(单面平衡，主矢为零)？何谓动平衡(双面平衡，主矢主矩均为零)？静平衡的动平衡关系？,3.平衡质量mbrb的

9、求解方法既可用图解法，也可用解析法。,首先应在转子上选定两个可添加平衡质量的、且与离心惯性力平行的平面作为平衡平面，然后运用平行力系分解的原理将各偏心质量所产生的离心惯性力分解到这两个平衡平面上。这样就把一个空间力系的平衡问题转化为两平衡平面内的平面汇交力系的平衡问题。,作业集6-2、6-3,第7章 机械的运转及其速度波动的调节,一、机械的运动和动能关系,1.动能定理：,2.周期变速稳定运转的条件、速度波动的原因,Med和Mer的变化是有规律的周而复始,Je为常数或有规律的变化 任一时间间隔WdWr+Wf，但在一个运动循环中Wd=Wr+Wf 循环开始和终了角速度相等,其他时间角速度在m上下波动

10、,二、机械系统等效动力学模型的建立,1.应遵循的原则是：,使机械系统在等效前后的动力学效应不变，即,动能等效：等效构件所具有的动能，等于整个机械系统的总动能。外力所做之功等效：作用在等效构件上的外力所做之功，等于作用在整个机械系统中的所有外力所做之功的总和。,2.要求掌握等效力矩和等效转动惯量的求解,根据动能相等：求等效转动惯量Je,根据功率相等：求等效力矩Me,作业集7-17-3,三、机械速度波动的调节方法,第7章 机械的运转及其速度波动的调节,1.周期性速度波动,可以利用飞轮储能和放能的特性来调节,2.非周期性速度波动,不能用飞轮进行调节，当系统不具有自调性,时，则需要利用调速器来对非周期

11、性速度波动进行调节。,3.飞轮设计的基本问题，是根据 Me、Je、m、来计算飞轮的转动惯量 JF,在一个周期内：Wd=Wr，求未知外力(矩)，得出盈功和亏功；画出能量指示图，求出最大盈亏功Wmax(熟练掌握)计算,一般设Jc=0,作业集7-57-7,4.飞轮设计中应注意以下3个问题：,为减小飞轮转动惯量(即减小飞轮的质量和尺寸)，应尽可能将飞轮安装在系统的高速轴上。安装飞轮只能减小周期性速度波动，但不能消除速度波动。有的机械系统可不加飞轮，而以较大的皮带轮或齿轮起到飞轮的作用。,第8章 平面连杆机构及其设计,一、平面四杆机构的类型和应用,2.演化方法：改变构件的形状和运动尺寸：曲柄滑块机构、正

12、弦机构改变运动副的尺寸：偏心轮机构取不同构件为机架：导杆机构、摇块机构、直动滑杆机构运动副元素的逆换；：,1.基本类型:铰链四杆机构：曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构,3.应用：举例：如何把定轴转动变换为往复直线移动；如何把定轴转动变换为往复摆动；,二、平面四杆机构的基本知识,1.曲柄存在条件（存在周转副的存在）：铰链四杆机构，曲柄滑块机构，导杆机构,2.急回特性：极为夹角，行程速比系数K：机构输出构件具有急回特性的条件,3.压力角和传动角,压力角是衡量机构传力性能好坏的重要指标。因此，对于传动机构，应使其角尽可能小(尽可能大)。,掌握常用连杆机构max或min出现的位置,4.机构的死点位

13、置何谓死点位置？如何利用和克服死点位置？,第8章 平面连杆机构及其设计,作业集8-28-4,作业集8-1,5.此处应注意：“死点”、“自锁”与机构的自由度F0的区别,自由度小于或等于零，表明该运动链不是机构而是一个各构件间根本无相对运动的桁架；,死点是在不计摩擦的情况下机构所处的特殊位置(=90)，利用惯性或其他办法，机构可以通过死点位置，正常运动；,而自锁是指机构在考虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的几何条件时，虽然机构自由度大于零，但机构却无法运动的现象。,死点、自锁是从力的角度分析机构的运动情况，而自由度是从机构组成的角度分析机构的运动情况。,第8章 平面连杆机构及其设计,三、

14、平面四杆机构的设计(图解法),第8章 平面连杆机构及其设计,1.按连杆预定的位置设计四杆机构已知活动铰链中心的位置（由动点B、C求定点A、D)已知固定铰链中心的位置（由EF、定点A、D求动点B、C),作业集8-48-7,2.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构,设计一个四杆机构使其两连架杆实现预定的对应角位置时，可以用所谓的“刚化反转法”求解此四杆机构。,作业集8-8、8-9、8-128-14,3.按给定的行程速比系数K设计曲柄摇杆机构：已知曲柄长a、连杆长b、机架长d、最小传动角min等；曲柄滑块机构：导杆机构：,作业集8-158-17,六、（10分）已知四杆机构ABCD机架AD、连架杆AB

15、两位置AB1、AB2及对应摇杆两位置、。位置是机构的一极限位置。试用图解法设计该机构（要求：不必写作图过程，但要保留全部作图过程线。）（04级机原补考题）,解：已知A、B、D点，在D上求C点；,变换机架选D为新机架刚化搬移（反转、后位落前位）搬动B2点至B2点；,连接B1、B2点，作其中垂线，C1点在中垂线上,延长B1A与中垂线的交点即为C1点,B2,C1,六、（10分）已知四杆机构ABCD机架AD、连架杆AB两位置AB1、AB2及对应摇杆两位置、。位置是机构的一极限位置。试用图解法设计该机构（要求：不必写作图过程，但要保留全部作图过程线。）（04级机原补考题）,新“机架”必须是位置已知但其上

16、铰链点待求的构件；,第9章 凸轮机构及其设计,本章的重点是凸轮机构的运动设计。,一、名词概念：1.推程（角0）、回程（角0）、远休止（角01）、近休止（角02）、行程h（max）、,2.基圆、基圆半径r0、偏距圆、理论廓线、实际廓线、迹点、,二、各种常用从动件运动规律：1.s、v、a曲线形状2.在何处有何种冲击，何谓刚性冲击？柔性冲击？,凸轮廓线设计的反转法原理是本章的重点内容之一。,三、凸轮廓线的设计,在凸轮机构中，如果对整个机构绕凸轮转动轴心O加上一个与凸轮转动角速度大小相等、方向相反的公共角速度(-)，这时凸轮与从动件之间的相对运动关系并不改变。,1.反转法原理在图解法中的应用；2.掌握

17、：会画任意位置从动件的位移s（）、凸轮转角、压力角、从动件的行程h（max）；3.滚子从动件理论廓线与实际廓线的关系：法向等距曲线，如何由理论廓线求实际廓线或如何由实际廓线求理论廓线；,四、凸轮基本尺寸的确定,1.基圆半径r0与压力角的关系,移动滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的最小基圆半径，主要受3个条件的限制，即 凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径；保证最大压力角max不超过许用压力角；保证凸轮实际廓线的最小曲率半径a min=min-rr35 mm，以避免运动失真和应力集中。,移动平底从动件盘形凸轮机构而言，因其压力角始终为零(从动件导路与平底垂直)，所以凸轮的最小基圆半径主要受到以下两个条件的

18、限制：凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径；凸轮廓线的曲率半径min=35 mm，以避免运动失真和应力集中。,2.压力角应该在理论廓线上度量；3.偏距方位和偏距e大小的确定:,在移动滚子从动件盘形凸轮机构的设计中，选择偏置从动件的主要目的，是为了减小推程压力角（但回程压力角会增大）。一般正偏置，当eds/d时，偏置会减小推程压力角；但偏置过多时，即当eds/d时，偏置反而会增大推程压力角；,4.若发现其压力角超过了许用值，可以采取以下措施：,增大凸轮的基圆半径rb。选择合适的从动件偏置方位。,图示为偏置的滚子直动从动件盘形凸轮机构，已知R=50mm，OA=12.5mm，e=7mm，rT=10mm，

19、试用图解法确定：,1.合理标出凸轮的转向1、画出凸轮的理论廓线、基圆并标出基圆半径r0;2.画出从动件图示位置的位移s及压力角；3.画出从动件的最远位置并标出行程h；4.画出凸轮机构的最大压力角max。,B1,1=0,B3,解：,1.凸轮的转向为逆时针方向（正偏置）,4.推程max=3，min=0,回程的max=4，min=2,解：,1.凸轮的转向为逆时针方向（正偏置）,4.推程max=3，min=0,回程的max=4，min=2,B0,B1,B2,B3,B4,B,B5,第10章 齿轮机构及其设计,渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动设计是本章的重点。,一、直齿圆柱齿轮(标准和变位)基本概念和公式 本

20、章的特点是名词、概念多，符号、公式多，理论系统性强，几何关系复杂。学习时要注意清晰掌握主要脉络，对基本概念和几何关系应有透彻理解（结合图形记忆概念）。,1.齿廓啮合基本定律：节点、节圆、图10-42.渐开线的性质、方程；图10-610-73.渐开线齿廓的啮合特点：图10-8保证定传动比传动具有可分性啮合线是定直线，受力方向不变，传动平稳四线合一4.直齿圆柱齿轮几何尺寸计算（熟练掌握）图10-910-11,二、直齿圆柱齿轮的啮合传动,1.正确啮合条件：2.啮合过程：啮合图10-1210-18理论啮合线 N1N2、实际啮合线B1B2共轭点的求法、齿廓工作段；3.连续传动条件、重合度重合度的物理意义

21、单双齿啮合区那些参数的变化影响重合度3.齿轮齿条的啮合特点N1N2线方向不变，齿轮节圆与分度圆永远重合,正确安装：齿条中线与与齿轮相切，齿条中线与节线重合非正确安装：齿条中线与与齿轮相离或相交，齿条中线与节线不重合,三、齿轮的加工及根切现象,1.仿形法：选刀具时,要求m、相同齿数符合刀号范围；范成法：选刀具时,只要m、相同，理论上即可用同一把刀。,2.变位齿轮及其传动用范成法加工标准齿轮，齿数过少时会发生根切根切发生的原因及危害齿条型刀具与轮坯的相对位置：L=r+xm变位时：刀具中线与轮坯分度圆相离（正变位）或相割（负变位）变位齿轮几何尺寸：不变的：d、db、p、pb变化的：da、df、s、e

22、、sa、sf、ha、hf,图10-2210-26,变位齿轮的传动类型及优缺点零传动：x1+x2=0：标准传动：x1=0，x2=0；等移距变位传动：正传动：x1+x20负传动：x1+x20变位齿轮传动的设计,3.变位的目的,避免轮齿根切：为使齿轮传动的结构紧凑，应尽量减少小齿轮的齿数，当zzmin时，可用正变位以避免根切。,配凑中心距：变位齿轮传动设计中，当齿数z1、z2一定的情况下，若改变变位系数x1、x2值，可改变齿轮传动中心距，从而满足不同中心距的要求。,提高齿轮的承载能力：当采用的正传动时，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度，若适当选择变位系数x1,x2，还能大幅度降低滑动系数，提高齿轮的

23、耐磨损和抗胶合能力。,修复已磨损的旧齿轮：齿轮传动中，一般小齿轮磨损较严重，大齿轮磨损较轻，若利用负变位修复磨损较轻的大齿轮齿面，重新配制一个正变位的小齿轮，就可以节省一个大齿轮的制造费用，还能改善其传动性能。,1.法向齿距与基圆齿距2.分度圆与节圆3.压力角与啮合角4.标准齿轮与零变位齿轮5.变位齿轮与传动类型6.齿面接触线与啮合线7.理论啮合线与实际啮合线8.齿轮齿条啮合传动与标准齿条型刀具范成加工齿轮,四、易混淆的概念,9.关于齿侧间隙问题 教程中在分析一对齿轮的啮合传动时，是以无齿侧间隙为出发点的。实际应用的一对齿轮啮合传动是存在齿侧间隙的，不过这种齿侧间隙很小，是通过规定齿厚和中心距

24、等的公差来保证的。齿轮啮合传动时存在微小侧隙的目的主要是为了便于在相互啮合的齿廓之间进行润滑，以及避免轮齿由于摩擦发热膨胀而引起挤压现象。在进行齿轮机构的运动设计时，仍应按照无齿侧间隙的情况进行设计。,五.斜齿轮、交错轴斜齿轮、直齿锥齿轮、蜗杆蜗轮传动,1.掌握各种传动的特点、标准参数取在何处、正确啮合条件、主要几何尺寸计算等。,作业集10-27,斜齿轮法面参数为标准值，几何尺寸计算在端面,锥齿轮：标准参数取在大端,蜗杆蜗轮：标准参数取在主平面内、转向判断、,交错轴斜齿轮：转向判断,1027 试比较各种类型的齿轮机构的特点。,(同向),第11章 齿轮系及其设计,本章的重点是轮系的传动比计算和轮

25、系的设计。,一、定轴轮系,主、从动轮转向关系的确定有3种情况：,1.轮系中各轮几何轴线均互相平行的情况,可用(-1)m来确定轮系传动比的正负号，,2.轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行，但首末两轮的轴线互相平行的情况,由于首末两轮的几何轴线依然平行，故仍可用正、负号来表示两轮之间的转向关系：,需要特别注意的是，这里所说的正负号是用在图上画箭头的方法来确定的，而与(-1)m无关。,3.轮系中首末两轮几何轴线不平行的情况,当首末两轮的几何轴线不平行时，首末两轮的转向关系不能用正、负号来表示，而只能用在图上画箭头的方法来表示。,二、周转轮系,周转轮系的传动比计算是本章的重点内容之一。,1.转化轮系（机

26、构）法：,为了解决周转轮系传动比的计算问题，可假想给整个轮系加上一个公共的角速度(-H)，使系杆固定不动，这样，周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系（称为原周转轮系的转化轮系）。,周转轮系的类型很多，若仅仅为了计算其传动比，一般来说，可以不必考虑它属于哪种类型的周转轮系，只要透彻地理解了周转轮系转化机构传动比计算的基本公式，再掌握一定的解题技巧，就能熟练解决各种周转轮系的传动比计算问题。,A、B、H为代数量，齿数比前的正负号确定同定轴轮系，按同心条件求齿数,三、混合轮系,混合轮系传动比的计算既是本章的重点，也是本章的难点。,1.混合轮系传动比的计算步骤 首先正确地划分各个基本轮系。分别列出计算各基本轮系传动比的关系式。找出各个基本轮系之间的联系，联立求解。,与定轴轮系相比，周转轮系中各轮齿数的确定要复杂一些，它不仅要满足传动比条件，还需满足：同心条件、装配条件和 邻接条件。,四、了解轮系的功用和行星轮系的配齿公式的条件,