机械原理期末复习lsj.ppt

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1、第二章 机构的组成 原理与结构分析,平面机构的自由度,机构所具有的独立运动的数目,公式：,n 活动构件数（总构件数-1） pl 低副数目 ph 高副数目,机构具有确定运动的条件,机构的主动件数机构的自由度数,机构具有确定运动的条件就是,F 0 桁架 构件间无相对运动,计算机构自由度时应注意的问题,1.复合铰链,1,2,3,1,2,3,复合铰链数=构件数-1,两个以上构件同时在一处以转动副相联接就构成了复合铰链,2.局部自由度,n=3,pl=3,ph=1,F=3n- 2pl - ph=2,?,个别构件所具有的，不影响其他构件运动的自由度称为局部自由度,3.虚约束,n=4,pl=6,ph=0,F=

2、3n-2pl - ph=0,?,不起独立限制作用的约束称为虚约束,去掉虚约束,n=3,pl=4,ph=0,F=3n- 2pl - ph=1,轨迹重合,公共约束,F=(3-1)n-(2-1)pl,由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得机构中所有构件同时受到某些约束而丧失了一些独立运动的可能性，一般就把这类约束称为公共约束。,2.4 平面机构的组成原理和结构分析,2.4.1 机构的组成原理,机构=机架+主动件+从动件组,F机构 =,F机构=F机架+F主动件+F从动件组,=0,F=3527=1,F=1,F=3223=0,基本杆组：,不能再拆分的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组(Assur Grou

3、p)。,任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于主动件和机架上而构成的。,机构的组成原理：,级杆组的形式（五种） R-revolute pair P-prismatic pair,PRP,RPP,RRR 外内外,RRP,RPR,级杆组的形式: n=4, pl =6,特点: 1.有3个内副，3个外副；,3+3=6,1+3=4,2.中间是1个三副构件，外部是3个双副构件。,级杆组的形式：,特点：有4个内副,n=4, pl =6,机构的级（表明机构的复杂程度）,机构中杆组的最高级别即为机构的级 级机构：全部是级杆组 级机构：最高杆组是级杆组,除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由度并指出

4、主动件； 拆去主动件和机架； 从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接的运动副方向搜索，找出外运动副已知的级或级杆组； 从与已拆下的前一级杆组相连接的运动副开始，重复上步过程，直至拆出全部基本杆组； 根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构的级别。,拆杆组的步骤,级机构,例题：分析牛头刨床的结构并确定该机构的级别,RPR,RRP,第三章 平面机构的运动分析,瞬心的求法,观察法,三心定理,作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上.,K,Vk1,Vk2,1,2,瞬心的应用,1,2,3,4,P13,P24,p14,p34,p23,p12,1,2,3,P12,p13,p23,P23

5、,1,2,p13,p12,3,机构运动分析的步骤：,画出机构简图，把各构件和有关点编号； 拆分杆组； 对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数； 从与主动件联接的构件开始，找出外运动副已知的基本杆组对其分析； 若杆组中还有其他待求点，应用刚体上任一点参数公式，求出各点的运动参数。,例：六杆机构运动分析,3,7,4,5,9,6,8,画出机构简图，把各构件和有关点编号；,拆分杆组；,分析（杆组调用）顺序,1) 分析原动件，求出3点的运动参数； 2)已知2、3点的运动参数，分析RRR杆组，求出4点及1、2构件的运动参数； 3) 以2、3位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出5、8、7点

6、的运动参数； 4) 已知2、5点的运动参数，分析RRP杆组，求出6点及4、5构件的运动参数； 5) 以5位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出9点的运动参数,第五章 平面连杆机构及其设计,有曲柄的条件：,（2）连架杆与机架中必有一杆为最短杆。 最短杆条件,（1）最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆的长度和。 杆长条件,1) 曲柄摇杆机构,铰链四杆机构的类型,应用,功能：连续转动往复摆动,连架杆为最短杆,2) 双曲柄机构,铰链四杆机构,功能：匀速转动非匀速转动,机架为最短杆,平行四边形机构,应用,具有运动不确定性,功能：匀速转动匀速转动,应用,铰链四杆机构,若不满足曲柄存在条件（1），无论取

7、哪个构件 作机架，都是双摇杆机构。,3) 双摇杆机构,功能：摆动摆动,连杆为最短杆,满足曲柄存在条件（1），但不满足条件（2）；,5.2.1.2 急回特性,曲柄摇杆机构,机构的两个极限位置,极位夹角,摆动范围,急回特性,K越大，急回特性越显著,C1,C2,A,M,D,本题的解有无穷多个,C1,C2,a,b,A,a,B2,B1,D,5.2.1.3 压力角与死点,压力角：从动件上所受驱动力方向与力的作用点速度方向的夹角。,F1,F2,v,F,传动角,，传力性能越好,死点,对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，会出现两个死点位置。,偏心曲柄滑块机构：,对心曲柄滑块机构：,曲柄条件：,曲柄条件：,无急回

8、特性,有急回特性,a,b,压力角,死点位置：AB与BC共线 (滑块为主动件),滑块行程：s=2a,a,b,对心曲柄滑块机构与偏心曲柄滑块机构,摆动导杆机构：a b,1、传力性能好,a,b,B,A,C,特点：,由转动的主动件+RPR杆组而成,急回系数：,2、有显著的急回特性,B,A,C,摆动导杆机构,A,回转导杆机构：ab,56 用图解法设计连杆机构,E1,E2,P12,P12转动极（极）,12有向转动角,动平面由E1到E2的位置过程中，动平面上任意一点都绕P12转12,半角转动法及其基本原理,12/2转动半角，为有向角,M1P12始边 M0P12终边,N1P12始边 N0P12终边,导引动平面

9、由E1到E2的位置的四杆机构的设计,求极点 求转动半角 刚化半角，半角绕极点转动 在半角始边选动铰链，在半角终边选定铰链 顺序连接各铰链，并将动平面固结到连杆上，得四杆机构即为所求。,设计步骤：,P12,m12,n12,M0,N0,5.连接各构件，将动平面固定到连杆上,1.求极点P12,2.求转动半角12/2,3.刚化半角， 绕极点P12转动,4.在始边选动铰链，在终边选定铰链,12/2,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,N1,M1,A0,B0,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,R12,相对极和转动半角求法：,沿A0 B0方向线作-/2和-/2角，两线交点即为相对极，夹角即为转动半角,

10、按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,R12,R12,一连架杆转过角，另一连架杆（滑块）移动S距离,转动极和转动半角的求法： 过A0 作导路的垂线，由此作-/2和-s/2，两线交点为极点，夹角为转动半角,R12,一连架杆转过角，另一连架杆（滑块）移动S距离,第六章 凸轮机构及其设计,o,A,B,B,C,D,滚子从动件盘形凸轮机构,从动件的基本运动规律,推程运动线图,等速运动规律,速度突变产生刚性冲击，适用于低速场合。,等加速等减速运动,h,加速度突变产生柔性冲击，适用于中速场合。,简谐运动规律余弦加速度运动规律,有休止，有柔性冲击；无休止，无冲击。,正弦加速度运动规律,没有冲击,凸轮轮廓曲线的

11、设计的图解法,基本方法：反转法,依 据：相对运动不变原理,基本思想：设想给整个机构加上一个与凸轮角速度大小不变而方向相反的转动，此时，凸轮静止不动，而从动件一方面随机架相对凸轮以-的角速度绕凸轮轴转动，另一方面又以原有的运动规律相对机架运动。,e,已知r0,偏心距e，,1 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,直动从动件盘形凸轮轮廓的设计,从动件的运动规律,1）作基圆,偏心圆，从动件导路，按从动件的运动规律标出各运动角,2）将推程运动角和回程运动角等分并得到一系列与基圆的交点。,偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计,e,1,2,3,4,5,6,7,8,9,3）过交点作偏心圆的切线，沿偏心圆的切线从基圆开

12、始量从动件的位移量，又得到一系列点1、2、3,偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计,e,4)用光滑曲线连接一系列点1、2、3，得到凸轮轮廓曲线。,偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计,1,2,3,4,5,6,7,8,9,e,2 偏置直动滚子从动件盘形凸轮,e,直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制,e,直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制,6.4 凸轮机构设计中的几个基本问题,从动件运动规律的确定方法 压力角和自锁 凸轮廓线曲率半径和运动失真 凸轮机构基本尺寸确定,6.4.2 凸轮机构的压力角和自锁,直动从动件,力作用线方向与从动件速度方向所夹的锐角称为压力角。,s0,s,o,C,P,B,e,与r0,e

13、,s有关，且r0越大 越小,凸轮顺时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心左侧； 凸轮作逆时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心的右侧。,偏心距e 的确定,为了减小推程压力角：,第七章 齿轮机构及其设计,K,N,A,rb,O,渐开线方程,直齿圆柱齿轮的基本参数,压力角标准,分度圆,标准压力角,r,7.3.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数,模数标准,齿高及顶隙标准,h,标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式,按标准参数设计，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。,标准齿轮,7.4 渐开线齿轮的啮合传动,o1,o2,P,N1,过两齿廓接触点的公法线N1N2是两基圆的内公切线-P为定点,K,N2,7.4

14、.1 渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律,传动比为定值,7.4.2 渐开线齿廓传动的特点,1. 啮合线为一条定直线，啮合角不变,2、正压力的方向和位置不变 传动的平稳性（动力学特点）,3、传动比与中心距无关,o1,o2,P,N1,K,N2,渐开线啮合的可分性（运动学特点）,4 齿轮与齿条啮合传动,rb,P,N1,B2,K,B1,O1,1,vr,齿轮与齿条啮合的特点： 节圆就是分度圆，啮合角等于压力角。,7.4.4 渐开线齿轮的啮合传动,7.4.4.1 正确啮合条件,保证相邻两齿同侧齿廓的法向齿距相等,正确啮合条件：,K,7.4.4.2 连续传动条件,B1K=pn,Pn=pb,啮合过程：,连续传动条

15、件：,重合度,连续传动条件 - 重合度的计算公式：,式中,7.4.4.3 间隙条件,无侧隙条件:,顶隙条件:,标准齿轮：,7.5.1 用标准齿条形刀具切制渐开线齿廓,标准齿条形刀具,切制原理,节圆,节线,节圆就是分度圆,m=m刀 被切齿轮的z取决于刀具与轮坯的相对运动 v/=OP= r =zm/2 被切齿轮的s取决于刀具与轮坯的相对位置,结 论,刀具的中线与分度圆相切s=u 标准齿轮 刀具的中线与分度圆相离或相割su或su 变位齿轮,7.5.2 齿轮切制中产生根切的原因 及避免根切的方法,产生根切的原因如果刀 具的齿顶线超过了啮合线与 轮坯基圆的切点N1，则被切 齿轮的齿廓必将发生根切。,不根

16、切的条件:,刀具的齿顶线不超过极限啮合点N1,标准齿轮,标准齿轮不根切的最小齿数,最小变位系数的求法,变位齿轮,最小变位系数,标准齿轮与变位齿轮,刀具由轮坯中心远离时为正变位，x 0；加工出的齿轮为正变位齿轮。,刀具移近轮坯中心时为负变位，x 0；加工出的齿 轮称为负变位齿轮。,刀具中线与齿轮分度圆相切，x = 0 ；加工出的齿轮为标准齿轮。,一般情况下，采用变位齿轮传动：,变位齿轮与标准齿轮的异同,渐开线,x 0,x = 0,x 0,分度圆,基圆,不变量：,变化量：,7.6.2 齿轮传动的类型及应用,正传动 零传动 负传动,标准齿轮：标准安装（r=r, a=a, =）,变位齿轮：,根据x1+

17、x2将齿轮传动分为三类：,正传动,因,零传动,2、可以改善小轮齿根部的磨损,负传动,变位齿轮的无侧隙啮合方程式：,7.6.3.3 变位齿轮各部分尺寸计算,B,7.7.1.2 尺寸参数计算,端面参数与法面参数,h,h,尺寸参数,h,h,斜齿轮几何尺寸计算,7.7.2 蜗杆传动,蜗杆蜗轮的形成,对偶法加工蜗轮： 轮1做成刀具，加工出轮2，呈线接触。蜗杆可以不是渐开线，如阿基米德蜗杆。,轮1称为蜗杆，轮2称为蜗轮,蜗杆传动特点：,1、传动比大。,2、可以实现反向自锁。,3、结构紧凑，传动平稳。,4、效率低,阿基米德蜗杆与蜗轮啮合,在中间平面内，恰似直边齿条与渐开线齿轮的啮合传动,蜗杆传动基本参数,7

18、.3.3 圆锥齿轮传动,用于传递两相交轴之间的运动和动力。,相当二节圆锥互滚,基本参数,尺寸参数计算以大端为准,第八章 轮 系 Gear chains,外啮合次数,所有主动轮齿数乘积,所有从动轮齿数乘积,轮系中各轮几何轴线均互相平行的情况,“+”号表示1轮k轮转向相同； “-”号表示1轮k轮转向相反。,定轴轮系传动比计算,轮系中各轮几何轴线不都平行的情况,不能用正负号表示两轮的转向关系，而用画箭头方法表示。,所有主动轮齿数乘积,所有从动轮齿数乘积,轮系中各轮几何轴线不都平行,但首末两轮的轴线平行的情况,8.3 周转轮系的传动比,转化机构,转化机构传动比,“”号表示转化机构中齿轮1和齿轮3转向相

19、反,转化机构的传动比为“”正号机构 “”负号机构,三个运动参数： 若已知其中一个，就可以求出另两个的比值。 若已知其中两个，就可以求出另一个。,行星轮系的传动比：,8.4 复合轮系的传动比,确定单一周转轮系：行星轮转臂中心轮。 确定定轴轮系； 分别列方程并联立求解。,已知各轮齿数Z1 = Z3 = Z4 = Z6 = 25, Z1=75,Z3=Z5=40, Z4=20, Z5 =30,试求i6H。,解： 该轮系是由一3K型差动轮系和定轴轮系并联而成的混合轮系。 对于由齿轮1、4、4、5、6和系杆H组成的3K型差动轮系，可列式： 对于由齿轮1、2、3、3、5组成的定轴轮系，可列式： 分析上述两个

20、轮系之间的联系，可得： 联立求解上述等式，可得：,在如图所示混合轮系中，已知各轮齿数，求i1H?,解： 该轮系是由一周转轮系和一定轴轮系并联而成的复合轮系。由行星轮6、系杆H、中心轮5和7组成了自由度为2的差动轮系。轮系剩下部分为定轴轮系，在定轴轮系中齿轮1、4的运动分别输入到差动轮系的两个中心轮5和7。这样构成一个并联组合的混合轮系。 对于由齿轮1、2、3、4组成的定轴轮系，可列式： 对于由齿轮5、6、7和系杆H组成的差动轮系，可列式： 分析上述两个基本轮系之间的联系，可得： 联立求解上述等式，可得：,第十章 平衡,m1,m2,m3,m,r1,r2,r3,r,m3r3,mr,静平衡使：,m2

21、r2,m1r1,即：mr+m1 r1+m2 r2+m3 r3=0,即加一平衡质量m，回转半径r，使,偏心质量m1、m2、m3,其回转半径r1、r2、r3，2 2, F1、F2 、F3不在同一回转面内，故会形成一惯性力和惯性力偶。,10.1.2 刚性转子的动平衡,动平衡是使：,使、面内力的惯性力平衡，实现动平衡,选择两个平衡基面、；将各离心惯性力F1、F2、F3分解到、面内，使、面内力的惯性效应与原力的惯性效应相等,11 机械中的摩擦及机械效率,摩擦角,11.2 移动副中的摩擦,外力作用在接触面内,接触表面非平面,槽面,总摩擦力,柱面摩擦时的,11.57,等效摩擦系数,柱面,l,P,T,P,r,

22、r,11.3 转动副中的摩擦,l,P,T,P,r,r,以此判断总反力切于摩擦圆的 那一侧。,效率的概念及计算：,效率也可用功率表示：,效率的计算,对于理想机械所需的驱动力为P0，则,Q,效率的计算公式,也可表达为,l,b,j,P,Q,R,R,Q,P,例118 计算斜面的效率。,正行程,l,b,j,P,Q,R,R,Q,P,反行程,机组的机械效率,串联机组,并联机组,第12章 机械的运转及其速度波动的调节,等效动力学模型 1 等效构件,等效力矩是一个假想力矩，它的瞬时功率应等于原机械系统所有力或力矩所产生的瞬时功率之和。,等效转动惯量是一个假想的转动惯量，它所具有的动能等于机械中所有构件的动能之和

23、。,12.3.1机械运动方程式的建立,12.3 机械运动方程式的建立及求解,（1）等速稳定运转：,每个瞬时,（2）周期变速稳定运转：在J和T的公共变化周期 内,a.,b.,b.,12.4 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节,12.4.1 机械稳定运转的条件,12.4.2 机械运转不均匀系数,机械产生速度波动的原因: 在机械运转的某一时段内等效驱动力所作的功不等于等效阻抗力所作的功。,12.4.3 机械周期性速度波动的调节,2.飞轮转动惯量的计算,当W 0时称为盈功，当W 0时称为亏功,(1) 等效力矩线图：,(3) 角速度变化规律：,(4) 盈亏功变化线图,(2) 盈亏功: 等效驱动力矩和等效阻力矩所作功之差,(5) 最大盈亏功： 可以看出该机械系统在b点处具有最小的动能增量，角速度将达到最小值min；而在c点机械具有最大的动能增量，角速度将达到最大值max。两者之差称为最大盈亏功，用表示，即驱动功与阻抗功差值的最大值,(6) 飞轮的转动惯量,即Td、Tr在max和min区间内包围的面积的代数和,(7) 最大盈亏功的求解（已知Td, Tr线图）,（1）求Td、Tr曲线交点区间内的盈亏功f1,f2.,（2）作盈亏功变化线图，求出max ，min,（3）求出max ，min区间内的盈亏功,Thanks and Good Lucky,