机械原理总结2010

1、平面机构的结构分析,第一章,一 基本概念,1 运动副：两构件直接接触形成的可动联接 低副和高副 2 运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。,3 自由度：构件所具有的独立运动的数目,4 机构自由度:机构中各活动构件相对于机架的独立运动数目。,5 杆组：不可再分的、自由度为零的运动链,二.平面机构的自由度,两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束,自由度随之减少。,低副引入两个约束！,机构自由度的一般公式,F=3n-2Pl-Ph,设一平面机构由n个构件(除机架外）组成, 未构成运动副之前, 这些活动构件应有3n个自由度。假设构成PL个低副和PH个高副, 每引入一个约束构件就失去一个

2、自由度, 故机构自由度应为活动件自由度的总数与运动副引入约束总数之差。 以F表示, 则有,1) 复合铰链(Compound Hinge),2)局部自由度 Passive DOF,3）虚约束RedundantConstraints,三 平面机构具有确定运动的条件,）机构自由 度 F1。,2）原动件数目等于机构自由度F。,例题6 计算图示机构自由度。,F = 3n2PLPH,3,2,=,8,11,1,1,=,四 平面机构的结构分析,步骤： 1.去除局部自由度和虚约束，高副低代，并标出原动件。 2.从远离原动件的地方开始，先试拆二级杆组，不行，再试拆n4的杆组。当分出一个杆组后，再次试拆时，仍需从最

3、简单的二级杆组开始试拆，直到只剩下机架和原动件为止。 *杆组的增减不应改变机构的自由度。,3.判断机构的级别。,剩余机构不允许残存只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件！,例1-5 试分析图示大筛机构的结构，并确定机构的级别,级机构,下一页,高副低代的一般方法：在接触点两轮廓曲率中心处，用两个转动副联接一个构件来代替这个高副。,O1,O2,1,2,4,Ao1o2B代替机构,高副低代的几种特例,接触轮廓之 一为直线,返回,第二章 平面机构的运动分析,主要内容： 1）速度瞬心法 2）图解法求解速度和加速度,一、速度瞬心法,1 速度瞬心：两作相对运动的刚体，其相对速度为零的重合点。,绝对瞬心：

4、两构件其一是固定的,相对瞬心：两构件都是运动的,3 三心定理:任意三个做平面运动的构件有三个瞬心,这三个瞬心 在同一直线上,2 瞬心数为：Nn(n-1)/2,举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。,解：瞬心数为：Nn(n-1)/26 n=4,1.作瞬心多边形圆,2.直接观察求瞬心,3.三心定律求瞬心,1 铰链四杆机构,P14,P12,P23,P34,vP13=w1lP14P13= w3lP14P34,两构件的角速度与其绝对速度瞬心至相对速度瞬心的距离成反比。,直接观察能求出4个,余下的2个用三心定律求出。,已知：构件1的角速度1和长度比例尺l,二、速度瞬心法在机构速度分析上的应用,2 曲柄滑块机构,

5、P14,P12,vC=vp13=w1lAP13,已知各构件的长度、位置及构件1的角速度，求滑块C的速度,3做直线运动,各点的速度一样,将P13看作是滑块上的一点.,3 滑动兼滚动的高副机构,P21,P31,组成滑动兼滚动高副的两构件，其角速度与连心线被轮廓接触点公法线所分割的两线段长度成反比。,二 用相对运动图解法求机构的速度和加速度,掌握相对运动图解法， 能正确地列出机构的速度和加速度矢量方程，准确地绘出速度和加速度图，并由此解出待求量。 主要内容 同一构件上两点间的速度和加速度关系 移动副两构件重合点间的速度和加速度关系 级机构位置图的确定 速度分析 加速度分析,pbec为速度多边形，bc

6、e 相似BCE，为速度影像; p点为极点，速度为的点，连接p与任一点的矢量代表同名点的绝对速度任意两点的矢量代表同名点间的相对速度，指向与角标相反 bc代表VCB而不是VBC 速度影像原理：当已知构件上两点的速度时，则该构件上其他任一点的速度便可利用速度影像与构件图形相似的原理求出。,b,e,c,f,F,p,第三章 平面连杆机构及其设计,主要内容 1 平面连杆机构的基本形式及演化 2 曲柄存在的条件 3 机构设计, 3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题,3-2 平面四杆机构的基本形式及其演化,一、铰链四杆机构,若组成转动副的两构件能作整周相对转动,则该转动副称为整转副,否则称为摆动副.

7、,根据两联架杆为曲柄或摇杆:,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,3-3 平面四杆机构的主要工作特性,一、转动副为整转副的充分必要条件,1.铰链四杆运动链中转动副为整转副的充分必要条件,A为整转副的条件： 1）组成转动副A的两个构件中必有一个为四个构件中的最短杆； 2）最短构件与其他三个构件中任一构件的长度之和不大于另两构件长度之和即最短杆与最长杆之和应小于或等于其他两构件长度之和。（杆长之和条件）,铰链四杆机构类型的判断条件：,2）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆机构。,1）在满足杆长之和的条件下：,（2）以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；,（3）以最短杆的对边构

8、件为机架，均无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。,（1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；,二、行程速度变化系数,摆角, 12 , t1t2 , v10正变位、x=0零变位、x0负变位,移距或变位xm:刀具相对移动的距离.,径向变位法:,将刀具相对加工标准齿轮时的位置远离或靠近轮坯中心来加工齿轮的方法.,标准齿轮和变位齿轮相比较,1)相同点:m z d p db,2)不同点:ha hf se；参数的变化来改善齿轮传动的质量,基圆不变，变位齿轮的齿廓曲线和相应的标准齿轮的是由相同的基圆展成的渐开线，只不过所截取的位置不同。,三、变位齿轮的几何尺寸,

9、1. 齿厚 s 和任意圆上的齿厚,正变位分度圆齿厚增大；负变位齿厚减小,任意圆上齿厚也发生变化，可采用公式（5-9）。注：过大的正变位齿顶变尖的问题，需校核齿顶厚。,2. 中心距a与中心距变动系数y,无侧隙啮合中心距,中心距变动量,中心距变动系数,实际中心距,二、变位齿轮传动的类型,1. 零传动,变位系数和的不同,一、复合轮系的传动比,（）将基本轮系区别开来 （）分别列出各个基本轮系传动比的方程式 （）找出各基本轮系之间的关系 （）将各基本轮系传动比方程式联立求解，得到复合轮系的传动比,关键点：把复合轮系分为基本轮系,首先找出各个单一的周转轮系： 先找到行星轮（几何轴线位置不固定的齿轮），支撑

10、行星轮的就是行星架， 几何轴线与系杆重合且直接与行星轮相啮合的定轴齿轮就是中心轮 重复上述过程,所有周转轮系 剩余的由定轴齿轮所组成的部分就是定轴轮系.,周转轮系中的任意两个齿轮A和B（包括A、B中可能有一个是行星轮的情况）以及行星架H的角速度之间的关系应为：,m转化轮系中外啮合齿轮的对数,注意（1）转化机构传动比的正负号，影响周转轮系传动比的大小和正负号。,（6-2）,对于行星轮系，若B齿轮为固定不动的中心轮，则上式转化为：,即,（2）是各构件的真实角速度，若已知两个转速，相同时，都为正，相反时，符号相反。,活动齿轮A对行星架H的传动比等于1减去行星架H固定时活动齿轮A对原固定中心轮B的传动

11、比。,例6-8 图12-9所示为电动卷扬机卷筒机构。 已知各轮齿数z1=24, z2=48, z2=30, z3=102, z3=40, z4=20, z5=100, 主动轮1的转速为n1=1240 r/min, 动力由卷筒H输出, 求卷筒的转速。,图 6-8 卷扬机卷筒机构,解 (1) 划分轮系。 当卷扬机卷筒运转时, 双联齿轮2与2的轴线会随卷筒转动, 因此它是一个双联行星轮, 支持它转动的卷筒是行星架H, 与双联行星轮啮合且轴线与行星轮系主轴重合的是中心轮1和3, 它们组成了一个差动行星轮系。 齿轮3、 4与5的轴线是固定的, 组成了定轴轮系。 一个行星轮系和定轴轮系组成。,例6-5：已知: z1=50，z2=100，z3 = z4 = 40, z4 =41, z5 =39, 求: i13 。,解:1、分清轮系:,3-4-4-5, 2(H)组成行星轮系;1-2组成两定轴轮系。,2、分列方程,3、 联立求解,(a),(b),改变齿数可实现换向传动！,组合机床走刀机构,用齿条刀具加