机械原理总复习.ppt

1 自由度的计算2 机构运动简图3 高副低代4 机构的结构分析 第一章 一 绘制机构运动简图步骤 分析机械的动作原理 组成情况和运动情况 确定其组成的各构件 何为原动件 机架 执行部分和传动各部分沿着运动传递路线 逐一分析每两个构件间相对运动的性质 以确定运动副的类型和数目测量各运动副之间的尺寸 恰当地选择运动简图的视图平面 按比例绘制运动简图 简图比例尺 l 实际尺寸m 图上长度mm检验机构是否满足运动确定的条件 二 机构自由度的计算运动链成为机构的条件 运动链相对于机架的自由度大于零 且原动件数目等于运动链的自由度数 自由度计算公式 F 3n 2PL PH计算时应正确识别和处理机构中存在的复合铰链 局部自由度和虚约束 复合铰链 若有k个构件在同一处形成复合铰链 则其转动副的数目应为 k 1 局部自由度 计算时将其去除 虚约束 计算时 首先将引入虚约束的构件及其运动副除去不计 然后再计算 三 机构的组成原理及其结构分析1 平面机构的高副低代高副低代的条件是 代替前后机构的自由度完全相同 最简单的方法是用一个含有两个低副的虚拟构件来代替一个高副 代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变 高副低代的方法是 用两个转动副和一个构件来代替一个高副 这两个转动副分别处在高副两轮廓接触点的曲率中心 如果两接触轮廓之一为直线 那么因直线的曲率中心趋于无穷远 所以该转动副演化成移动副 如果两接触轮廓之一为一点 那么因点的曲率中心为零 所以曲率中心与该点重合 综上所述可知 高副低代的方法是 用两个转动副和一个构件来代替一个高副 这两个转动副分别处在高副两轮廓接触点的曲率中心 如果两接触轮廓之一为直线 那么因直线的曲率中心趋于无穷远 所以该转动副演化成移动副 如果两接触轮廓之一为一点 那么因点的曲率中心为零 所以曲率中心与该点重合 2 机构组成原理与结构分析机构的组成过程和机构的结构分析过程正好相反 前者是研究如何将若干个自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上 以组成新的机构 它为设计者进行机构创新设计提供了一条途径 后者是研究如何将现有机构依次拆成基本杆组 原动件及机架 以便对机构进行结构分类 例题 试计算图示机构的自由度 若有复合铰链 局部自由度或虚约束 必须明确指出 并指出杆组的数目与级别以及机构级别 注 若自由度为1 则取A为主动副 若自由度为2 则取A和E为主动副 F 3n 2PL PH 3 8 2 11 1 1 1 速度瞬心的求法2 利用速度瞬心进行速度和角速度分析 第二章 1 2 3 1 试用瞬心法求机构在图示位置时的 2 1 速度瞬心的求法2 利用速度瞬心进行速度和角速度分析 第三章 一 平面四杆机构的基本形式及其演化 1 名词 曲柄 摇杆 连架杆 连杆 整转副 摆转副 2 平面铰链四杆机构基本形式 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 3 演化 通过改变构件的形状及运动尺寸通过改变运动副尺寸通过取不同构件为机架通过运动副元素逆换 1 曲柄存在的条件 1 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和 杆长之和的条件 2 连架杆或机架之一为最短杆 二 平面四杆机构的一些基本知识 2 极位夹角 急回运动 行程速比系数3 压力角 传动角 死点 实现已知运动规律 三 平面四杆机构的设计 图解法 实现构件给定位置 给定连杆两组位置给定连杆三组位置给定任意标志线的三组对应位置 给定的行程速比系数K设计曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 导杆机构 给定两连架杆三组对应位置 在铰链四杆机构中 杆长如图所示 构件1为原动件 1 判断构件1能否成为曲柄 2 用作图法求出构件3的最大摆角 3 用作图法求出最小传动角 4 当分别固定构件1 2 3 4时 各获得何种机构 4 试作图求出图示飞机起落架机构ABCD的铰链点B的具体位置 已知A B1 C1三点共线 当AB处于AB2位置时 CD处于C2D位置 1 凸轮机构的基本参数 基圆 偏距圆 位移 行程 转角 压力角 推程运动角 回程运动角 远休止运动角 近休止运动角2 凸轮轮廓曲线的设计 反转法原理 第四章 1 渐开线的性质2 直齿圆柱齿轮的基本计算公式 d da d df db p pb s e a3 重合度的概念及重合度的计算4 根切原因 不发生根切的最小齿数5 变位齿轮的变位原理 最小变位系数6 斜齿圆柱齿轮的尺寸计算 第五章 例 一对正常齿制渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动中 已知 df1 38 75mm m 2 5mm 20 ha 1 C 0 25 i12 2 5 求 1 齿数z1 z2 2 基圆半径rb1 rb2 3 轮2齿顶圆半径ra2 4 当实际安装中心距a 80 5mm时 啮合角 及节圆半径r1 r2 1 定轴轮系的传动比计算2 周转轮系的传动比计算3 复合轮系的传动比计算 第六章 轮系 由一系列彼此啮合的齿轮组成的传动机构 用于原动机和执行机构之间的运动和动力传递 1 轮系的分类定轴轮系 周转轮系和混合轮系 周转轮系又分为差动轮系 自由度为2 和行星轮系 自由度为1 2 定轴轮系的传动比 传动比大小 主 从动轮的转向关系 轮系中各轮几何轴线均互相平行 用 1 m来确定 m为外啮合对数 若计算结果为正 则说明主 从动轮转向相同 否则说明相反 轮系中齿轮的几何轴线不都平行 但首尾两轮的轴线互相平行 用箭头法表示各轮转向 但在计算结果中仍然用 表示主 从动轮的转向关系 轮系中首尾两轮的几何轴线不平行 转向关系只能用箭头表示在图上 3 周转轮系的传动比 基本思路 假想给整个轮系加上一个公共的角速度 H 根据相对运动原理可知 各构件之间的相对运动关系并不改变 但此时系杆的角速度为零 周转轮系就转化成了定轴轮系 计算公式 注 周转轮系转化机构的传动比i1nH计算结果中的正负号 仅仅表明在该轮系的转化机构中 中心轮1和n的转向之间的关系 绝不反映该周转轮系中1轮和n轮的绝对转向之间的关系 即周转轮系中各轮的实际转向关系 既不能用 1 m来判定 也不能用画箭头的方法来判定 只能根据计算结果来判定 4 混合轮系的传动比计算复合轮系传动比的步骤是 1 分轮系 将复合轮系分解为基本轮系关键是将周转轮系分离出来 其方法是 先找行星轮 再找系杆 支承行星轮 最后找中心轮 与行星轮啮合 复合轮系中可能有多个周转轮系 剩余的就是定轴轮系 2 列公式 分别列出基本轮系的传动比计算公式 3 找联系 找基本轮系之间的联系 4 联立求解 联立求解方程组 例 图示轮系中 已知 z1 24 z2 z2 18 z3 z3 21 z4 63 z5 18 z6 z6 18 z7 54 求传动比i17 1 2 3 4 5 6 7 2 3 6 1 了解机械平衡的目的及其分类 掌握机械平衡的方法2 熟练掌握刚性转子的平衡设计方法 了解平衡实验的原理和方法 第十章 一 静平衡 适用条件 轴向宽度很小的回转件 结构平衡和结构不平衡的讨论 径宽比D b 5的转子 砂轮 飞轮 齿轮 可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内 静平衡条件 分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零 对于静不平衡的转子 无论有多少个偏心质量 都可以适当地增加一个平衡质量即可获得平衡 经过平衡后 总质心便与回转轴线重合 即e 0 因此该回转体可以在任何位置保持静止 不会自己转动 这种情况叫 静平衡 二 动平衡适用对象 轴向尺寸较大 B d 5 的转子 如内燃机中的曲轴和凸轮轴 电机转子 机床主轴等都必须按动平衡来处理 动平衡原理 预先选定两个平面 根据力系等效原理 分别向两平面分解 然后在两平面内作平衡 则惯性力和惯性力矩都得到平衡 这两个平面称为平衡面 m2I m2II 不平衡质量分解结果 作图法求解 空间力系的平衡 两个平面汇交力系的平衡问题 m1II m2II 作图法求解 结论 动平衡的条件 当转子转动时 转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零 这种平衡称为 动平衡 对于动不平衡的转子 无论有多少个偏心质量 都可以在任选的两个平衡平面内各加或减一个合适的平衡质量即可使转子获得平衡 由于动平衡同时满足静平衡条件 所以动平衡的转子一定静平衡 反之 经过静平衡的转子不一定是动平衡的 例题1 有四个回转质量m1 3kg m2 6kg m3 7kg m4 9kg 它们位于同一回转面A内 矢径分别为r1 20mm r2 12mm r3 10mm r4 8mm 其间夹角依次互为90 如图所示 今要求在回转半径rb 10mm处加一平衡质量mb 试求mb及其矢径rb与r1间的夹角大小 m1 m2 m3 m4 r1 r2 r3 r4 质量1的质径积为 解 质量2的质径积为 质量3的质径积为 质量4的质径积为 m1r1 m2r2 m3r3 m4r4 mbrb 量得mbrb 10kgmm平衡质量mb 1kg 与r1的夹角为0 1 等效力矩或等效力的求法2 等效转动惯量或等效质量的求法3 飞轮转动惯量的求法 第十二章 一 等效动力学模型的建立 对于单自由度的机械系统 只要知道其中一个构件的运动规律 其余所有构件的运动规律就可随之求得 因此 可把复杂的机械系统简化成一个构件 称为等效构件 建立最简单的等效动力学模型 将使研究机械真实运动的问题大为简化 转化原则 该系统转化前后的动力学效果保持不变 即 等效构件的质量或转动惯量所具有的动能 应等于整个系统的总动能 等效构件上的等效力 等效力矩所做的功或所产生的功率 应等于整个系统的所有力 所有力矩所做功所产生的功率之和 1 等效力矩和等效力 若等效构件为绕定轴转动的构件 则 若等效构件为移动件 则 若计算出的Me Fe为正 则表示Me和 Fe和v的方向一致 否则相反 若等效构件为绕定轴转动的构件 则 若等效构件为移动件 则 2 等效转动惯量和等效质量 二 周期性速度波动程度的衡量指标 三 产生周期性波动的原因 周期性变速稳定运转过程中 在一个运转周期内 等效驱动力矩所做的功等于等效阻力矩所做的功 但在运转周期内的任一时刻 等效驱动力矩做的功不等于等效阻力矩做的功 从而导致了机械运转过程中的速度波动 Md Mr MdMr W为正时称盈功 W为负时称亏功 Emin Emax 在一个周期内 W为零 在一个运动循环内 驱动力矩和阻力矩所作的功分别为 当机器角速度最大时 机器做的功最大 当机器角速度最小时 机器做的功最小 四 飞轮设计 飞轮设计的关键是根据机械的平均角速度和允许的速度不均匀系数来确定飞轮的转动惯量 定义 最大的盈功与最大亏功之差称为最大盈亏功 即 分析 W n一定时 JF 机械速度波动 达到调速的目的 但 JF 从而使飞轮过于笨重 W 一定时 JF与n成反比 所以为减小飞轮转动惯量 最好将飞轮安装在机械的高速轴上 当JC JF时 能量指示