机械原理期末复习.pptx

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1、机构具有确定运动的条件 主动件数自由度 机构被破坏F 0 主动件数自由度 机构无规则运动 主动件数=自由度 机构有确定运动机构的主动件数机构的自由度数机构的主动件数机构的自由度数机构具有确定运动的条件就是F 0 桁架 构件间无相对运动第1页/共162页计算机构自由度时应注意的问题1.复合铰链1 12 23 31 12 23 3复合铰链数=构件数-1两个以上构件同时在一处以转动副相联接就构成了复合铰链第2页/共162页2.局部自由度 2 21 1A AB Bn=3pl=3ph=1F=3n-2pl-ph=2?n个别构件所具有的，不影响其他构件运动的自由度称为局部自由度第3页/共162页 3.虚约束

2、n=4pl=6ph=0F=3n-2pl-ph=0?n不起独立限制作用的约束称为虚约束第4页/共162页去掉虚约束n=3pl=4ph=0F=3n-2pl-ph=1轨迹重合第5页/共162页 公共约束F=(3-1)n-(2-1)pl由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得机构中所有构件同时受到某些约束而丧失了一些独立运动的可能性，一般就把这类约束称为公共约束。第6页/共162页2.4 平面机构的组成原理和结构分析2.4.1 机构的组成原理机构=机架+主动件+从动件组F机构=主动件数F从动件组=0F机构=F机架+F主动件+F从动件组=0第7页/共162页F=3527=1F=1F=3223=0基本杆组基本

3、杆组第8页/共162页基本杆组：不能再拆分的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组(Assur Group)。任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于主动件和机架上而构成的。机构的组成原理：第9页/共162页级杆组的形式（五种）R-revolute pair P-prismatic pairPRPRPPRRR外内外RRPRPR第10页/共162页级杆组的形式:n=4,pl=6特点:1.有3个内副，3个外副；3+3=61+3=42.中间是1个三副构件，外部是3个双副构件。第11页/共162页级杆组的形式：特点：有4个内副 n=4,pl=6第12页/共162页机构的级（表明机构的复杂程度）机构

4、中杆组的最高级别即为机构的级级机构：全部是级杆组级机构：最高杆组是级杆组第13页/共162页除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由度并指出主动件；拆去主动件和机架；从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接的运动副方向搜索，找出外运动副已知的级或级杆组；从与已拆下的前一级杆组相连接的运动副开始，重复上步过程，直至拆出全部基本杆组；根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构的级别。拆杆组的步骤第14页/共162页级机构例题：分析牛头刨床的结构并确定该机构的级别RPRRRP第15页/共162页第三章 平面机构的运动分析 第16页/共162页瞬心的求法观察法P12P12在无穷远P12P12

5、在公法线上第17页/共162页三心定理作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上.KVk1Vk212第18页/共162页瞬心的应用12341234P13P24p14p34p23p12第19页/共162页123P12p13p23第20页/共162页P2312p13p123第21页/共162页机构运动分析的步骤：1.画出机构简图，把各构件和有关点编号；2.拆分杆组；3.对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数；4.从与主动件联接的构件开始，找出外运动副已知的基本杆组对其分析；5.若杆组中还有其他待求点，应用刚体上任一点参数公式，求出各点的运动参数。第22页/共162页例：六

6、杆机构运动分析2xy13745968画出机构简图，把各构件和有关点编号；第23页/共162页拆分杆组；1324278539652第24页/共162页分析（杆组调用）顺序1)分析原动件，求出3点的运动参数；2)已知2、3点的运动参数，分析RRR杆组，求出4点及1、2构件的运动参数；3)以2、3位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出5、8、7点的运动参数；4)已知2、5点的运动参数，分析RRP杆组，求出6点及4、5构件的运动参数；5)以5位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出9点的运动参数第25页/共162页第五章 平面连杆机构及其设计第26页/共162页有曲柄的条件：（2 2）连架杆与机架连架杆

7、与机架中必有一杆为最短杆。中必有一杆为最短杆。最短杆条件最短杆条件（1 1）最短杆与最长杆的长度和小于或等）最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆的长度和。于其余两杆的长度和。杆长条件杆长条件第27页/共162页1)曲柄摇杆机构铰链四杆机构的类型应用应用功能：连续转动功能：连续转动往复摆动往复摆动连架杆为最短杆连架杆为最短杆第28页/共162页2)双曲柄机构铰链四杆机构功能：匀速转动功能：匀速转动非匀速转动非匀速转动机架为最短杆机架为最短杆平行四边形机构应用具有运动不确定性具有运动不确定性功能：匀速转动功能：匀速转动匀速转动匀速转动特例特例第29页/共162页应用应用铰链四杆机构若不满足曲柄

8、存在条件（若不满足曲柄存在条件（1），），无论取哪个构件无论取哪个构件 作机架，都是双摇杆机构。作机架，都是双摇杆机构。3)双摇杆机构功能：摆动功能：摆动摆动摆动连杆为最短杆连杆为最短杆满足曲柄存在条件（满足曲柄存在条件（1），但不满足条件（），但不满足条件（2）；）；第30页/共162页5.2.1.2 急回特性急回特性ABCDAB1C1DAB2C2DAB1C2DB2C1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构机构的两个极限位置机构的两个极限位置曲柄与连杆共线的两个位置曲柄与连杆共线的两个位置极位夹角摆动范围第31页/共162页急回系数K急回特性急回特性C1B2AB1C2DK越大，急回特性越显著越大，急回特性

9、越显著第32页/共162页C1C2D第33页/共162页C1C2AB2AB1C2DC1MD第34页/共162页本题的解有无穷多个C1C2abAaB2B1D第35页/共162页5.2.1.3 压力角与死点压力角：从动件上所受驱动力方向与力的作用点速度方向的夹角。F1F2vFABCD第36页/共162页传动角CABDCABDADBC曲柄与机架共线的两个位置曲柄与机架共线的两个位置，传力性能越好第37页/共162页死点连杆与从动件共线的两个位置连杆与从动件共线的两个位置对于曲柄摇杆机构，当摇对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，会出现两杆为主动件时，会出现两个死点位置。个死点位置。第38页/共162页

10、偏心曲柄滑块机构：对心曲柄滑块机构：曲柄条件：ABCABCe曲柄条件：无急回特性有急回特性ab压力角死点位置：AB与BC共线(滑块为主动件)滑块行程：s=2aab对心曲柄滑块机构与偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构与偏心曲柄滑块机构第39页/共162页摆动导杆机构：a b匀速转动匀速转动 非匀速转动非匀速转动第42页/共162页56 用图解法设计连杆机构M1M2N1N2E1E2P12P12转动极（极）转动极（极）12有向转动角有向转动角动平面由动平面由E1到到E2的位置过程中，动的位置过程中，动平面上任意一点都绕平面上任意一点都绕P12转转12半角转动法及其基本原理第43页/共162页M1M2N

11、1N2P12m12n12N0M012/2转动半角，为有向角转动半角，为有向角M1P12始边始边M0P12终边终边N1P12始边始边N0P12终边终边第44页/共162页导引动平面由导引动平面由E1到到E2的位置的四杆机构的设计的位置的四杆机构的设计1.求极点求极点2.求转动半角求转动半角3.刚化半角，半角绕极点转动刚化半角，半角绕极点转动4.在半角始边选动铰链，在半角终边选定铰链在半角始边选动铰链，在半角终边选定铰链5.顺序连接各铰链，并将顺序连接各铰链，并将动平面固结到连杆上，动平面固结到连杆上，得四杆机构即为所求。得四杆机构即为所求。设计步骤：设计步骤：第45页/共162页M1M2N1N2

12、P12m12n12M0N05.连接各构件，将动平面固定连接各构件，将动平面固定到连杆上到连杆上1.求极点求极点P122.求转动半角求转动半角12/2 3.刚化半角，刚化半角，绕极点绕极点P12转动转动4.在始边选动铰链，在终在始边选动铰链，在终边选定铰链边选定铰链12/2第46页/共162页按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构N1M1A0B0N2 M2 给定连杆平面序列位置问题转化为相对运动原理第47页/共162页按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构R12A0B0M1N1M2N2 相对极和转动半角求法相对极和转动半角求法：沿A0 B0方向线作-/2和-/2角，两线交点即为相对极，夹角即为转动半

13、角第48页/共162页按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构A0B0R12M2N2M1N1第49页/共162页A0M1M1M2B2B1A0R12一连架杆转过角，另一连架杆（滑块）移动S距离-s/2转动极和转动半角的求法转动极和转动半角的求法：过A0 作导路的垂线，由此作-/2和-s/2，两线交点为极点，夹角为转动半角第50页/共162页M1M2B2B1A0R12一连架杆转过角，另一连架杆（滑块）移动S距离第51页/共162页第六章 凸轮机构及其设计第52页/共162页or0ABBCD滚子从动件盘形凸轮机构第53页/共162页从动件的基本运动规律推程运动线图第54页/共162页等速运动规律速度突变

14、产生刚性冲击，适用于低速场合。第55页/共162页等加速等减速运动h加速度突变产生柔性冲击，适用于中速场合。第56页/共162页简谐运动规律余弦加速度运动规律 h有休止，有柔性冲击；无休止，无冲击。第57页/共162页正弦加速度运动规律h没有冲击第58页/共162页凸轮轮廓曲线的设计的图解法凸轮轮廓曲线的设计的图解法基本方法：反转法依 据：相对运动不变原理基本思想：设想给整个机构加上一个与凸轮角速度大小不变而方向相反的转动，此时，凸轮静止不动，而从动件一方面随机架相对凸轮以-的角速度绕凸轮轴转动，另一方面又以原有的运动规律相对机架运动。第59页/共162页e已知r0,偏心距e，1 1 偏置直动

15、尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮12090 90 60 r0e直动从动件盘形凸轮轮廓的设计直动从动件盘形凸轮轮廓的设计从动件的运动规律第60页/共162页1 1）作基圆）作基圆,偏心圆，从动件导路，按从动件的偏心圆，从动件导路，按从动件的运动规律标出各运动角运动规律标出各运动角2 2）将推程运动角和回程运动角等分并得到一）将推程运动角和回程运动角等分并得到一系列与基圆的交点。系列与基圆的交点。偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计e120 90 90 60 第61页/共162页e1234567893 3）过交点作偏心圆的切线，沿偏心）过交点作偏心圆

16、的切线，沿偏心圆的切线从基圆开始量从动件的位圆的切线从基圆开始量从动件的位移量，又得到一系列点移量，又得到一系列点1 1、2 2、3 312 345678 9偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计第62页/共162页e4)4)用光滑曲线连接一系列点用光滑曲线连接一系列点1 1、2 2、3 3，得到凸轮轮廓曲，得到凸轮轮廓曲线。线。偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计123456789第63页/共162页e2 2 偏置直动滚子从动件盘形凸轮偏置直动滚子从动件盘形凸轮120 90 90 60 第64页/共162页e直动滚子从动件

17、盘形凸轮轮廓的绘制直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制120 90 90 60 滚子中心理论廓线第65页/共162页e直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制120 90 90 60 滚子中心理论廓线包络线实际廓线第66页/共162页6.4 6.4 凸轮机构设计中的凸轮机构设计中的几个基本问题几个基本问题从动件运动规律的确定方法压力角和自锁凸轮廓线曲率半径和运动失真凸轮机构基本尺寸确定第67页/共162页6.4.2 凸轮机构的压力角和自锁直动从动件力作用线方向与从动件速度方向所夹的锐角称为压力角。s0soCPBeFv与r0,e,s有关，且r0越大 越小第68页/共162页s

18、0socpBe凸轮顺时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心左侧；凸轮作逆时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心的右侧。偏心距偏心距e e 的确定的确定为了减小推程压力角：第69页/共162页第七章 齿轮机构及其设计第70页/共162页KNArbOrkvk渐开线方程Fk第71页/共162页直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数压力角标准分度圆标准压力角rrb第72页/共162页7.3.3.2 7.3.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数模数标准rp第73页/共162页齿高及顶隙标准h第74页/共162页标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式按标准参

19、数设计，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。标准齿轮第75页/共162页7.4 渐开线齿轮的啮合传动第76页/共162页 o1o2P N1过两齿廓接触点的公法线过两齿廓接触点的公法线N1N2是是两基圆的内公切线两基圆的内公切线-P为定点为定点KN27.4.1 渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律传动比为定值传动比为定值第77页/共162页7.4.2 渐开线齿廓传动的特点渐开线齿廓传动的特点1.啮合线为一条定直线，啮合角不变2、正压力的方向和位置不变传动的平稳性（动力学特点）3、传动比与中心距无关 o1o2P N1KN2渐开线啮合的可分性（运动学特点）第78页/共162页4 齿轮与齿条啮合传

20、动rbPN1raB2KB1O1r11vr齿轮与齿条啮合的特点：节圆就是分度圆，啮合角等于压力角。第79页/共162页7.4.4 渐开线齿轮的啮合传动渐开线齿轮的啮合传动7.4.4.1 正确啮合条件正确啮合条件保证相邻两齿同侧齿廓的法向齿距相等正确啮合条件：第80页/共162页K7.4.4.2 连续传动条件连续传动条件B1K=pnPn=pb啮合过程：从动轮的齿顶圆与啮合线的交点B1主动轮的齿顶圆与啮合线的交点B2连续传动条件：重合度第81页/共162页连续传动条件-重合度的计算公式：第82页/共162页式中第83页/共162页7.4.4.3 间隙条件间隙条件无侧隙条件:顶隙条件:标准齿轮：标准安

21、装标准中心距保证顶隙为标准值 c=c*m第84页/共162页7.5.1 用标准齿条形刀具切制渐开线齿廓标准齿条形刀具第85页/共162页切制原理节圆节线节圆就是分度圆第86页/共162页 m=m刀 被切齿轮的z取决于刀具与轮坯的相对运动 v/=OP=r=zm/2 被切齿轮的s取决于刀具与轮坯的相对位置结 论刀具的中线与分度圆相切s=u 标准齿轮刀具的中线与分度圆相离或相割su或s 0；加工出的齿轮为；加工出的齿轮为正变位齿正变位齿轮轮。刀具移近轮坯中心时为刀具移近轮坯中心时为负变位负变位，x 0 x=0 x0时称为盈功，当W 0时称为亏功(1)等效力矩线图：(3)角速度变化规律：(4)盈亏功变

22、化线图(2)盈亏功:等效驱动力矩和等效阻力矩所作功之差 第158页/共162页(5)最大盈亏功：可以看出该机械系统在b点处具有最小的动能增量，角速度将达到最小值min；而在c点机械具有最大的动能增量，角速度将达到最大值max。两者之差称为最大盈亏功，用表示，即驱动功与阻抗功差值的最大值(6)飞轮的转动惯量即Td、Tr在max和min区间内包围的面积的代数和第159页/共162页(7)最大盈亏功的求解（已知Td,Tr线图）（1）求Td、Tr曲线交点区间内的盈亏功f1,f2.（2）作盈亏功变化线图，求出max，min （3）求出max，min区间内的盈亏功 第160页/共162页Thanks and Good Lucky第161页/共162页感谢您的观看！第162页/共162页