机械原理1.doc

1. 机械原理在国际上称之为机构学与机器科学，是机械工程的基础。机械原理的核心内容是研究机械产品概念设计阶段相关的机构设计和机构系统设计的基础利润和基本方法。2. 机械产品创新的关键是它工的工作原理、功能结构和运动方案的创新，并最终体现在机构类型和机构系统的创新上。3. 机械产品设计又可分为两个阶段：机械产品的概念设计（conceptual design）和机械产品的构形设计（configuration design）。4. 机械原理学科的发展动向概述如下：一是机构的结构理论，为了广泛应用机电一体化技术，开展包括液压、气动、电磁、电子、光电等非机械传动元件的广义机构设计方法的研究已日益迫切。二是平面与空间连杆机构，空间连机构的分析与综合的计算公式和运算过程都有比较繁复，常常采用矢量、张量、矩阵、对偶数、四元数、旋量计算等数学工具进行研究。三是凸轮机构，按动力学要求设计凸轮廓线除了采用动力多项式凸轮曲线外，现在较多采用某些符合动力特性要求的凸轮曲线。为了建立更符合实际情况的动力学模型和更精确的分析和设计方法，考虑质量分布、弹性变形、间隙、阻尼、外界干扰的频率、不平衡力、表面润滑等多方面的动力学问题。四是间歇运动机构，由于分度凸加速度变化规律可以自由选择，使冲击与振动现象大大减轻，工作平稳性和送料精度有较大提高。五是组合机构，英美各国对组合机构的分析和综合是以复数矢量法等解析法为主，德国则多采用简化计算和图表等实用方法进行计算。六是机械动力学，用能量分配法进行空间机构的动力分析，用线性相关法分析在弹簧载荷作用下加速启动的运动过程。转子动力学中比较广泛研究转子-轴承系统的振动特性和动态稳定性等问题。七机构的最优化设计，根据设计要求确定设计准则和设计变量；给出数学模型，确定设计约束，建立目标函数；探索最优化途径，优选设计变量；最优化方案的确定。八是仿生机构学。九是微型机械，微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同。微型机械具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等特点，它与微电子学、现代光学、气动力学、液体力学、热力学、声学、磁学、自动控制、仿生学、材料科学以及表面物理与化学等领域紧密结合。十是机构系统设计，根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计。5. 过大的速度波动会在轴承中引起动压力，导致机械振动等不良现象。6. 在机械系统中安装飞轮，有以调速为主要目的，也有以储能、减小电动机功率为目的的。7. 主轴转动的不均匀将直接影响发电机的动转，造成电压的不稳定。这时安装在主轴上的飞轮主要以调速为主。而由电动机驱动的冲床、剪床等机械，在工作的瞬间，工作阻力非常大，要求有很大的驱动力。在这类机械上安装飞轮，不但可以达到调速的目的，而且还可以减小电动机的功率。这是因为在非冲压期间，电动机提供多余的能量可以储存在飞轮中，而在冲压期间再由飞轮释放出来。8. 求出飞轮的转动惯量后，进而可设计飞轮的尺寸。工程中常把飞轮作成圆盘状或腹板状。9. 引起机械振动的原因是多方面的，主要的有：一是动转机械的不平衡，其引起的机械振动的频率常等于机械的转数或其倍数。二是作用在机械上的外载荷的变化。10. 减小和控制振动的方法，可分为三类：一是减小扰动，改善机器内部平衡；减小外载荷的变化幅值；对薄壁结构采取必要的阻尼措施等。二是防止共振，改变振动系统的固有频率；增加阻尼以增加能量逸散降低共振振幅。三是采取隔振措施，隔离振源（积极隔振）；隔离响应（消极隔振）。11. 机械系统在一般情况下应看作为一个弹性系统，为了使分析简化，常将机械系统简化为某种振动模型。建立机械系统振动模型的过程就是对此系统的抽象过程，使其动力特性（包括振动量、频率、相位、振型和频谱等）与真实系统吻合。12. 实际机械通过简化所得到的“振动模型”，在一定精确度上表示了此机械系统的结构动态特性（包括选题或转动惯量、弹性刚度、阻尼等）和外界激振情况。简化的过程，一方面对机械系统的振动特性参加数（如质量、刚度和阻尼）进行等效、转化和简化，另一方面对系统的某些次要的固有特性加以忽略。13. 系统中各特性参数分布规律的简化，弹性较小、质量较大的构件可以简化为不计弹性的集中质量；质量较小、弹性较大的构件（如弹性元件）可以简化为不计质量的弹性元件。14. 系统中各个特性参数的线性化，所谓线性化就是假定弹性力与位移成线性关系；阻尼力与速度成线性关系；惯性力与加速度成线性关系。15. 系统中质量和刚度的等效，为了使复杂的机械系统简化成简单的机械系统，可以应用动力等效的原理，将若干个质量（或转动惯量）等效成为一个等效质量（或等效转动惯量）。16. 忽略系统动态响应中次要的因素，在机械系统中阻尼较小时，如果只是求系统的固有频率或者远离共振区的强迫振动的振幅，那么可以忽略阻尼的作用。17. 研究机械中惯性的变化规律，利用平衡设计和平衡实验的方法对惯性力进行完全平衡或部分平衡，是减轻机械振动，改善机械工作性能，提高工作质量，减轻噪音污染的重要措施之一。18. 偏心重所产生的静力矩使其重心趋于下方，就像支起后架的自行车后轮一样，静止时气站芯的位置停在下方，也就是说这类转子的不平衡现象在静止状态即可表现出来，称作静不平衡。19. 若转子的宽度b很大，这类长圆柱形转子的平衡现象在静止时不易显示出来，只有在动转过程中才会出现明显的不平衡特征，称作动不平衡。20. 静平衡仅消除了惯性力的影响，经过静平衡的转子不一定能满足动平衡的条件，在机械设计时要予以注意。由于转子的材质分布不均匀或制造、安装误差等因素造成的转子回转轴经与其中心主惯性轴线不重合，从而产生离心惯性力和惯性力偶矩。在运转过程中，转子本身会发生明显的弯曲变形，产生动挠度，从而使其惯性力显著增大。21. 在转子的设计阶段，尤其是对高速转子及精密转子进行结构设计时，必须对其进行平衡计算，以检查其惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡，则需在结构上采取措施消除不平衡惯性力的影响，这一过程称为转子的平衡设计。22. 宽径比b/d0.2的圆盘状转子可进行静平衡设计。由于忽略了转子的宽度，转子上的不平衡质量可以认为集中在一个平衡面内。设计的关键问题是找出转子在该平面上应加或应减配重的大小与方位，平衡原理是转子上各不平衡质量所产生的离心惯性力与所加配重（或所减配重）所产生的离心惯性力的合力为零。23. 解方程，可以求出平衡面、上的平衡质量与方位。24. 由以上分析可知，对于任何动不平衡的刚性转子，无论具有多少个偏心质量，以及分布于多少个回转平面内，都可以在任选的两个平衡基面分别加上或减去一个适当的配重，使转子得到完全的平衡。故动平衡又称为双面平衡。25. 经过平衡设计的刚性转子在理论上是完全平衡的，但是由于制造和装配误差及材质不均匀等原因，实际生产出来的转子在运转时还会出现不平衡现象，这种不平衡在设计阶段是无法确定和消除的，需要通过实验来确定不平衡量的大小和方位，然后利用增加或去除平衡质量的方法予以平衡。26. 静平衡实验设备比较简单，一般采用带有两根平行导轨的静平衡架，为减少轴颈与导轨之间的摩擦，导轨的端口形状常作成刀口状和圆弧状。27. 静平衡实验的原理是重心居下的道理，进行静平衡实验时，首先调整好支架的水平状态，然后将转子轴颈放置在支架的一端，轻轻使转子向另一端滚动，待其静止时，在正上方作一标记，然后再使转子反方向滚动，若转子仍在上次附近静止，说明该位置时的质心位于转子轴线的下方。在其上方加一配重或在下方减一配重。再反复试验，直到该转子在任意位置都能静止，说明转子的重心与其回转轴线趋于重全。28. 由于轴颈和支架之间的摩擦会影响平衡的精度，所以重要的圆盘状转子还要在动平衡机上进行静平衡。29. 软支承动平衡机的转子支承架由两片弹簧悬挂起来，可以沿振动方向往复摆动，因而支承架也称摆架，其刚度较小，故称之为软支承动平衡机。软支承动平衡机的转子工作频率W 要远远超过转子支承系统的固有频率Wn,一般情况下，转子在WWn的情况下工作。30. 硬支承动平衡机的转子支承架的刚度很大，它没有摆架结构。转子直接支承在刚度很大的支架上，且这种支架在水平和垂直方向的刚度不同，转子及支承系统的固有频率也很大。31. 进行动平衡时，首先要在转子的两个平衡面处沿圆周方向作好标记，然后将转子轴颈放入动动平衡机的两端支架上，再用联轴节将转子与动平衡机主轴连接起来，选择平衡面并调整各测量装置，即可进行动平衡实验。32. 有些高速转子和工作精度要求很高的转子，虽然在制造期间已经过平衡实验达到良好的平衡状态，但由于运输、蠕变和工作温度过高或电磁场的影响等原因，仍会民生微小变形而造成不平衡。在这些情况下，一般可进行现场平衡。现场平衡就是通过直接测量机器中转子支架的振动，来确定转子不平衡量的大小和方位，进而确定应加平衡质量的大小和方位。33. 只要转子的剩余不平衡量小于许用不平衡量就可以满足工作要求。转子的许用不平衡量有两种表示方法，即质径积表示法和偏心距表示法。转子的许用不平衡质径积以（mr）表示，转子质心距离回转轴线的许用偏心距以（e）表示。两者的关系为：(e)=(mr)/m34. 当构件制造好后，由于材质、加工、装配等误差的影响或者由于使用过程中可能产生的转子变形、磨损，还可能形成新的不平衡。机构惯性力的平衡条件只有总质心静止不动。一次镜像机构只能消除部分惯性力和惯性力偶矩。只有沿X、Y轴作两次镜像，才能完全消除机构惯性力。35. 在一些精密设备中，要获得高质量的平衡效果，仅在最后才进行平衡检测是不够的，应在生产的全过程中（即原材料的准备、加工、