河南科技大學機械原理復習綱要.ppt

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時間 2010年1月18日 9 00 11 00 機械原理考試 地點 機制071 072 共70人 西苑8301 可坐80人 機制073 074 其他 共77人 西苑8302 可坐80人 答疑時間 2010年1月16日 1月17日上午 08 00 12 00下午 14 30 18 00晚上 19 30 21 30地點 2號樓二層2209機原教研室 機械原理復習 機械原理不考試內(nèi)容 一 2 7平面機構的組成原理 結構分類及結構分析中 4 高副低代 1 組成原理 2 結構分類 3 結構分析 2 8機構結構的型綜合及其設計 二 3 5用解析法作機構的運動分析 三 4 2構件慣性力的確定 4 4不考慮摩擦時機構的受力分析中 3 用解析法作機構的動態(tài)靜力分析 四 6 4轉(zhuǎn)子的許用不平衡量 6 6平面機構的平衡 五 7 3機械運動方程式的求解中 3 等效轉(zhuǎn)動慣量是位置的函數(shù) 等效力矩是位置和速度的函數(shù) 六 8 4平面四桿機構的設計中 機械原理復習 機械原理不考試內(nèi)容 2 用解析法設計四桿機構 8 5多桿機構 4 四桿機構的優(yōu)化設計 七 9 3凸輪輪廓曲線的設計中 3 用解析法設計凸輪的輪廓曲線 八 10 11其他齒輪傳動簡介 10 12齒輪機構動力學簡介 九 11 6行星輪系的效率 11 8其他新型行星輪系傳動簡介 1 輪系中的功率流動問題 11 7行星輪系的類型選擇及設計的基本知識中 3 行星輪系的均載裝置 十 第十二章 第十三章 第十四章 機械原理復習 不需要記憶的公式 1 推桿運動規(guī)律 s s t s v v t v a a t a 2 重合度 z1 tan a1 tan z2 tan a2 tan 2 3 任意圓上齒厚 4 無側(cè)隙嚙合方程式 機械原理復習 第2章平面機構的結構分析 一 了解名詞 構件 零件 運動副 約束 機構 機器 二 理解機構運動簡圖 要求能夠看懂和繪制最一般的機構簡圖 三 熟練掌握平面機構自由度的計算 F 3n 2pl ph F 3n 2pl ph p F 1 復合鉸鏈 2 局部自由度 3 虛約束 4 機構具有確定運動的條件 機械原理復習 滑塊受到的運動約束與構件FGC上 的運動軌跡相重合 所以滑塊將帶入一個虛約束 p 1 2 1 滾子繞其中心A轉(zhuǎn)動的自由度為局部自由度 B為復合鉸鏈 F 3n 2pl ph p F 3 9 2 12 1 1 1 2 計算圖示機構的自由度 如有局部自由度 復合鉸鏈和虛約束請予以指出 2 2滾子半徑rr R r AB BC F 3n 2pl ph p F 3 4 2 5 1 1 1 1 滾子4繞其中心B轉(zhuǎn)動的自由度為局部自由度 無復合鉸鏈 滾子中心受到的運動約束與構件ABC上B點的運動軌跡相重合 所以滾子與圓形軌道的高副為一個虛約束 壓榨機機構 2 3 該機構中存在結構對稱部分 構件8 9 10和構件4 5 6對稱 如果去掉一個對稱部分 機構仍能夠正常工作 所以可以將構件8 9 10以及其上的轉(zhuǎn)動副G H I和C處的一個轉(zhuǎn)動副視為虛約束 偏心輪1與機架11和構件2形成2個轉(zhuǎn)動副 構件7與構件11在左右兩邊同時形成導路平行的移動副 只有其中一個起作用 構件4 5 6在D點處形成復合鉸鏈 機構中沒有局部自由度和高副 F 3n 2pl ph p F 3 10 2 15 0 1 0 1 P 2pl ph 3n 2 5 0 3 3 1 作業(yè)集2 6 2 9教材2 16 2 4圖示運動鏈是否能成為機構 如何改造 第3章平面機構的運動分析 一 瞬心的定義 性質(zhì)和應用1 定義 兩構件的瞬時同速點 2 找瞬心的方法 直接觀察 三心定理 瞬心多邊形等 3 利用瞬心求構件的角速度或構件上某點的速度 作業(yè)集3 1 3 3 教材3 1 3 6 二 運動分析 相對運動圖解法 列矢量方程 依方程作圖求解 1 同一構件上兩點間的速度和加速度的關系 利用影像原理簡化解題 同一構件上已知兩點運動求第三點運動 影象原理只能應用于同一構件上 字母繞行順序應相同 2 組成移動副的兩構件上重合點間的速度與加速度的關系 注意 重合點的選擇 哥氏加速度的大小及方向 作業(yè)集3 4 3 6 教材3 1 3 6 作業(yè)集3 7 3 10 教材3 13 第4章平面機構的力分析 一 運動副的摩擦分析 1 摩擦角 摩擦圓及當量摩擦系數(shù)的含義 2 按給定的驅(qū)動力 或阻力 確定構件之間的相對運動方向 驅(qū)動力和工作阻力的特性 分析相對運動時注意腳標 如 12 21 v12 v21的區(qū)別 3 先按無摩擦確定運動副反力的方向 后按有摩擦確定運動副總反力的方向 移動副總反力FR12與v21成 90 角 注意力的腳標 轉(zhuǎn)動副總反力FR12對鉸鏈中心的力矩方向與 21相反并與摩擦圓相切 4 對機構進行受力分析時 注意以二力桿或三力構件入手進行分析 注意二力桿受壓還是受拉 注意三力構件的三力匯交 作業(yè)集4 3 4 7 FR12 FR23 FR21 FR43 FR32 FR41 4 1 圖示曲柄搖桿機構中曲柄為主動件 已知 1 驅(qū)動力矩M1 從動件3上作用有工作阻力FQ 標出各個運動副中總反力的方向 解 構件2為二力桿 受壓 第5章機械的效率和自鎖 一 機械的效率 1 效率的定義及其求法 自鎖條件 瞬時機械效率和自鎖條件都可用兩次力分析 考慮與不考慮摩擦 的方法求解 工作阻力不變 驅(qū)動力不變 2 機組的效率 串聯(lián) 并聯(lián) 混聯(lián) 作業(yè)集5 4 作業(yè)集5 3 作業(yè)集5 2 二 機械的自鎖 對移動副 驅(qū)動力位于摩擦角之內(nèi) 對轉(zhuǎn)動副 驅(qū)動力位于摩擦圓之內(nèi) 2 令工作阻力小于零來求解 對于受力狀態(tài)或幾何關系較復雜的機構 可先假定該機構不自鎖 用圖解法或解析法求出工作阻力與主動力的數(shù)學表達式 然后再令工作阻力小于零 解此不等式 即可求出機構的自鎖條件 3 利用機械效率計算式求解 即令 0 自鎖條件可用以下3種方法求得 作業(yè)集5 6 作業(yè)集5 7 作業(yè)集5 5 第6章機械的平衡 本章的重點是剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡 1 理解質(zhì)徑積的mr概念 2 何謂靜平衡 單面平衡 主矢為零 何謂動平衡 雙面平衡 主矢主矩均為零 靜平衡的動平衡關系 3 平衡質(zhì)量mbrb的求解方法既可用圖解法 也可用解析法 首先應在轉(zhuǎn)子上選定兩個可添加平衡質(zhì)量的 且與離心慣性力平行的平面作為平衡平面 然后運用平行力系分解的原理將各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力分解到這兩個平衡平面上 這樣就把一個空間力系的平衡問題轉(zhuǎn)化為兩平衡平面內(nèi)的平面匯交力系的平衡問題 作業(yè)集6 2 6 3 第7章機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié) 一 機械的運動和動能關系 1 動能定理 2 周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件 速度波動的原因 Med和Mer的變化是有規(guī)律的周而復始 Je為常數(shù)或有規(guī)律的變化 任一時間間隔Wd Wr Wf 但在一個運動循環(huán)中Wd Wr Wf 循環(huán)開始和終了角速度相等 其他時間角速度在 m上下波動 二 機械系統(tǒng)等效動力學模型的建立 1 應遵循的原則是 使機械系統(tǒng)在等效前后的動力學效應不變 即 動能等效 等效構件所具有的動能 等于整個機械系統(tǒng)的總動能 外力所做之功等效 作用在等效構件上的外力所做之功 等于作用在整個機械系統(tǒng)中的所有外力所做之功的總和 2 要求掌握等效力矩和等效轉(zhuǎn)動慣量的求解 根據(jù)動能相等 求等效轉(zhuǎn)動慣量Je 根據(jù)功率相等 求等效力矩Me 作業(yè)集7 1 7 3 三 機械速度波動的調(diào)節(jié)方法 第7章機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié) 1 周期性速度波動 可以利用飛輪儲能和放能的特性來調(diào)節(jié) 2 非周期性速度波動 不能用飛輪進行調(diào)節(jié) 當系統(tǒng)不具有自調(diào)性 時 則需要利用調(diào)速器來對非周期性速度波動進行調(diào)節(jié) 3 飛輪設計的基本問題 是根據(jù)Me Je m 來計算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF 在一個周期內(nèi) Wd Wr 求未知外力 矩 得出盈功和虧功 畫出能量指示圖 求出最大盈虧功 Wmax 熟練掌握 計算 一般設Jc 0 作業(yè)集7 5 7 7 4 飛輪設計中應注意以下3個問題 為減小飛輪轉(zhuǎn)動慣量 即減小飛輪的質(zhì)量和尺寸 應盡可能將飛輪安裝在系統(tǒng)的高速軸上 安裝飛輪只能減小周期性速度波動 但不能消除速度波動 有的機械系統(tǒng)可不加飛輪 而以較大的皮帶輪或齒輪起到飛輪的作用 第8章平面連桿機構及其設計 一 平面四桿機構的類型和應用 2 演化方法 改變構件的形狀和運動尺寸 曲柄滑塊機構 正弦機構 改變運動副的尺寸 偏心輪機構 取不同構件為機架 導桿機構 搖塊機構 直動滑桿機構 運動副元素的逆換 1 基本類型 鉸鏈四桿機構 曲柄搖桿機構 雙曲柄機構 雙搖桿機構 3 應用 舉例 如何把定軸轉(zhuǎn)動變換為往復直線移動 如何把定軸轉(zhuǎn)動變換為往復擺動 二 平面四桿機構的基本知識 1 曲柄存在條件 存在周轉(zhuǎn)副的存在 鉸鏈四桿機構 曲柄滑塊機構 導桿機構 2 急回特性 極為夾角 行程速比系數(shù)K 機構輸出構件具有急回特性的條件 3 壓力角 和傳動角 壓力角 是衡量機構傳力性能好壞的重要指標 因此 對于傳動機構 應使其 角盡可能小 盡可能大 掌握常用連桿機構 max或 min出現(xiàn)的位置 4 機構的死點位置 何謂死點位置 如何利用和克服死點位置 第8章平面連桿機構及其設計 作業(yè)集8 2 8 4 作業(yè)集8 1 5 此處應注意 死點 自鎖 與機構的自由度F 0的區(qū)別 自由度小于或等于零 表明該運動鏈不是機構而是一個各構件間根本無相對運動的桁架 死點是在不計摩擦的情況下機構所處的特殊位置 90 利用慣性或其他辦法 機構可以通過死點位置 正常運動 而自鎖是指機構在考慮摩擦的情況下 當驅(qū)動力的作用方向滿足一定的幾何條件時 雖然機構自由度大于零 但機構卻無法運動的現(xiàn)象 死點 自鎖是從力的角度分析機構的運動情況 而自由度是從機構組成的角度分析機構的運動情況 第8章平面連桿機構及其設計 三 平面四桿機構的設計 圖解法 第8章平面連桿機構及其設計 1 按連桿預定的位置設計四桿機構 已知活動鉸鏈中心的位置 由動點B C求定點A D 已知固定鉸鏈中心的位置 由EF 定點A D求動點B C 作業(yè)集8 4 8 7 2 按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構 設計一個四桿機構使其兩連架桿實現(xiàn)預定的對應角位置時 可以用所謂的 剛化反轉(zhuǎn)法 求解此四桿機構 作業(yè)集8 8 8 9 8 12 8 14 3 按給定的行程速比系數(shù)K設計 曲柄搖桿機構 已知曲柄長a 連桿長b 機架長d 最小傳動角 min等 曲柄滑塊機構 導桿機構 作業(yè)集8 15 8 17 六 10分 已知四桿機構ABCD的機架AD 連架桿AB兩位置AB1 AB2及對應搖桿兩位置 位置是機構的一極限位置 試用圖解法設計該機構 要求 不必寫作圖過程 但要保留全部作圖過程線 04級機原補考題 解 已知A B D點 在D 上求C點 變換機架 選D 為新機架 剛化搬移 反轉(zhuǎn) 后位落前位 搬動B2點至B2 點 連接B1 B2點 作其中垂線 C1點在中垂線上 延長B1A與中垂線的交點即為C1點 B2 C1 六 10分 已知四桿機構ABCD機架AD 連架桿AB兩位置AB1 AB2及對應搖桿兩位置 位置是機構的一極限位置 試用圖解法設計該機構 要求 不必寫作圖過程 但要保留全部作圖過程線 04級機原補考題 新 機架 必須是位置已知但其上鉸鏈點待求的構件 第9章凸輪機構及其設計 本章的重點是凸輪機構的運動設計 一 名詞概念 1 推程 角 0 回程 角 0 遠休止 角 01 近休止 角 02 行程h max 2 基圓 基圓半徑r0 偏距圓 理論廓線 實際廓線 跡點 二 各種常用從動件運動規(guī)律 1 s v a曲線形狀2 在何處有何種沖擊 何謂剛性沖擊 柔性沖擊 凸輪廓線設計的反轉(zhuǎn)法原理是本章的重點內(nèi)容之一 三 凸輪廓線的設計 在凸輪機構中 如果對整個機構繞凸輪轉(zhuǎn)動軸心O加上一個與凸輪轉(zhuǎn)動角速度 大小相等 方向相反的公共角速度 這時凸輪與從動件之間的相對運動關系并不改變 1 反轉(zhuǎn)法原理在圖解法中的應用 2 掌握 會畫任意位置從動件的位移s 凸輪轉(zhuǎn)角 壓力角 從動件的行程h max 3 滾子從動件理論廓線與實際廓線的關系 法向等距曲線 如何由理論廓線求實際廓線或如何由實際廓線求理論廓線 四 凸輪基本尺寸的確定 1 基圓半徑r0與壓力角的關系 移動滾子從動件盤形凸輪機構凸輪的最小基圓半徑 主要受3個條件的限制 即 凸輪的基圓半徑應大于凸輪軸的半徑 保證最大壓力角 max不超過許用壓力角 保證凸輪實際廓線的最小曲率半徑 amin min rr 3 5mm 以避免運動失真和應力集中 移動平底從動件盤形凸輪機構而言 因其壓力角始終為零 從動件導路與平底垂直 所以凸輪的最小基圓半徑主要受到以下兩個條件的限制 凸輪的基圓半徑應大于凸輪軸的半徑 凸輪廓線的曲率半徑 min 3 5mm 以避免運動失真和應力集中 2 壓力角 應該在理論廓線上度量 3 偏距方位和偏距e大小的確定 在移動滾子從動件盤形凸輪機構的設計中 選擇偏置從動件的主要目的 是為了減小推程壓力角 但回程壓力角會增大 一般正偏置 當e ds d 時 偏置會減小推程壓力角 但偏置過多時 即當e ds d 時 偏置反而會增大推程壓力角 4 若發(fā)現(xiàn)其壓力角超過了許用值 可以采取以下措施 增大凸輪的基圓半徑rb 選擇合適的從動件偏置方位 9 6如圖所示 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構 已知凸輪實際輪廓線為一圓心在O點的偏心圓 其半徑為R 從動件的偏距為e 試用作圖法 1 確定凸輪的合理轉(zhuǎn)向 2 畫出該機構的凸輪理論廓線 基圓及基圓半徑 3 標出當從動件從圖示位置升到位移s時 對應凸輪的轉(zhuǎn)角 及凸輪機構的壓力角 解 理論廓線 基圓 B0 B1 B2 B3 B4 B B5 B3 B2 B0 B1 B 推程 回程 第10章齒輪機構及其設計 漸開線直齒圓柱齒輪機構的傳動設計是本章的重點 一 直齒圓柱齒輪 標準和變位 基本概念和公式本章的特點是名詞 概念多 符號 公式多 理論系統(tǒng)性強 幾何關系復雜 學習時要注意清晰掌握主要脈絡 對基本概念和幾何關系應有透徹理解 結合圖形記憶概念 1 齒廓嚙合基本定律 節(jié)點 節(jié)圓 圖10 42 漸開線的性質(zhì) 方程 圖10 6 10 73 漸開線齒廓的嚙合特點 圖10 8 保證定傳動比傳動 具有可分性 嚙合線是定直線 受力方向不變 傳動平穩(wěn) 四線合一4 直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算 熟練掌握 圖10 9 10 11 二 直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 1 正確嚙合條件 2 嚙合過程 嚙合圖10 12 10 18 理論嚙合線N1N2 實際嚙合線B1B2 共軛點的求法 齒廓工作段 3 連續(xù)傳動條件 重合度 重合度 的物理意義 單雙齒嚙合區(qū) 那些參數(shù)的變化影響重合度 3 齒輪齒條的嚙合特點 N1N2線方向不變 齒輪節(jié)圓與分度圓永遠重合 正確安裝 齒條中線與與齒輪相切 齒條中線與節(jié)線重合非正確安裝 齒條中線與與齒輪相離或相交 齒條中線與節(jié)線不重合 三 齒輪的加工及根切現(xiàn)象 1 仿形法 選刀具時 要求m 相同齒數(shù)符合刀號范圍 范成法 選刀具時 只要m 相同 理論上即可用同一把刀 2 變位齒輪及其傳動 用范成法加工標準齒輪 齒數(shù)過少時會發(fā)生根切 根切發(fā)生的原因及危害 齒條型刀具與輪坯的相對位置 L r xm變位時 刀具中線與輪坯分度圓相離 正變位 或相割 負變位 變位齒輪幾何尺寸 不變的 d db p pb變化的 da df s e sa sf ha hf 圖10 22 10 26 變位齒輪的傳動類型及優(yōu)缺點零傳動 x1 x2 0 標準傳動 x1 0 x2 0 等移距變位傳動 正傳動 x1 x2 0負傳動 x1 x2 0 變位齒輪傳動的設計 3 變位的目的 避免輪齒根切 為使齒輪傳動的結構緊湊 應盡量減少小齒輪的齒數(shù) 當z zmin時 可用正變位以避免根切 配湊中心距 變位齒輪傳動設計中 當齒數(shù)z1 z2一定的情況下 若改變變位系數(shù)x1 x2值 可改變齒輪傳動中心距 從而滿足不同中心距的要求 提高齒輪的承載能力 當采用 的正傳動時 可以提高齒輪的接觸強度和彎曲強度 若適當選擇變位系數(shù)x1 x2 還能大幅度降低滑動系數(shù) 提高齒輪的耐磨損和抗膠合能力 修復已磨損的舊齒輪 齒輪傳動中 一般小齒輪磨損較嚴重 大齒輪磨損較輕 若利用負變位修復磨損較輕的大齒輪齒面 重新配制一個正變位的小齒輪 就可以節(jié)省一個大齒輪的制造費用 還能改善其傳動性能 1 法向齒距與基圓齒距 pn pb2 分度圓與節(jié)圓 r r 3 壓力角與嚙合角 4 標準齒輪與零變位齒輪 5 正負變位齒輪與正負傳動類型 6 齒面接觸線與嚙合線 7 理論嚙合線與實際嚙合線 8 齒輪齒條嚙合傳動與標準齒條型刀具范成加工齒輪 四 易混淆的概念 9 關于齒側(cè)間隙問題教材中在分析一對齒輪的嚙合傳動時 是以無齒側(cè)間隙為出發(fā)點的 實際應用的一對齒輪嚙合傳動是存在齒側(cè)間隙的 不過這種齒側(cè)間隙很小 是通過規(guī)定齒厚和中心距等的公差來保證的 齒輪嚙合傳動時存在微小側(cè)隙的目的主要是為了便于在相互嚙合的齒廓之間進行潤滑 以及避免輪齒由于摩擦發(fā)熱膨脹而引起擠壓現(xiàn)象 在進行齒輪機構的運動設計時 仍應按照無齒側(cè)間隙的情況進行設計 五 斜齒輪 交錯軸斜齒輪 直齒錐齒輪 蝸桿蝸輪傳動 1 掌握各種傳動的特點 標準參數(shù)取在何處 正確嚙合條件 主要幾何尺寸計算等 作業(yè)集10 27 斜齒輪法面參數(shù)為標準值 幾何尺寸計算在端面 錐齒輪 標準參數(shù)取在大端 蝸桿蝸輪 標準參數(shù)取在主平面內(nèi) 轉(zhuǎn)向判斷 交錯軸斜齒輪 轉(zhuǎn)向判斷 10 27試比較各種類型的齒輪機構的特點 同向 第11章齒輪系及其設計 本章的重點是輪系的傳動比計算和輪系的設計 一 定軸輪系 主 從動輪轉(zhuǎn)向關系的確定有3種情況 1 輪系中各輪幾何軸線均互相平行的情況 可用 1 m來確定輪系傳動比的正負號 2 輪系中所有齒輪的幾何軸線不都平行 但首末兩輪的軸線互相平行的情況 由于首末兩輪的幾何軸線依然平行 故仍可用正 負號來表示兩輪之間的轉(zhuǎn)向關系 需要特別注意的是 這里所說的正負號是用在圖上畫箭頭的方法來確定的 而與 1 m無關 3 輪系中首末兩輪幾何軸線不平行的情況 當首末兩輪的幾何軸線不平行時 首末兩輪的轉(zhuǎn)向關系不能用正 負號來表示 而只能用在圖上畫箭頭的方法來表示 二 周轉(zhuǎn)輪系 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算是本章的重點內(nèi)容之一 1 轉(zhuǎn)化輪系 機構 法 為了解決周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算問題 可假想給整個輪系加上一個公共的角速度 H 使系桿固定不動 這樣 周轉(zhuǎn)輪系就轉(zhuǎn)化成了一個假想的定軸輪系 稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系 周轉(zhuǎn)輪系的類型很多 若僅僅為了計算其傳動比 一般來說 可以不必考慮它屬于哪種類型的周轉(zhuǎn)輪系 只要透徹地理解了周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機構傳動比計算的基本公式 再掌握一定的解題技巧 就能熟練解決各種周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算問題 A B H為代數(shù)量 齒數(shù)比前的正負號確定同定軸輪系 按同心條件求齒數(shù) 三 混合輪系 混合輪系傳動比的計算既是本章的重點 也是本章的難點 1 混合輪系傳動比的計算步驟 首先正確地劃分各個基本輪系 分別列出計算各基本輪系傳動比的關系式 找出各個基本輪系之間的聯(lián)系 聯(lián)立求解 與定軸輪系相比 周轉(zhuǎn)輪系中各輪齒數(shù)的確定要復雜一些 它不僅要滿足 傳動比條件 還需滿足 同心條件 裝配條件和 鄰接條件 四 了解輪系的功用和行星輪系的配齒公式的條件