機(jī)械原理電子教案

1、第一章 緒論 教學(xué)內(nèi)容 *本課程研究的對象和內(nèi)容 *本課程的性質(zhì)、任務(wù)及作用 *機(jī)械原理學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀 學(xué)習(xí)要求 *明確本課程研究的對象和內(nèi)容，及其在培養(yǎng)機(jī)械類高級工程技術(shù)人才全局中的地位、任務(wù)和作用。 *對機(jī)械原理學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀有所了解。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：本課程研究的對象及內(nèi)容。本章介紹了機(jī)器、機(jī)構(gòu)、機(jī)械等名詞，并通過實(shí)例說明各種機(jī)器的主要組成部分是各種機(jī)構(gòu)，從而明確了機(jī)構(gòu)是本課程研究的主要對 象。當(dāng)然，由于此時尚未具體學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，故只能是一個概括的了解。 學(xué)習(xí)安排授課自學(xué)觀看機(jī)械原理電教片1學(xué)時1.5學(xué)時中國古代機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用學(xué)習(xí)方法 如何學(xué)好本課程。 要學(xué)好本課程

2、,首先必須對機(jī)械在一個國家中的重要作用有明確的認(rèn)識，機(jī)械現(xiàn)在是、將來仍是人類利用和改造自然界的直接執(zhí)行工具，沒有機(jī)械的支持,一切現(xiàn)代工程(宇航工程、深海工程、生物工程、通信工程、跨江大橋、過海隧道、摩天大樓、)都將無法實(shí)現(xiàn)。 了解機(jī)械原理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，既有助于對機(jī)械原理課程的深入學(xué)習(xí)，也有助于讓我們深信機(jī)械工業(yè)將永不停歇地日新月異地迅猛發(fā)展。 第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *機(jī)構(gòu)的組成(構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動鏈及機(jī)構(gòu)) *機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及其繪制 *機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 *機(jī)構(gòu)自由度的計算 *計算平面機(jī)構(gòu)的自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng) *虛約束對機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計 *平面機(jī)構(gòu)的

3、組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析 *平面機(jī)構(gòu)中的高副低副 學(xué)習(xí)要求 *搞清構(gòu)件、運(yùn)動副、約束、自由度、運(yùn)動鏈及機(jī)構(gòu)等重要概念。 *能繪制比較簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 *能正確計算平面機(jī)構(gòu)的自由度并能判斷其是否具有確定的運(yùn)動；對空間機(jī)構(gòu)自由度的計算有所了解。 *對虛約束對機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計問題的重要性有所認(rèn)識。 *對平面機(jī)構(gòu)的組成原理有所了解。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動鏈及機(jī)構(gòu)等概念，機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件及機(jī)構(gòu)自由度的計算。至于平面機(jī)構(gòu)中的高副低代則屬于拓寬知識面性質(zhì)的內(nèi)容。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)中虛約束的判定問題。 學(xué)習(xí)安排本章授課本章自學(xué)作

4、業(yè)課外討論題綜合分析題實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時）4學(xué)時6學(xué)時習(xí)題2-1、2-2、2-3、2-6、2-8、2-10習(xí)題2-4、2-5、2-7、2-9習(xí)題2-11機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn) 學(xué)習(xí)方法 本章需要搞清的概念。 首先，要把構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動鏈、機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、機(jī)構(gòu)的自由度、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件、復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束、機(jī)構(gòu)組成原理和桿組等基本概念搞清楚。應(yīng)做到能準(zhǔn)確地解釋，并對機(jī)構(gòu)作出正確的分析和判斷。 其次，要注意構(gòu)件與零件、運(yùn)動副與運(yùn)動副元素、自由度與約束、高副與低副、開鏈與閉鏈、運(yùn)動鏈與桿組以及機(jī)構(gòu)等概念之間的聯(lián)系和區(qū)別。 如何正確繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖？ 由于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析和動力分析都是就

5、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖來進(jìn)行的，而且機(jī)械設(shè)計之初也首先是設(shè)計機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，所以對機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制必須十分重視，能正確閱讀和繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖是工程技術(shù)人員必須具備的基本技能。 當(dāng)然，由于實(shí)際機(jī)械的結(jié)構(gòu)狀況及構(gòu)件形狀一般都比較復(fù)雜，所以如何用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖把它表示出來，對于初學(xué)者可能有一定的難度。但只要沿著 運(yùn)動傳遞路線細(xì)心觀察，把運(yùn)動在構(gòu)件間的傳遞情況，構(gòu)件數(shù)的多少，各構(gòu)件間組成了什么樣的運(yùn)動副，以及運(yùn)動副所在的位置搞清后，就不難將其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖正 確地繪制出來。通過多作練習(xí)，就一定能逐步具備繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的能力。 何謂正確判斷機(jī)構(gòu)中的虛約束？ 要正確判定機(jī)構(gòu)中的虛約束，首先要把什么是虛約束這一概

6、念搞清楚。所謂虛約束是指對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動起重復(fù)約束作用的約束，即機(jī)構(gòu)中的一些運(yùn)動副所帶入的約束與另一些運(yùn)動副所帶入的約束相重復(fù)。在計算機(jī)構(gòu)的自由度時應(yīng)將虛約束除去。 但要注意，機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一些特定的條件下出現(xiàn)的，如果這些條件不能滿足，則原認(rèn)為是虛約束的約束就將成為實(shí)際有效的約束，而影響 到機(jī)構(gòu)運(yùn)動的可能性或靈活性。而為了滿足這些特定的條件，就要求有較高的加工精度和裝配精度，而這就意味著有較高的制造成本。一般說，機(jī)構(gòu)的虛約束數(shù)越 多，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動中被卡住的可能性也就越大，要求有較高精度的尺度參數(shù)也就越多，制造成本也就越高，故虛約束數(shù)的多少也是機(jī)構(gòu)性能的一個重要指標(biāo)。 在機(jī)械設(shè)計中為什么要設(shè)置虛

7、約束？ 通常在機(jī)械中設(shè)置虛約束的主要目的有： (1)改善機(jī)構(gòu)的受力情況(參看教材圖2-23)； (2)增加機(jī)構(gòu)的剛度(參看教材題2-13c圖)； (3)使機(jī)構(gòu)能順利通過轉(zhuǎn)折點(diǎn)(參看教材圖8-7)。 在儀表機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)運(yùn)動的靈活性是十分重要的，故要盡可能避免在機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)虛約束(參看教材圖2-28)；(題2-19圖)，另外在一些剛性較差的地方，如布置在飛機(jī)機(jī)翼上的一些機(jī)構(gòu)，在受力時易發(fā)生較大的變形，約束成為虛約束必須滿足的幾何條件易遭到破壞，故這種情況下也應(yīng)力求避免虛約束。 但要注意，正如教材中所指出的那樣，當(dāng)把平面機(jī)構(gòu)(3族機(jī)構(gòu))按平面機(jī)構(gòu)來計算其自由度的時候，往往從表面看似乎沒有虛約束，實(shí)際上

8、絕大多數(shù)情況下都存在族別虛約束，即實(shí)際上存在虛約束。只有把機(jī)構(gòu)按空間一般機(jī)構(gòu)來看不存在虛約束時才真正沒有虛約束。 為了減少虛約束數(shù)，在工程實(shí)際中常用球面副、球銷副代替轉(zhuǎn)動副，用圓柱副代替移動副或轉(zhuǎn)動副，用鼓形齒代替直齒等。 如何判斷是否為復(fù)合鉸鏈？ 關(guān)于復(fù)合鉸鏈的確定一般不難掌握，但在判斷是否為復(fù)合鉸鏈時要細(xì)心。如下兩種情況易發(fā)生誤解: 其一，復(fù)合鉸鏈?zhǔn)莾蓚€以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接的情形。不應(yīng)把若干個構(gòu)件匯交在一起就認(rèn)為是復(fù)合鉸鏈。例:(構(gòu)件在同一處匯交相聯(lián)接的情形)。 其二，有齒輪、機(jī)架參與的聯(lián)接是否為復(fù)合鉸鏈，常易發(fā)生混淆。例:(含有齒輪的機(jī)構(gòu)的情形)。 如何判斷齒輪副的約束？ 關(guān)

9、于齒輪副的約束，存在如下兩種情況： 其一，一般情況下兩齒輪的中心距受到約束，輪齒兩側(cè)齒廓只有一側(cè)接觸,另一側(cè)存在間隙，故只提供一個約束。如圖a所示。 其二，當(dāng)兩齒輪的中心可以彼此靠近，直至輪齒兩側(cè)齒廓均接觸為止時，如圖b所示。這時因輪齒兩側(cè)接觸點(diǎn)處的法線方向并不彼此重合，故其提供兩個約束。 在解教材題2-13時，就應(yīng)分清齒輪副約束的上述兩種情況。 如何將機(jī)構(gòu)分解為基本桿組？ 根據(jù)平面機(jī)構(gòu)的組成原理知，任何平面機(jī)構(gòu)都可以由機(jī)架、原動件和若干個基本桿組組成。因此在對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析或動力分析時，可就原動件 和基本桿組來進(jìn)行，對于相同的基本桿組可采用相同的方法(可編成子程序調(diào)用)，由于基本桿組的類型

10、不多，這就給運(yùn)動分析和動力分析提供了很大的方便。 在將機(jī)構(gòu)分解為基本桿組時要注意： 首先應(yīng)將機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度除去。如:(精壓機(jī)機(jī)構(gòu))。 再進(jìn)行拆桿組分析。在拆分基本桿組時，應(yīng)從遠(yuǎn)離原動件的地方開始拆分，先試按級組拆分，若不行再依次按級組、級組拆分。 例:(斯蒂芬森型機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析)。 基本桿組的級別是以該桿組中所構(gòu)成的封閉形（由一個或若干個構(gòu)件所構(gòu)成的）中所包含的最多運(yùn)動副數(shù)來確定的。一般說，桿組的級別越高，其運(yùn)動分析和動力分析的難度也就越大。第三章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析任務(wù)、目的和方法 *用速度瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析 *用矢量方程圖解法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 *用

11、綜合法作復(fù)雜機(jī)構(gòu)的速度分析 *用解析法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 學(xué)習(xí)要求 *正確理解速度瞬心(包括絕對瞬心及相對瞬心)的概念，并能運(yùn)用“三心定理”確定一般平面機(jī)構(gòu)各瞬心的位置。 *能用瞬心法對簡單高、低副機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析。 *能用矢量方程圖解法或解析法對級機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：對級機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：對機(jī)構(gòu)的加速度分析，特別是兩構(gòu)件重合點(diǎn)之間含有哥氏加速度時的加速度分析。 學(xué)習(xí)安排 授課自學(xué)作業(yè)課外討論習(xí)題大作業(yè)4學(xué)時6學(xué)時習(xí)題3-1、3-2、3-3、3-3、3-4、3-6、3-10習(xí)題3-5、3-9、3-12平面六桿機(jī)構(gòu)或級 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的電算分析學(xué)習(xí)方法 為什么要進(jìn)

12、行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析? 首先，要認(rèn)識到對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析的重要意義。無論在設(shè)計新機(jī)械時，或是在利用現(xiàn)有機(jī)械時，或在作反求設(shè)計時，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析都是十分重要的。在利用現(xiàn)有機(jī)械時，許多機(jī)械只有經(jīng)過詳細(xì)的運(yùn)動分析，我們才能很好掌握它的性能，充分發(fā)揮機(jī)械的功能。如:(搖動篩機(jī)構(gòu)教材圖3-9a)，只有知道了在一個周期中搖篩(構(gòu)件4)的速度、加速度變化情況，才能知道它是否能達(dá)到很好的篩分效果。在反求設(shè)計中，常常只有經(jīng)過運(yùn)動分析后才能吃透原設(shè)計的意圖，也才可能進(jìn)行創(chuàng)造性的改進(jìn)和發(fā)展。 其次，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析一般說是比較容易的，有固定程次可以遵循，而機(jī)構(gòu)的綜合，因無固定程次， 一般說是比較難的。但因計算技術(shù)和計

13、算機(jī)的發(fā)展，我們可以把機(jī)構(gòu)的綜合與機(jī)構(gòu)的分析融合起來，即先選定一個適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)，對其進(jìn)行運(yùn)動分析，看是否能滿足預(yù) 期的運(yùn)動要求，若不滿足,則對原機(jī)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整，再進(jìn)行運(yùn)動分析，如此循環(huán)迭代，直至滿足預(yù)期的設(shè)計要求為止，以作到化難為易。 如何才能正確地掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的方法？ 一些學(xué)生認(rèn)為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，尤其是加速度分析很難掌握。其實(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析(不管是速度分析還是加速度分析)是并不難掌握的，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析有固定的程次可以遵循，只要按照教材上所講的方法一步一個腳印的做下去，就會得到正確的結(jié)果，條理清晰，一點(diǎn)也不難。 一些學(xué)生之所以覺得很難、很亂，難于下手，是因?yàn)樗麄兺ǔ７噶巳缦碌腻e誤： 1)

14、在做題之前沒有很好復(fù)習(xí)教材相關(guān)的內(nèi)容。 2)做題時沒有按教材上所講的程次步驟進(jìn)行，而是急于求成，跳過了一些步驟。如一些學(xué)生在用作圖法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析時，往往不寫出有關(guān)的矢量方程，或?qū)Ψ匠讨械拿恳豁?xiàng)的大小和方向未作計算與判斷，就急于作速度多邊形和加速度多邊形，因畫圖時缺少矢量方程的指引，而導(dǎo)致錯誤是常見的。 3)缺乏工程觀點(diǎn)，作為工程技術(shù)人員，其所作的分析計算，將來都要經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，不認(rèn)真對待分析中的每一個細(xì)節(jié)，都是導(dǎo)致錯誤的根源。 如何掌握利用速度瞬心對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析？ 利用速度瞬心對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析往往比較簡便。掌握這種方法的關(guān)鍵是要正確地找出所需瞬心的位置。 當(dāng)兩構(gòu)件直接組成運(yùn)動副時，

15、其間的瞬心位置很容易確定，而非直接接觸的兩構(gòu)件之間的瞬心則可借助于三心定理來確定。為了便于確定機(jī)構(gòu)中各瞬心的位置，可以利用瞬心多邊形的幫助。 在瞬心多邊形中，各頂點(diǎn)的數(shù)字就代表機(jī)構(gòu)中各相應(yīng)構(gòu)件的編號，各頂點(diǎn)間的連線，就代表相應(yīng)兩構(gòu)件間的瞬心，已知瞬心位置的連線用實(shí)線表 示，尚未求出其位置的瞬心用虛線表示。由三心定理知，在瞬心多邊形中任一三角形的三個邊所代表的三個瞬心應(yīng)位于一直線上。據(jù)此就不難求得未知瞬心所在位 置。 例:(平面六桿機(jī)構(gòu)的速度分析)。 還要注意：構(gòu)件的速度瞬心一般不是構(gòu)件的加速度瞬心，所以不能根據(jù)速度瞬心來對機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析。 掌握機(jī)構(gòu)的速度及加速度圖解法應(yīng)注意的圖解程次。 在

16、對機(jī)構(gòu)作速度及加速度圖解時，可按如下程次進(jìn)行。 a)選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺1，并按題給的原動件位置，準(zhǔn)確作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 b)弄清題意，確定解題思路，即確定求解的先后次序。 c)列出求解所需的運(yùn)動分析矢量方程。矢量方程有兩類，一類是同一構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的速度及加速度關(guān)系；另一類是兩構(gòu)件重合點(diǎn)之間的速度及加速度關(guān)系。后者用在有移動副的情況。 d)對矢量方程中的各項(xiàng)逐項(xiàng)分析其大小和方向。最好能在矢量方程各項(xiàng)的下面簡要注出其大小和方向、已知(用“”號)或未知(用“?”號)。若一個矢量方程中只有兩個未知量，即可用作圖法求解。否則就需列出補(bǔ)充方程式，以減少未知數(shù)。 e)選擇適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣缺壤呒啊⑺俣?/p>

17、及加速度圖極點(diǎn)P及P，分別按矢量方程的指引，依次作出速度圖及加速度圖。 f)需要的解可直接從圖中量取。 如何判斷相對速度、相對加速度和哥氏加速度的方向？ 1)據(jù)速度圖和加速度圖來判斷(相對速度及相對加速度的方向)。 2)兩構(gòu)件組成移動副時的:(哥氏加速度方向的判斷)。 用矢量方程解析法作級機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析時應(yīng)注意的程次和事項(xiàng)? 用矢量方程解析法作級機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析是比較容易的，也有很強(qiáng)的程次性，只要按著一定的步驟求解，即可很容易獲得所需的結(jié)果。 在作運(yùn)動分析時，要先作位置分析，位置分析的求解可按如下步驟進(jìn)行： a)首先建立一直角坐標(biāo)系，并把各構(gòu)件當(dāng)作桿矢量對待。 b)根據(jù)機(jī)構(gòu)具有的獨(dú)立封閉環(huán)數(shù)的多

18、少，為每一獨(dú)立封閉環(huán)各建立一矢量封閉方程。 c)從只有兩個未知量的矢量封閉方程開始求解，求解時可利用適當(dāng)?shù)氖噶奎c(diǎn)積的方法消去一個未知量，從而求得另一未知量。 在求得各桿矢未知量后，機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析只不過是位置方程對時間的一次求導(dǎo)和二次求導(dǎo)而已。也可用適當(dāng)矢量，點(diǎn)積的方法來消去一個未知量以求得另一未知量。 在用矢量方程解析法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析時應(yīng)注意如下事項(xiàng)：分析時不需要準(zhǔn)確作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，只要畫出機(jī)構(gòu)示意圖即可；各桿矢的方位角均 由軸開始，沿逆時針方向計量。作這樣的規(guī)定，在書寫方程和進(jìn)行運(yùn)算時具有統(tǒng)一的格式，給運(yùn)算帶來很大的方便，同時也便于確定各方位角所在的象限；用矢量 方程解析法作級以

19、上機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，往往顯得比較困難，不如用矩陣法方便。 如何正確用矩陣法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析？ 矩陣法位置分析的前一部分與矢量方程解析法相似，也要為機(jī)構(gòu)的每一個獨(dú)立的封閉環(huán)寫一個矢量封閉方程，并將其投影到X軸 Y軸上，得一非線性方程組。在此方程組中方程的數(shù)量應(yīng)與機(jī)構(gòu)中的未知位置變量數(shù)相等。要求得各未知位置變量，必須求解此非線性方程組，而這正是位置分析 比較難的原因。 在作機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析時，可將求解所需公式寫成(矩陣形式)。 在機(jī)構(gòu)速度分析時，如何正確應(yīng)用速度影像關(guān)系？ 如由齒輪-連桿組合機(jī)構(gòu)及其速度圖(教材圖3-8),可明顯看出盡管機(jī)構(gòu)中的每個構(gòu)件均與其速度圖有影像關(guān)系，但整個機(jī)構(gòu)與其速度

20、圖無影像關(guān)系。故在速度分析時超出單個構(gòu)件范圍利用影像關(guān)系的作法是錯誤的。對加速度分析也有同樣的結(jié)論。第四章 平面機(jī)構(gòu)的力分析 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法 *構(gòu)件慣性力的確定 *運(yùn)動副中摩擦力的確定 *不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析 *考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析 學(xué)習(xí)要求 *了解機(jī)構(gòu)中作用的各種力的分類及機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法。 *能對幾種最常見的運(yùn)動副中的摩擦力進(jìn)行分析和計算。 *能對級機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：構(gòu)件慣性力的確定及質(zhì)量代換法；幾種常見運(yùn)動副中摩擦力及總反力的確定；用圖解法和解析法對平面機(jī)構(gòu)作動態(tài)靜力分析。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：轉(zhuǎn)動副中總反力作用線的確定。 學(xué)

21、習(xí)安排 本章授課本章自學(xué)作業(yè)綜合練習(xí)題實(shí)驗(yàn)4學(xué)時6學(xué)時習(xí)題4-1、4-3、4-4、 4-5、4-6習(xí)題4-2、4-7學(xué)習(xí)方法 應(yīng)將力分析與前一章的運(yùn)動分析聯(lián)系起來學(xué)習(xí) 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析的理論基礎(chǔ)是理論力學(xué)中已介紹過的達(dá)朗伯爾原理，本課程在應(yīng)用該原理時，為便于其在工程實(shí)踐中的應(yīng) 用，增加了一些便于為工程實(shí)踐應(yīng)用的方法，如質(zhì)量代換法、圖解法等。同時本章的力分析與前一章的運(yùn)動分析有許多相同之處，都是矢量方程的建立和求解，所不 同的僅是建立矢量方程所依據(jù)的原理一個是力的平衡條件，一個是運(yùn)動學(xué)原理，故將兩者聯(lián)系起來學(xué)習(xí)既可相互借鑒和補(bǔ)充，又便于我們擴(kuò)展思路。 工程上常用的計算方法-質(zhì)量代換法 質(zhì)量

22、代換是一種很有用的工程計算方法。工程上用得較多的是兩點(diǎn)質(zhì)量代換(三點(diǎn)和四點(diǎn)質(zhì)量代換在工程上也有用的，但應(yīng)用較 少，其應(yīng)滿足的代換條件與兩點(diǎn)代換相似)，其又分為動代換和靜代換。靜代換由于使用上較自由，雖然在靜代換后在轉(zhuǎn)動慣量上有一些誤差，但在工程上的應(yīng)用仍 最多。 為什么說研究機(jī)器中的摩擦主要是研究運(yùn)動副中的摩擦？ 摩擦在機(jī)器中是一個普遍存在的重要問題。摩擦對機(jī)器的工作有其不利的一面(摩擦引起能量的損耗，使運(yùn)動副元素遭到磨損，摩 擦發(fā)熱改變了機(jī)器的尺寸精度、配合性質(zhì)和潤滑劑的性能)；也有有利的一面(許多傳動和裝置是靠摩擦來工作的，如帶傳動、螺紋聯(lián)接、制動器、摩擦焊接機(jī) 等)。機(jī)器中摩擦主要發(fā)生在

23、運(yùn)動副中，因運(yùn)動副中有產(chǎn)生摩擦的全部必需條件，故研究機(jī)器中的摩擦也就主要是研究運(yùn)動副中的摩擦。 如何確定運(yùn)動副中摩擦力的大小和總反力的方向？ 研究運(yùn)動副中的摩擦力主要是要確定其中摩擦力的大小和總反力的方向。 （1）移動副移動副中的摩擦力大小為 FG 式中G為外載荷； 為當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值取決于接觸面的幾何形狀和實(shí)際摩擦系數(shù)f。如對于槽面摩擦=f/sin,為槽面的槽形半角。 當(dāng)量摩擦系數(shù)是一個假想的摩擦系數(shù)，引入當(dāng)量摩擦系數(shù)的目的，是為了簡化計算，即不管相互接觸的兩運(yùn)動副元素的幾何形狀如何，只需引入適當(dāng)?shù)漠?dāng)量摩擦系數(shù)，均可按平面摩擦來計算其摩擦力。與當(dāng)量摩擦系數(shù)相對應(yīng)的當(dāng)量摩擦角為=arctan

24、。 移動副中總反力的方向確定： 其總反力的方向應(yīng)與法向反力偏斜一摩擦角； 總反力與法向反力偏斜的方向與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的相對速度的方向相反。 例:一相對移動滑塊副中總反力方向的確定。 （2）轉(zhuǎn)動副 如圖4-2所示，當(dāng)軸頸1在驅(qū)動力偶矩Md的作用下,相對于軸承2轉(zhuǎn)動時，軸承2作用于軸頸1上的摩擦力Ff21=fvG，對軸頸中心O之矩為阻止軸頸轉(zhuǎn)動的摩擦力矩Mf=fvGr。摩擦力Ff21與法向反力FN21的合力FR21為軸承作用給軸頸的總反力。 由軸頸的力平衡條件，有FR21=-G。由于法向反力對軸頸中心O之矩為零，故Mf=fvGr=FR21，由之得=fv,為FR21對軸頸中心O的力臂。以O(shè)為圓心

25、，以為半徑所作的圓稱為摩擦圓，為摩擦圓半徑。由圖可見，總反力將切于轉(zhuǎn)動副中的摩擦圓。 轉(zhuǎn)動副中總反力方向的確定一些同學(xué)認(rèn)為較難。其實(shí)并不難，它有很強(qiáng)的規(guī)律性，只需按下述步驟確定即可。 在不考慮摩擦的情況下，根據(jù)構(gòu)件的力的平衡條件初步確定總反力的方向； 只要軸頸與軸承之間有相對運(yùn)動，總反力應(yīng)切于摩擦圓； 總反力對軸頸中心之矩的方向必與相對角速度的方向相反。 例:一動滑輪的轉(zhuǎn)動副中的總反力的方向確定。 （3）軸端摩擦機(jī)器中推力滑動軸承中的摩擦，螺母端面中的摩擦，單片、多片摩擦離合器或制動器中的摩擦等均屬端面摩擦，根據(jù)軸端工作情況的不同，將軸端分為新軸端和跑合軸端。 對于新制成的軸端或像螺母端面等很

26、少有相對運(yùn)動的軸端，屬新軸端。這時可假設(shè)軸端接觸面上的壓強(qiáng)處處相等，p=即常數(shù)，由之可推得新軸端的摩擦力矩為 Mf=2fG(R3-r3)/3(R2-r2) 對于常有相對運(yùn)動的軸端，經(jīng)過一段時間的工作(跑合)之后(跑合是機(jī)器工作初期，運(yùn)動副元素彼此磨合，相互適應(yīng)的過程)，這時較符合實(shí)際的假設(shè)是軸端和軸承接觸面間處處等磨損，也即假設(shè)常數(shù)，由之可推得跑合軸端的摩擦力矩為 Mf=fG(R+r)/2 在機(jī)器設(shè)計和研究中，對于復(fù)雜受力和應(yīng)力狀況常需作一些假設(shè)，以簡化計算。合理的假設(shè)既可簡化計算，又可獲得所必需的計算精度。要能作出合理的簡化假設(shè)，必須深入觀察和仔細(xì)分析，才能作到。 在對機(jī)構(gòu)作力分析時拆出基本

27、桿組的方法 在對機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析時，若需同時求得作用在機(jī)構(gòu)上的平衡力和各運(yùn)動副中的反力，則需將機(jī)構(gòu)拆分為各基本桿組，然后對各基本桿組逐個進(jìn)行 受力分析?？梢宰C明，各基本桿組同時也都是靜定桿組。所謂靜定桿組是指桿組中包含的未知量的個數(shù)恰與桿組所能列出的獨(dú)立的力平衡方程式的個數(shù)相等。 拆出基本桿組的方法與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析時基本相同，但不是由遠(yuǎn)離原動件的地方開始拆分桿組，而是從遠(yuǎn)離作用有未知平衡力的構(gòu)件開始，在拆出的桿組中不應(yīng)包含有未知的外力。通過對各桿組的受力分析，最后才分析作用有未知平衡力的構(gòu)件，以求出平衡力。 利用矩陣法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行力分析，可同時求出各運(yùn)動副中的反力和所需的平衡力，而不必按靜定桿組逐

28、一進(jìn)行推算。且矩陣運(yùn)算有標(biāo)準(zhǔn)子程序可資利用，這是利用矩陣法的優(yōu)點(diǎn)。 進(jìn)行受力分析時，什么情況下必須考慮摩擦？ 在對機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析時，在一般情況下可不考慮摩擦，所帶來的誤差也不會太大。但當(dāng)機(jī)構(gòu)處于某些特殊位置時(如第八章將會 講到的死點(diǎn)、極位等)，這時若不考慮摩擦將會帶來巨大誤差，故在確定沖壓類設(shè)備所能產(chǎn)生的最大沖壓力、鋼筋剪類設(shè)備的實(shí)際增力倍數(shù)時，就不能不考慮摩擦。 對一些較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)在考慮摩擦的情況下作受力分析時，常只有采用逐步逼近的方法才能得解。 參考書目 1.張世民編著.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計.北京：高等教育出版社，1983 2.(美)R.L.諾頓(RobertL.Norton)著，陳立周，

29、韓建友，李威，邱立芳譯.機(jī)械設(shè)計機(jī)器和機(jī)構(gòu)綜合與分析（原書第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 第五章 機(jī)械的效率和自鎖 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *機(jī)械的效率 *機(jī)械的自鎖 學(xué)習(xí)要求 *能確定簡單機(jī)械的機(jī)械效率及自鎖條件。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：機(jī)械效率的計算，機(jī)械的自鎖現(xiàn)象和自鎖條件的確定。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：某些機(jī)械自鎖條件的確定。 學(xué)習(xí)安排 授課自學(xué)作業(yè)討論練習(xí)題可選修實(shí)驗(yàn)2學(xué)時3學(xué)時習(xí)題5-1、5-3、5-6、5-95-2、5-5、5-8蝸桿傳動等傳動機(jī)構(gòu)效 率的測定（1學(xué)時）學(xué)習(xí)方法 確定簡單機(jī)械效率時要注意的問題: 1)用功或功率之比表示的機(jī)械效率的計算是大家都比較熟悉的。在此基礎(chǔ)上，本課又推

30、導(dǎo)了以力或力矩之比的形式(F0F 或M0M)表達(dá)的效率計算式。此式對機(jī)構(gòu)效率的計算具有普遍性、有效性和簡便性。因?yàn)樵谟嫾澳Σ恋那闆r下，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析可求得F或M，再令式中的 摩擦系數(shù)及摩擦角為零或摩擦圓的半徑為零，即可求得F0或M0，從而即可求得機(jī)構(gòu)的效率。 2)在使用公式=F0/F=MoM時要注意，式中的F及F0為驅(qū)動力，M及Mo為驅(qū)動力矩。而一個力或力矩是否為驅(qū)動力或驅(qū)動 力矩，不是由我們主觀假定的，而是看該力或力矩與構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系如何來確定的，如圖5-1所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)構(gòu)件1沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，因M1與 1方向相反故為阻力矩，而F與v3的方向一致，故F為驅(qū)動力。 3)在推導(dǎo)公

31、式=F0/F=MoM時，是根據(jù)F0F/(GG)=1，以及=GG/(FF)求得的，故要求Fo與F作用 于同一點(diǎn)且方向不變，且對應(yīng)于同一個阻抗力G；對于Mo與M則要求其作用在同一個構(gòu)件上，且方向不變，并對應(yīng)于同一個阻抗力矩M。 機(jī)械效率的計算很簡單，并不難掌握，而由之得出的結(jié)論也很簡單明確，但它們對我們設(shè)計機(jī)械卻有重要的指導(dǎo)意義。 什么是機(jī)械的自鎖？ 機(jī)械的自鎖是一個重要的概念，對機(jī)械的性能有重要影響。有時我們需要克服自鎖，有時我們又需要利用自鎖。因此必須正確理解什么是機(jī)械的自鎖，所謂機(jī)械的自鎖是指：自由度F1，從機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)來講原本可以運(yùn)動的機(jī)械，在驅(qū)動力任意增大的情況下，都不能使之運(yùn)動的現(xiàn)象。 如

32、何判斷機(jī)械是否自鎖和自鎖存在的條件？ 為了判斷機(jī)械是否自鎖和在什么條件下自鎖，可根據(jù)已知條件和具體情況，采用下列方法之一來確定機(jī)械的自鎖條件。 a）根據(jù)運(yùn)動副的自鎖條件來確定機(jī)械的自鎖條件： 對于移動副，當(dāng)驅(qū)動力作用在移動副的摩擦角之內(nèi)時，將發(fā)生自鎖。例:一人在爬墻。 對于轉(zhuǎn)動副，當(dāng)驅(qū)動力為一單一力，并作用在摩擦圓之內(nèi)時，將發(fā)生自鎖。例:偏心夾具。 對于螺旋副，當(dāng)螺紋導(dǎo)程角將發(fā)生自鎖。例:螺紋聯(lián)接。 b）計算所得的機(jī)械的生產(chǎn)阻力當(dāng)驅(qū)動力任意增大時均0，該機(jī)械發(fā)生自鎖。因?yàn)檫@說明當(dāng)驅(qū)動力任意增大時，機(jī)械都不能運(yùn)動，要生產(chǎn)阻力反向變?yōu)轵?qū)動力才能促使機(jī)械運(yùn)動。 c）當(dāng)驅(qū)動力任意增大時若機(jī)械的效率恒等

33、于小于零(0)，機(jī)械發(fā)生自鎖。其理由與上者相似。后面第十一章在講到行星輪系的自鎖條件時，就要用到這種方法。這時若要用其他的方法來判斷行星輪系是否自鎖都較困難。 d）可根據(jù)作用在構(gòu)件上的有效驅(qū)動力是否始終等于或小于由其所能引起的同方向上的最大摩擦力(FtFfmax)的條件來確定。 例1:凸輪推桿自鎖條件的確定。 例2:雜技演員爬竿的自鎖要求。第六章 機(jī)械的平衡 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容 *剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算 *剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn) *轉(zhuǎn)子的許用不平衡量 *平面機(jī)構(gòu)的平衡 學(xué)習(xí)要求 *掌握剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法，明確轉(zhuǎn)子許用不平衡量的意義。 *了解平面四桿機(jī)構(gòu)的平衡原理。 重點(diǎn)難點(diǎn)

34、本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：剛性轉(zhuǎn)子靜平衡和動平衡的原理及計算方法。 學(xué)習(xí)安排 授課自學(xué)作業(yè)大作業(yè)必修實(shí)驗(yàn)2學(xué)時3學(xué)時習(xí)題6-1、6-2、6-4、6-5剛性轉(zhuǎn)子動平衡實(shí)驗(yàn)（1學(xué)時）學(xué)習(xí)方法 機(jī)械平衡要解決的問題是什么？ 機(jī)械平衡要解決的問題是設(shè)法消除或減小在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中構(gòu)件所產(chǎn)生的不平衡慣性力和慣性力偶矩。關(guān)于構(gòu)件慣性力和慣性力偶矩的 確定,在理論力學(xué)課程中和教材第四章中都研究過了，關(guān)于力平衡的概念我們也很熟悉,所以本章的學(xué)習(xí)在理論基礎(chǔ)上是不會有什么困難的。而重點(diǎn)在于如何在工程 實(shí)際中應(yīng)用這些知識來達(dá)到完全或部分消除不平衡慣性力對機(jī)械工作的不良影響的目的。 如何正確理解兩類不同的平衡問題？ 根據(jù)構(gòu)件的不同

35、運(yùn)動形式，其所產(chǎn)生的慣性力的平衡方法也不同。對于繞固定軸轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)構(gòu)件(即轉(zhuǎn)子),可以在構(gòu)件本身上用 增減平衡質(zhì)量的方法來使構(gòu)件獲得平衡；對于作往復(fù)移動或平面運(yùn)動的構(gòu)件則不能作到這一點(diǎn)，而只能在機(jī)座上進(jìn)行平衡,使各不平衡慣性力在機(jī)座上獲得平衡，而 不致傳到地基上去。故對于轉(zhuǎn)子的平衡和機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡這兩類不同的平衡問題應(yīng)有正確理解。 何謂剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子？ 根據(jù)轉(zhuǎn)子剛度大小的不同，將轉(zhuǎn)子分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子兩類。當(dāng)轉(zhuǎn)子剛度大時其一階臨界轉(zhuǎn)速nc1自然也大；而當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速n高時，轉(zhuǎn)子軸線產(chǎn)生的動撓度也就大。故將n(06075)nc1的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子，在作平衡計算時，不考慮轉(zhuǎn)子軸線的彈

36、性變形；而將n(06075)nc1的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子，在作平衡計算時，必須考慮轉(zhuǎn)子軸線的彈性變形。本課程重點(diǎn)討論前者。 何謂動平衡和靜平衡？ 剛性轉(zhuǎn)子根據(jù)其相對長度的不同又可分為兩種。 當(dāng)其長徑比bD0.2時，因轉(zhuǎn)子的相對長度很短,可近似認(rèn)為轉(zhuǎn)子中各偏心質(zhì)量位于垂直于回轉(zhuǎn)軸線的同一平面內(nèi)，這樣處理實(shí)際上是略去 了相對較小的慣性力偶矩的影響，而只考慮慣性力的平衡問題。即認(rèn)作是一個平面匯交力系的平衡問題，故其只要在該平面內(nèi)適當(dāng)?shù)募訙p平衡質(zhì)量就可作到構(gòu)件的平 衡，我們稱這樣的平衡為靜平衡。 當(dāng)bD0.2時，因構(gòu)件的相對長度較大，慣性力偶矩的影響已不能忽視，故必須把各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力按空間力

37、系來處理，但其可以用兩個平衡基面上的匯交力系來代替。這種既平衡慣性力又平衡慣性力偶矩的平衡稱為動平衡，它需兩個平衡平面。 顯然，已動平衡的轉(zhuǎn)子必然是靜平衡的，而已靜平衡的轉(zhuǎn)子，卻不一定是動平衡的。 如何處理好實(shí)際轉(zhuǎn)子的平衡問題？ 轉(zhuǎn)子的平衡尤其是高速轉(zhuǎn)子的平衡必須認(rèn)真對待，在設(shè)計時需經(jīng)過平衡計算，推薦用解析法，因用作圖法一般難以達(dá)到所需的計算精度。轉(zhuǎn)子做好后還需作平衡試驗(yàn)。在轉(zhuǎn)速較高的轉(zhuǎn)子零件圖上，應(yīng)明確提出動平衡要求，即應(yīng)在圖紙上標(biāo)注出允許的殘余不平衡量的大小。 要注意區(qū)別機(jī)械的平衡和機(jī)械的調(diào)速概念。 機(jī)械經(jīng)過平衡后，如果其運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生波動，即有角加速度存在，仍會產(chǎn)生動載荷，但此動載荷的方向

38、在轉(zhuǎn)子周向。所以，機(jī)械的平衡和機(jī)械的調(diào)速(在教材第七章中介紹)，雖然都是為了減輕機(jī)械中的動載荷，但卻是兩類不同性質(zhì)的問題，不能互相混淆。第七章 機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié) 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *概述 *機(jī)械運(yùn)動方程式 *機(jī)械運(yùn)動方程式的求解 *穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下機(jī)械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié) *機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 學(xué)習(xí)要求 *了解建立單自由度機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型及運(yùn)動方程的方法。 *能求解運(yùn)動方程式。 *了解飛輪調(diào)速原理，掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算法。 *了解機(jī)械非周期性速度波動調(diào)節(jié)的基本概念和方法。 *對考慮構(gòu)件彈性時的機(jī)械動力學(xué)有所了解。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：關(guān)于等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動

39、慣量和等效力、等效力矩的概念及其計算方法；單自由度機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型的建立；機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性和非周期性速度波動的根本原因及其調(diào)節(jié)方法的基本原理。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：最大盈虧功的確定及機(jī)械運(yùn)動方程的求解。 學(xué)習(xí)安排授課自學(xué)作業(yè)大作業(yè)必修實(shí)驗(yàn)4學(xué)時6學(xué)時習(xí)題7-1、7-2、7-3、7-5機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動及動力參數(shù)測 定及飛輪調(diào)速（1學(xué)時）學(xué)習(xí)方法 搞清楚機(jī)器動力學(xué)研究的主要內(nèi)容是什么？ 機(jī)器動力學(xué)研究的主要內(nèi)容是兩類基本問題： 其一,是分析機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中其各構(gòu)件的受力情況,以及這些力的作功情況,教材第四、五兩章介紹的內(nèi)容就是這方面的問題； 其二,是研究機(jī)器在已知外力作用下的運(yùn)動,這是本章將要研究的主要

40、問題之一。 機(jī)器的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律是由其各構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用在各構(gòu)件上的力等許多因素決定的。由于這些因素的變動，機(jī)械運(yùn)動速度一般是 波動的，這種速度波動將直接影響到機(jī)械的工作，所以必須設(shè)法加以調(diào)節(jié)，使其速度波動控制在許可的范圍之內(nèi)，這就是調(diào)速問題。這是本章將要研究的另一主要問 題。 在學(xué)習(xí)本章時,對上述將要研究的兩個主要問題,思想必須明確,并對研究的方法多加注意。 如何建立機(jī)械的等效動力學(xué)模型？ 依據(jù)：一般機(jī)械的自由度為1,對于自由度為1的機(jī)械,只要能確定其某一構(gòu)件的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律,其余構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律也就相應(yīng)的確定了。 方法：在我們研究機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)情況時,可就機(jī)械中某一選定的構(gòu)件來進(jìn)行研

41、究,但為了保持原有的運(yùn)動狀態(tài),要把其余所有構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量 都等效的轉(zhuǎn)化(即折算)到這個選定的構(gòu)件上去,并把各構(gòu)件上所作用的力、力矩也都等效的轉(zhuǎn)化到這個構(gòu)件上去。然后列出此構(gòu)件的運(yùn)動方程式，研究其運(yùn)動規(guī) 律。這一過程，就是建立等效動力學(xué)模型。 顯然，這里關(guān)于質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、力及力矩的等效轉(zhuǎn)化的概念是非常重要的。所以必須把質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、力及力矩等效轉(zhuǎn)化的條件和方法搞清楚。 注意構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量與等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動慣量的區(qū)別。 機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量雖然一般都是定值，但轉(zhuǎn)化后的等效轉(zhuǎn)動慣量，因和各構(gòu)件與轉(zhuǎn)化構(gòu)件的傳動比有關(guān)，所以除非這些傳動比均為定值，否則等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動慣量都是機(jī)

42、構(gòu)位置的函數(shù)。 飛輪和調(diào)速器的調(diào)速原理不同，解決的問題也不同。 飛輪的作用是當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)盈功時用動能的形式把多余的能量吸收和儲存起來，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)虧功時又把儲存的能量釋放出來以彌補(bǔ)能 量之不足，從而降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動程度，即在機(jī)器內(nèi)部起轉(zhuǎn)化和調(diào)節(jié)功能的作用，而其本身并不能產(chǎn)生新的能量使機(jī)器在一個運(yùn)動循環(huán)中的能量增加或減少。 而調(diào)速器的作用則不同，它是從機(jī)器的外部來調(diào)節(jié)輸入(或輸出)機(jī)器的能量，使機(jī)器恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。兩者的調(diào)速原理不同，解決的問題也不同。 正因如此，所以在同一部機(jī)器中可能既裝有飛輪又裝有調(diào)速器，這也是一個必須搞清楚的概念。 要注意機(jī)械的周期性速度波動和非周期性速度波動有著本質(zhì)的區(qū)別

43、。 機(jī)械的周期性速度波動和非周期性速度波動是兩種性質(zhì)完全不同的現(xiàn)象。 機(jī)械的等速運(yùn)轉(zhuǎn)只有在等效驅(qū)動力矩和等效阻抗力矩隨時相等(亦即驅(qū)動功率和阻抗功率隨時相等)的情況下才能實(shí)現(xiàn)。否則，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度便將發(fā)生波動。而機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動有兩種不同的形態(tài)。 一種是周期性的速度波動。產(chǎn)生這種速度波動的條件是：在一個運(yùn)動周期內(nèi)機(jī)械的等效驅(qū)動力矩和等效阻抗力矩的平均值是相等的(亦即其驅(qū)動功和阻抗功是相等的)，所以機(jī)械處于變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 另一種則是非周期性速度波動。這時機(jī)械的驅(qū)動功和阻抗功已失去平衡，機(jī)械已不再是穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度將持續(xù)升高或持續(xù)下降，如不加以調(diào)節(jié)就不可能恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 因此，機(jī)械

44、的周期性速度波動和非周期性速度波動是兩種性質(zhì)完全不同的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)時必須把它們發(fā)生的原因、速度波動的形態(tài)以及調(diào)節(jié)的方法分別搞清，不要混淆。 飛輪設(shè)計的基本問題是什么？ 飛輪設(shè)計的基本問題是根據(jù)機(jī)器的平均角速度m和許可的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)來確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF。 我們可就機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時期任一運(yùn)動循環(huán)來進(jìn)行研究，設(shè)E0表示相應(yīng)于一個運(yùn)動循環(huán)開始時機(jī)器所具有的動能,表示從一個運(yùn)動循環(huán)開始到其中任一位置時機(jī)器動能的增量,Je表示除飛輪外機(jī)器所有其余運(yùn)動構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量，則飛輪在運(yùn)動循環(huán)內(nèi)任一瞬時所具有的動能為： JF2/2=E0+E-Je2/2(a) 上式為確定飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的基本方程。 而 當(dāng)把

45、Je、JF均看作常數(shù)時，這時飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF計算是不精確的，稱為:飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算法。但其計算結(jié)果已能滿足一般工程的需要。 當(dāng)計及等效轉(zhuǎn)動慣量Je中的變量部分求JF時，稱為精確法。其具體算法又有多種，但因其計算復(fù)雜，一般工程上很少采用。 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)鍵是要正確確定機(jī)械系統(tǒng)的最大盈虧功。 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)鍵是確定該機(jī)械系統(tǒng)的最大盈虧功，而為了確定最大盈虧功，需先確定機(jī)械最大動能及最小動能出現(xiàn)的位置。 對于一些比較簡單的情況，最大動能及最小動能出現(xiàn)的位置可直接由Me-圖中看出； 對于復(fù)雜的情況，則可借助于教材中介紹的“能量指示圖”來確定。值得注意的是,不要簡單地以為在Me-圖中,

46、Med與Mer之間所包圍的諸面積之中，面積最大的一塊面積之值就代表最大盈虧功Wmax的大小。 例:某一機(jī)械最大盈虧功的確定。 關(guān)于考慮構(gòu)件彈性時的機(jī)械動力學(xué)說明。 考慮構(gòu)件彈性時的機(jī)械動力學(xué)部分是屬于擴(kuò)展知識面性質(zhì)的內(nèi)容,隨著機(jī)械日益向高速、高精度、輕巧方向發(fā)展,其重要性也日益顯露出來。但因此方面的內(nèi)容涉及較深的數(shù)學(xué)及振動方面的知識,故教材中只作了非常膚淺的簡介,若有需要可參考專門的文獻(xiàn)。第八章 連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計 學(xué)習(xí)內(nèi)容 *連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點(diǎn) *平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用 *平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識 *平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 *多桿機(jī)構(gòu) 學(xué)習(xí)要求 *了解連桿機(jī)構(gòu)的傳動特點(diǎn)及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。 *了解平

47、面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化型式及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些應(yīng)用實(shí)例。 *對四桿機(jī)構(gòu)一些基本知識(如四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件，行程速比系數(shù)及急回運(yùn)動、傳動角及死點(diǎn)，以及運(yùn)動連續(xù)性等)應(yīng)有明確的認(rèn)識。 *能按連桿的三個位置，兩連架桿的三個對應(yīng)位置，及行程速比系數(shù)等條件設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)。 *了解實(shí)現(xiàn)預(yù)定連桿曲線的平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法。 *對多桿機(jī)構(gòu)有所了解。 重點(diǎn)難點(diǎn) 本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化，有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識，以及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本設(shè)計方法。學(xué)習(xí)難點(diǎn)是：按兩連架桿多對對應(yīng)位置、或連桿的多個精確位置、或軌跡的多個精確點(diǎn)的設(shè)計。 學(xué)習(xí)安排 授課自學(xué)作業(yè)討論題實(shí)驗(yàn)5學(xué)時7.5

48、學(xué)時習(xí)題8-1、8-2、8-3、8-5、8-6、 8-8、8-9、8-12、8-15習(xí)題8-4、8-7、 8-10、8-16學(xué)習(xí)方法 如何掌握好四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化這部分內(nèi)容？ 連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，在日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常遇到各種型式的連桿機(jī)構(gòu)，盡管連桿機(jī)構(gòu)的外形千變?nèi)f化，但通過用機(jī)構(gòu)運(yùn)動 簡圖來表示及機(jī)構(gòu)的演化知識，可將其歸為少數(shù)幾種基本類型，這就為連桿機(jī)構(gòu)的分析和綜合提供了方便，也為將來連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了很大的自由度。所 以，在學(xué)習(xí)過程中，對四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化這部分內(nèi)容要特別注意。 為了幫助同學(xué)們掌握這部分內(nèi)容，這里再著重說明幾點(diǎn)： 其一，由改變構(gòu)件的形狀及運(yùn)動尺寸所

49、作的機(jī)構(gòu)演化可知，移動副可認(rèn)為是轉(zhuǎn)動副的一種特殊情況，即轉(zhuǎn)動中心位于垂直于移動副導(dǎo)軌的無限遠(yuǎn)處的一個:轉(zhuǎn)動副(圖8-1)。從工程實(shí)際的角度來看，我們往往可以把無限遠(yuǎn)理解為足夠遠(yuǎn)的一個有限值，這樣就可把含有移動副的四桿機(jī)構(gòu)與全轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)完全統(tǒng)一起來了。由全轉(zhuǎn)動副四桿機(jī)構(gòu)得出的結(jié)論可直接推廣到含移動副的四桿機(jī)構(gòu)中去。 其二，由改變運(yùn)動副的尺寸所作的機(jī)構(gòu)演化可知，偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在運(yùn)動學(xué)上是完全等效的。當(dāng)然從強(qiáng)度的觀點(diǎn)來說，偏心輪的強(qiáng) 度要高得多；而從摩擦的觀點(diǎn)，由于Mf=frG，因偏心輪的半徑r大得多，故其摩擦損耗也就大得多。這些知識一般分散在全書各處，甚至分散在不同的學(xué)科 中，

50、但在解決工程實(shí)際的問題時，必須聯(lián)系在一起綜合考慮，統(tǒng)籌兼顧，才能作出正確的決策。 其三，選用不同構(gòu)件作為機(jī)架的演化(機(jī)構(gòu)的倒置)是相對運(yùn)動原理在機(jī)械學(xué)中的應(yīng)用。利用機(jī)構(gòu)的倒置，可將已知機(jī)架位置求連桿上鉸鏈的位置的設(shè)計，以及已知兩連架桿對應(yīng)位置的設(shè)計均可化為簡單的已知連桿位置求機(jī)架上鉸鏈位置的設(shè)計問題。 其四，由低副的副元素可以逆換知，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖塊機(jī)構(gòu)在運(yùn)動學(xué)上是完全等效的。 如何掌握好四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)知識？ 有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)知識是深入了解四桿機(jī)構(gòu)性能的重要基礎(chǔ)，應(yīng)給以足夠的重視。 其一，在判斷平面四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄時，首先要判斷其是否滿足桿長條件。滿足桿長條件且有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副為周

51、轉(zhuǎn)副，否則為(擺轉(zhuǎn)副)。進(jìn)一步再看以何桿為機(jī)架，就可知道有無曲柄和有幾個曲柄存在。例:(一運(yùn)動鏈和(收放式折疊機(jī)構(gòu))。判斷四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，對為四桿機(jī)構(gòu)選擇原動機(jī)的類型是重要的，因?yàn)橐云胀妱訖C(jī)作為原動機(jī)時，拖動曲柄最為方便。 其二，急回運(yùn)動和行程速比系數(shù)是一對重要的概念。行程速比系數(shù)K和極位夾角之間的關(guān)系為 K=(180+)/(180-) =180(K-1)/(K+1) 應(yīng)記住。此時要注意兩點(diǎn)。一是:急回運(yùn)動有方向性，一般機(jī)械大多利用慢進(jìn)快退的特性，以節(jié)約輔助時間；但在破碎礦石、焦炭等的破碎機(jī)中，則有利用其快進(jìn)慢退特性的，使礦石有充足的時間下落，以避免礦石因被多次破碎而形成過粉碎。由此可

52、見機(jī)械工程的要求的多樣性，故在設(shè)計機(jī)械時我們的思路一定要放開。另一是:兩個不具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)經(jīng)適當(dāng)組合后，也可能產(chǎn)生急回特性，且往往可獲得較大的行程速比系數(shù)。 例:(導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合)。由此例可見，在設(shè)計中若能對機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)組合可使機(jī)構(gòu)獲得新的性能。也由之可見，設(shè)計工作中的靈活機(jī)動性的重要性。若能用類似方法對教材上(圖8-2)、(8-18)進(jìn)行分析，我們對該機(jī)構(gòu)的認(rèn)識就會更深刻。 其三，壓力角和傳動角是表征機(jī)構(gòu)傳力性能好壞的重要指標(biāo)，齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等中都涉及到壓力角問題，所以一定要把壓力角的概念搞清楚。 傳動角和壓力角互為余角，兩者的作用是相當(dāng)?shù)摹Ｓ捎谠谶B桿機(jī)構(gòu)中連桿和從動件之間所夾的銳角即為傳動角，很直觀，也便于計算，故連桿機(jī)構(gòu)中常采用傳動角的 概念。例:(根據(jù)傳動角的概念來確定一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動角)。