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,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(

2、) 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

3、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，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、1

4、0 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

5、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

6、； 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

7、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5-2,二、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

8、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

9、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,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

10、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

11、：, 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；

12、 ,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

13、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、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

14、.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

15、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、

16、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：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

17、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

18、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，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

19、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

20、图形记忆概念）。,1.齿廓啮合基本定律：节点、节圆、 图10-4 2.渐开线的性质、方程；图10-610-7 3.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 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

21、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、sa、sf、ha、hf,图10-2210-26, 变位齿轮的传动类型及优缺点 零

22、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

23、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

24、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系的设计。,一、定轴轮系,主、从动轮转向关系的

25、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（机构）法：,为了解决周转轮系传动比的计算

26、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,