机械设计基础_期中考试习题课.ppt

期中考试时间 下周一 25号 下午13 30 15 30期中考试地点 图书馆考试需要带上圆规 尺子和计算器 以及学生证 机械设计基础 习题课 复习课 1 了解机械的发展历史 1 掌握机器 机构和机械的基本概念 2 掌握构件和零部件的基本概念 3 了解课程的研究对象 内容及特点 绪论 机械设计基础 是一门研究一般机械中常用机构和通用零件的工作原理 结构特点 基本的设计理论和计算方法的技术基础课 在现代工程设计中 占有极其重要的地位 机器的共有特征 人造的实物 构件 组合体 各个运动实物之间具有确定的相对运动 代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换 2 机器的组成 原动部分 是工作机动力的来源 最常见的是电动机和内燃机 工作部分 完成预定的动作 位于传动路线的终点 传动部分 联接原动机和工作部分的中间部分 控制部分 保证机器的启动 停止和正常协调动作 原动机 传动 工作 控制 机构的共有特征 人为的实物组合体 各部分有确定的相对运动 用来传递力或实现运动的转换 机构 具有确定相对运动的多件实物的组合体 仅用来传递或转换运动和力 如连杆机构 凸轮机构 齿轮机构等 二 机构 只具有机器的前两个特征而不具有机器第三个特征的装置称为 机构 由机器与机构的共有特征可知 机器与机构在结构和运动方面并无区别 仅作用不同 故统称为机械 机器与机构的关系 三 机械 机械是机器和机构的总称 机器是能够完成机械功或转化机械能的机构或机构的组合 任意复杂的机器都是由若干复杂的机构按一定的规律组合而成的 零件是机械最基本的组成单元 四 零件 专用零件 只在某些机械中出现 如 飞机的螺旋桨 涡轮机的叶片等 零件是制造的单元 机器和机构都是由零件组成的 零件的分类 通用零件和专用零件 通用零件 各种机器中都经常遇到的零件 如 联接件 传动件 转动件和其他件等 联接件 螺纹 键 销等 传动件 带 链 齿轮 蜗杆等 转动件 滑动轴承 滚动轴承 轴等 其它件 弹簧 密封件 润滑件等 构件是运动的单元 是由零件组成的刚性组合体 各零件间无相对运动 形成一个运动的整体 五 构件 相对固定坐标系静止的构件 构件的分类 活动构件和固定构件 1 运动副及其分类 2 平面机构运动简图 3 平面机构的自由度4 速度瞬心及其在机构运动分析上的应用 第一章平面机构的自由度和速度分析 机构运动简图 指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 并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副 绘制出表示机构运动关系的简明图形 机构的示意图 指为了表明机构结构状况 不要求严格地按比例而绘制的简图 机构的运动 与原动件运动规律 运动副类型 机构运动尺寸有关 而与机构的结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关 因此可以不计或略去那些与机构运动无关的因素 三副构件 两副构件 一般构件的表示方法 机构运动简图中构件的表示方法 机构运动简图中平面运动副符号的表示 机构运动简图应满足的条件 1 构件数目与实际相同 2 运动副的性质 数目与实际相符 3 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例 绘制机构运动简图的步骤与方法 1 分析机构的组成及运动情况 确定机构中的机架 原动部分 传动部分和执行部分 以确定构件和运动副的数目 2 循着运动传递的路线 逐一分析每两个构件间相对运动的性质 确定运动副的类型和数目 还应确定与机构运动特性相关的运动要素 运动副间的相对位置 如转动副中心的位置和移动副导路的方位 高副的廓线形状 包括其曲率中心和曲率半径等 3 恰当地选择投影面 一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面 4 选择适当的比例尺 用规定的简单线条和各种运动副符号 将机构运动简图画出来 1 1唧筒机构 定块机构 1 2 3 4 A B O 第1章平面机构的自由度和速度分析 1 2回转柱塞泵 1 2 3 4 转动导杆机构 O1 O2 A 1 2 3 4 转动导杆机构 A C B 1 3缝纫机下针机构 1 4偏心轮机构 2 3 4 1 摇块机构 A B C 1 4偏心轮机构 B 2 1 3 4 A C 定义 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数 即机构的位置得以确定必须给定的独立的广义坐标的数目 称为机构的自由度 其数目用F表示 原动件 能独立运动的构件 由于一个原动件只能提供一个独立参数 所以机构具有确定运动的条件为 自由度 原动件数 活动构件数n 因此 平面机构的自由度计算公式 要求 记住上述公式 并能熟练应用 构件总自由度 低副约束数 高副约束数 3 n 2 PL 1 Ph 推广到一般平面机构 F 3n 2PL Ph 机构的自由度F 所有活动构件的自由度数 所有运动副的约束数 1 复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联 计算 m个构件 有m 1转动副 两个低副 2 局部自由度 F 3n 2PL PH FP 3 3 2 3 1 1 1 本例中局部自由度FP 1 或计算时去掉滚子和铰链 F 3 2 2 2 1 1 定义 构件局部运动所产生的自由度 出现在加装滚子的场合 计算时应去掉Fp 滚子的作用 滑动摩擦 滚动摩擦 解 n 4 PL 6 F 3n 2PL PH 3 4 2 6 0 PH 0 3 虚约束对机构的运动实际不起作用的约束 计算自由度时应去掉虚约束 由于FE AB CD 故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧 增加的约束不起作用 应去掉构件4 出现虚约束的场合 1 两构件联接前后 联接点的轨迹重合 2 两构件构成多个移动副 且导路平行 如平行四边形机构 火车轮 椭圆仪等 4 运动时 两构件上的两点距离始终不变 3 两构件构成多个转动副 且同轴 5 对运动不起作用的对称部分 如多个行星轮 6 两构件构成高副 两处接触 且法线重合 如等宽凸轮 注意 法线不重合时 变成实际约束 不考虑局部自由度 即把滚子7与构件6作为一个整体 则有6个活动构件 7个转动副 1个移动副 1个高副 则其自由度为 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 1 高 1 6 1 7 把滚子和与之形成转动副的构件焊接成整体 则活动构件数为 10个转动副 1个移动副 和1个高副 局部自由度 1 8 复合铰链 加药泵加药机构 1 11 自由度为 局部自由度 复合铰链 虚约束 1 4速度瞬心及其在机构速度分析中的应用 一 速度瞬心及其求法 绝对瞬心 重合点绝对速度为零 相对瞬心 重合点绝对速度不为零 作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零或者绝对速度相等的一对重合点 等速重合点 该点称速度瞬心 1 速度瞬心的定义 特点 该点涉及两个构件 绝对速度相同 相对速度为零 相对回转中心 2 瞬心数目 每两个构件就有一个瞬心 根据排列组合有 123 若机构中有n个构件 则 N n n 1 2 3 机构瞬心位置的确定 1 直接观察法适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置 2 三心定律 定义 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心 且它们位于同一条直线上 此法特别适用于两构件不直接相联的场合 转动副连接的两个构件 移动副连接的两个构件 高副连接的两个构件 纯滚动 高副连接的两个构件 存在滚动和滑动 1 14 求出题1 14图导杆机构的全部瞬心和构件1 3的角速度比 P14 P34 P12 P24 P13 P13是构件1 3的瞬心 即两者的同速点 1 15 求出题1 15图正切机构的全部瞬心 设 求构件3的速度 P14 P23 P13是构件1 3的瞬心 即为两者该瞬时的同速点 1 16 题1 16图所示为摩擦行星传动机构 设行星轮2与构件1 4保持纯滚动接触 试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比 P13 P14 P34 P24 P23 P12 P24 P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 瞬心为P12为构件1 2在该瞬时的同速点 1 17 题1 17图所示曲柄滑块机构 已知 求机构全部瞬心 滑块速度和连杆角速度 4 p14 p12 p23 在三角形ABC中 由瞬心P13可求得 P14 P24分别是构件1和构件2对机架4的绝对瞬心 而瞬心P12是构件1 2在该瞬时的同速点 根据前面的计算 还可以通过哪个瞬心点求 1 平面四杆机构的基本类型及其应用 2 平面四杆机构的基本特性 3 平面四杆机构的设计 第二章平面连杆机构 重要知识点 整转副条件 急回特性条件 压力角和传动角以及死点位置 2 组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆 周转副存在的条件 1 最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和 称为杆长条件 Grashof条件 2 最短杆为连架杆或机架 铰链四杆机构有曲柄的条件 1 各杆长度应满足杆长条件 最短杆为连架杆 曲柄摇杆机构 最短杆为机架 双曲柄机构 最短杆为连杆 双摇杆机构 第2章平面连杆机构 2 1试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构 双曲柄摇杆机构 还是双摇杆机构 题1图 题3图 2 3画出图中各机构的传动角和压力角 图中标注箭头的构件为原动件 F F F F 压力角 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 设计 潘存云 一 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 1 曲柄摇杆机构 计算 180 K 1 K 1 已知 CD杆长 摆角 及K 设计此机构 步骤如下 任取一点D 作等腰三角形腰长为CD 夹角为 作C2P C1C2 作C1P使 作 PC1C2的外接圆 则A点必在此圆上 选定A 设曲柄为l1 连杆为l2 则 以A为圆心 AC2为半径作弧交于E 得 l1 EC1 2l2 AC1 EC1 2 AC2 l2 l1 l1 AC1 AC2 2 C2C1P 90 交于P AC1 l1 l2 设计 潘存云 设计 潘存云 2 摆动导杆机构 分析 由于 与导杆摆角 相等 设计此机构时 仅需要确定曲柄a 计算 180 K 1 K 1 任选D作 mDn 取A点 使得AD d 则 a dsin 2 作角分线 已知 机架长度d K 设计此机构 设计 潘存云 3 曲柄滑块机构 已知K 滑块行程H 偏距e 设计此机构 计算 180 K 1 K 1 作C1C2 H 作射线C1O使 C2C1O 90 以O为圆心 C1O为半径作圆 以A为圆心 AC1为半径作弧交于E 得 作射线C2O使 C1C2O 90 作偏距线e 交圆弧于A 即为所求 l1 EC2 2 l2 AC2 EC2 2 1 凸轮机构的应用和类型 2 从动件的运动规律 3 凸轮机构的压力角 4 图解法设计凸轮机构 第三章凸轮机构 第3章凸轮机构 3 4 增大 不变 不变 减小 减小 O S h B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 5 滚子偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制 已知 从动件位移曲线 基圆半径 偏距e 右侧 滚子半径rk 凸轮逆时针转动 绘制尖端从动件凸轮廓线 步骤 1 将滚子中心B看作尖端从动件的尖端 按前述方法绘出尖端从动件凸轮廓线 即凸轮的理论廓线 2 以理论廓线上各点为圆心 以滚子半径rk为半径作一系列的圆 该圆族的内包络线