机械原理清考复习

机构 人为实物的组合体 具有确定的机械运动 可以用来传递和转换运动 机器 人为实物的组合体 具有确定的机械运动 可以用来转换能量 完成有用功或处理信息 以代替或减轻人的劳动 机器机构的概念 机器是由机构组成的 简单的机器 可能只含有一个机构 但一般都含有多个机构 机械 机器和机构的总称 运动角度来看 任何机器 或机构 都是由许多独立运动单元体组合而成的 这些独立影响机器功能并能独立运动单元体称为构件 从加工制造角度来看 任何机器 或机构 都是由许多独立制造单元体组合而成零件 这些独立制造单元体称为零件 第二章机构结构分析 构件可以是一个零件 也可以是由一个以上的零件组成 2 按其相对运动形式分 转动副 回转副或铰链 移动副 1 按其接触形式分 高副 点线接触的运动副 低副 面接触的运动副 2 运动副的分类 凸轮高副 点接触 齿轮高副 线接触 机构自由度 指机构中各构件相对于机架所具有的独立自由参数 与组成机构的构件数目 运动副的类型及数目有关 计算方法 F 3n 2PL PH式中 n 机构的活动构件数目PL 机构的低副数目PH 机构的高副数目 约束2个自由度 约束1个自由度 平面机构的自由度 机构具有确定运动的条件是 机构的原动件数目应等于机构自由度数目 右图所示为一铰链四杆机构 该机构具有4个构件 活动构件数n为3 低副数PL 4 高副数PH 0 根据机构自由度计算公式 该机构的自由度为F n 2PL PH 3 3 2 4 0 1 计算图示颚式破碎机的自由度 n 5 PL 7 PH 0F 3n 2PL PH 3 5 2 7 0 1 两个以上构件在同一处以转动副相联接 所构成的运动副称为复合铰链 解决方案k个构件在同一处构成复合铰链 实际上构成了 k 1 个转动副 F 3 5 2 7 1 三 计算机构自由度时应注意的问题 1 复合铰链 F 3 5 2 6 3 2 局部自由度若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关 并不影响其它构件的运动 则称这种自由度为局部自由度 n 3 PL 3 PH 1 F 3n 2PL PH 3 3 2 3 1 2 局部自由度一般存在于高副中 注意 计算机构自由度时 应将局部自由度除去不计 F 3n 2PL PH 3 2 2 2 1 1 F 3 2 2 3 1 1 解决方案计算机构自由度时 不考虑虚约束的作用 认为两个构件之间只形成一个运动副 两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副 场合一 两构件间构成多个运动副 3 虚约束 不起独立限制作用的重复约束称为虚约束 例 计算大筛机构自由度 n 7PH 1PL 9F 3 7 2 9 1 2 复合铰链 局部自由度 虚约束 平面铰链四杆机构 对一平面铰链四杆运动链 取任一构件为机架 可得到如图所示平面铰链四杆机构 构件1和3为连架杆 构件2为连杆 构件4为机架 能整周回转的连架杆称为曲柄 不能整周回转的连架杆称为摇杆或摆杆 若两构件在某一点以转动副相连并能绕该点作整周相对转动则称该转动副为回转副 否则 称为摆转副 第三章平面连杆机构 平面铰链四杆机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 第三章平面连杆机构 1 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和 曲柄存在的条件 2 连架杆或机架之一为最短杆 综合上述分析 平面铰链四杆机构中 一个构件上的两个转动副能成为回转副的必要条件是 该构件的杆长是四个杆长中的最短杆 且该最短杆与四个杆中的最长杆长度之和必小于或等于其他两杆长度之和 已知 LAB 55 LBC 40 LCD 50 LAD 25 1 取哪个构件为机架 得到曲柄连杆机构 3 取BC构件为机架 得到什么机构 2 取哪个构件为机架 得到双曲柄机构 急 慢回效应 急回运动 原动件作匀速转动 从动件作往复运动的机构 从动件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的现象 极位 输出构件的极限位置 摆角 两极限位置所夹的锐角 极位夹角 当输出构件在两极位时 原动件所处两个位置之间所夹的锐角 称K为行程速比系数 只要 0 就有K 1 且 越大 K值越大 急回性质越明显 平面四杆机构的动力学基本特性 1 压力角与传动角 压力角 从动连架杆上转动副处的受力与该点速度方向之间所夹的锐角 传动角 压力角的余角 压力角 越小 即传动角 越大 对机构的传动越有利 反之 机构的传动效果越差 1 压力角与传动角 压力角 输出构件受力方向与受力点速度方向之间所夹锐角 传动角 压力角的余角 画机构压力角和传动角 出现死点位置的条件 死点的位置特征 0或连杆与曲柄共线 基圆 基圆半径rb 升程h 近休 近休止角 远休 远休止角 第四章凸轮机构 第四节凸轮机构基本尺寸设计 o rb 1 凸轮机构的压力角 压力角 在不计摩擦的情况下 凸轮对从动件作用力的方向与从动件运动方向之间所夹的锐角 a增大到某一值时 机构发生自锁 有害分力 有效分力 当有效分力F 一定时 压力角 越大 有害分力F 就越大 机构的效率就越低 高速轻载 无 6 28 2 0 正弦加速 中速中载 柔性 4 93 1 57 余弦加速 中速轻载 柔性 4 0 2 0 等加等减速 低速轻载 刚性 1 0 等速 应用范围 冲击 amax Vmax 运动规律 从动件运动规律特性比较 1 在图中画出凸轮的基圆半径rb 理论轮廓线 2 画出图示位置时 凸轮机构压力角和从动件位移 3 画出最大升程 标出 凸轮的基圆半径rb 推程角 回程角 远休止角和近休止角 图示位置压力角和升程 从动件的最大行程h 1 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 3 经过动平衡的转子一定静平衡 反之 经过静平衡的转子则不一定是动平衡的 结论 1 静平衡的条件 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 转子平衡设计 齿轮各部分尺寸的计算公式 分度圆直径 d mz 齿顶高 ha ha m ha 齿顶高系数 取标准值ha 1 齿根高 hf ha c m ca 顶隙系数 取标准值c 0 25 全齿高 h ha hf 2ha c m 齿顶圆直径 da d 2ha z 2ha m 齿根圆直径 df d 2hf z 2ha 2c m 基圆直径 db dcos mzcos db z 法向齿距 pn pb mcos pcos 统一用pb表示 标准齿轮 m ha c 取标准值 且e s的齿轮 第十章齿轮机构 m1 m2 m 1 2 可导出正确啮合条件 一对渐开线齿轮正确啮合条件 要使进入啮合区内的各对齿轮都能正确地进入啮合 两齿轮的相邻两齿同侧齿廓间的法向距离应相等 pb1 pb2 结论 一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等 中心距 标准中心距 标准安装时节圆与分度圆重合 标准安装 2 渐开线齿轮不发生根切的最少齿数 根切 不根切的条件 PN1 PB2 在 PN1O1中有 PN1 rsin mzsin 2 在 PB2B 中有 PB2 ha m sin 代入求得 z 2ha sin2 即 zmin 2ha sin2 取 20 ha 1 得 zmin 17 2 斜齿轮的基本参数 端面t mt t hat ct 计算几何尺寸 法面n mn n han cn 标准值 基圆柱上的螺旋角 b 分度圆柱上的螺旋角 螺旋角 二 平行轴斜齿圆柱齿轮机构 正确啮合条件 mn1 mn2 n1 n2 1 2 外啮合 内啮合 二 蜗杆蜗轮正确啮合条件 阿基米德蜗杆蜗轮机构 1 蜗轮蜗杆传动的中间平面 中间平面 过蜗杆的轴线所作的垂直于蜗轮轴线的平面 在中间平面内蜗轮蜗杆的啮合相当于齿轮与齿条的啮合 2 正确啮合条件 且蜗轮与蜗杆旋向相同 正确啮合条件 m1 m2 1 2 大端参数m取标准值 20 锥齿轮大端 圆锥齿轮机构 一 定轴轮系 轮系运转时 如果各齿轮轴线的位置都固定不动 则称之为定轴轮系 轮系 平面定轴轮系 空间定轴轮系 二 周转轮系 按照自由度数目分类 差动轮系 行星轮系 按中心轮的个数分类 2K H型 3K型 K H V型 轮系运转时 至少有一个齿轮轴线的位置不固定 而是绕某一固定轴线回转 则称该轮系为周转轮系 第二节轮系的传动比计算 轮系的传动比 输入轴与输出轴的角速度 或转速 之比 即 d mz 一 定轴轮系的传动比 1 传动比大小的计算 输入轴与输出轴之间的传动比为 轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为 一 定轴轮系的传动比 一般定轴轮系的传动比计算公式为 齿轮4对传动比没有影响 但能改变从动轮的转向 称为惰轮或中介轮 一 定轴轮系的传动比 主 从动轮的转向关系的确定 外啮合 1 轴线互相平行的轮系 内啮合 m 外啮合齿轮的对数 m 任何定轴轮系都可用箭头表示 蜗轮蜗杆判断方法 右旋蜗杆 主 从动轮转向关系的确定 以右手握住蜗杆 四指指向蜗杆的转向 则拇指向的相反方向为啮合点处蜗轮的线速度方向 用右手定则 实例分析 若蜗杆头数z1 则传动比 在图示轮系中 已知各标准圆柱齿轮的齿数为 试计算齿轮3的齿数及传动比 图所示为一手摇提升装置 其中各轮齿数均为已知 试求传动比i15 并指出当