機械原理總結(jié)

04二月20231機械原理(yuánlǐ)課程小結(jié)精品資料04二月20232第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)(jīchǔ)精品資料04二月20233第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)(jīchǔ)基本概念：

機械、機器、機構(gòu)1-1概述精品資料04二月20234第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)(jīchǔ)1-2平面機構(gòu)一、運動副運動副名稱運動副元素相對自由度相對約束高副：凸輪副、齒輪副等點、線21低副移動副：僅能產(chǎn)生相對移動面12轉(zhuǎn)動副：僅能產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動精品資料04二月20235第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)(jīchǔ)二、機構(gòu)運動簡圖運動簡圖常用符號（P6.）。三、確定運動的條件主動件個數(shù)=自由度數(shù)精品資料04二月20236第1章機械設(shè)計基礎(chǔ)(jīchǔ)1-3平面機構(gòu)自由度計算

公式：F=3n－2Pl－Ph機構(gòu)自由度計算的三個特例：1、復(fù)合鉸鏈：由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副。2、局部自由度：不影響機構(gòu)整體運動的自由度。3、虛約束：在機構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重

復(fù)的，不起獨立限制作用的約束。精品資料04二月20237第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2-1平面機構(gòu)的類型一、平面連桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)。2-2平面連桿機構(gòu)的演化機架置換、運動副置換。精品資料04二月20238第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2-3平面機構(gòu)的基本特性一、曲柄存在的條件1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿之和；2）最短桿為連架桿或機架。二、急回特性和速度變化系數(shù)三、壓力角和傳動角四、死點位置四桿機構(gòu)中，從動件與連桿共線或重合時，機構(gòu)處于死點位置。精品資料04二月20239第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2-4平面連桿機構(gòu)的運動分析圖解法速度瞬心總的瞬心數(shù)為：

K=N(N-1)/2，N是構(gòu)件數(shù)，含機架。瞬心位置、三心定理精品資料04二月202310結(jié)論1：ω1

/ω3

=P13P34/P13P14ωi/ωj

=PijP1j/PijP1i相對瞬心相對瞬心絕對瞬心絕對瞬心vkvP12ω2vP23P24P13vP13P12P34P23P14ω34312Kω1ml結(jié)論2：◆相對瞬心用于建立(jiànlì)兩構(gòu)件間之角速度關(guān)系；◆絕對瞬心用于確定活動構(gòu)件上任一點速度的方向與大小。第2章

平面連桿機構(gòu)精品資料04二月202311P24P34∞

P134123ω1P14P12P23P34∞

v3=P14P13

×ω1

平移法：組成移動副兩構(gòu)件的瞬心線可以垂直于導(dǎo)路線(lùxiàn)隨意平移。解：例：圖示曲柄滑塊機構(gòu)，求v3。第2章

平面連桿機構(gòu)精品資料04二月202312第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)例：如圖所示的凸輪機構(gòu)。已知各構(gòu)件的尺寸、凸輪的角速度w1，求推桿速度v2

。P12P23∞

P12所在線P23∞

v2=P12P13

×ω1123ω1P13精品資料04二月202313第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)例：已知圖示六桿機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸、構(gòu)件1的角速度ω1求推桿速度v5。v5=vP15=P16P15×ω1123456ω1P56∞

P35P12P16P34P46P23∞

P56∞

P56∞

P36P13P15解：關(guān)鍵是找出P15精品資料04二月202314第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)【例】圖示為一擺動式運輸機的機構(gòu)運動簡圖。設(shè)已知機構(gòu)各構(gòu)件尺寸。原動件1的角速度ω1為等速回轉(zhuǎn)。求在圖示位置VF、aF、ω2、ω3、ω4、ε2、ε3、ε4。6AB12CDE5F34ω1

解：首先畫出機構(gòu)位置圖。

精品資料04二月202315第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)速度分析6ABw1

2CDE5F341μv

bP大小方向VC=VB+VCB？？⊥BC⊥CDcVCω2=(3)求VEVCB/lBC=bc×μv

/lBCω2

ω4

ω3=VC/lCD=Pc×μv

/lCDω3

VE=lED×ω3e=Pe×μv

(4)求VF大小方向VF=VE+VFE？？⊥EF水平fω4=VFE/lFE=ef×μv

/lFE(=lAB×ω1=Pb×μv×ω1)(2)求VC(1)求VB精品資料04二月202316第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2.加速度分析求aB6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥BCε2=aτCB/lBCε2

ε

3=aτC/lCDε3

(=lAB×ω21=Pb×μv×ω21)(2)求aCaC=aB+anCB+aτCBB→A？lBCω22C→B=anC+aτClCDω23C→D？⊥CDμa

Pˊbˊc″c″ˊcˊaCaCB=anCB+aτCB=cc′×μa

/lBC″=c′×μa/lCDP′精品資料04二月202317第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥EFε2

ε3

aF=aE+anFE+aτFE水平lefω24F→Eμa

P′b′c″c″ˊc′(3)求aEaE=lED×ε3=Pˊeˊ×μa(4)求aFe′f′f″ε

4=aFE/lEF=f×μa

/lEFf′″精品資料04二月202318第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2-5平面連桿機構(gòu)的力分析一、力的類型二、慣性力的確定一般力學(xué)法、質(zhì)量代換法三、運動副中的摩擦分析摩擦角、自鎖條件精品資料04二月2023191、一般(yībān)力學(xué)法由理論力學(xué)知：慣性力可以最終簡化為一個加于構(gòu)件質(zhì)心S處的慣性力Pi和一個慣性力矩Mi，即：MisPiMi=-Jsε

Pi=-mas

hPi′Pi和Mi又可用一大小等于Pi的總慣性力Pi′代替；其偏離距離為h=Mi/Pi

。各種運動情況下的構(gòu)件慣性力及慣性力偶矩的表達(dá)式見

書上P.41表2-4。第2章

平面連桿機構(gòu)精品資料04二月202320第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)(1)作平面移動的構(gòu)件Mi=0Pi=-mas(as=0或as≠0)a.

回轉(zhuǎn)軸線通過構(gòu)件質(zhì)心b.

回轉(zhuǎn)軸線不通過質(zhì)心S

Mi=-Jsε

(ε

=0或ε

≠0)Pi=0

εMiSPihPi＇Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/Pi(2)繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件精品資料04二月202321第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)(3)作平面復(fù)合運動的構(gòu)件Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/PiMihsPiPi′h1AB21S13M2P2P1P1′

P2′aS2

aS1h2aS3P3

曲柄滑塊機構(gòu)的一般力學(xué)受力分析精品資料04二月202322第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2、質(zhì)量代換法將構(gòu)件的質(zhì)量假想地集中在某幾個預(yù)定的點上，使其產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)保持不變，這種方法稱為質(zhì)量代換法，假想的質(zhì)量稱為代換質(zhì)量，預(yù)定點稱為代換點。m2m1s(1)質(zhì)量代換的等效條件a.

代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；Σmi=mi=1nΣmixi=0i=1nΣmiyi=0i=1nΣmi(

x2i+

y2i)

=0i=1nb.代換前后構(gòu)件的總質(zhì)心位置不變；

c.代換前后構(gòu)件對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量不變。質(zhì)量代換法主要用于繞不通過質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件或平面復(fù)雜運動構(gòu)件的慣性力（力偶矩）計算。精品資料04二月202323第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)質(zhì)量代換法包括：動代換：1.質(zhì)量不變

2.質(zhì)心位置不變

3.對質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動慣量不變靜代換：1.質(zhì)量不變

2.質(zhì)心位置不變精品資料04二月202324【例】如圖所示曲柄滑塊機構(gòu)，已知各構(gòu)件尺寸，曲柄1繞質(zhì)心A的轉(zhuǎn)動慣量為JA，連桿2的重量G2（重心在S2處），轉(zhuǎn)動慣量為JS2，滑塊3的重量為G3（重心在C處）。構(gòu)件1以ω1等速順時針轉(zhuǎn)動，作用(zuòyòng)于滑塊3上的工作阻力位Fr。不計各運動副中的摩擦力，求圖示位置時，各運動副中的總反力以及需加載構(gòu)件1上的平衡力矩Mb。第2章

平面連桿機構(gòu)精品資料04二月202325第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)【解】（1）進(jìn)行運動分析，作出速度圖和加速度圖。精品資料04二月202326第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)（2）確定構(gòu)件2、3的慣性力及慣性力偶矩。并且方向與α相反方向與ac相反精品資料04二月202327第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)（3）進(jìn)行動態(tài)靜力分析。按靜定條件將機構(gòu)分解為主動件1和由構(gòu)件2、3組成的基本桿組，并從基本桿組開始分析。將構(gòu)件2對C點取矩，列平衡方程：解得精品資料04二月202328第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)再對整個桿組列平衡方程，即作力矢量圖：？√√√√√√？最后對構(gòu)件1進(jìn)行作圖分析。對A點取矩，得，精品資料04二月202329第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)四、機械的效率由于摩擦的存在，總要消耗一部分能量，若不計動能變化，則有：輸入功率有效功輸出有害功輸出Wd=Wr+WfWd——輸入功；Wr——輸出功(有用功)；Wf——損耗功。定義：

η=Wr/Wd效率有瞬時效率和平均效率(簡稱效率)之分，前者指在任一瞬時能量的利用程度，而后者則指在一個運動周期中所有瞬時效率的平均值。精品資料04二月202330第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)0<

η

<1理想生產(chǎn)阻力矩實際生產(chǎn)阻力矩=η理想驅(qū)動力矩實際驅(qū)動力矩=Pr1Pr2Pr3PrK-1PrKPdPd2Pd3PdK?1?2?3?K…1.串聯(lián)總效率為：η=η1η2……ηKPd1精品資料04二月202331第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)?1?2?3?KPd3Pr1Pr2Pr3PrKPd1Pd2PdKPdPr2.并聯(lián)圖示為幾種機器并聯(lián)組成的機組。=(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)(Pd1+Pd2+…+PdK)Pd(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)=∴η=PrPd精品資料04二月202332第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)1234567891011121314Wr1Wr2Wd例：在圖示的減速器中，已知每一對圓柱齒輪和圓錐齒輪的效率分別為0.95和0.92，皮帶傳動效率為0.96，每個軸上軸承總效率為0.99，求其總效率η。解：能量損失過程分析：η12η軸承η34η910η軸承η56η軸承η78η軸承η軸承η1112η軸承η1314η軸承η12η軸承η34η軸承η56η軸承η78η軸承η34η軸承η56η軸承η78η軸承Wr1Wr2WdⅨⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧWdⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧⅨWr1Wr2精品資料04二月202333第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)五、機械的自鎖結(jié)論：平面自鎖條件——β≤ρ；等號表示條件自鎖。驅(qū)動力F作用角β摩擦角ρ機械自鎖的效率表示：η≤0當(dāng)η＝0時，機械處于臨界自鎖狀態(tài)；若η＜0，則其絕對值越大，表明自鎖越可靠。斜面自鎖條件、軸頸自鎖條件精品資料04二月202334第2章平面(píngmiàn)連桿機構(gòu)2-6平面連桿機構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)預(yù)定的連桿位置、實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律1、按兩連架桿的預(yù)定對應(yīng)轉(zhuǎn)角（位置）設(shè)計四桿機構(gòu)2、按從動件的預(yù)定急回運動（速比）設(shè)計四桿機構(gòu)精品資料04二月202335第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)一、從動件運動規(guī)律的選擇柔性沖擊、剛性沖擊、常見運動規(guī)律二、反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪輪廓曲線基礎(chǔ)型——對心直動尖端變化型——偏置直動尖端、偏置滾子、偏置平底滾子半徑的選擇精品資料04二月2023363-7圖示的凸輪為偏心圓盤（μl=0.002m/mm）。圓心為O，半徑R=30mm，偏心距LOA=10mm，滾子(ɡǔnzǐ)半徑rr=10mm，偏距e=10mm。試求（均在圖上標(biāo)出）：（1）推桿的行程h和凸輪的基圓半徑r0；（2）推程運動角Φ、遠(yuǎn)休止角Фs、回程運動角Φ′和近休止角Фs′；（3）最大壓力角αmax及發(fā)生位置；（4）從B點接觸到C點接觸凸輪所轉(zhuǎn)過的角度φ0和推桿的位移s；（5）C點接觸時凸輪機構(gòu)的壓力角αc。第3章

凸輪機構(gòu)精品資料04二月202337第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)e解答：

（P.80–2）（1）推桿的行程h和凸輪的基圓半徑r0；過A作半徑為e的圓；以O(shè)為圓心，OE為半徑畫圓，得交點F；EF過F作圓e的切線FG，F(xiàn)為從動件行程的最高點；G以A為圓心，R為半徑畫圓，與FG相交，得交點H，H就是從動件行程的最低點；HFH的長度就是推桿的行程，按比例尺μl=0.002m/mm

量得20.5mm；h基圓半徑r0=R–e+rr=30mm。精品資料04二月202338第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)解答：

（P.83–圖3-19）（2）推程運動角Φ、遠(yuǎn)休止角Фs、

回程運動角Φ′

和近休止角Фs′；EFG畫出滾子行程最低位置；測量∠IAG上=推程運動角Φ=187°；I∠IAG下=回程運動角Φ′=187°=360°—187°=

173°；遠(yuǎn)休止角Фs=0°近休止角Фs′=0°。精品資料04二月202339第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)解答：

（P.86–2）（3）最大壓力角αmax及發(fā)生位置；壓力角的定義：從動件在凸輪接觸點處所受正壓力方向（即凸輪輪廓在接觸點處的法線方向）與從動件速度方向所夾銳角；EFGI誰是速度方向？誰是法線方向？壓力角大小與什么有關(guān)？Dαmaxαmax=30°精品資料04二月202340第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)解答：

（P.83–圖3-19）（4）從B點接觸到C點接觸凸輪

所轉(zhuǎn)過的角度φ0和推桿的

位移s；EG畫出滾子運行到C點的位置圖；由反轉(zhuǎn)法可以確定轉(zhuǎn)過的角度和方向，φ0=313°；畫出轉(zhuǎn)角φ0的起始位置；轉(zhuǎn)角φ0是指基圓上轉(zhuǎn)過的角度；SB位移s=|SB–SC|。SC精品資料04二月202341第3章凸輪(tūlún)機構(gòu)解答：

（5）C點接觸時凸輪機構(gòu)的壓力角αc。EG根據(jù)前面的推導(dǎo)可知：αcαc=2°。精品資料04二月202342第4章齒輪(chǐlún)機構(gòu)4-1概述齒輪傳動的主要類型4-2齒輪齒廓設(shè)計基圓、壓力角、嚙合角、共軛齒廓、齒廓公法線、基圓內(nèi)公切線、嚙合線、三線合一基本尺寸計算公式4-3齒輪基本尺寸計算精品資料04二月202343第4章齒輪(chǐlún)機構(gòu)4-4漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動正確嚙合條件節(jié)點、節(jié)圓、節(jié)線標(biāo)準(zhǔn)安裝后，節(jié)圓與分度圓重合；齒條節(jié)線與分度線重合；嚙合角=分度圓壓力角連續(xù)性條件與重合度，標(biāo)注重合區(qū)根切與變位、正變位、負(fù)變位、影響哪些幾何參數(shù)畫出極限嚙合點，計算中心距、分度圓、節(jié)圓、節(jié)距、模數(shù)精品資料04二月202344第4章齒輪(chǐlún)機構(gòu)精品資料04二月202345第5章

輪系5-1類型(lèixíng)定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系、復(fù)合輪系5-2定軸輪系傳動比計算5-3周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算差動輪系、行星輪系、各構(gòu)件名稱、轉(zhuǎn)化輪系5-4復(fù)合輪系傳動比計算精品資料04二月202346【例5-6】圖示復(fù)合(fùhé)輪系中，各輪齒數(shù)已知，試求傳動比i1H。解：（1）正確區(qū)分輪系齒輪3為行星輪，齒輪2'和齒輪4為中心輪，故輪為3、2'、4和系桿H一起組成了一個行星輪系。齒輪1、2構(gòu)成定軸輪系。第5章

輪系精品資料04二月202347第5章

輪系（2）分別(fēnbié)計算傳動比對定軸輪系有：i12=n1

n2=-z2z1=-2對行星輪系有：iH=2'40-nHn2'-nHz4z2'-=i5

=13=-4所以i2'H

=1-2'4iH=5精品資料04二月202348第5章

輪系（3）建立聯(lián)系條件，然后(ránhòu)聯(lián)立求解。聯(lián)系條件為：n2=n2'所以i1H=n1

nH=i12×i2H=-10負(fù)號表示齒輪1與系桿轉(zhuǎn)向相反。精品資料04二月202349第7章動力學(xué)分析(fēnxī)7-1概述機械特性、運轉(zhuǎn)過程7-2單自由度機械系統(tǒng)動力學(xué)分析等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力矩7-4速度波動調(diào)節(jié)速度波動產(chǎn)生的原因及調(diào)節(jié)方法——周期性、非周期性計算最大盈虧功精品資料04二月2