機械原理總復習

1、1、自由度的計算2、機構(gòu)運動簡圖3、高副低代4、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,第一章,一、繪制機構(gòu)運動簡圖步驟,分析機械的動作原理、組成情況和運動情況，確定其組成的各構(gòu)件，何為原動件、機架、執(zhí)行部分和傳動各部分沿著運動傳遞路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，以確定運動副的類型和數(shù)目測量各運動副之間的尺寸，恰當?shù)剡x擇運動簡圖的視圖平面，按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺： μl=實際尺寸 m / 圖上長度mm檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條

2、件,二、機構(gòu)自由度的計算運動鏈成為機構(gòu)的條件：運動鏈相對于機架的自由度大于零，且原動件數(shù)目等于運動鏈的自由度數(shù)。自由度計算公式： F=3n－2PL － PH計算時應正確識別和處理機構(gòu)中存在的復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。復合鉸鏈：若有k個構(gòu)件在同一處形成復合鉸鏈，則其轉(zhuǎn)動副的數(shù)目應為（k－1）。局部自由度：計算時將其去除。虛約束：計算時。首先將引入虛約束的構(gòu)件及其運動副除去不計，然后再計算。,三、機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分析

3、1、平面機構(gòu)的高副低代高副低代的條件是：◆ 代替前后機構(gòu)的自由度完全相同：最簡單的方法是用一個含有兩個低副的虛擬構(gòu)件來代替一個高副?！?代替前后機構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度不變。高副低代的方法是：◆ 用兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件來代替一個高副，這兩個轉(zhuǎn)動副分別處在高副兩輪廓接觸點的曲率中心?！?如果兩接觸輪廓之一為直線，那么因直線的曲率中心趨于無窮遠，所以該轉(zhuǎn)動副演化成移動副?！?如果兩接觸輪廓之一為一點，那么因點的曲率中心為零，

4、所以曲率中心與該點重合。,綜上所述可知，高副低代的方法是：◆ 用兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件來代替一個高副，這兩個轉(zhuǎn)動副分別處在高副兩輪廓接觸點的曲率中心?！?如果兩接觸輪廓之一為直線，那么因直線的曲率中心趨于無窮遠，所以該轉(zhuǎn)動副演化成移動副。,◆ 如果兩接觸輪廓之一為一點，那么因點的曲率中心為零，所以曲率中心與該點重合。,2、機構(gòu)組成原理與結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成過程和機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析過程正好相反，前者是研究如何將若干個自由度為零的基本桿組依次

5、連接到原動件和機架上，以組成新的機構(gòu)，它為設計者進行機構(gòu)創(chuàng)新設計提供了一條途徑；后者是研究如何將現(xiàn)有機構(gòu)依次拆成基本桿組、原動件及機架，以便對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分類。,〖例題〗試計算圖示機構(gòu)的自由度（若有復合鉸鏈、局部自由度或虛約束，必須明確指出）。并指出桿組的數(shù)目與級別以及機構(gòu)級別。 （注：若自由度為1，則取A為主動副；若自由度為2，則取A和E為主動副）,,,,,,F=3n － 2PL － PH =3×8 －2×1

6、1 －1=1,1、速度瞬心的求法2、利用速度瞬心進行速度和角速度分析,第二章,,,,,1,2,3,,ω1,試用瞬心法求機構(gòu)在圖示位置時的ω2。,1、速度瞬心的求法2、利用速度瞬心進行速度和角速度分析,第三章,一、平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化,1、名詞,曲柄、搖桿、連架桿、連桿、整轉(zhuǎn)副、擺轉(zhuǎn)副,2、平面鉸鏈四桿機構(gòu)基本形式,,曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu),3、演化,通過改變構(gòu)件的形狀及運動尺寸通過改變運動副尺寸通過取不同

7、構(gòu)件為機架通過運動副元素逆換,,1、曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度和（桿長之和的條件）(2) 連架桿或機架之一為最短桿,二、平面四桿機構(gòu)的一些基本知識,2、極位夾角、急回運動、行程速比系數(shù)3、壓力角、傳動角、死點,實現(xiàn)已知運動規(guī)律,,三、平面四桿機構(gòu)的設計——圖解法,實現(xiàn)構(gòu)件給定位置,給定連桿兩組位置給定連桿三組位置給定任意標志線的三組對應位置,給定的行程速比系數(shù)K設計曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄滑

8、塊機構(gòu)、導桿機構(gòu),,給定兩連架桿三組對應位置,,在鉸鏈四桿機構(gòu)中，桿長如圖所示，構(gòu)件1為原動件。（1）判斷構(gòu)件1能否成為曲柄；（2）用作圖法求出構(gòu)件3的最大擺角；（3）用作圖法求出最小傳動角；（4）當分別固定構(gòu)件1、2、3、4時，各獲得何種機構(gòu)？,4、試作圖求出圖示飛機起落架機構(gòu)ABCD的鉸鏈點B的具體位置。已知A、B1、C1三點共線，當AB處于AB2位置時，CD處于C2D位置。,,1、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)：基圓、偏距圓、位移、行

9、程、轉(zhuǎn)角、壓力角、推程運動角、回程運動角、遠休止運動角、近休止運動角2、凸輪輪廓曲線的設計：反轉(zhuǎn)法原理,第四章,1、漸開線的性質(zhì)2、直齒圓柱齒輪的基本計算公式：d、da、d＇、df、db、p、pb、s、e、a3、重合度的概念及重合度的計算4、根切原因、不發(fā)生根切的最小齒數(shù)5、變位齒輪的變位原理、最小變位系數(shù)6、斜齒圓柱齒輪的尺寸計算,第五章,【例】一對正常齒制漸開線標準外嚙合直齒圓柱齒輪傳動中，已知：df1=38.75mm，

10、m=2.5mm，α=20°, ha*=1，C*=0.25，i12=2.5，求：1）齒數(shù)z1、z2；2）基圓半徑rb1、rb2；3）輪2齒頂圓半徑ra2；4）當實際安裝中心距a′=80.5mm時，嚙合角α′及節(jié)圓半徑r1′、r2′。,1、定軸輪系的傳動比計算2、周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算3、復合輪系的傳動比計算,第六章,輪系：由一系列彼此嚙合的齒輪組成的傳動機構(gòu)，用于原動機和執(zhí)行機構(gòu)之間的運動和動力傳遞。1、輪系的分類定軸輪系

11、、周轉(zhuǎn)輪系和混合輪系。周轉(zhuǎn)輪系又分為差動輪系（自由度為2）和行星輪系（自由度為1）。2、定軸輪系的傳動比⑴ 傳動比大小,⑵ 主、從動輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系◆輪系中各輪幾何軸線均互相平行：用(－1)m來確定，m為外嚙合對數(shù)。若計算結(jié)果為正，則說明主、從動輪轉(zhuǎn)向相同；否則說明相反?！糨喯抵旋X輪的幾何軸線不都平行，但首尾兩輪的軸線互相平行：用箭頭法表示各輪轉(zhuǎn)向，但在計算結(jié)果中仍然用“＋” 、“－”表示主、從動輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系◆輪系中首尾兩輪的幾何

12、軸線不平行：轉(zhuǎn)向關(guān)系只能用箭頭表示在圖上。,3、周轉(zhuǎn)輪系的傳動比⑴基本思路：假想給整個輪系加上一個公共的角速度－ωH，根據(jù)相對運動原理可知，各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系并不改變，但此時系桿的角速度為零，周轉(zhuǎn)輪系就轉(zhuǎn)化成了定軸輪系。⑵計算公式,注：周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比i1nH計算結(jié)果中的正負號，僅僅表明在該輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，中心輪1和n的轉(zhuǎn)向之間的關(guān)系，絕不反映該周轉(zhuǎn)輪系中1輪和n輪的絕對轉(zhuǎn)向之間的關(guān)系。即周轉(zhuǎn)輪系中各輪的實際轉(zhuǎn)向關(guān)系

13、，既不能用(-1)m來判定，也不能用畫箭頭的方法來判定，只能根據(jù)計算結(jié)果來判定。,4、混合輪系的傳動比計算復合輪系傳動比的步驟是：（1）分輪系：將復合輪系分解為基本輪系關(guān)鍵是將周轉(zhuǎn)輪系分離出來，其方法是：先找行星輪?再找系桿（支承行星輪) ?最后找中心輪（與行星輪嚙合）復合輪系中可能有多個周轉(zhuǎn)輪系，剩余的就是定軸輪系。（2）列公式：分別列出基本輪系的傳動比計算公式（3）找聯(lián)系：找基本輪系之間的聯(lián)系（4）聯(lián)立求解：聯(lián)立求解方

14、程組,【例】圖示輪系中，已知：z1=24，z2=z2'=18， z3=z3'=21， z4=63，z5=18， z6=z6'=18，z7=54。求傳動比i17。,,,,,,,,,,,,,,,,,×,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,7,2',3',6',1、了解機械平衡的目的及其分類，掌握機械平衡的方法2、熟練掌握剛性轉(zhuǎn)子的平衡設計方法，了解平

15、衡實驗的原理和方法,第十章,一、靜平衡,適用條件：軸向?qū)挾群苄〉幕剞D(zhuǎn)件（結(jié)構(gòu)平衡和結(jié)構(gòu)不平衡的討論）。 徑寬比D/b≥5的轉(zhuǎn)子（砂輪、飛輪、齒輪），可近似地認為其不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。 靜平衡條件：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,對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，無論有多少個偏心質(zhì)量，都可以適當?shù)卦黾右粋€平衡質(zhì)量即可獲得平衡。經(jīng)過平衡后，總質(zhì)心便與回轉(zhuǎn)軸線重合，即e=0。因此該回轉(zhuǎn)體可以

16、在任何位置保持靜止，不會自己轉(zhuǎn)動。這種情況叫“靜平衡”,二、動平衡適用對象：軸向尺寸較大（B/d＜5）的轉(zhuǎn)子，如內(nèi)燃機中的曲軸和凸輪軸、電機轉(zhuǎn)子、機床主軸等都必須按動平衡來處理。動平衡原理：預先選定兩個平面，根據(jù)力系等效原理，分別向兩平面分解，然后在兩平面內(nèi)作平衡，則慣性力和慣性力矩都得到平衡。這兩個平面稱為平衡面。,,m2I,,m2II,不平衡質(zhì)量分解結(jié)果：,,,,,,作圖法求解,空間力系的平衡,,兩個平面匯交力系的平衡問題,,m

17、1II,,m2II,作圖法求解,結(jié) 論 ◆ 動平衡的條件：當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子上分布在不同平面內(nèi)的各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零。這種平衡稱為“動平衡”。 ◆ 對于動不平衡的轉(zhuǎn)子，無論有多少個偏心質(zhì)量，都可以在任選的兩個平衡平面內(nèi)各加或減一個合適的平衡質(zhì)量即可使轉(zhuǎn)子獲得平衡。 ◆ 由于動平衡同時滿足靜平衡條件，所以動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡；反之，經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子不

18、一定是動平衡的。,【例題1】有四個回轉(zhuǎn)質(zhì)量m1=3kg、m2＝6kg、m3＝7kg、m4＝9kg，它們位于同一回轉(zhuǎn)面A內(nèi)，矢徑分別為r1＝20mm，r2＝12mm，r3＝10mm，r4＝8mm，其間夾角依次互為90º，如圖所示。今要求在回轉(zhuǎn)半徑rb＝10mm處加一平衡質(zhì)量mb，試求mb及其矢徑rb與r1間的夾角大小。,,,,,,m1,m2,m3,m4,r1,r2,r3,r4,質(zhì)量1的質(zhì)徑積為：,【解】,質(zhì)量2的質(zhì)徑積為：,質(zhì)量

19、3的質(zhì)徑積為：,質(zhì)量4的質(zhì)徑積為：,m1r1,m2r2,m3r3,m4r4,mbrb,量得mbrb＝10kgmm平衡質(zhì)量mb＝1kg，與r1的夾角為0°,1、等效力矩或等效力的求法2、等效轉(zhuǎn)動慣量或等效質(zhì)量的求法3、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的求法,第十二章,一、等效動力學模型的建立,對于單自由度的機械系統(tǒng)，只要知道其中一個構(gòu)件的運動規(guī)律，其余所有構(gòu)件的運動規(guī)律就可隨之求得。因此，可把復雜的機械系統(tǒng)簡化成一個構(gòu)件（稱為等效構(gòu)件），建立

20、最簡單的等效動力學模型，將使研究機械真實運動的問題大為簡化。轉(zhuǎn)化原則：該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動力學效果保持不變。即：◆ 等效構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量所具有的動能，應等于整個系統(tǒng)的總動能?！?等效構(gòu)件上的等效力、等效力矩所做的功或所產(chǎn)生的功率，應等于整個系統(tǒng)的所有力、所有力矩所做功所產(chǎn)生的功率之和。,1、等效力矩和等效力,若等效構(gòu)件為繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件，則,若等效構(gòu)件為移動件，則,若計算出的Me、Fe為正，則表示Me和ω、 Fe和v的方向一致，

21、否則相反。,若等效構(gòu)件為繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件，則,若等效構(gòu)件為移動件，則,2、等效轉(zhuǎn)動慣量和等效質(zhì)量,二、周期性速度波動程度的衡量指標,三、產(chǎn)生周期性波動的原因,周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中，在一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，等效驅(qū)動力矩所做的功等于等效阻力矩所做的功。但在運轉(zhuǎn)周期內(nèi)的任一時刻，等效驅(qū)動力矩做的功不等于等效阻力矩做的功，從而導致了機械運轉(zhuǎn)過程中的速度波動,,,φT,φT,,,,,,,,,Md,Mr,MdMr,△W為正時稱盈功△W為負時稱虧功

22、,,,△Emin,,,△Emax,在一個周期內(nèi)△W為零,在一個運動循環(huán)內(nèi)，驅(qū)動力矩和阻力矩所作的功分別為,當機器角速度最大時，機器做的功最大；當機器角速度最小時，機器做的功最小。,,四、飛輪設計,飛輪設計的關(guān)鍵是根據(jù)機械的平均角速度和允許的速度不均勻系數(shù)來確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。,定義：最大的盈功與最大虧功之差稱為最大盈虧功。即：,分析：◆ [W]、n一定時，JF↑→δ↓→機械速度波動↓，達到調(diào)速的目的。但δ↓↓→ JF↑↑，從而使飛輪過

23、于笨重◆ [W]、 δ一定時， JF與n成反比，所以為減小飛輪轉(zhuǎn)動慣量，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上,（當JC＜＜JF時）,,能量指示圖求[W]：任意繪制一水平線，向下畫箭頭表示虧功，向上畫箭頭表示盈功，箭頭長度與陰影面積相等。由于循環(huán)始末的動能相等，故能量指示圖為一個封閉的臺階形折線。則最大盈虧功等于指示圖中最低點到最高點之間的高度值。,最大盈虧功的計算,,,,,,,,,,,a,b,c,d,e,a',f1,f2,f3,f4