2022年2022年机械原理总复习 .pdf

第一章平面机构的结构分析要求：1、了解机构运动简图的绘制方法。能够将简单的实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；能看懂机构的运动简图。2、掌握运动链成为机构的条件。熟练掌握平面机构自由度的计算方法。能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度。能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。3、掌握机构的组成原理和结构分析的方法。了解高副低代的方法；会判断杆组、杆组的级别和机构的级别；了解根据机构组成原理，用基本杆组、原动件和机架创新构思新机构的方法；学会将级、级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。重点：机构运动简图的绘制、运动链成为机构的条件和机构的组成原理是本章学习的重点。1. 机构运动简图的绘制：机构运动简图的绘制是本章的一个重点，也是一个难点。初学者一般可按下列步骤进行。 分析机械的实际工作情况，确定原动件(驱动力作用的构件)、机架、从动件系统(包括执行系统和传动系统)及其最后的执行构件。 分析机械的运动情况，从原动件开始，循着运动传递路线，分析各构件间的相对运动性质，确定构件的总数、运动副的种类和数目。 合理选择投影面。 测量构件尺寸，选择适当比例尺，定出各运动副之间的相对位置，用表达构件和运动副的简单符号绘出机构运动简图。在机架上加上阴影线，在原动件上标上箭头，按传动路线给各构件依次标上构件号1， 2，3，, 将各运动副标上字母A，B， C，, 为保证机构运动简图与实际机械有完全相同的结构和运动特性，对绘制好的简图需进一步检查与核对。2. 运动链成为机构的条件：判断所设计的运动链能否成为机构，是本章的重点。运动链成为机构的条件是：运动链相对于机架的自由度大于零，且原动件数目等于运动链的自由度数目。机构自由度的计算错误会导致对机构运动的可能性和确定性的错误判断，从而影响机械设计工作的正常进行。因此机构自由度计算是本章学习的重点之一。准确识别复合铰链、局部自由度和虚约束，并做出正确处理，是自由度计算中的难点，也是初学者容易出现错误的地方。(1) 复合铰链复合铰链是指两个以上的构件在同一处以转动副相联接时组成的运动副。准确识别复合铰链的关键是要分辨哪几个构件在同一处形成了转动副。复合铰链的正确处理方法是：若有k 个构件在同一处形成复合铰链，则其转动副的数目应为(k-1)个。(2) 局部自由度局部自由度是机构中某些构件所具有的自由度，它仅仅局限于该构件本身，而并不影响其他构件的运动。局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。 正确的处理方法是：在计算自由度时，从机构自由度计算公式中将局部自由度减去，也可以将滚子及与滚子相连的构件固结为一体，预先将滚子除去不计，然后再利用公式计算自由度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - (3) 虚约束虚约束是机构中所存在的不产生实际约束效果的重复约束。正确的处理方法是：在计算自由度时， 首先将引入虚约束的构件及其运动副除去不计，然后用自由度公式进行计算。虚约束都是在一定的几何条件下出现的，这些几何条件有些是暗含的，有些则是明确给定的。对于暗含的几何条件，需通过直观判断来识别虚约束；对于明确给定的几何条件，则需通过严格的几何证明才能识别。3. 机构组成原理与结构分析机构的组成过程和机构的结构分析过程正好相反，前者是研究如何将若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，以组成新的机构， 它为设计者进行机构创新设计提供了一条途径； 后者是研究如何将现有机构依次拆成基本杆组、原动件及机架， 以便对机构进行结构分类。机构结构分析的过程又称为拆杆组，它是本章的难点之一。为了有助于正确拆除杆组，初学者应遵循下述拆杆组原则：(1) 由离原动件最远的部分开始试拆；(2) 每试拆一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个完整的机构；(3) 试拆杆组时， 最好先按级组来试拆；如果无法拆除 (指拆除之后剩余部分不能构成一个完整机构 )，意味着拆除有误，再试拆高一级杆组；(4) 拆杆组结束的标志是只剩下原动件和机架所组成的级机构。这里需要特别注意两点：其一，所谓离原动件“最远”，主要不是指在空间距离上离原动件最远， 而是指在传动关系和传动路线上离原动件最远；其二，每拆除一个杆组，剩余的部分应该仍为一个完整的机构，这是判别拆除过程是否正确的准则，必须遵守。第二章 平面机构的运动分析1、了解运动分析的目的和方法2、 掌握速度瞬心法对机构的速度分析（1）瞬心的确定定义和三心定理（2）瞬心法对平面机构的速度分析第三章 平面机构的动力分析要求1、能够熟练地对移动副中的摩擦问题进行分析和计算。2、掌握转动副中摩擦问题的分析和计算方法。3、掌握机械效率的计算方法。4、正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。1.总反力方向的确定根据两构件之间的相对运动(或相对运动趋势)方向， 正确地确定总反力的实际作用方向是本章解题的难点之一。由于摩擦力总是与相对运动(或相对运动趋势)的方向相反，因此，对移动副来说，总反力 FRxy 总是与相对速度vyx 之间呈 90+的钝角；对转动副来说，总反力FRxy 总是与摩擦圆相切，它对铰链中心所形成的摩擦力矩Mfxy=Rxy 的方向总是与相对角速度 yx的方向相反。 FRxy 的确切方向需从该构件的力平衡条件中得到。2. 移动副中摩擦问题的分析方法移动副中平面摩擦问题的分析方法是研究摩擦问题的基础，而斜面摩擦问题的分析方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 是本章的重点之一。槽面摩擦问题可通过引入当量摩擦系数及当量摩擦角的概念，将其简化为平面摩擦问题。运动副元素的几何形状不同，引入的当量摩擦系数也不同，其原因不是摩擦系数发生了变化，而是由于法向反力不同，由此使得运动副元素之间的摩擦力不同。3. 转动副中摩擦问题的分析方法4. 自锁现象及自锁条件的判定无论驱动力多大，机械都无法运动的现象称为机械的自锁。其原因是由于机械中存在摩擦力，且驱动力作用在某一范围内。一个自锁机构，只是对于满足自锁条件的驱动力在一定运动方向上的自锁；而对于其他外力，或在其他运动方向上则不一定自锁。自锁条件可用以下方法求得：(1) 对移动副，驱动力位于摩擦角之内；对转动副，驱动力位于摩擦圆之内。(2) 利用机械效率计算式求解，即令0。第四章 平面连杆机构及其设计1、了解平面四杆机构的基本型式及其演化方法。2、了解平面连杆机构的特点3、掌握平面四杆机构的工作特性。4、了解平面连杆机构设计的基本问题。1. 平面四杆机构的基本型式及其演化方法铰链四杆机构可以演化出其他形式的四杆机构。即取不同构件为机架；变转动副为移动副；销钉扩大。四杆机构通过选择不同构件为机架可以演化出其他型式。这种演化方式也称为“运动倒置” 。以上所述的各种演化方法是通过基本机构变异产生新机构型式的重要方法，故掌握这些演化方法很重要。2. 平面连杆机构的工作特性1) 急回特性有时某一机构本身并无急回特性，但当它与另一机构组合后，此组合后的机构并不一定亦无急回特性。机构有无急回特性，应从急回特性的定义入手进行分析。2） 压力角和传动角压力角是衡量机构传力性能好坏的重要指标。因此，对于传动机构，应使其角尽可能小(尽可能大 )。连杆机构的压力角(或传动角 )在机构运动过程中是不断变化的。从动件处于不同位置时有不同的 值，在从动件的一个运动循环中，角存在一个最大值 max。在设计连杆机构时，应注意使 max 。3）曲柄存在的条件4） 死点位置此处应注意： “死点”、 “自锁”与机构的自由度F0 的区别。自由度小于或等于零，表明该运动链不是机构而是一个各构件间根本无相对运动的桁架；死点是在不计摩擦的情况下机构所处的特殊位置，利用惯性或其他办法，机构可以通过死点位置，正常运动；而自锁是指机构在考虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的几何条件时，虽然机构自由度大于零， 但机构却无法运动的现象。死点、自锁是从力的角度分析机构的运动情况，而自由度是从机构组成的角度分析机构的运动情况。3. 平面连杆机构的设计重点：掌握根据极限位置设计四杆机构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 第五章 凸轮机构1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合。2.掌握从动件几种常用运动规律的特点和适用场合，学会根据工作要求选择或设计从动件的运动规律。3.掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则，学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向。4.熟练掌握并灵活运用反转法原理，学会根据这一原理设计各类凸轮的廓线。5.掌握凸轮机构设计的基本步骤。本章的重点是凸轮机构的设计1. 凸轮机构的型式选择根据使用场合和工作要求选择凸轮机构的型式，是凸轮机构设计的第一步，又称为凸轮机构的型综合。在选择凸轮机构型式时，简单性总是首要考虑的因素。因此在满足运动学、动力学、环境、经济性等要求的情况下，选择的凸轮机构型式越简单越好。2. 从动件运动规律的选择或设计将不同规律的运动曲线拼接起来组成新的运动规律。使最大速度和最大加速度的值尽可能小。3. 凸轮基圆半径的确定基圆半径的选择是一个既重要又复杂的问题。移动滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的最小基圆半径，主要受3 个条件的限制，即凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径；保证最大压力角max 不超过许用压力角 ； 保证凸轮实际廓线的最小曲率半径a min=min-rr 35 mm，以避免运动失真。对于移动平底从动件盘形凸轮机构而言，因其压力角始终为零(从动件导路与平底垂直)，所以凸轮的最小基圆半径主要受到以下两个条件的限制：凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径；避免运动失真。4. 凸轮廓线的设计凸轮廓线设计的反转法原理是本章的重点内容之一。无论是用图解法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理。该原理可归纳如下：在凸轮机构中，如果对整个机构绕凸轮转动轴心O 加上一个与凸轮转动角速度 大小相等、 方向相反的公共角速度(-)，这时凸轮与从动件之间的相对运动关系并不改变。5. 凸轮机构的分析在设计移动滚子从动件盘形凸轮机构时，若发现其压力角超过了许用值，可以采取以下措施：(1) 增大凸轮的基圆半径rb。(2) 选择合适的从动件偏置方向。在设计凸轮机构时，若发现采用对心移动从动件凸轮机构推程压力角过大，而设计空间又不允许通过增大基圆半径的办法来减小压力角时，可以通过选取从动件适当的偏置方向，以获得较小的推程压力角。即在移动滚子从动件盘形凸轮机构的设计中，选择偏置从动件的主要目的，是为了减小推程压力角。当出现运动失真现象时，可采取以下措施：(1) 修改从动件的运动规律。(2) 当采用滚子从动件时，滚子半径必须小于凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - min，通常取rr0.8min。若由于结构、强度等因素限制，rr 不能取得太小，而从动件的运动规律又不允许修改时，则可通过加大凸轮的基圆半径rb，从而使凸轮廓线上各点的曲率半径均随之增大的办法来避免运动失真。第六章 齿轮机构1.了解齿轮机构的类型及功用。2.理解齿廓啮合基本定律。3.了解渐开线的形成过程，掌握渐开线的性质、渐开线方程及渐开线齿廓的啮合特性。4.深入理解和掌握渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动需要满足的条件。5.掌握范成法切齿的基本原理和根切现象产生的原因，掌握不发生根切的条件。6.了解渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动类型及特点。学会根据工作要求和已知条件，正确选择传动类型。7.掌握平行轴斜齿圆柱齿轮机构传动的特点。8.了解直齿圆锥齿轮机构的传动特点。渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动是本章的重点。1、渐开线的形成与性质2、渐开线齿轮啮合传动的特点3、齿轮传动正确啮合的条件和连续传动的条件4、重合度的意义5、齿轮加工（1）方法，原理；（2）标准齿轮的加工，变位齿轮的加工（3）根切现象，产生的原因，如何避免6、计算单个齿轮几何尺寸的计算；齿轮啮合传动尺寸的计算（1）标准齿轮按标准中心距安装；（2）标准齿轮按非标准中心距安装。7、齿轮传动的类型8、斜齿圆柱齿轮传动的特点齿廓曲线、法面，端面、正确啮合条件、重合度、几何尺寸计算、当量齿轮和当量齿数9、圆锥齿轮齿廓曲线、大端，小端、正确啮合条件、背锥，当量齿轮和当量齿数易混淆的概念：本章的特点是名词、概念多，符号、公式多，理论系统性强，几何关系复杂。学习时要注意清晰掌握主要脉络，对基本概念和几何关系应有透彻理解。以下是一些易混淆的概念。(1) 法向齿距与基圆齿距(2) 分度圆与节圆(3) 压力角与啮合角(4) 标准齿轮与变位齿轮(5) 变位齿轮与传动类型(6) 齿面接触线与啮合线(7) 理论啮合线与实际啮合线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - (8) 齿轮齿条啮合传动与标准齿条型刀具范成加工齿轮第七章 轮系1.了解各类轮系的组成和运动特点，学会判断一个已知轮系属于何种轮系。2.熟练掌握各种轮系传动比的计算方法，会确定主、从动轮的转向关系。3.了解各类轮系的功能。本章的重点是轮系的传动比计算。1. 轮系的传动比根据结构组成和运动特点，轮系可分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系三大类。1) 定轴轮系虽然定轴轮系的传动比计算最为简单，但它却是本章的重点内容之一。定轴轮系传动比的大小，等于组成轮系的各对啮合齿轮中从动轮齿数的连乘积与主动轮齿数的连乘积之比。关于定轴轮系中主、从动轮转向关系的确定有3 种情况。(1) 轮系中各轮几何轴线均互相平行的情况在这种情况下，可用(-1)m 来确定轮系传动比的正负号，m为轮系中外啮合的对数。若计算结果为正，则说明主、从动轮转向相同；为负则说明主、从动轮转向相反。需要注意的一个问题是惰轮的作用。当定轴轮系中有惰轮时，虽然其齿数对传动比数值的大小没有影响，但它的存在对末轮的转向将产生影响。(2) 轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行，但首末两轮的轴线互相平行的情况由于首末两轮的几何轴线依然平行，故仍可用正、 负号来表示两轮之间的转向关系：二者转向相同时， 在传动比计算结果中标以正号；二者转向相反时， 在传动比计算结果中标以负号。需要特别注意的是， 这里所说的正负号是用在图上画箭头的方法来确定的，而与 (-1)m 无关。(3) 轮系中首末两轮几何轴线不平行的情况当首末两轮的几何轴线不平行时，首末两轮的转向关系不能用正、负号来表示， 而只能用在图上画箭头的方法来表示。2) 周转轮系周转轮系的传动比计算是本章的重点内容之一。周转轮系传动比计算的基本思路周转轮系与定轴轮系的根本区别在于：周转轮系中有一个转动着的系杆，由于它的存在使行星轮既自转又公转。为了解决周转轮系传动比的计算问题，可假想给整个轮系加上一个公共的角速度 (- H)，使系杆固定不动，这样，周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系。周转轮系的类型很多，若仅仅为了计算其传动比，一般来说， 可以不必考虑它属于哪种类型的周转轮系， 只要透彻地理解了周转轮系转化机构传动比计算的基本公式，再掌握一定的解题技巧，就能熟练解决各种周转轮系的传动比计算问题。3) 混合轮系混合轮系传动比的计算既是本章的重点，也是本章的难点。(1) 混合轮系传动比计算的基本思路计算混合轮系传动比的正确方法是：首先， 将各个基本轮系正确地划分开来，分别列出计算各基本轮系传动比的关系式，然后找出各基本轮系之间的联系，最后将各个基本轮系传动比关系式联立求解。(2) 混合轮系传动比的计算步骤名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 首先正确地划分各个基本轮系。 分别列出计算各基本轮系传动比的关系式。 找出各个基本轮系之间的联系。 将各个基本轮系传动比关系式联立求解，即可得到混合轮系的传动比。第八章 其它常用机构了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理、特点、功能及适用场合。本章的重点是掌握各种常用间歇运动机构的工作原理、运动特点和功能，并了解其适用的场合，以便在进行机械系统方案设计时，能够根据工作要求正确地选择执行机构的型式。教材主要介绍了棘轮机构、槽轮机构、和不完全齿轮机构。第九章 机械的平衡1.了解机械平衡的目的及其分类，掌握机械平衡的方法。2.熟练掌握刚性转子的平衡设计方法，了解平衡试验的原理及方法。机械平衡的目的是要尽可能地消除或减小惯性力对机械的不良影响。为达到此目的， 通常需要做两方面的工作： 首先，在机械的设计阶段， 对所设计的机械在满足其工作要求的前提下，应在结构上保证其不平衡惯性力最小或为零，即进行平衡设计；其次， 经过平衡设计后的机械，由于材质不均、加工及装配误差等因素的影响，生产出来的机械往往达不到设计要求，还会有不平衡现象，此时需要用试验的方法加以平衡，即进行平衡试验。本章的重点是刚性转子的平衡设计。1. 刚性转子的平衡设计根据直径D与轴向宽度b 之比的不同，刚性转子可分为两类： (1) 当 D/b5 时，可以将转子上各个偏心质量近似地看作分布在同一回转平面内，其惯性力的平衡问题实质上是一个平面汇交力系的平衡问题。平衡质量mb的求解方法既可用图解法，也可用解析法。单面平衡，惯性力的平衡(2) 当 D/b5 时，转子的轴向宽度较大，首先应在转子上选定两个可添加平衡质量的、且与离心惯性力平行的平面作为平衡基面，然后运用平行力系分解的原理将各偏心质量所产生的离心惯性力分解到这两个平衡基面上。这样就把一个空间力系的平衡问题转化为两平衡基面内的平面汇交力系的平衡问题。双面平衡，惯性力和惯性力产生的惯性力矩都要平衡需要指出的是： 在求解出平衡质量之后，设计工作并未完成，还需要在该零件图的相应位置上添加上这一平衡质量，或在其相反方向上减去这一平衡质量，才算完成了平衡设计的任务。2. 刚性转子的平衡试验当 D/b 5 时，可在平衡架上进行静平衡试验。当D/bWr+Wf,E2E1,21 2)稳定运转阶段在稳定运转阶段，原动件在平均工作速度基础上的做周期性速度波动（称变速稳定运转） 。 Med 和 Mer 的变化是有规律的周而复始,Je 为常数或有规律的变化 任一时间间隔Wd Wr+Wf,但在一个运动循环中Wd=Wr+Wf 循环开始和终了角速度相等, 其他时间角速度在m上下波动3)停车阶段 WdWr+Wf,E2E1,21 2. 机械速度波动的调节方法(1) 有周期性速度波动的机械系统，可以利用飞轮储能和放能的特性来调节机械速度波动的大小。飞轮的作用就是调节周期性速度的波动范围和调节机械系统能量。(2) 对于非周期性速度波动的机械系统，不能用飞轮进行调节。当系统不具有自调性时，则需要利用调速器来对非周期性速度波动进行调节。3. 飞轮设计(1) 飞轮设计的基本问题，是根据等效力矩、等效转动惯量、平均角速度， 以及机械运转速度不均匀系数的许用值来计算飞轮的转动惯量。无论等效力矩是哪一种运动参数的函数关系，最大盈亏功必然出现在max和 min 所在两位置之间，且在这两个位置时Med与 Mer相等。(2) 飞轮调速的原理(3) 飞轮设计中应注意以下3 个问题： 为减小飞轮转动惯量( 即减小飞轮的质量和尺寸) ，应尽可能将飞轮安装在系统的高速轴上。 安装飞轮只能减小周期性速度波动，但不能消除速度波动。 有的机械系统可不加飞轮，而以较大的皮带轮或齿轮起飞轮的作用。名师资料总结 - 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