2014机械设计总复习.

安徽科技大学机械工程学院Page1机械原理教师：陈丰邮箱：[e-mail]安徽科技大学机械工程学院Page22014年《机械原理》期末考试考试题型及分值分配一、填空题（20分）：每空1分共计20分二、选择题（20分）：每题2分共计20分三、计算分析题（50分）：4大题共计50分四、作图题（10分）：1小题安徽科技大学机械工程学院Page3知识回顾和问题问题：1、本课程的研究对象是什么？2、机器、机构、构件、零件有何区别与联系？3、如何学习好机械原理这门课程？问题：1、机构、构件、运动副和运动链的区别与联系是什么？2、对于平面机构，构件间的约束最多不能超过多少，为什么？平面运动副中，一个低副（转动副和移动副）具有多少约束？高副呢？3、何谓“机构运动简图”？绘制的步骤如何？实际机器的哪些尺寸应反映在机构运动简图中？安徽科技大学机械工程学院Page4知识回顾和问题★机构的自由度=机构独立运动的数目★平面机构独立运动的数目为：所有活动构件的自由度的和减去所有运动副引入约束数目的和。★对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了pL个低副和pH个高副，则它们共引入(2pL+pH)个约束。机构的自由度F显然应为：F=3n-(2pL+pH)=3n-2pL-pH★★平面机构的自由度计算:安徽科技大学机械工程学院Page5知识回顾和问题问题：3、平面机构自由度计算要注意的问题；1）复合铰链；2）局部自由度；3）虚约束。2、机构具有确定运动的条件是什么？3、计算下列平面机构的自由度。（结合机构运动简图的绘制来进行自由度计算）1、平面机构自由度计算公式是什么？安徽科技大学机械工程学院Page64平面机构的自由度(DegreesofFreedom)★★例5:如图所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。ADECHGFIBK123456789安徽科技大学机械工程学院Page74平面机构的自由度(DegreesofFreedom)★★n=8；pL=11；pH=1F=3n-2pL-pH=3×8-2×11-1=1局部自由度虚约束复合铰链ADECHGFIBK123456789安徽科技大学机械工程学院Page8知识回顾和问题问题：216DKO3457CBA109HGFEIJ81、计算右图所示机构自由度。2、如何对右图所示机构进行高副低代。安徽科技大学机械工程学院Page95平面机构的组成原理和结构分析例3：对图示电锯机构进行结构分析解：n8，pL11，pH1，F3n2pLpH38211111。机构无复合铰链和虚约束，局部自由度为滚子10绕自身轴线的转动。高副低代216DKO3457CBA109HGFEIJ8O6DO1345721CBA119HGFEIJ8安徽科技大学机械工程学院Page105平面机构的组成原理和结构分析拆分基本杆组：6GJ8II级机构7HI5FD34ECO6DO1345721CBA119HGFEIJ8O12BA11安徽科技大学机械工程学院Page11知识回顾和问题2.1速度瞬心(InstantaneousCenter)的定义速度瞬心为相互作平面相对运动的两构件上，瞬时相对速度为零的重合点；或者说，瞬时绝对速度相等的重合点(即等速重合点)。若该点的绝对速度为零则为绝对瞬心；若不等于零则为相对瞬心，即：VP1=VP2或VP1P2＝02.3机构中速度瞬心的数目k个构件组成的机构(包括机架)，其总的瞬心数为:1(1)2Nkk安徽科技大学机械工程学院Page12知识回顾和问题1、如何进行平面机构的结构分析？2、机构运动分析的目的是什么？通常有哪几种方法？3、什么是速度瞬心？速度瞬心数如何求？如何利用直观法确定速度瞬心的位置？P1212转动副连接的两个构件P12∞21移动副连接的两个构件高副连接的两个构件（纯滚动）12MP1212nnt12M高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）12P12??t安徽科技大学机械工程学院Page13知识回顾和问题（2）间接法—三心定理定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一条直线上。P13P24VP133412KP121P34P23P143Vk2VP23VP12例：各构件尺寸、机构位置、构件1的角速度1均已知，求连杆上点K的速度Vk及构件3的角速度3。安徽科技大学机械工程学院Page14知识回顾和问题问题：1、用三心定理求图示机构的速度瞬心。2、如何求取平面机构中某一构件上两点的速度和加速度。(a)4C3BA112安徽科技大学机械工程学院Page15知识回顾和问题知识回顾:问题：3、速度影像和加速度影像的特点；1、基点法求同一构件两点的速度和加速度；2、重合点法求两构件重合点的速度和加速度；1、求图示机构中构件3的角速度和角加速度。2、如何判断哥氏加速度的存在及方向？4、哥氏加速度的存在及方向的判断。3(a)4C3BA112vB3B2安徽科技大学机械工程学院Page163平面四杆机构的主要工作特性由此可见：两构件作整周相对转动的条件:（整转副存在的条件）（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和（杆长之和条件）；（2）组成该转动副的两构件之一为最短杆。ABCDdabc推论：铰链四杆机构有曲柄的条件:（2）连架杆和机架中必有一构件为最短杆。（1）杆长之和条件：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和；安徽科技大学机械工程学院Page173平面四杆机构的主要工作特性铰链四杆机构类型的判别：①以最短构件的邻边为机架，则最短杆为曲柄，该机构为曲柄摇杆机构；②以最短杆为机架，则其相邻两构件均为曲柄，该机构为双曲柄机构；③以最短杆构件的对边为机架，则无曲柄存在，该机构为双摇杆机构。铰链四杆机构中，若四个构件的长度满足杆长之和条件，则与最短杆相连的两个转动副均为整转副，选取不同构件为机架，可以得到不同形式的机构：安徽科技大学机械工程学院Page183平面四杆机构的主要工作特性铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，则此机构为一双摇杆机构。注意：在一个铰链四杆机构中，任一杆的长度必须小于其余三杆的长度之和。ABCDdabc安徽科技大学机械工程学院Page19知识回顾和问题知识回顾:问题：1、连杆机构的定义、分类与特性。2、平面四杆机构的类型和应用；3、平面四杆机构的演化（难点）；4、铰链四杆机构有曲柄的条件（重点）。ABCD2、如右图所示铰链四杆机构，满足杆长之和条件，请问在什么情况下可以形成曲柄摇杆机构？双曲柄机构？双摇杆机构？1、铰链四杆机构有曲柄的条件是什么？安徽科技大学机械工程学院Page203平面四杆机构的主要工作特性课后练习题：aBbADdCc如右图所示的铰链四杆机构中，已知lBC=500mm，lCD=350mm，lAD=300mm，AD为机架。试问：(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值。(2)若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值；(3)若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围。安徽科技大学机械工程学院Page21（1）若AD为机架，AB为曲柄，故AB为最短杆，有lAB+lBC≤lCD+lAD，则lAB≤lCD+lAD-lBC=350+300-500=150mm故当机构为曲柄摇杆机构时，lABmax=150mm(2)因为此机构为双曲柄机构，故若AD为机架，AB及CD均为曲柄，故AD杆必为最短杆，有下列两种情况：若BC为最长杆，则lABlBC=500mm，且lAD+lBC≤lCD+lABlAB≥lAD+lBC-lCD=300+500-350=450mm得：450≤lAB500若AB为最长杆，则lABlBC=500mm，且lAD+lBC≤lCD+lABlAB≤lBC+lCD-lAD=500+350-300=550mm得：500lAB≤550lABmin=450mm3平面四杆机构的主要工作特性安徽科技大学机械工程学院Page223平面四杆机构的主要工作特性(3)如果机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。若lAB为最短杆，则lAB+lBClCD+lAD故lABlCD+lAD-lBC=350+300-500=150mm若lAB为最长杆，则lAB+lADlCD+lBClABlBC+lCD-lAD=550mm若lAB既不是最短杆，也不是最长杆时，则lAD+lBClCD+lAB故lABlAD+lBC-lCD=450mm因为要使机构成立，则应有lABlAD+lBC+lCD=1150mm综上所述，机构为双摇杆机构时，lAB的取值范围为150lAB450和550lAB1150安徽科技大学机械工程学院Page23知识回顾和问题m2211m1122/180/180ttKtt11801KK设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。在曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动，机构具有的这种特性为急回特性。从动件快行程平均速度(或角速度)从动件慢行程平均速度(或角速度)K=K为行程速比系数安徽科技大学机械工程学院Page24知识回顾与思考：1、曲柄滑块机构和导杆机构有曲柄的条件；通过例题介绍了铰链四杆机构有曲柄条件的应用；2、极限位置、极位夹角、摇杆摆角、急回特性和行程速比系数K以及运动连续性等概念；3、压力角和传动角，四杆机构最小传动角的计算。min=Min[180º－max，min]安徽科技大学机械工程学院Page25知识回顾与思考：1、什么是机构的急回特性？行程速比系数与哪些因素有关？2、何谓连杆机构的压力角和传动角？他们的大小对连杆机构的工作有何影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角发生在什么位置？安徽科技大学机械工程学院Page26知识回顾和问题3.3.4死点(Deadpoint)位置连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构的传动质量。传动角越大越好，压力角越小越好，但当传动角为零呢？所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90°时机构所处的位置。=0Dabd1B2B1C2CccabABC如何确定机构的死点位置？分析B、C点的压力角安徽科技大学机械工程学院Page274平面四杆机构的设计4.2.3按给定的行程速比系数K设计四杆机构（1）曲柄摇杆机构已知条件：摇杆长lCD、摆角及行程速比系数K=×180°K-1K+1a.分析lAC1=lBC–lABlAC2=lBC+lABlAB=（lAC2-lAC1）/2lBC=（lAC2+lAC1）/2B2C2B1C1CADB安徽科技大学机械工程学院Page284平面四杆机构的设计（2）曲柄滑块机构已知条件：滑块行程H，偏距e及行程速比系数KANA点所在圆IJB2B190°-2θOPHC1C2emlm/mmA'解：1.计算=1800(K-1)/(K+1)；2.选取比例尺ml，作C1C2＝H；3.过C1、C2分别作射线C1O、C2P，使∠C1C2P=∠C2C1O=900-，得交点N；4.以N点为圆心，以NC1为半径，画辅助圆——A点所在圆；5.作C1C2的平行线偏距为e，与A点所在圆交于两点A或A'；6.以A为圆心，AC1为半径作弧交AC2于I，并作线段IC2的中垂线交IC2与J，得：lAB=IC2/2lBC=AC2－IC2/2安徽科技大学机械工程学院Page29凸轮机构及其设计偏距:凸轮回转中心至从动件导路间的偏置距离，用e表示。偏距圆：以O为圆心，偏距e为半径的圆。基圆：以O为圆心，凸轮轮廓最小矢径为半径的圆，用r0表示；OB0r'sDC'C1s1eB'ABh安徽科技大学机械工程学院Page30知识回顾和问题问题：1、已知条件：摇杆长lCD、摆角及行程速比系数K。附加条件：a、b或者c。