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机械原理（夏洛魂）平面机构的结构分析绪论机器的三个特征是一种通过加工制造而成的机件组合体机器中各个机件之间都具有确定的相对运动能实现能量的转换或做有用的机械功机构用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统机构具有机器的前两个特性主要功能实现运动和动力的传递和变换机构的组成运动副及其分类运动副使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接低副两构件通过面接触组成的运动副高副两构件通过点或线接触组成的运动副运动链构件通过运动副连接而构成的相对可动的系统机构在运动链中，如果将其某一个构件加以固定而成为机架，且各构件之间有确定的相对运动原动件机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件从动件其余活动构件平面机构的自由度自由度F=3n-2PL-PHn指的是活动构件机构具有确定相对运动的必要条件机构自由度F大于零且等于原动件个数计算自由度应注意的问题复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副相连接由m个构件组成的复合铰链共有m-1个转动副局部自由度不影响机构输出运动的自由度虚约束在机构中，某个约束与其他约束重复，而不起独立限制运动的作用两构件在多处接触或配合而构成移动副，且移动方向彼此平行或重合两构件在多处接触而构成平面高副公法线彼此重合，则只能算一个平面高副公法线不重合，则相当于一个低副用转动副连接两构件上运动轨迹相重合的点在机构运动过程中，若两构件上某两点之间的距离始终保持不变，又用双转动副杆将此两点相连不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束一般为对称机构机构的组成原理机构机架原动件机构的自由度与原动件数应相等从动件系统组成单元为杆组，自由度为0组成原理将若干个自由度为0的基本杆组依次连接到原动件和机架上平面机构的高副低代使平面低副的结构分析和运动分析方法能适用于含有高副的平面机构条件代替前后机构的自由度完全相同代替前后机构的运动状况（位移、速度、加速度）相同平面机构的运动分析用速度瞬心法作机构的速度分析速度瞬心两构件上瞬时速度相同的重合点，即两构件在该重合点的相对速度为零，绝对速度相等绝对速度为零则为绝对瞬心绝对速度不为零则为相对瞬心机构中速度瞬心的数目如果机构由N个构件（包含机架）组成则瞬心总数K=N*（N-1)/2三心定理作相对平面运动的三个构件共有三个顺心，则这三个瞬心必位于同一直线用矢量方程图解法作机构速度和加速度分析速度多边形由速度矢量所组成的多边形极点P该机构上所有速度为零的影像点，各点的绝对速度矢量均由极点P引出速度影像同一构件上绝对速度矢端连接而形成的的图形平面机构的动力分析运动副中摩擦力的确定移动副中摩擦力的确定转动副中摩擦力的确定摩擦圆半径ρρ=fv*rfv为当量摩擦因数总反力总反力与载荷的大小相等、方向相反总反力与摩擦圆相切总反力对轴径轴心的力矩的方向，与轴颈1相对于轴承2的角速度的方向相反平面机构的静力分析构件组的静定条件静定条件该构件组中所有未知外力都可以用静力学的方法确定的条件力的三要素大小方向作用点对各平面运动副反力的已知和未知要素分析转动副转动副中的反力通过转动副的中心即反力的作用点已知，但大小和方向未知移动副移动副中的反力与移动副两元素的接触面垂直即反力的方向已知，但大小和作用点未知平面高副高副两元素间的反力通过接触点，并沿接触点处的公法线方向即反力的作用点和方向已知，但大小未知机械的自锁如果机械原来就是静止的，则不论驱动力有多大，都不能使机械发生运动机械自锁的条件机械效率=0平面连杆机构及其设计平面四杆机构的基本形式和演化名词解释曲柄做整周定轴回转的构件连杆做平面运动的构件摇杆做定轴摆动的构件连架杆与机架相连的构件周转副能做360°相对回转的运动副摆转副只能做有限角度摆动的运动副铰链四杆机构所有运动副均为转动副的四杆机构判断方法L1L2为剩余两杆的长度Lmin+Lmax=L1+L2如果Lmin为机架则为双曲柄机构如果Lmin为连架杆则为曲柄摇杆机构如果Lmin为连杆则为双摇杆机构Lmin+LmaxL1+L2则必为双摇杆机构平面四杆机构的演化机构的倒置选运动链中不同机构作为机架以获得不同机构的演化方法平面四杆机构的基本知识曲柄存在的条件最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，此条件为杆长条件曲柄为最短杆或最短杆的相邻杆平面四杆机构的特性极位夹角机构在两个极限位置时，原动件AB所夹的锐角行程速比系数KK=（180°+极位夹角）/(180°-极位夹角）表明急回运动的急回程度当机构存在极位夹角时，机构便具有急回运动特性压力角力与该点处的速度方向的夹角压力角和传动角互余死点位置压力角为90°凸轮机构及其设计凸轮机构的应用和分类凸轮机构具有曲线轮廓的机构，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构当需要其从动件必须准确地实现某种预期的运动规律时，常采用凸轮机构凸轮机构凸轮从动件机架凸轮机构的缺点凸轮和从动件之间为高副接触，比压较大，易于磨损只适应于传递动力不大的场合凸轮与从动件必须始终保持高副接触几何封闭力封闭从动件的运动规律凸轮机构的基本名词术语基圆以凸轮转动中心为圆心，以凸轮轮廓曲线上的最小向径为半径所作的圆推程从基圆开始，向径渐增的凸轮轮廓推动从动件，使其位移渐增的过程行程推程中从动件的最大位移推程运动角从动件的位移为一个行程时，凸轮所转过的角度远休止角从动件在距凸轮中心最远位置静止不动时，凸轮所转过的角度回程当凸轮转动时，从动件在向径渐减的凸轮轮廓曲线的作用下返回的过程回程运动角从动件从距凸轮转动中心最远的位置，运动到距凸轮转动中心最近位置时，凸轮所转过的角度近休止角从动件在距凸轮转动中心最近位置静止不动时，凸轮所转过的角度齿轮机构及其设计齿轮机构传递空间任意两轴之间的运动和动力齿廓啮合基本定律一对齿轮传动在任意瞬时的传动比等于其连心线被接触点的公法线所分割的线段的反比节点不论两齿廓在任何位置啮合，过其啮合点所作的公法线都必须通过两连心线上的一固定点节圆以两齿轮圆心过节点所作的两个相切圆共轭齿廓凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓渐开线齿廓渐开线特性发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长渐开线上的法线必与基圆相切渐开线离基圆越远，曲率半径越大。在基圆上曲率半径为零渐开线形状完全取决于基圆的大小，基圆半径越大，曲率半径越大，渐开线越平直基圆内无渐开线渐开线齿廓的啮合特性渐开线齿廓能保证传动比传动啮合线为一条定直线啮合角恒等于节圆压力角中心距可分性渐开线齿轮的传动比取决于两轮基圆半径的大小渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸外齿轮轮齿齿轮上每个凸起的部分齿轮各部分的名称和符号分度圆直径和半径分别用d和r表示齿顶圆过齿轮各齿顶所作的圆，直径和半径分别用da和ra表示齿根圆过齿轮各齿槽底部所作的圆，直径和半径分别以df和rf表示齿全高齿顶圆和齿根圆的径向距离，用h表示齿厚咋任意半径rk的圆周上，一个轮齿两侧齿廓所截该圆的弧长，用sk表示齿槽宽一个齿槽两侧齿廓所截任意圆周的弧长，用ek表示齿距任意圆上相邻两齿同侧齿廓所截圆周的弧长，用pk表示pk=sk+ek法向齿距相邻两齿同侧齿廓之间在法线所截线段的长度，用pn表示，pn=pk顶隙一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆到另一个齿轮的齿根圆之间的径向间隙，用c表示，c=c*m齿轮的基本参数齿数在齿轮整个圆周上轮齿的总数分度圆模数m=p/π，分度圆直径d=（p/π）*zp为分度圆齿距模数越大，则齿距越大，轮齿也就越大，轮齿的抗弯能力也越强分度圆压力角轮齿的渐开线齿廓位于分度圆周上的压力角分度圆周上的模数和压力角均为标准值齿顶高系数ha*齿顶高ha=ha*乘以m顶隙系数c*齿根高hf=（ha*+c*）乘以m齿顶高系数和齿根高系数的标准值正常齿制m=1mmha*=1c*=0.25m1mmha*=1c*=0.35段齿制ha*=0.8c*=0.3渐开线标准直齿轮除了基本参数是标准值外，还有两个特征分度圆齿厚与齿槽宽相等，即s=e=p/2具有标准齿顶高和齿根高ha=ha*乘以mhf=（ha*+c*）乘以m渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动一对渐开线直齿轮正确啮合的条件两轮分度圆上的模数和压力角必须分别相等齿轮传动的中心距及啮合角齿轮传动应满足条件无齿侧间隙啮合具有标准顶隙分度圆和节圆对单个齿轮不存在节圆只有分度圆只有当一对齿轮进行安装后，出现节点才存在节圆标准安装时，两者重合渐开线齿轮连续传动的条件两轮的实际啮合线应大于至少等于两轮的基圆齿距重合度=两轮的实际啮合线/齿轮的基圆齿距齿轮传动的重合度=1双齿2*（重合度-1）*pbpb为基圆齿距单齿（重合度-双齿）*pb渐开线齿轮的加工渐开线齿廓的根切与最小齿数渐开线齿廓的根切现象用展成法加工齿轮时，刀刃的顶部切入轮齿的根部，把齿根切去一部分，破坏渐开线齿廓产生根切如果刀具的齿顶线或齿顶圆（齿轮插刀）超过了啮合极限点，则被切齿轮必然会发生根切现象标准齿轮不发生根切现象的最小齿数为17斜齿圆柱齿轮机构斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与直齿圆柱齿轮的基本相同，仅发生面S上的直线不与基圆柱母线平行，而是与其相交为βbβb为螺旋角斜齿轮传动特点传动平稳，冲击、振动和噪声小，适宜于高速传动斜齿轮的基本参数与几何尺寸计算斜齿轮的基本参数端面参数垂直于齿轮回转轴线的截面（下角标为t）法面参数垂直与齿轮方向的截面（下角标为n）刀具通常是沿着螺旋线方向进刀的，所以斜齿轮的法面参数与刀具参数相同，即为标准值斜齿轮与直齿轮的根本区别在于其齿廓曲面为螺旋面法面参数与端面参数齿距与模数pn=ptcosβpnpt分别为分度圆柱上法面齿距与端面齿距mn=mtcosβmnmt分别为法面模数与端面模数压力角tanαn=tanαtcosβαnαt分别为法面压力角与端面压力角齿顶高系数与顶隙系数hat*=han*cosβct*=cn*cosβ一对斜齿轮的啮合传动一对斜齿轮的正确啮合条件两斜齿轮法面模数和法向压力角相等，且均为标准值两斜齿轮的螺旋角应大小相等外啮合传动，两螺旋角方向相反内啮合传动，两螺旋角方向相同斜齿圆柱齿轮的当量齿轮斜齿轮的作用力是作用于轮齿的法面，其强度设计、制造等都是以法面为依据的，因此需要知道斜齿圆柱齿轮的法面齿形用一个与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮来代替，则这个相当直齿轮就称为斜齿轮的当量齿轮，其齿数称为斜齿轮的当量齿数实际齿数为z的斜齿轮的当量齿数zv=z/(cosβ的立方）斜齿轮不发生根切的最小齿数zmin=zvmin乘以（cosβ的立方）=17乘以（cosβ的立方）齿轮系及其设计齿轮系及其分类齿轮系（轮系）由一系列齿轮所组成的齿轮传动系根据轮系运转时，各个齿轮的轴线相对于机架的位置是否固定分类定轴轮系所有齿轮几何轴线位置在运转过程中均固定不变的轮系周转轮系基本概念行星轮一方面绕其轴线回转（自传），同时又随构件H绕轴线回转（公转）行星架支撑行星轮的构件H中心轮（太阳轮）与行星轮啮合，且做定轴转动的齿轮1和内齿轮3根据自由度的数目分类行星轮系自由度为1差动轮系自由度为2根据中心轮个数分类2K-H型由两个中心轮（2K）和一个系杆（H）组成3K型由三个中心轮（3K）和一个系杆（H）组成复合轮系既含定轴轮系又含周转轮系的轮系附加部分刚性冲击有速度突变而柔性突变无速度突变机械原理.mmap-2019/3/2-夏洛魂