机械原理复习

第一章绪论机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、物料和信息。具有以下三个特征的实物组合体称为机器。1.都是人为的各种实物的组合。2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。3.可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能。机器和机构的概念机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。它是具有确定相对运动的各种实物的组合，它只符合机器的前两个特征。机构主要用来传递和变换运动。机器主要用来传递和变换能量。从结构和运动学的角度分析，机器和机构之间并无区别，都是具有确定相对运动的各种实物的组合，所以，通常将机器和机构统称为机械。机器的结构传统机器：现代机器：现代先进机器：机械的类型根据用途不同，机械可分为：（1）动力机械实现机械能与其他形式能量间的转换。（2）加工机械改变物料的结构形状、性质及状态。（3）运输机械改变人或物料的空间位置。（4）信息机械获取或处理各种信息。第二章平面机构的结构分析学习要求：1.搞清构件、运动副、约束、自由度及运动链等重要概念。2.能绘制比较简单的机械的机构运动简图。3.能正确计算平面机构的自由度并能判断其是否具有确定的运动。4.对虚约束对机构工作性能的影响及机构结构合理设计问题的重要性有所认识。重点：构件、运动副、运动链等的概念，机构运动简图的绘制，机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算这些都是零件构件零件和构件的区别零件是机器制造的单元体，而构件是机构运动的单元体，是组成机构的基本要素。实际的构件可能是一个零件，由于结构或工艺上的原因，也可能是由若干个零件固联在一起的一个独立运动的整体（视为刚体），构件可用最简单的线条或几何图形来表示，若从运动学的角度来看，构件又可视为任意大的平面刚体。运动副运动副是组成机构的又一基本要素。两个构件直接接触而形成的一种可动联接称为运动副。机架、原动件、从动件和运动副，是组成机构的四大要素。在平面机构中，具有两个约束的运动副是移动副和转动副（回转副）；具有一个约束的运动副是高副。运动链两个或两个以上的构件通过运动副相连接而构成的相对可动的系统。若构成的是相对不可动的系统，则为珩架或结构体，即蜕变为一个构件。运动链有首末封闭的闭链，也有未封闭的开链。运动链还有平面运动链和空间运动链之分。机构运动简图及其绘制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，再用规定的运动副代表符号和简单的线条或几何图形将机构的运动情况表示出来，即为机构运动简图。鄂式破碎机机构简图的绘制例试绘制内燃机的机构运动简图绘制偏心轮机构运动简图手摇打气筒汽车发动机罩壳手动冲孔机机构自由度及其计算机构具有确定运动的条件F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，运动不确定原动件数F，机构破坏12345AEBCC'DD'1423411计算平面机构自由度的实用意义1.判定机构的运动设计方案是否合理2.修改设计方案（1）F=0:增加一构件带进一平面低副（2）F原动件数目：增加一构件带进两平面低副增加原动件数目3.判定机构运动简图是否正确自由度计算公式F=3n-2pl-ph计算机构自由度时的注意事项正确计算运动副的数目1.复合铰链两个以上的构件同在一处构成的多个转动副。若复合铰链由m个构件组成，则其运动副的数目为m-1个。2.同一运动副1）若两构件在多处接触而构成转动副，且转动轴线重合者；2）若两构件在多处接触而构成移动副，且移动方向彼此平行或重合者。3）若两构件在多处接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合者。3.复合平面高副如果两构件在多处接触构成平面高副，且各接触处的公法线方向并不彼此重合，则为复合平面高副，又相当于一个低副。局部自由度及其去除方法局部自由度是指有些机构中某些构件所产生的不影响其他构件的局部运动的自由度，其数目以F´表示。除去局部自由度的方法:先应将滚子与推杆视为焊接的，再来计算机构的自由度。或从机构自由度的公式中将局部自由度数目F´减去。F=3×n-（2pl+ph)-F'虚约束及其去除方法虚约束是指机构中某些运动副代入得对机构运动其重复约束作用的约束，其数目以p´表示。除去虚约束的方法：先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除去，再来计算机构的自由度。或从机构的约束数中减去虚约束数目p´。F=3×n-（2pl+ph-p')-F'2-11如图所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转;而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。3n4lp1hp0F习题2-13试绘出图示偏心油泵机构的运动简图（其各部分尺寸由图上量取）。该油泵的偏心轮1绕固定轴心A转动，外环2上的叶片a在可绕轴心C转动的圆柱3中滑动。当偏心轮1按图示方向连续回转时，可将右侧输入的油液由左侧泵出。试绘制偏心轮传动机构的运动简图并计算自由度。1725323hlppnF2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度。7n8lp2hp0p2FF=3×n-（2pl+ph-p')-F‘=3×7-（2×8+2-0）-2=12-16试计算图示精压机的自由度。11n17lp0hp26310232npppkl0FF=3×n-（2pl+ph-p')-F‘=3×11-（2×17+0-2）-0=1（其中C，F及K均为复合铰链，LK、KM、KF、IF、FJ、FC构成虚约束）2-16试计算图示机构的自由度。5n6lp2hp12625323hlppnF齿条与滑块为焊接结构A、B处为复合铰链关于齿轮副的约束，存在两种情况：其一，一般情况下两齿轮的中心距受到约束，轮齿两侧齿廓只有一侧接触，另一侧存在间隙，此时只提供一个约束。其二，当两齿轮的中心可以彼此靠近，直至轮齿两侧齿廓均接触为止时，因轮齿两侧接触点处法线方向并不彼此重合，故其提供两个约束。在图所示机构中，构件AB,EF,CD相互平行且相等，试计算该机构的自由度。22726323hlppnF通过自由度计算判断图示运动链是否有确定运动（图中箭头所示构件为原动件）。如果不满足有确定运动的条件，请提出修改意见并画出运动简图。n=2,PL=3,PH=0,F=3n-2PL-PH=3×2-2×3-1×0=0通过自由度计算判断图示运动链是否有确定运动（图中箭头所示构件为原动件）。如果不满足有确定运动的条件，请提出修改意见并画出运动简图。n=4,PL=6,PH=0,F=3n-2PL-PH=3×4－2×6-1×0=0F=3×10－2×13－2－1=1计算下列各运动链的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束（应说明属于哪一类虚约束）。最后判断该机构是否有确定运动（图中箭头所示构件为原动件），为什么？A处为复合铰链，因为有3个构件在此处组成成转动副，所以应算2个转动副。B处为局部自由度，假设将滚子同构件CB固结。无虚约束。n=6,PL=8,PH=1,F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1=1。运动链有确定运动，因为原动件数=自由度数。C处有复合铰链，有2个转动副和1个移动副。F处为局部自由度，假设将滚子同构件CF固结。F处有一个高副虚约束。n=6,PL=8,PH=1,F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1×1=1。运动链有确定运动，因为原动件数=自由度数。什么是零件？什么是构件？它们有何联系？什么是运动副？在平面机构中常见的运动副有哪些类型？什么是运动链？什么是机构？它们有何异同点？什么是机构运动简图？要正确绘制机构运动简图应注意哪些问题？什么是构件自由度、运动副、运动链自由度？它们有何异同点？什么是运动副约束？平面运动副中最多约束数为多少？为什么？试写出计算平面运动链自由度公式，并从物理概念简述其推演过程。计算运动链自由度的目的何在？机构具有确定运动的条件是什么？如果不满足该条件可能会出现哪些情况？什么是虚约束？总结归纳出现虚约束的几种情况。第3章平面机构的运动分析学习要求：1.正确理解速度瞬心（包括绝对瞬心及相对瞬心）的概念，并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置。2.能用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。3.能用矢量方程图解法对机构进行运动分析。学习重点及难点：重点对机构进行运动分析。难点是对机构的加速度分析，特别是两构件重合点之间含有哥氏加速度时的加速度分析。速度瞬心法速度瞬心是作相对运动的两构件（即两刚体）上瞬时相对速度为零的重合点，亦即瞬时绝对速度相等的重合点（即同速点）。若这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。因每两构件有一个瞬心，若由N个构件（含机架）组成的机构，则其总的瞬心数目为K=N（N-2）/2。机构中瞬心位置确定1.直接通过运动副相联的两构件瞬心位置根据瞬心的定义来确定。若两构件组成转动副，则其转动副中心就是它们的瞬心；若两构件组成移动副，则其瞬心位于垂直与导路无穷远处；若两构件组成纯滚动的高副，则其高副接触点就是它们的瞬心；若组成滚动兼滑动的高副，则其瞬心应位于过接触点的公法线上。2.不直接相联的两构件的瞬心，用“三心定理”来确定。三心定理为：三个彼此作平面相对运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。总结1）瞬心法仅适用于求解速度问题，不可用于加速度分析。2）瞬心法适用于构件数较少的机构的速度分析。（多构件导致瞬心数量过多，分析复杂）3）瞬心法属于图解法，每次只分析一个位置，对于机构整个运动循环的速度分析，工作量很大。试求图示各机构在图示位置时的全部瞬心的位置。题1题2P24P23∞题3题43-4在图示的齿轮-连杆组合机构中，试用瞬心法求齿轮1和3的传动比1316133631PPPP找出构件1和构件3的相对瞬心P13和它们的绝对瞬心P16、P36P16P36P12P23P13同向123456解：1）计算此机构所有瞬心的数目152/)16(62/)1(nnK2）为了求传动比ω1/ω3需求出三个瞬心P16，P36，P133）传动比计算式AKDKPPPP1316133631同向3-6在图示的四杆机构中，lAB=60mm，lCD=90mm，lAD=lBC=120mm，ω2=10rad/s，试用瞬心法求：1）当φ=165°时，点C的速度VC；2）当φ=165°时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小；3）当VC=0时，φ角之值（有两解）。解：1）以选定的比例尺μl作机构运动简图2）求VC定出瞬心P13的位置，因P13为机构3的绝对瞬心，则有sradBPllvlABBPB/56.2132313smCPvlC/4.03133）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置，因BC线上速度最小之点必与P13点的距离最近，故从P13引BC的垂线交于点E。由图可得smEPvlE/357.03134）定出VC=0时机构的两个位置，量出4.2616.2262已知：图示导杆机构尺寸：lAB=0.051m，lAC=0.114m,ω1=5rad/s。试用瞬心法确定：机构在图示位置导杆3的角速度ω3的大小和方向。ω1=1.31rad/s顺时针方向。矢量方程图解法的基本原理AB同一构件上两点间的运动关系BAABvvvtBAnBAABAABaaaaaaB（B1B2）两构件重合点间的运动方程121212BBBBvvvkBBrBBBBaaaa121212121122BBkBBva矢量方程图解法1.同一构件上两点间的速度和加速度关系（基点法）基点法只能用来分析同一刚体上不同两点之间的运动关系，因此，基点（牵连点）和动点必须选在同一构件上。2.两构件上的重合点间的速度和加速度关系（重合点法）常把动点选在作平面运动的构件上，而使动系固结在另一个作直线移动或定轴转动的构件上。这样，动点的运动为绝对运动，动点在动系上的投影点（重合点）为牵连运动点，牵连运