机械原理总结复习.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,.机构,将运动链中某一构件固定作为机架，并有一个或几个构件给定运动规律（原动件），而使其余构件（从动件）含有确定运动，则此种运动链称为机构。,第二章 机构结构分析,第1页,2）原动件：按给定运动规律独立运动构件；,3）从动件：机构中其余活动构件，,其运动规律取决于原动件运动规律、机构结构和构件尺寸。,1个或几个,1个,机构组成：机构机架原动件从动件,若干,1）机架,:机构中特殊构件，普通情况下机架相对地面固定不动，即机构中固定构件。,第2页,2,.机构运动简图：依据机构运动尺寸，按一定百分比尺定出各运动副位置，采取运动副及惯用机构运动简图符号和构件表示方法，将机构运动传递情况表示出来简化图形。,第3页,使机构含有确定运动时所必须给定独立运动参数数目，称为机构自由度。,3.机构自由度,第4页,机构含有确定运动条件为：机构原动件数目应等于机构自由度数目,F。,自由度数原动件数,4,.机构含有确定运动条件,第5页,1)复合铰链,2)局部自由度,3)虚约束,5.计算平面机构自由度时应注意事项,第6页,1）任何机构都可看作是由若干基本杆组依次连,接于原动件和机架上而组成。,6,.平面机构组成原理,2）原动件与机架组成级杆组,3）最高级别为级基本杆组成机构称为,级机构。,4）最高级别为,级基本杆组成机构称为,级机构。,n,=4，P,L,6，这种基本杆组称为,级组。,n,=2,P,L,=3，这种基本杆组称为,II,级组。,机构级别是以其中含有杆组最高级别确定。,第7页,计算机构自由度，确定原动件。,从远离原动件地方开始拆杆组。先试拆级组，当不可能,时再试拆级组。但应注意，每拆出一个杆组后，剩下部,分仍组成机构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出,只剩下级机构。,确定机构级别。,（,2）平面机构结构分析步骤：,8,.平面机构结构分析,（,1）确定机构组成与级别,第8页,两个相互作平面运动构件上瞬时速度相等重合点,。,简单地说是两构件等速重合点。,绝对瞬心等速重合点绝对速度为零。,相对瞬心等速重合点绝对速度不为零。,瞬心表示：构件,i,和,j,瞬心用,P,ij,表示。,（,1）速度瞬心,1.速度瞬心及其位置确定,第三章,平面机构运动分析,第9页,2.三心定理:,三个相互作平面（平行）运动构件三个速度瞬心位于同一直线上。,其中一个瞬心将另外两个瞬心联线分成与各自角速度成反比两条线段。,第10页,v,C,=,v,B,v,CB,3.用矢量方程图解法作机构速度及加速度分析,V,C,y,x,o,2,V,B,C,B,V,CB,V,C,V,B,V,CB,p,c,b,y,x,o,2,a,B,C,B,a,CB,a,C,V,C,a,C,a,B,a,CB,p,c,b,第11页,第四章,平面机构力分析,驱动机械运动力。,（1）,驱动力,(外力)：,1.,作用在机械上力,称为驱动功或输入功。,与其作用点速度方向相同或者成锐角；,其特征：,其功为正功，,分为外力与内力。,第12页,阻止机械运动力。,其特征：与其作用点速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。,（2）,阻抗力,(外力)：,1)工作阻力：其功称为有效功或输出功；,2)有害阻力：其功为负功，称为损失功。,（3）,运动副中反力,：运动副所连接构件之间,相互作用力(内力)。,第13页,为摩擦角，,2.移动副总反力方向确实定,运动副中法向反力与摩擦力,协力F,R21,总反力与法向力之间夹角,，称,即,=arctan,f,F,R21,F,f21,F,N21,F,G,v,12,1,2,称为运动副中总反力，,总反力方向确实定方法：,1）F,R21,偏斜于法向反力一个摩擦角,；,2）其偏斜方向应与相对速度,v,12,方向相反。,第14页,3.转动副总反力方向确实定,依据力平衡条件，确定不计摩擦时总反力方向；,计摩擦时总反力应与摩擦圆相切；,总反力F,R21,对轴心之矩方向必与轴颈1相对轴承2相对,角速度方向相反。,G,r,M,d,F,R21,F,N21,F,f21,12,F,R21,=G,第15页,4.平面高副中摩擦力确实定,其总反力方向确实定为：,1）总反力F,R21,方向与法向,反力偏斜一摩擦角；,F,N21,t,t,n,n,V,12,12,F,f21,F,R21,2）偏斜方向应与构件1相对构件2,相对速度,v,12,方向相反。,第16页,在考虑摩擦时进行机构力分析，关键是确定运,动副中总反力方向，而且普通都先从二力构件作起。,5.考虑摩擦时机构受力分析,对于冲床等设备传动机构，考虑与不考虑摩擦力分析结果可能相差很大，故对这类设备在力分析时必须计及摩擦。,第17页,1.机械效率确实定,1）,以功表示计算公式,W,r,/,W,d,1,W,f,/,W,d,(输出功(,W,r,)比输入功(,W,d,),2）,以功率表示计算公式,P,r,/,P,d,1,P,f,/,P,d,(输出功率(,P,r,)比输入功率(,P,d,),第五章 机械效率及自锁,第18页,2.机构自锁,（1）自锁现象,一些机构，就其机构而言是能够运动，但因为摩擦存在，,却会出现不论驱动力怎样增大，也无法使机械运动现象。,（2）自锁条件,机械发生自锁实质上是机械中运动副发生自锁。,第19页,3.移动副自锁条件,结论:移动副发生自锁条件为：在移动副中，假如作用于,滑块上驱动力作用在其摩擦角之内（即），则发生自锁。,4.转动副自锁条件,结论 转动副发生自锁条件为：作用在轴颈上驱动力为,单力G，,且作用于摩擦圆之内，即,a,。,G,r,F,R21,a,第20页,1.所谓刚性转子不平衡，是指因为结构不对称、材料缺点以及制造误差等原因而使质量分布不均匀，致使中心惯性主轴与回转轴线不重合，而产生离心惯性力系不平衡。依据平衡条件不一样，又可分为静平衡和动平衡两种情况。,第6章 机械平衡,2.对于动不平衡转子，不论其含有多少个偏心质量以及分布在多少个回转平面内，都只要在两个选定平衡基面内加上或去掉平衡质量，即可取得完全平衡。故动平衡又称为双面平衡。,第21页,(2)机构平衡,对平面连杆机构，因为作往复运动和平面运动构件总是存在加速度，就单个构件而言，是无法平衡。但能够将整个机构一并考虑，采取办法对总惯性力或惯性力矩进行平衡。,第22页,1.等效动力学模型概念,对于一个单自由度机械系统动力学问题研究，可简化为对其一个等效转动构件或等效移动构件运动研究。,等效转动惯量（或等效质量）是等效构件含有假想转动惯,量（或假想质量），等效构件动能应等于原机械系统中全部运,动构件动能之和。,等效力矩（或等效力）是作用在等效构件上一个假想力矩,（或假想力），其瞬时功率应等于作用在原机械系统上全部外,力在同一瞬时功率之和。,我们把含有等效转动惯量（或等效质量），其上作用有等效,力矩（或等效力）等效构件就称为原机械系统等效动力学模,模型。,第七章 机械运转及其速度波动调整,第23页,M,e,J,e,x,y,1,2,3,s,2,O,A,B,2,M,1,v,S2,F,3,v,3,2.机械系统等效动力学模型,当选择转动构件作等效构件时，需用到等效质量,J,e,和等效力,M,e,。,等效,第24页,当选择移动构件作等效构件时，惯用到等效质量,m,e,和等效力F,e,。,x,y,1,2,3,s,2,O,A,B,1,2,M,1,1,v,S2,F,3,v,3,F,e,v,3,m,e,等效,第25页,3.周期性变速稳定运转速度波动调整,（1）机械运转不均匀系数,工程中惯用角速度平均值,m,表示机械运转角速度，,近似值为：,机械运转不均匀系数,：,工作循环,max,min,m,第26页,(2)飞轮转动惯量近似计算,由,有,只要,便有 。,即机械速度波动满足给定要求。,第27页,W,ab,W,bc,W,cd,W,de,W,ea,W,ab,W,bc,W,cd,W,de,W,ea,用能量指示图确定,最大盈亏功,W,max,大小。,(3)最大盈亏功,W,max,确实定,E,E,max,E,min,E,m,a,b,c,d,e,a,能量指示图,a,a,M,ed,M,er,a,b,c,d,e,a,Me,b,d,b,d,c,e,c,e,取,工作循环,E,m,E,max,E,min,第28页,第八章 平面连杆机构及其设计,1.四杆机构基本型式,铰链四杆机构,(1)曲柄摇杆机构,(2)双曲柄机构,(3)双摇杆机构,(4)曲柄滑块机构,第29页,第一个情况:若最短杆最长杆其它两杆之和(,满足杆长和条件,),1）若选最短杆相邻杆做机架：曲柄摇杆机构。,2）若选最短杆做机架：双曲柄机构。,3）若选最短杆对面杆做机架：双摇杆机构。,第二种情况:若最短杆最长杆其它两杆之和,(,不满足杆长和条件,),双摇杆机构（不论以何杆做机架）。,2.铰链四杆机构类型判断,（1）极位夹角,极位：,曲柄与连杆两次共线时，摇杆两个极限位置。,极位夹角：,曲柄(原动件)与连杆两次共线时，原动件两位置所夹,锐角,。,3.铰链四杆机构急回运动和行程速度改变系数,第30页,称,K,为行程速比系数。,且越大，,K,值越大，急回性质越显著。,只要,0，就有,K,1,设计新机械时，往往先给定,K,值，于是:,(2)行程速比系数,K,第31页,(1)压力角,从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹角度,。,3.铰链四杆机构传动角和死点,(2)传动角,连杆与从动件之间夹角,，用来表示机构传动力性能好坏。,且,90,90,设计时要求,:,min,50,最小传动角确实定：对于曲柄摇杆机构，,min,出现在曲柄,(主动件)与机架共线两位置之一。,第32页,以,摇杆为主动件；且连杆与从动曲柄两次共线时，摇杆经过连杆作用于曲柄上力恰好经过其回转中心，出现了不能使曲柄转动现象，该位置称为死点，死点位置有：,0。,（3）铰链四杆机构死点,第33页,1凸轮机构分类,（2）按推杆形状和运动形式分,1）尖顶推杆 2）滚子推杆 3）平底推杆,1）对心直动推杆 2）偏置直动推杆 3）摆动推杆,尖顶推杆 滚子,推杆,平底,推杆,按推杆形状分,按运动形式分,第九章 凸轮机构,第34页,名称=,“,推杆运动形式+推杆形状+凸轮形状+机构,”,直动滚子盘形凸轮机构 摆动滚子圆柱凸轮机构,实例：,2.凸轮命名规则、,术语,第35页,3.凸轮基圆、工作轮廓、理论轮廓,对于尖顶推杆，以凸轮回转中心为圆心，实际轮廓上最小矢径所作之圆。,基圆是设计凸轮廓线基础，其半径用,r,0,表示。,回转中心,尖顶推杆,实际轮廓,基圆,第36页,对于滚子推杆，以凸轮回转中心为圆心，滚子中心到,凸轮中心,最小向径所作之圆。,基圆是设计凸轮廓线基础，其半径用,r,0,表示。,滚子推杆,回转中心,基圆,3.凸轮基圆、工作轮廓、理论轮廓,第37页,理论,廓线,对于尖顶推杆，理论轮廓与工作轮廓重合。,对于滚子推杆，滚子中心相对于凸轮轨迹。,对于平底推杆，,理论轮廓与工作轮廓重合。,理论轮廓,工作轮廓,第38页,0,O,t,s,A,02,D,B,C,02,0,3.凸轮转角：凸轮以推杆位于其最近点(,A,)作为初始位置，从初始位置转过任意角度,。,s,s,B,B,第39页,4.推杆位移：凸轮转过,角时，推杆相对于基圆移动距离,s,。,0,O,t,s,A,02,D,B,C,02,0,s,s,B,B,s,第40页,5.凸轮偏距：凸轮回转中心到从动件移动导路中心线间距离,e,。,6.偏距圆：以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。,e,回转中心,偏距圆,第41页,7.推杆行程：,推杆从距凸轮中心最近点向最远点运,动距离。,0,O,t,s,A,02,D,B,C,0,02,0,0,s,s,B,h,第42页,8.刚性冲击：因为加速度发生突变，其值在理论上到达无穷大，造成推杆产生非常大惯性力。,9.柔性冲击：因为加速度发生有限值突变，造成推杆产生有限值惯性力突变而产生有限冲击。,第43页,10.凸轮压力角,指推杆所受正压力方向与推杆上点B速度方向之间所夹锐角，,常以,表示。它是影响凸轮机构受力情况一个主要参数。,在其它情况不变情况下，,愈大，F愈大，若,大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。此时机构压力角称为临界压力角,c,，,B,=0,v,F,B,v,F,B,v,F,第44页,o,1,1,1.齿廓啮合基本定律,共轭齿廓：一对能实现预定传动比,(,i,12,=,1,/,2,),规律啮合齿廓。,齿廓啮合基本定律,齿廓啮合基本定律:相互啮合一对齿轮在任一位置时传动比，都与连心线O,1,O,2,被其啮合齿廓在接触处公法线所分成两段成反比。,n,n,P,o,2,2,k,v,12,第十章 齿轮机构,第45页,节圆,不论两轮在任何位置接触，过接触点所作两齿廓公法线与两轮连心线交与一定点。定点P称为节点。,3.节圆,以O,1,(O,2,)为圆心，O,1,P(0,2,P)为半,径所作圆称为节圆。,两节圆相切于P点，且两轮节点处速度相同，故两节圆作纯滚动,。,r,1,r,2,o,1,1,n,n,P,o,2,2,k,2.两齿轮作定传动比条件,第46页,4.渐开线特征,2）渐开线上任意点法线恒切于基圆；,3）渐开线愈靠近基圆部分，曲率半径愈小；B,点为曲率中心,BK为曲率半径。,t,t,B,K,O,A,r,k,k,r,b,n,n,k,1)发生线上BK线段长度等于基圆,上,被滚过弧长AB；BK=AB,;,4）渐开线形状取决于基圆大小；当,r,b,，变成直线。,5）基圆内无渐开线。,第47页,r,b,O,1)齿轮名称和符号,p,n,齿顶圆:,d,a,、r,a,齿根圆:,d,f,、,r,f,齿厚:,s,k,齿槽宽:,e,k,齿距:,p,k,=,s,k,+,e,k,齿顶高,h,a,齿根高,h,f,齿全高,h,=,h,a,+,h,f,h,a,h,f,h,B,p,r,a,分度圆:人为要求计算,基准圆,表示符号：,d,法向齿距（法向周节）:,p,n,s,e,s,k,e,k,=,p,b,p,b,r,f,r,p,k,5.标准齿轮基本参数和几何尺寸,r、s、e，p,=,s+e,第48页,2）渐开线齿轮基本参数,(2)模数,:,m,(1)齿数,:,z,分度圆,周长,：,d=zp,d=zp/,称为模数,m,。,模数单位：,mm,，,它是决定齿轮尺寸一个基本参数。齿数相同齿轮，模数大，尺寸也大。,于是有,：,d=m,z,，r=m,z,/2,人为要求,：,m,=p/,只能取一些简单值，,第49页,O,r,b,r,f,r,a,r,b,r,速度方向,正压力方向,(3)分度圆压力角(简称压力角),得,:,K,arccos(r,b,/r,K,),由,r,b,r,K,cos,K,定义分度圆压力角为齿轮压力角。,对于同一条渐开线,：,r,K,K,b,0,1,A,B,1,K,1,r,1,K,K,r,K,B,K,K,N,O,第50页,r,b2,r,2,O,2,r,b1,r,1,O,1,1,2,P,N,1,N,2,B,2,B,1,要使进入啮合区内各对齿轮都能正确地进入啮合，两齿轮相邻两齿同侧齿廓间法向距离应相等：,p,b1,=p,b2,将,p,b,=,m,cos,代入得：,m,1,cos,1,=,m,2,cos,2,因,m,和,都取标准值，使上式成立,条件为：,m,1,=,m,2,，,1,=,2,一对渐开线齿轮正确啮合条件,是它们模数和压力角应分别相等。,p,b2,i,12,=,-,1,2,传动比：,=,-,d,2,d,1,=,-,Z,2,Z,1,p,b,1,6.一对渐开线齿轮正确啮合条件,第51页,r,b2,r,2,O,2,r,1,O,1,1,2,P,N,1,N,2,r,b1,对标准齿轮，确定中心距,a,时，应满足两点要求：,1)理论上齿侧间隙为零,2)顶隙,c,为标准值,此时有：,a,=,r,a1,+,c,+,r,f2,=r,1,+h,a,*,m,=r,1,+,r,2,r,a1,r,a1,r,f2,r,f2,a,c,s,1,-,e,2,=0,c=c*m,+c,*,m,+,r,2,-(h,a,*,m+c,*,m),=m(,z,1,+,z,2,)/2,a,=,r,1,+,r,2,标准中心距，,标准安装。,7.中心距,a,第52页,h,f,=,(,h,*,a,+c,*,),m,9.用范成法加工标准齿轮,时齿条型刀具位置,标准齿条型刀具比基准齿形高出,c,*,m,一段切出齿根过渡曲线。,(1)标准齿条型刀具,(2)加工标准齿轮时齿条 型刀具位置,h,*,a,m,分度圆,h,a,=h,*,a,m,加工标准齿轮：,刀具分度线刚好与轮坯分度圆作纯滚动。,加工结果：,se,m,/2,e,s,h,a,=h,*,a,m,h,f,=,(,h,*,a,+c,*,),m,h,*,a,m,c,*,m,c,*,m,顶线,=20,m/2,m/2,分度线,第53页,B,r,a2,P,(3)渐开线齿轮不发生根切最少齿数,极限啮合点N,1,位置随基圆大小变动,当N,1、,B,2,两点重合时，恰好不根切。,不根切条件：,在PN,1,O,1,中有：,在PB,2,B,中有：,代入求得：,z2 h,a,*,/sin,2,取,=20,h,a,*,=1，,得:,z,min,=17,h,*,a,m,即：,z,min,2,h,a,*,/,sin,2,P N,1,P,B,2,=,m,zsin,/,2,PN,1,=,r,sin,PB,2,=h,a,*,m/sin,r,b,N,1,O,1,r,不根切,刚好不根切,根切,N,1,r,b1,O,1,P,r,a1,B,2,r,a3,h,*,a,m,齿条型刀具比齿轮型刀具更轻易发生根切。,B,2,r,b1,N,1,r,b3,N,1,第54页,1,1,r,P,r,b1,N,1,r,P,r,b1,N,1,(4)防止根切办法,采取,变位修正，刀具远离轮坯中心。,所得齿轮为变位齿轮。,2,2,B,2,B,2,B,2,B,2,r,b2,N,1,r,P,r,b1,N,1,B,2,第55页,优点：,1)当z,z,min,时，产生根切。但实际生产中经常要用到,z,z,min,齿轮;,2)用于 a,a场所,。,凑中心距。,3)小齿轮轻易坏。原因：,r,b,小，齿根薄，啮合次数多，强度低。希望二者寿命靠近，匹配强度。,10.渐开线变位齿轮,第56页,11.齿轮系及其分类,（1）,齿轮系分类,1）,定轴轮系,（,轴线固定,）,平面定轴轮系简图,第57页,差动轮系,2),周转轮系,（,其中有齿轮轴有公转,）,差动轮系,（,F=2,）,行星轮系,（,F=1,）,行星轮系,周转轮系简图,2,H,2,H,1,3,1,3,2K-H,型,1,3,2,H,行星轮系,2,H,2,H,1,3,1,3,2K-H,型,1,3,2,H,差动轮系,第58页,(2)行星轮系组成：,基本构件：太阳轮(K)、行星架(H:系杆)。,其它构件：行星轮。,2,H,2,H,1,3,1,3,2K-H,型,1,3,2,H,行星轮系,第59页,(3)差动轮系组成：,基本构件：太阳轮(K)、行星架(H:系杆)。,其它构件：行星轮。,2,H,2,H,1,3,1,3,2K-H,型,1,3,2,H,差动轮系,第60页,复合轮系是整个轮系中即包含定轴轮系部分又包含周转轮系部分或由几部分周转轮系（基本周转轮系）组成齿轮系。复合轮系能够取得更大范围传动比，实现动力多路传递。,(4)复合轮系,复合轮系简图,定轴轮系,周转轮系,第61页,掌握棘轮机构、槽轮机构工作特点、功用及适用场。,掌握,不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、星轮机构工,作特点、功用。,掌握万向联轴节、螺旋机构工作特点、功用及适用场所。,第12章 其它惯用机构,掌握万向联轴节、螺旋机构工作原理、类型、特点、功用及适用场所，学会借助手册对其进行运动设计。,第62页,