机械原理考试大纲

第1页共7页1机械原理考试大纲1、绪论⑴内容①机械原理的研究对象及基本概念②机械原理课程的内容及在教学中的地位、任务和作用③机械原理学科的的发展趋势⑵基本要求①明确本课程的研究对象和内容。②明确本课程的地位、任务和作用。③对本学科的发展趋势有所了解。⑶重点、难点本章重点是“本课程研究的对象和内容”。对零件、构件、机器、机构、机械等名词和概念要弄得很清楚，对机器与机构的特征和区别要清楚。比如：零件与构件的不同之处在于零件是机器有制造单元而构件是机器的运动单元，这些都应熟练掌握。2、平面机构的结构分析⑴内容①研究机构结构的目的②运动副、运动链和机构③平面机构运动简图④平面机构的组成原理和结构分析⑵基本要求①能计算平面运动链的自由度并判断其具有确定运动的条件。②能绘制机构运动简图。③能进行机构的组成原理和结构分析。⑶重点、难点何谓约束？约束数与自由度数的关系如何？平面低副（转动副和移动副）和高副各具有几个约束，其自由度为多少？平面机构自由度F=32nPPLH。要注意式中n为活动构件数而不是所有构件数，PL为平面低副数，PH为平面高副数。为使F计算正确，必须正确判断n、PL、PH的数目，因此要注意该机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束等。对于复合铰链，只要注意到，计算运动副数目时不弄错就行了；局部自由度常出现在有滚子的部分；而虚约束的出现较难掌握，应认真领会课堂讲解中所列可能出现虚约束的几种情况。能正确分析机构的组成原理，平面连杆机构的高副低代，杆组级别判断。3、平面机构的运动分析⑴内容①研究机构运动分析的目的和方法②用相对运动图解法求机构的速度和加速度第2页共7页2③用解析法机构的位置、速度和加速度⑵基本要求①能用图解法对机构进行运动分析。②能用解析法对机构进行运动分析。⑶重点、难点相对运动图解法（又称向量多边形法）为本章的重点内容。所讨论的问题有两类。一类是在同一构件上两点间的速度和加速度的关系；一类是组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的关系。这两类问题都可以通过建立矢量方程式，作速度多边形和加速度多边形来解题。要注意一个矢量方程只能解两个未知数，若超过两个则要通过与其它点之间新的矢量方程式来联立求解。在解题时要充分利用速度、加速度影像原理，以期达到简捷、准确的目的。关于后一类问题，是否存在哥氏加速度是其中的关键，判断方法如下：1）两构件组成移动副，但只有相对移动，而无共同转动时，重合点间加速度关系中无哥氏加速度。2）若两构件组成移动副，即有相对移动又有共同转动时，重合点间加速度关系中必存在哥氏加速度。4、平面机构的力分析和机器的机械效率⑴内容①研究机构力分析的目的和方法②构件惯性力的确定③运动副中摩擦力的确定④不考虑摩擦力的机构力分析⑤速度多边形杠杆法⑥考虑摩擦力的机构力分析⑦机器的运动和功能关系⑧机器的机械效率和自锁⑨瞬时效率计算及自锁分析示例⑵基本要求①掌握运动副中的摩擦力计算。②能对简单的机械分析其效率及自锁条件。③能用速度多边形杠杆法求平衡力或平衡力矩。⑶重点、难点本章节与理论力学有相同部分，要弄清摩擦系数与摩擦角、当量摩擦系数与当量摩擦角以及摩擦圆的概念。弄清移动副中的摩擦力与转动副中的摩擦力以及与总反力的关系，要充分理解总反力这一概念，以及总反力作用方向的确定。能熟练作出力三角形，关键在于力三角形中各个角度的确定，角度对了，那么力也就算对了。掌握用速度多边形杠杆法求平衡力或平衡力偶距的方法，这一原理在后面的章节“机器的运转及其速度波动的调节”中还要用到。也可以在后面用到时反过来再学习这一部分内容。5、掌握机械效率的定义以及用功、功率、力或力矩之比的表达式；能计算串联、并联和第3页共7页3混联的机械效率。理解自锁的条件，在解题时能运用自如。特别在斜面传动的效率上，能够确定滑块正反行程的效率与自锁条件，以及在螺旋和蜗杆蜗轮传动效率上运用，关键在于作出正确的力三角形。效率都是通过力的形式来进行计算。在进行效率的计算过程中，也有捷径可走，如已列出正行程的效率表达式，那么，反行程的效率表达式只要把摩擦角φ改成-φ就行了。这样就节省大量时间。6、平面机构的平衡和机器的运转及其速度波动的调节⑴内容①平衡的目的和分类②刚性回转件的平衡③研究机器运转及其速度波动调节的目的④机器等效动力学模型⑤机器周期性速度波动的调节方法和飞轮设计⑵基本要求①掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。②了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式的方法。③了解飞轮调速原理。⑶重点、难点掌握刚性转子静、动平衡的原理；弄清楚研究机器运转及其速度波动调节的目的。机器运转速度的波动有两种不同的形态，一种是周期性速度波动，另一种是非周期性速度波动。这里要弄清周期性速度波动的调节问题，调速的方法是在机器中安装一个具有较大转动惯量的回转构件——飞轮，了解机器产生周期性速度波动和非周期性波动的原因，飞轮的作用及飞轮的调速原理，7、平面连杆机构及其设计⑴内容①平面连杆机构的特点及其设计的基本问题②平机四杆机构的基本型式及其演化③平面四杆机构的主要工作特性⑵基本要求①了解铰链四杆机构的基本型式、演化和应用。②对曲柄存在条件、传动角、死点和极位、行程速度变化系数等有明确的概念。③能按行程速度变化系数设计四杆机构。⑶重点、难点连杆机构设计的两类基本问题是：1）实现已知的运动规律；2）实现已知的轨迹。本章要弄清的一些基本概念：如整转副、摆动副、机架、连架杆、连杆、曲柄、摇杆等等。重点要掌握以下几个问题：1）铰链四杆机构有曲柄条件①最长杆与最长杆之长度和小于其它两杆之和（简称“杆长之和条件”，是具有二个整转副构件和条件）；②最短杆为连架杆或机架。这两个条件必须同时满足，否则在机构第4页共7页4中不存在曲柄，因而只能是双摇杆机构。2）压力角和传动角关系压力角α——在不计摩擦和构件惯性力的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度的方向线之间所夹之锐角。传动角γ——压力角的余角。3）行程速比系数KK从动件空行程回程平均速度从动件工作行程平均速度()180180系数K只适用于取曲柄为原动件的连杆机构，如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构及曲柄导杆机构等。K1代表机构具有急回特性。也就是当曲柄的极位夹角θ0时，机构存在急回特性。给定了机构的有关尺寸，就可以根据定义求出极位夹角θ。设计的几何关系为：当从动件处于两个极限位置时，其曲柄和连杆共线（重合一直线和延长一直线）。8、凸轮机械及其设计⑴内容①凸轮机构的应用和分类②从动件的运动规律③按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线――作图法⑵基本要求①了解凸轮机构的和应用。②对从动件的运动规律、凸轮机构压力角和自锁有明确的概念。⑶重点、难点及学习注意事项凸轮机构是以其从动件的位移或摆角来实现给定的运动规律的。因此，从地劝件的运动规律是设计凸轮轮廓的主要依据。要搞清等速、等加速等减速、简谐、摆线四种运动规律，弄清解析表达式中推程部分的位移、速度、加速度三个公式。实际上只要记住位移表达式就可以了，速度和加速度公式只是位移公式的简单求导过程。对这几种运动规律的位移、速度和加速度线图要有所了解，柔性冲击与刚性冲击的概念以及分别在什么运动规律中发生。掌握反转法，能按给定位移线图绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓。掌握压力角的概念，并在作图中能够表达出来。9、齿轮机构及其设计⑴内容①齿轮机构的应用和分类②齿廓啮合基本定律③渐开线及渐开线齿廓④渐开线齿轮和各部分名称及标准齿轮的尺寸⑤渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动⑥渐开线齿廓的展成加工及根切现象⑦变位齿轮⑧平等轴斜齿圆柱齿轮机构⑨蜗杆机构及圆锥齿轮机构第5页共7页5⑵基本要求①掌握齿廓啮合基本定律、渐开线性质、渐开线齿轮啮合的特点。②掌握标准直齿圆柱齿轮的参数与几何尺寸的关系，并能进行几何设计。③掌握渐开线轮齿的展成原理、根切现象、最少齿数。④了解变位和变位齿轮传动的概念。⑤了解斜齿圆柱齿轮、蜗杆、蜗轮和直齿圆锥齿轮的特点，并能对它们进行几何设计⑶重点、难点本章内容较多，名词术语多、概念多、符号多、公式多，理论系统性强，几何关系复杂。因此在学习过程中，要认真领会各章节的基本内容，特别是渐开线的性质和极坐标参数方程要牢记，结合书中的图对渐开线方程要有深刻理解并能灵活应用。因为我们所研究的齿轮的齿廓是渐开线，因此，一对渐开线齿廓啮合传动时的性质要牢记，这些性质对讨论齿轮机构的几何关系具有非常重要的作用，必须深刻领会其几何意义。如：NN12既是啮合线，又是两基圆的内公切线、两齿廓在啮合点的公法线和齿廓之间力的作用线（不计摩擦时）；一对渐开线齿廓的趴合过程相当于其节圆作纯滚动；啮合角恒等于节圆压力角，它决定了一对渐开线齿廓不认经在哪点啮合，也不论中心距如何变化，两齿廓间的正压力始终切于基圆；渐开线齿轮传动具有可分性。熟记齿轮各部分的名称和符号。掌握渐开线标准直齿轮的基本参数（模数m、分度圆压力角α、齿数Z、齿顶高系数ha*和顶隙系数c*）与几何尺寸的关系，特别是齿数、模数及压力角与尺寸的关系，及标准齿轮的特征及标准齿条的特点。一对齿廓的啮合传动过程，要弄清以下几个重要结论：1）实际啮合线BB12、理论啮合线NN12、啮合起始点、终点和齿廓工作段。2）正确啮合条件：弄清mmm12和12的结论是如何得来的。3）标准中心距安装：无侧隙（无侧隙啮合传动的条件），顶隙为标准值。其时分度圆与节圆重合。注意节圆与分度圆这两个不同的概念。每个齿轮都有一个大小完全确定的分度圆，而节圆是在一对齿轮啮合传动时，以齿轮的轴心为圆心过两齿轮啮合的节点所作的圆，对于单个齿轮来讲，因无节点，所以也就无所谓节圆。因此，节圆只有在两齿轮啮合传动时才存在，而且其大小将随两轮中心距的改变面改变。注意重要关系式：aarrbbcoscos12，这里要注意啮合角和压力角是两个不同的概念。啮合角是在一对渐开线齿轮啮合传动时啮合线与过节点所作两轮节圆的公切线之间所夹的锐角，它在数什上等于渐开线齿廓在节圆上一点处的压力角。当以标准中心距安装时，因节圆与分度圆重合，所以啮合角也就与压力角相等。当以非标准中心距安装时，要知道哪些参数发生了变化。4）连续传动条件，重合度定义。关键还是要牢记前面的渐开线性质，要能推导重合度的公式。用范成法加工齿轮是以一对齿轮或齿条与齿轮作无侧隙啮合传动的原理为依据的。通常以齿条插刀切制齿轮来了解范成法切削加工原理。这里要了解两个重要因素：1）运动条件：分度圆的线速度等于刀具的移动速度即vrmz刀12。2）刀具与轮坯的相对位置：在齿轮加工过程中，轮坯的分度圆（节圆）与刀具的节线相切对滚。要加工出标准齿轮，就必须以刀具的中线作为节线，使轮坯的分度圆与刀具的中线相切。第6页共7页6根切是用范成法加工齿轮时出现的不可忽视的现象。要了解根切的原因以及不发生根切的条件，要会推导公式（关键还是要弄清基圆、分度圆、齿顶圆及啮合线等之间的关系）。通过对标准齿轮局限性分析，引出了变位齿轮。阅读这一节要了解齿轮变位的目的和变位齿轮不发生根切的条件。了解变位齿轮、变位系数的含义。对于斜齿圆柱齿轮，要注意搞清法面参数与端面参数以及与螺旋角之间的关系，记住以法面参数为标准值。弄清平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件，内、外啮合时螺旋角所要满足的条件。了解斜齿轮的重合度比直齿圆柱齿轮大。与直齿相比其中心距的有什么特点。弄清斜齿轮的当量齿轮与当量齿数。蜗轮蜗杆传动象一个螺旋机构，而在它的主平面内又相当于齿条与齿轮啮合。了解直径系数q这个参数，正确啮合条件。能正确判断蜗杆与蜗轮的转向关系。直齿圆锥齿轮与直齿圆柱齿轮相比，多了圆锥角、齿顶角和齿根角，一些计算公式都有所变化，圆锥齿轮的几何尺寸计算都是按大端进行的。要弄清背锥的含义，弄清当量齿轮与当量齿数。了解正确啮合条件。10、轮系及其设计⑴内容①轮系及其分类②定轴轮系的传动比及应用③周转轮系的组成及传动比④复合轮系的传动比及应用⑤行星轮系各轮齿数和行星轮数的选择⑵基本要求①了解轮系的分类和应用。②掌握基本轮系(定轴轮系、单一的差动轮系和单一的行星轮系)与组合轮系的传动