机械原理课程学习指南

机械原理机械原理 课程学习指南课程学习指南 说明 为配合学生 机械原理 课程的学习 根据机电工程学院本科 机械原理 课程教学大纲的 要求 对本课程基本情况 性质 任务 教材和多媒体课件的处理 学习参考书 考核要求及各章 节重点 难点等均在本学习指南中做出了较详细的说明 同时针对各章的不同要求 配备了一定数 量的自测练习题 学生通过自测检查可以发现自身学习中存在的问题 有的放矢地进行学习 一 一 课程基本情况 性质 研究对象和任务课程基本情况 性质 研究对象和任务 总学时 56 学时 课堂教学 50 学时 实验教学 6 学时 先修课 大学物理 高等数学 机械制图 理论力学 材料力学 计算机应用基础等 机械原理 是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要技术基础课 在整个教学计划中 以主干课程的角色 起着承上启下的作用 具有十分重要的地位 本课程主要研究机械系统的运动学 和动力学分析及机械系统方案设计基本理论 包括各种机构的结构分析 运动分析和受力分析问题 常用机构的设计问题 机器动力学问题和机械运动系统设计的问题 它的主要任务是 1 通过本课程的学习 使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论 基本知识和基本技能 2 通过本课程的学习 使学生学会常用机构的分析和综合方法 培养学生的创新精神和机械系统 运动方案创新设计的能力 二 教材及多媒体课件说明教材及多媒体课件说明 1 教材 本课程教材选用由刘会英 杨志强 张明勤编著 机械工业出版社出版的新世纪高校机电工程规 划教材 机械原理 本教材内容精炼 结构合理 理论性强 是 十一五 国家级规划教材 由于计 划学时有限 不可能在课堂上对教材所有内容一一进行详细讲解 因此 学生应该抓住每章节的重点 难点 搞清分析问题 解决问题的基本思路 并注意寻找同类问题间的内存规律 真正做到举一反三 将问题由 繁 变 易 将课本由 厚 读 薄 2 多媒体课件 机械原理多媒体教学课件是本校机械基础学科组集体创作的 它综合了图 文 声 像 二维图 形 三维动画等多种媒体手段 经科学 合理的重组 整合 加工 构筑了一种虚拟实际场景的教学 氛围 对学生开阔视野 扩展思路 增强工程实践意识以及提高分析问题 解决问题的能力和创造能 力都具有非常重要的作用 但是 应该提醒的是 在利用多媒体课件进行学习时 不能将注意力只集 中在丰富多彩的课件画面上 而忽视对课程内容的关注和理解 课堂学习中 由于信息量较大 课堂 进度较快 应注意对重要内容作记录 并在课下及时复习和总结 三 三 学习参考书学习参考书 机械原理 孙桓 陈作模 主编 机械原理教程 申永胜 主编 机械原理学习指南 孙桓 主编 机械原理辅导与习题 申永胜 主编 机械原理常见题型解析及模拟题 葛文杰 主编 机械原理试题精选与答题技巧 焦映厚 编 四 四 关于课程的考核关于课程的考核 机械原理 课程的考核成绩由以下几部分构成 平时成绩 包括课外作业 课堂出勤 课堂表现等情况 20 实验成绩 未完成规定实验者不得参加期末考试 10 考试成绩 未参加期末考试的该课程无成绩 70 五 五 各章基本内容 重点难点及自测练习题各章基本内容 重点难点及自测练习题 第一章 绪论 2 一 本章要求 1 掌握机械原理学科的研究对象及机械 机器 机构等名词概念 2 了解机械原理学科的研究内容 发展趋势及学习特点 二 本章重点和难点 机械原理课程的研究对象是机器和机构 对于机器和机构的含义和特征应能清楚地掌握 这是本 章的重点 同时 要注意课程的性质和学习特点 至于课程内容的几个方面及发展趋势 有一初步了 解即可 三 自测练习题 1 填空题 1 零件是机器中的 单元体 构件是机构中的 单元体 2 机构中的构件是由一个或多个零件所组成的 这些零件间 产生相对运动 A 可以 B 不能 C 不确定 3 机器与机构的主要区别是 A 机器较机构运动复杂 B 机器能完成有用的机 械功或转换能量 C 机器能变换运动形式 4 一种相同的机构 机器 A 只能组成相同的 B 可以组成不同的 C 只能组成一种 2 简答 题 1 什么是机械 机器 机构 构件 零件 各举一例说明 2 机械原理 课程研究的对象与内容是什么 第二章 平面机构的结构分析 一 本章要求 1 了解机构的组成 搞清运动副 运动链 约束 自由度等基本概念 2 掌握机构运动简图的绘制方法 能将实际机构结构图绘制成机构运动简图 能看懂机构的运动 简图并以此表达自己的设计构思 3 掌握平面机构自由度的计算及平面机构具有确定运动的判断方法 能准确识别机构中存在的复 合铰链 局部自由度和虚约束 并作出正确的处理 能对机构是否具有确定的运动作出判断 4 了解平面机构组成原理及结构分析方法 能够将简单机构分解为机架 原动件和若干基本杆组 并正确判断机构的级别 学会根据机构组成原理对简单的设计方案进行分析 二 本章重点和难点 本章的重点一是机构运动简图的绘制 二是平面机构自由度计算 至于平面机构的高副低代内容 属于拓宽知识面性质的内容 不作重点要求 在机构运动简图的绘制是本章的重点也是难点 其关键在于如何根据相接触的两构件间的联接方 式分析确定两者的运动性质 即判定运动副种类 此外 在运动简图上绘制构件时 只表达与运动有 关的因素 与运动无关的因素 如构件复杂的外形 应略去 在平面机构自由度计算中 有关虚约束的识别及处理是本章的另一个难点 但不是重点 因此 只要对虚约束有一明确的概念 并对机构存在虚约束的一些常见情况能够作出识别和判断 以便正确 计算机构的自由度即可 三 自测练习题 1 填空题 1 两构件通过点或线接触而构成的运动副为 它引入 个约束 两构件通过面接触 而构成的运动副为 它引入 个约束 2 根据平面机构组成原理 任何机构都可看成是由 加 和 组成 3 3 机构中相对静止的构件称为 机构中按给定运动规律运动的构件称为 4 杆组是自由度等于 的运动链 A 1 B 0 C 原动件数 5 某机构为 级机构 那么该机构应满足的必要充分条件是 A 至少含有一个 级杆组 B 至少含有三个基本杆组 C 含有基本机构和二个基本杆组 6 机构中只有一个 A 原动件 B 从动件 C 机架 7 有两个平面机构的自由度都等于 现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构 这时其自由度等于 A 1 B 0 C 2 2 计算分析题 1 画出下图所示各机构的运动简图 2 计算下图所示各机构的自由度并判断机构是否具有确定的运动 在计算中 如有复合铰链 局部自由度和虚约束应说明 3 下面所示两图分别为一机构的初拟设计方案 试 计算图示各机构的自由度 如有复合铰链 局部自由度和虚约束需说明 分析其设计是否合理 如此初拟方案不合理 请用简图表示其修改方案 并对其合理性进行验证 c a a b A BC D 4 4 分析右图所示机构的杆组组成 画图表示拆杆组 过程并指出各级杆组的级别和机构的级别 若构件 1 为机架 构件 5 为原动件 分析机构组成 若构件 2 为机架 构件 3 为原动件 分析机构组成 第三章 平面机构的性能分析 一 本章要求 1 了解平面机构运动分析和力分析的目的和不同方法 2 掌握图解法对平面机构进行运动分析的基本方法 理解速度瞬心的概念及 三心定理 能够 运用瞬心法对简单平面机构进行速度分析 能够运用矢量方程图解法对平面机构进行速度分析和加速 度分析 3 掌握机构力分析的基本方法 运用图解法或解析法对平面机构进行动态静力分析 熟悉移动 副 转动副及螺旋副中摩擦力的确定 对机械效率 自锁有明确的概念 二 本章重点和难点 本章重点是图解法对平面机构进行速度和加速度分析 其中包括瞬心法和矢量方程图解法 本章的难点一是运用瞬心法对机构进行速度分析 二是运用矢量方程图解法对平面机构进行加速 度分析 三 自测练习题 1 填空题 1 在由 6 个构件组成的机构中 瞬心总数为 个 其中有 个相对瞬心 有 个绝 对瞬心 2 当两构件的相对运动为 动 牵连运动为 动时 两构件的重合点之间将有哥式加速度 3 在用矢量方程图解法对机构进行运动分析时 影像原理适用于 各点之间速度和加速度关 系 A 任意构件上 B 同一机构上 C 同一构件上 4 机械效率等于 功与 功之比 它反映了输入功在机械中的有效利用程度 5 平面移动副的自锁条件是 驱动力作用在 转动副的自锁条件是 驱动力作 用在 用机械效率判断自锁的条件是 6 当移动副中摩擦系数大于零时 滑块所受导路总反力的方向与滑块运动方向成 A 直角 B 锐角 C 钝角 7 两运动副的材料一定时 当量摩擦系数取决于 a b 5 A 运动副元素的几何形状 B 运动副元素间的相对运动速度 C 运动副元素间作用力 8 一台机器空运转 对外不作功 这时机器的效率 A 大于零 B 等于零 C 小于零 2 作图分析题 1 在右图所示机构中 设已知各构件长度 lAD 85mm lAB 25mm lCD 45mm lBC 70mm 原动件以角速度 1 10 rad s 转动 试用图解法求在图示位置时 E 点的速度 vE和 加速度 aE 及构件 2 的角速度 2和角加速度 2 2 在下图 a 所示曲柄滑块机构中 已知各构件的尺寸及位置 设原动件的角速度 1为常数 图 b 和图 c 分别为该机构在图示位置时的速度多边形和加速度多边形 各图的比例尺分别为 mm mm 2 l mm mm s 20 v mm mm s 120 2 a 列出与图 b 速度多边形相对应的速度矢量方程式 并标明速度多边形中各线段所代表的矢量 列出与图 c 加速度多边形相对应的加速度矢量方程式 并标明加速度多边形中各线段所代表的 矢量 求构件 2 的角速度 2和角加速度 2 要求写出计算关系式 并根据图中线段尺寸比例求出其 大小 说明其方向 利用影像原理 求出构件 2 上速度为零的点 E2和加速度为零的点 F2 3 在右图所示机构中 曲柄 1 上作用着驱动力矩 M 滑块 3 上作用有工作阻力 Q 设已知机构 尺寸以及转动副中摩擦圆 图中虚线圆所示 若不计各构件的质量 试求 构件 2 上运动副 B C 处的反力方向和位置 构件 1 的转动方向 1 第四章 平面连杆机构 3 题图 60 60 pc b 图 b p b n2 c 图 c 12 3 A B C 1 图 a 6 一 本章要求 1 了解平面四杆机构的基本形式及演化方法 对铰链四杆机构的三种基本形式及演化方式中的曲 柄摇杆机构和摆动导杆机构要熟悉其结构组成和运动特点 2 掌握平面连杆机构的运动特性的分析方法 对曲柄存在条件 急回特性 行程速比系数 传 动角或压力角 死点有明确的概念 3 掌握设计平面四杆机构的基本方法 能够按照给定行程速比系数 给定连杆位置或两连架杆 位置运用图解法或解析法完成四杆机构各构件基本尺寸的确定 二 本章重点和难点 本章的重点一是铰链四杆机构基本形式的判断 二是四杆机构中急回特性分析 传动角压力角分 析及死点位置分析 三是平面四杆机构的设计 本章的难点是平面四杆机构最小传动角的分析及按给定两连架杆位置设计平面四杆机构 三 自测练习题 1 填空题 1 当曲柄摇杆机构处于死点位置时 原动件应是 此时 机构的压力角为 2 在曲柄摇杆机构中 若把摇杆变换为机架 则机构演变成 机构 3 一对心曲柄滑块机构 若以滑块为机架 则将演化成 机构 4 在四杆机构中 能实现急回运动的机构有 5 摆动导杆机构 当以曲柄为原动件时 传动角总是 A 等于 0 B 等于 9 0 C 大于 0 而小于 9 0 6 曲柄滑块机构中 若增大曲柄长度 则滑块行程将 A 增大 B 不变 C 减小 7 铰链四杆机构 ABCD 各杆长度分别为 lA B 40mm lBc 90mm lcD 55mm lAD 100mm 取 AB 杆为机架 则该机构为 A 双摇杆机构 B 双曲柄机构 C 曲柄摇杆机构 8 为保证连杆机构具有良好的传动性能 应使传动角 和压力角 A 大些 小些 B 和 都小些 C 小些 大些 2 作图分析题 已知如下图所示曲柄滑块机构中 LAB 20mm LBC 70mm 偏距 e 10mm 试用作图法决定 滑块的行程长度 H 极位夹角 并计算行程速比系数 K 出现机构最小传动角的位置 AB C 及最小传动角 min 如果该机构用作曲柄压力机 滑块朝右运动是冲压工件的工作过程 请确定曲柄的合理转向和 传力效果最好的机构瞬时位置 并说明最大传动角 max 7 第五章 凸轮机构 一 本章要求 1 了解凸轮机构的分类及应用 2 掌握推杆几种常用运动规律的特点和适用场合 了解其及选择原则 3 掌握并灵活运用反转原理 学会根据选定这一原理设计凸轮廓曲线的方法 了解在确定凸轮机 构的基本尺寸时应考虑的主要问题 二 本章重点和难点 本章的重点一是推杆几种常用运动规律的特点及适用场合 二是盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设 计 三是凸轮机构压力角及运动失真的主要影响因素 本章的难点是在凸轮轮廓设计及分析中 反转法 原理的理解和运用 三 自测练习题 1 填空题 1 在凸轮机构推杆常用的运动规律中 运动规律会使机构产生刚性冲击 而 运动规律会使机构产生柔性冲击 2 右图所示几种凸轮机构中 的润滑条件和传力性能最好 A a 图 B b 图 C c 图 3 尖顶从动件凸轮机构中 基圆的大小会影响 A 从动件位移 B 从动件加速度 C 机构的压力角 4 与其它机构相比 凸轮机构的最大优点是 A 便于润滑 B 制造方便 C 可 实现各种预期的运动规律 5 为避免从动件运动失真 滚子从动件凸轮的理论轮廓不能 A 内凹 B 有尖点 C 变平 6 若凸轮机构出现运动失真 可采取 的措施 A 增大滚子半径 B 增大基圆半径 C 减小基圆半径 7 设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时 若压力角超过许用值 则应 A 增大滚子半径 B 增大基圆半径 C 减小基圆半径 8 平底推杆盘形凸轮机构 其压力角 A 为常数 B 随凸轮转动而变化 C 一定比尖顶推杆的大 8 2 作图分析题 1 右图所示一对心直动滚子从动杆盘形凸轮机构 凸轮工作轮廓由两段圆弧和两段直线光滑连接 而成 已知凸轮转向为逆时针方向 凸轮工作轮廓如图所示 要求 画出凸轮的理论轮廓 画出凸轮的基圆 标出从动杆的行程 h 标出凸轮的推程角 0 远休止角 01 回程角 0 近休止角 02 标出凸轮由图示位置按逆时针方向转过 45 时机构的压力角 2 图示为一偏心圆盘构成的凸轮机构 已知凸轮转向如图 要求 写出该凸轮机构的名称 标出理论轮廓 基圆 图示位置的位移 s 标出图示位置的压力角 及凸轮转过 90 时的压力角 90 判断凸轮的转向是否合理 并简述主要原因 第六章 齿轮机构 一 本章要求 1了解齿轮机构的类型和应用 2 理解齿廓啮合基本定律 掌握关于节点 节圆的概念及节圆尺寸与中心距 与传动比的关系 3 了解渐开线的形成及性质 掌握渐开线齿廓的啮合特性 明确啮合线 啮合角待概念 4 掌握渐开线齿轮传动的正确啮合条件 正确安装条件及连续传动条件 熟悉一对标准齿轮正确 安装使用时各尺寸参数之间的关系 明确理论啮合线 实际啮合线及重合度的含义 5 熟悉渐开线齿轮各部分的名称 基本参数及几何尺寸计算 熟练掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮 几何尺寸的计算方法 6 了解渐开线齿廓的切齿原理 根切现象 变位修正原理及变位齿轮的概念 7 了解斜齿圆柱齿轮 直齿锥齿轮 蜗轮蜗杆的传动特点及基本几何尺寸的计算 二 本章重点和难点 本章的内容较多 学习时注意抓住以下重点 一是齿廓啮合基本定律的深入理解 二是外啮合渐开 线直齿圆柱齿轮传动的啮合原理和设计计算 对于其它类型的齿轮传动注意掌握其与直齿圆柱齿轮相比 的特殊点 本章的难点是 一对渐开线齿轮传动的啮合条件 安装条件及连续传动条件的分析 变位齿轮 斜齿轮和锥齿轮的当量齿轮 三 自测练习题 1 填空题 1 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮的正确 啮合条件是 渐开线锥齿轮正确啮合条件是 蜗 杆与蜗轮正确啮合条件是 2 一对渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动时 两轮的 圆总是相切并相互作纯滚动的 而两轮的 9 中心距不一定总等于两轮的 圆半径之和 3 渐开线标准齿轮除了模数 压力角 齿顶高系数和顶隙系数为标准值外 还应当满足的条件是 4 用齿条刀具加工标准齿轮时 齿条刀具中线与齿轮分度圆 加工正变位齿轮时 齿 条刀具中线与齿轮分度圆 5 渐开线斜齿轮 参数为标准值 A 端面 B 法向 C 轴向 6 渐开线锥齿轮在 具有标准模数和标准压力角 A 大端 B 小端 C 齿宽中点处 7 渐开线齿轮的传动比不仅与两轮 圆半径成反比 也与 圆半径成反比 还与 圆半 径成反比 8 的圆称为分度圆 A 齿厚等于齿槽宽处 B 齿顶高等于齿根高处 C 具有标准模数和标准压力角 9 渐开线齿轮传动的可分性是指 不受中心距变化的影响 A 节圆半径 B 传动比 C 啮合角 10 斜齿圆柱齿轮的当量齿数是用来 的 A 计算传动比 B 计算重合度 C 选择铣刀及进行强度计算 11 范成法加工齿数少于 17 的渐开线 时 一定会产生根切 A 标准直齿圆柱齿轮 B 标准斜齿圆柱齿轮 C 变位直齿圆柱齿轮 12 正变位齿轮与标准齿轮相比其分度圆 齿顶圆 齿根圆 A 变大 B 变小 C 不变 13 当渐开线圆柱齿轮的齿数少于 zmi n时 可采用 的方法来避免根切 A 正变位 B 负变位 C 零变位 14 一对渐开线齿轮的连续传动条件是 A 模数要大 B 齿数要少 C 重合度要大于 1 2 分析计算题 1 两个渐开线标准直齿圆柱齿轮 它们的压力角 20 齿顶高系数 ha 1 顶隙系数 c 0 25 今测得小齿轮齿数 z1 22 齿顶圆直径 da1 120mm 大齿轮齿数 z2 98 齿全高 h2 11 25mm 试 判断这两个齿轮能否正确啮合传动 并说明理由 若能正确啮合 求出其外啮合传动时的标准中 心距 a 计算齿轮 1 的分度圆直径 d1 齿根圆直径 df1 基圆直径 db1 齿距 p1 齿厚 s1和齿槽宽 e1 若将该对齿轮放置在轴间距离为 302mm 的两轴上组成外啮合传动 求此时两轮的节圆直径 d1 d2 啮合角 齿顶间隙 c 及传动比 i12 并说明该传动此时是否为无侧隙啮合 2 设有一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动 已知两轮的齿数分别为 z1 30 z2 40 模数 m 20mm 压力角 20 齿顶高系数 ha 1 顶隙系数 c 0 25 试求 齿轮 1 的分度圆直径 d 齿顶圆直径 da 齿根圆直径 df 基圆直径 db 齿距 p 齿厚 s 和齿槽宽 e 当实际中心距 a 702 5mm 时 两轮是否为无侧隙啮合 此时 啮合角 为多少 两轮节 圆直径 d1 d2 各为多少 顶隙 c 为多少 传动比 i 为多少 保持实际中心距 a 和传动比 i 不变 若要实现无侧隙啮合 可采用什么类型的齿轮传动 10 第七章 轮系 一 本章要求 1 了解轮系的分类和主要功用 2 熟练掌握定轴轮系 周转轮系 复合轮系传动比的计算方法 会确定主 从动轮的转向关系 3 了解行星轮系的选型及设计中的主要问题 熟悉行星轮系各轮齿数的确定方法 二 本章重点和难点 本章重点是各种轮系传动比的计算 本章难点是周转轮系传动比计算及复合轮系中基本轮系的划分 三 自测练习题 1 填空题 1 在轮系传动比计算中 iABH 表示 A B 两轮的传动比 A 在转化轮系中 B 在实际轮系中 C 在周转轮系中 2 惰轮对轮系传动比 A 大小方向均无影响 B 仅影响大小 不影响方向 C 仅影响方向 不影响大小 3 下图所示轮系 三个传动比计算式中 式是正确的 4 含有蜗轮蜗杆的定轴轮系 确定各轮的转向关系 A 可以用 1 m法 B 只能用箭头法 C 可用箭头法和 1 m法 2 计算题 1 在右图所示轮系中 已知各轮的齿数 z1 z3 80 z3 z5 20 齿数 l 的转速 n1 70r min 方向如图 所示 试求齿轮 5 的转速的大小及方向 1 3 3 1 13 1 3 3 1 13 1 3 3 1 13 z z nn nn iC z z nn nn iB z z n n iA H HH H HH 2 题图 1 题图 11 2 已知右上图所示轮系中 z1 20 z2 30 z3 z4 z5 25 z6 75 z7 25 nA 100r min 方向如图 所示 试 说明该轮系类型名称及其组成情况 求 nB的大小和方向 第八章 其他常用机构 一 本章要求 1 了解棘轮机构 槽轮机构的工作原理 运动特点 应用场合及设计要点 2 了解几种常见的组合机构的组合方式 工作特点及主要应用 二 本章重点和难点 本章内容难度不大 重点掌握几种常用机构的组成 运动特点及应用 三 自测练习题 1 填空题 1 单销外槽轮机构中 槽轮的运动时间总是 静止时间 A 大于 B 等于 C 小于 2 若要实现周期性间歇转动 且希望转角大小可调 可选取 机构 A 槽轮 B 不完全齿轮 C 棘轮 3 在单向间歇运动机构中 棘轮机构常用于 场合 A 低速轻载 B 高速重载 C 低速重载 4 当输入运动为连续匀速转动时 要求输出运动为单向间歇转动 可选用 机构 机构和 机构 5 能满足超越要求的机构是 A 外啮合棘轮机构 B 内啮合槽轮机构 C 内啮合棘轮机构 6 棘轮机构中止动爪的作用是 2 简答题 1 实现间歇转动的机构有哪几种 哪一种间歇回转角可调 那一种较 适用于高速情况 为什么 2 右图所示为一摩擦式单向离合器 若以构件 1 为原动件 试问构 件 1 在什么转向下能带动构件 3 同速转动 在什么转向下构件 1 不能带动 构件 3 转动 第九章机械系统动力学设计 一 本章要求 1 了解等效力或等效力矩 等效质量或等效转动惯量等概念的意义和计算 2 了解机器运动速度波动的原因 特点以及相应的调节方法 掌握飞轮转动惯量的计算 3 掌握刚性转子静平衡和动平衡的原理和方法 了解平面四杆机构的平衡原理 二 本章重点和难点 本章的重点一是对等效力或等效力矩 等效质量或等效转动惯量的理解及周期性速度波动的调节 中飞轮转动惯量的确定 二是刚性转子静平衡和动平衡的条件 原理和方法 三 自测练习题 1 填空题 12 1 在机械系统的 阶段 系统的动能增加 并且输入功大于总消耗功 A 启动 B 稳定运转 C 仃车 2 在研究机械系统动力学问题时 常采用等效力 或力矩 来代替作用在系统中的所有外力 它 是按 的原则确定的 A 动能相等 B 做功相等 C 力的平衡 3 对于单自由度的机构系统 假想用一个移动构件等效时其等效质量按等效前后 相等 的条件进行计算 A 动能 B 瞬时功率 C 转动惯量 4 在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内 当系统出现亏功时 系统的运动速度