机械原理总结复习

1.机构将运动链中某一构件固定作为机架，并有一个或几个构件给定运动规律（原动件），而使其余构件（从动件）具有确定的运动，则此种运动链称为机构。第二章机构的结构分析2）原动件：按给定运动规律独立运动的构件；3）从动件：机构中其余活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律、机构的结构和构件的尺寸。1个或几个1个机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件若干1）机架:机构中特殊的构件，一般情况下机架相对地面固定不动，即机构中的固定构件。2.机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。使机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，称为机构的自由度。3.机构的自由度机构具有确定运动的条件为：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。自由度数＝原动件数4.机构具有确定运动的条件1)复合铰链2)局部自由度3)虚约束5.计算平面机构自由度时应注意的事项1）任何机构都可看作是由若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。6.平面机构的组成原理2）原动件与机架组成Ⅰ级杆组3）最高级别为Ⅱ级的基本杆组成的机构称为Ⅱ级机构。4）最高级别为Ⅲ级的基本杆组成的机构称为Ⅲ级机构。n=4，PL＝6，这种基本杆组称为Ⅲ级组。n=2,PL=3，这种基本杆组称为II级组。机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。①计算机构的自由度，确定原动件。②从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆Ⅱ级组，当不可能时再试拆Ⅲ级组。但应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部分仍组成机构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出只剩下Ⅰ级机构。③确定机构的级别。（2）平面机构结构分析的步骤：8.平面机构的结构分析（1）确定机构的组成与级别两个互相作平面运动的构件上瞬时速度相等的重合点。简单地说是两构件的等速重合点。绝对瞬心－等速重合点绝对速度为零。相对瞬心－等速重合点绝对速度不为零。瞬心的表示：构件i和j的瞬心用Pij表示。（1）速度瞬心1.速度瞬心及其位置确定第三章平面机构的运动分析2.三心定理:三个相互作平面（平行）运动构件的三个速度瞬心位于同一直线上。其中一个瞬心将另外两个瞬心的联线分成与各自角速度成反比的两条线段。vC=vB＋vCB3.用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析VCyxo2VBCBVCBωVCVBVCBpcbyxo2aBCBaCBεaCVCCBCBntBCBCBaaaaaa=+=++aCaBaCBp′cbnCBatCBa第四章平面机构的力分析驱动机械运动的力。（1）驱动力(外力)：1.作用在机械上的力称为驱动功或输入功。与其作用点的速度方向相同或者成锐角；其特征：其功为正功，分为外力与内力。阻止机械运动的力。其特征：与其作用点的速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。（2）阻抗力(外力)：1)工作阻力：其功称为有效功或输出功；2)有害阻力：其功为负功，称为损失功。（3）运动副中的反力：运动副所连接的构件之间的相互作用力(内力)。为摩擦角，2.移动副总反力方向的确定运动副中的法向反力与摩擦力的合力FR21总反力与法向力之间的夹角φ，称即φ=arctanfFR21Ff21FN21FGv1212φ称为运动副中的总反力，总反力方向的确定方法：1）FR21偏斜于法向反力一个摩擦角φ；2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。3.转动副总反力方向的确定根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；总反力FR21对轴心之矩的方向必与轴颈1相对轴承2的相对角速度的方向相反。GOρMdFR21FN21Ff21ω12FR21=G4.平面高副中摩擦力的确定其总反力方向的确定为：1）总反力FR21的方向与法向反力偏斜一摩擦角；FN2112ttnnV12ω12Ff21FR21φ2）偏斜方向应与构件1相对构件2的相对速度v12的方向相反。在考虑摩擦时进行机构力的分析，关键是确定运动副中总反力的方向，而且一般都先从二力构件作起。5.考虑摩擦时机构的受力分析对于冲床等设备的传动机构，考虑与不考虑摩擦力的分析的结果可能相差很大，故对此类设备在力的分析时必须计及摩擦。1.机械效率的确定1）以功表示的计算公式η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd(输出功(Wr)比输入功(Wd))2）以功率表示的计算公式η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd(输出功率(Pr)比输入功率(Pd))第五章机械的效率及自锁2.机构的自锁（1）自锁现象某些机构，就其机构而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。（2）自锁条件机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生的自锁。3.移动副自锁条件结论:移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即β≤φ），则发生自锁。4.转动副自锁条件结论转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力G，且作用于摩擦圆之内，即a≤ρ。GOρFR21a1.所谓刚性转子的不平衡，是指由于结构不对称、材料缺陷以及制造误差等原因而使质量分布不均匀，致使中心惯性主轴与回转轴线不重合，而产生离心惯性力系的不平衡。根据平衡条件的不同，又可分为静平衡和动平衡两种情况。第6章机械的平衡2.对于动不平衡的转子，无论其具有多少个偏心质量以及分布在多少个回转平面内，都只要在两个选定的平衡基面内加上或去掉平衡质量，即可获得完全平衡。故动平衡又称为双面平衡。(2)机构的平衡对平面连杆机构，由于作往复运动和平面运动的构件总是存在加速度，就单个构件而言，是无法平衡的。但可以将整个机构一并考虑，采取措施对总的惯性力或惯性力矩进行平衡。1.等效动力学模型概念对于一个单自由度机械系统的动力学问题研究，可简化为对其一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。等效转动惯量（或等效质量）是等效构件具有的假想转动惯量（或假想质量），等效构件的动能应等于原机械系统中所有运动构件的动能之和。等效力矩（或等效力）是作用在等效构件上的一个假想力矩（或假想力），其瞬时功率应等于作用在原机械系统上的所有外力在同一瞬时的功率之和。我们把具有等效转动惯量（或等效质量），其上作用有等效力矩（或等效力）的等效构件就称为原机械系统的等效动力学模模型。第七章机械的运转及其速度波动的调节φMeωJexy123s2OABφω2M1ωvS2F3v32.机械系统的等效动力学模型22332211isiesiiiivJJm===+邋3311cos()()iieiiiiivMFMwaww===?邋当选择转动构件作等效构件时，需用到等效质量Je和等效力Me。等效当选择移动构件作等效构件时，常用到等效质量me和等效力Fe。xy123s2OABφ1ω2M1ω1vS2F3v3Fev3me等效22332211===+邋isiesiiiivmJm[cos()()]niieiiiivFFMvvwa==?å3.周期性变速稳定运转速度波动的调节（1）机械运转不均匀系数工程中常用角速度平均值ωm表示机械运转的角速度，近似值为：)(21minmaxm机械运转不均匀系数δ：mminmax工作循环ωφωmaxωminωm(2)飞轮转动惯量的近似计算由有2maxm/([])FeJWJwd=D-只要2maxm/([])FeJWJwd矰-便有。[]dd即机械的速度波动满足给定的要求。2m/[()]eFWJJwdD+=WabWbcWcdWdeWea'WabWbcWcdWdeWea'用能量指示图确定最大盈亏功ΔWmax的大小。(3)最大盈亏功ΔWmax的确定EφEmaxEminEmabcdea'能量指示图aa'MedMerabcdea'φMebdbdcece2[()()]cbbcederWWMMdjjjjj=D=-ò4[()()]eddeederWWMMdjjjjj=D=-ò3[()()]dccdederWWMMdjjjjj=D=-ò取maxmax[,,]bccdde=工作循环EmEmaxEmin第八章平面连杆机构及其设计1.四杆机构的基本型式铰链四杆机构(1)曲柄摇杆机构(2)双曲柄机构(3)双摇杆机构(4)曲柄滑块机构第一种情况:若最短杆＋最长杆≤其他两杆之和(满足杆长和条件)1）若选最短杆的相邻杆做机架：曲柄摇杆机构。2）若选最短杆做机架：双曲柄机构。3）若选最短杆的对面的杆做机架：双摇杆机构。第二种情况:若最短杆＋最长杆＞其他两杆之和(不满足杆长和条件)双摇杆机构（无论以何杆做机架）。2.铰链四杆机构类型的判断（1）极位夹角极位：曲柄与连杆两次共线时，摇杆的两个极限位置。极位夹角：曲柄(原动件)与连杆两次共线时，原动件两位置所夹的锐角θ。3.铰链四杆机构急回运动和行程速度变化系数称K为行程速比系数。且θ越大，K值越大，急回性质越明显。只要θ≠0，就有K111801KK设计新机械时，往往先给定K值，于是:21vvK18018021tt¼¼122121CCtCCt=(2)行程速比系数K(1)压力角从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹角度。3.铰链四杆机构的传动角和死点(2)传动角γ连杆与从动件之间的夹角γ，用来表示机构传动力性能的好坏。且γ＝90°－α≤90°设计时要求:γmin≥50°最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，γmin出现在曲柄(主动件)与机架共线的两位置之一。以摇杆为主动件；且连杆与从动曲柄两次共线时，摇杆通过连杆作用于曲柄上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使曲柄转动的现象，该位置称为死点，死点位置有：γ＝0。（3）铰链四杆机构的死点1．凸轮机构的分类（2）按推杆形状和运动形式分1）尖顶推杆2）滚子推杆3）平底推杆1）对心直动推杆2）偏置直动推杆3）摆动推杆尖顶推杆滚子推杆平底推杆按推杆形状分按运动形式分第九章凸轮机构名称=“推杆的运动形式+推杆形状+凸轮形状+机构”直动滚子盘形凸轮机构摆动滚子圆柱凸轮机构实例：2.凸轮命名规则、术语3.凸轮的基圆、工作轮廓、理论轮廓对于尖顶推杆，以凸轮回转中心为圆心，实际轮廓上最小矢径所作之圆。基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。ω0r回转中心尖顶推杆实际轮廓基圆对于滚子推杆，以凸轮回转中心为圆心，滚子中心到凸轮中心最小向径所作之圆。基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。ω0r滚子推杆回转中心基圆3.凸轮的基圆、工作轮廓、理论轮廓理论廓线对于尖顶推杆，理论轮廓与工作轮廓重合。对于滚子推杆，滚子中心相对于凸轮的轨迹。对于平底推杆，理论轮廓与工作轮廓重合。理论轮廓工作轮廓δ’0OtδsωAδ02DBCδδ02δ'0δ3.凸轮转角：凸轮以推杆位于其最近点(A)作为初始位置，从初始位置转过的任意角度δ。ssB’B’4.推杆位移：凸轮转过δ角时，推杆相对于基圆的移动距离s。δ’0OtδsωAδ02DBCδδ02δ'0δssB’B’s5.凸轮偏距：凸轮回转中心到从动件移动导路中心线间的距离e。6.偏距圆：以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。ωe回转中心偏距圆7.推杆的行程：推杆从距凸轮中心最近点向最远点运动的距离。δ’0OtδsωAδ02DBCδ0δ02δ'0δ0ssBh8.刚性冲击：由于加速度发生突变，其值在理论上达到无穷大，导致推杆产生非常大的惯性力。9.柔性冲击：由于加速度发生有限值的突变，导致推杆产生有限值的惯性力突变而产生有限的冲击。10.凸轮压力角指推杆所受正压力的方向与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角，常以α表示。它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他情况不变的情况下，α愈大，F愈大，若α大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。此时机构的压力角称为临界压力角αc，Bωα=0vFBαvFωBωαvFo1ω11.齿廓啮合基本定律共轭齿廓：一对能实现预定传动比(i12=ω1/ω2)规律的啮合齿廓。齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律:互相啮合的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与连心线O1O2被其啮合齿廓的在接触处