机械原理总复习市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

1、自由度计算、自由度计算2、机构运动简图、机构运动简图3、高副低代、高副低代4、机构结构分析、机构结构分析第一章第一章第1页一、绘制机构运动简图步骤一、绘制机构运动简图步骤u分析机械动作原理、组成情况和运动情况，确定其组成各构分析机械动作原理、组成情况和运动情况，确定其组成各构件，何为原动件、机架、执行部分和传动各部分件，何为原动件、机架、执行部分和传动各部分u沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动性质，沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动性质，以确定运动副类型和数目以确定运动副类型和数目u测量各运动副之间尺寸，恰当地选择运动简图视图平面，按测量各运动副之间尺寸，恰当地选择运动简图视图平面，按百分比绘制运动简图。简图百分比尺：百分比绘制运动简图。简图百分比尺：l=实际尺寸实际尺寸 m/图图上长度上长度mmu检验机构是否满足运动确定条件检验机构是否满足运动确定条件第2页二、机构自由度计算二、机构自由度计算运动链成为机构条件：运动链成为机构条件：运动链相对于机架自由度大于零，运动链相对于机架自由度大于零，且原动件数目等于运动链自由度数。且原动件数目等于运动链自由度数。自由度计算公式：自由度计算公式：F=3n2PL PH计算时应正确识别和处理机构中存在复合铰链、局部自计算时应正确识别和处理机构中存在复合铰链、局部自由度和虚约束。由度和虚约束。复合铰链：复合铰链：若有若有k个构件在同一处形成复合铰链，则其个构件在同一处形成复合铰链，则其转动副数目应为（转动副数目应为（k1）。）。局部自由度：局部自由度：计算时将其去除。计算时将其去除。虚约束：虚约束：计算时。首先将引入虚约束构件及其运动副除计算时。首先将引入虚约束构件及其运动副除去不计，然后再计算。去不计，然后再计算。第3页三、机构组成原理及其结构分析三、机构组成原理及其结构分析1、平面机构高副低代、平面机构高副低代高副低代条件是：高副低代条件是：代替前后机构自由度完全相同：最简单方法是用一个含代替前后机构自由度完全相同：最简单方法是用一个含有两个低副虚拟构件来代替一个高副。有两个低副虚拟构件来代替一个高副。代替前后机构瞬时速度和瞬时加速度不变。代替前后机构瞬时速度和瞬时加速度不变。高副低代方法是：高副低代方法是：用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动副分别处于高副两轮廓接触点曲率中心。副分别处于高副两轮廓接触点曲率中心。假如两接触轮廓之一为直线，那么因直线曲率中心趋于假如两接触轮廓之一为直线，那么因直线曲率中心趋于无穷远，所以该转动副演化成移动副。无穷远，所以该转动副演化成移动副。假如两接触轮廓之一为一点，那么因点曲率中心为零，假如两接触轮廓之一为一点，那么因点曲率中心为零，所以曲率中心与该点重合。所以曲率中心与该点重合。第4页ACBO1O2nn总而言之可知，高副低代方法是：总而言之可知，高副低代方法是：用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动副分别处于高副两轮廓接触点曲率中心。副分别处于高副两轮廓接触点曲率中心。假如两接触轮廓之一为直线，那么因直线曲率中心趋于假如两接触轮廓之一为直线，那么因直线曲率中心趋于无穷远，所以该转动副演化成移动副。无穷远，所以该转动副演化成移动副。第5页O2ABO112ABO1 假如两接触轮廓之一为假如两接触轮廓之一为一点，那么因点曲率中心为零，一点，那么因点曲率中心为零，所以曲率中心与该点重合。所以曲率中心与该点重合。AO1C(O2)AO1O2第6页2、机构组成原理与结构分析、机构组成原理与结构分析机构组成过程和机构结构分析过程恰好相反，前者是研究机构组成过程和机构结构分析过程恰好相反，前者是研究怎样将若干个自由度为零基本杆组依次连接到原动件和机架上，怎样将若干个自由度为零基本杆组依次连接到原动件和机架上，以组成新机构，它为设计者进行机构创新设计提供了一条路径；以组成新机构，它为设计者进行机构创新设计提供了一条路径；后者是研究怎样将现有机构依次拆成基本杆组、原动件及机架，后者是研究怎样将现有机构依次拆成基本杆组、原动件及机架，方便对机构进行结构分类。方便对机构进行结构分类。第7页 例例题题试试计计算算图图示示机机构构自自由由度度（若若有有复复合合铰铰链链、局局部部自自由由度度或或虚虚约约束束，必必须须明明确确指指出出）。并并指指出出杆杆组组数数目目与与级级别别以以及及机机构构级级别别。（注注：若若自自由由度度为为1，则则取取A为为主主动动副副；若若自自由由度度为为2，则取，则取A和和E为主动副）为主动副）F=3n 2PL PH =38 211 1=1第8页1、速度瞬心求法、速度瞬心求法2、利用速度瞬心进行速度和、利用速度瞬心进行速度和角速度分析角速度分析第二章第二章第9页第10页第11页1231试用瞬心法求机构在图示位置时试用瞬心法求机构在图示位置时2。第12页1、速度瞬心求法、速度瞬心求法2、利用速度瞬心进行速度和、利用速度瞬心进行速度和角速度分析角速度分析第三章第三章第13页一、平面四杆机构基本形式及其演化一、平面四杆机构基本形式及其演化1、名词、名词曲柄、摇杆、连架杆、连杆、整转副、摆转副曲柄、摇杆、连架杆、连杆、整转副、摆转副2、平面铰链四杆机构基本形式、平面铰链四杆机构基本形式曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构3、演化、演化经过改变构件形状及运动尺寸经过改变构件形状及运动尺寸经过改变运动副尺寸经过改变运动副尺寸经过取不一样构件为机架经过取不一样构件为机架经过运动副元素逆换经过运动副元素逆换第14页1、曲柄存在条件：、曲柄存在条件：(1)最最短短杆杆与与最最长长杆杆长长度度之之和和小小于于或或等等于于其其余余两两杆杆长长度度和（和（杆长之和条件杆长之和条件）(2)连架杆或机架之一为最短杆连架杆或机架之一为最短杆二、平面四杆机构一些基本知识二、平面四杆机构一些基本知识 条条 件件 机机 架架lmin+lmax l1+l2lmin+lmax l1+l2最短杆最短杆双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构最短杆邻杆曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构最短杆对面杆双摇杆机构双摇杆机构第15页2、极位夹角、急回运动、行程速比系数、极位夹角、急回运动、行程速比系数3、压力角、传动角、死点、压力角、传动角、死点实现已知运动规律实现已知运动规律三、平面四杆机构设计三、平面四杆机构设计图解法图解法实现构件给定位置实现构件给定位置给定连杆两组位置给定连杆两组位置给定连杆三组位置给定连杆三组位置给定任意标志线三组对应位置给定任意标志线三组对应位置给定行程速比系数给定行程速比系数K设计曲设计曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、柄摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构导杆机构给定两连架杆三组对应位置给定两连架杆三组对应位置第16页在铰链四杆机构中，杆长如图所表示，构件在铰链四杆机构中，杆长如图所表示，构件1为原动件。为原动件。（1）判断构件）判断构件1能否成为曲柄；能否成为曲柄；（2）用作图法求出构件）用作图法求出构件3最大摆角；最大摆角；（3）用作图法求出最小传动角；）用作图法求出最小传动角；（4）当分别固定构件）当分别固定构件1、2、3、4时，各取得何种机构？时，各取得何种机构？第17页4、试作图求出图示飞机起落架机构、试作图求出图示飞机起落架机构ABCD铰链点铰链点B详细位置。详细位置。已知已知A、B1、C1三点共线，当三点共线，当AB处于处于AB2位置时，位置时，CD处于处于C2D位置。位置。第18页第19页1、凸轮机构基本参数：基圆、偏距圆、位移、行程、凸轮机构基本参数：基圆、偏距圆、位移、行程、转角、压力角、推程运动角、回程运动角、远休转角、压力角、推程运动角、回程运动角、远休止运动角、近休止运动角止运动角、近休止运动角2、凸轮轮廓曲线设计：反转法原理、凸轮轮廓曲线设计：反转法原理第四章第四章第20页1、渐开线性质、渐开线性质2、直齿圆柱齿轮基本计算公式：、直齿圆柱齿轮基本计算公式：d、da、d、df、db、p、pb、s、e、a3、重合度概念及重合度计算、重合度概念及重合度计算4、根切原因、不发生根切最小齿数、根切原因、不发生根切最小齿数5、变位齿轮变位原理、最小变位系数、变位齿轮变位原理、最小变位系数6、斜齿圆柱齿轮尺寸计算、斜齿圆柱齿轮尺寸计算第五章第五章第21页【例】【例】一对正常齿制渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动中，已一对正常齿制渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮传动中，已知：知：df1=38.75mm，m=2.5mm，=20,ha*=1，C*=0.25，i12=2.5，求：，求：1）齿数）齿数z1、z2；2）基圆半径）基圆半径rb1、rb2；3）轮）轮2齿齿顶圆半径顶圆半径ra2；4）当实际安装中心距）当实际安装中心距a=80.5mm时，啮合角时，啮合角及节圆半径及节圆半径r1、r2。第22页1、定轴轮系传动比计算、定轴轮系传动比计算2、周转轮系传动比计算、周转轮系传动比计算3、复合轮系传动比计算、复合轮系传动比计算第六章第六章第23页轮系：轮系：由一系列彼此啮合齿轮组成传动机构，用于原由一系列彼此啮合齿轮组成传动机构，用于原动机和执行机构之间动机和执行机构之间运动和动力运动和动力传递。传递。1、轮系分类、轮系分类定轴轮系、周转轮系和混合轮系。周转轮系又分为差定轴轮系、周转轮系和混合轮系。周转轮系又分为差动轮系（自由度为动轮系（自由度为2）和行星轮系（自由度为）和行星轮系（自由度为1）。）。2、定轴轮系传动比、定轴轮系传动比 传动比大小传动比大小第24页 主、从动轮转向关系主、从动轮转向关系轮系中各轮几何轴线均相互平行：用轮系中各轮几何轴线均相互平行：用(1)m来确定，来确定，m为为外啮合对数。若计算结果为正，则说明主、从动轮转向相同；外啮合对数。若计算结果为正，则说明主、从动轮转向相同；不然说明相反。不然说明相反。轮系中齿轮几何轴线不都平行，但首尾两轮轴线相互平轮系中齿轮几何轴线不都平行，但首尾两轮轴线相互平行：用箭头法表示各轮转向，但在计算结果中依然用行：用箭头法表示各轮转向，但在计算结果中依然用“”、“”表示主、从动轮转向关系表示主、从动轮转向关系轮系中首尾两轮几何轴线不平行：转向关系只能用箭头轮系中首尾两轮几何轴线不平行：转向关系只能用箭头表示在图上。表示在图上。第25页3、周转轮系传动比、周转轮系传动比基本思绪：假想给整个轮系加上一个公共角速度基本思绪：假想给整个轮系加上一个公共角速度H，依，依据相对运动原理可知，各构件之间相对运动关系并不改变，但此据相对运动原理可知，各构件之间相对运动关系并不改变，但此时系杆角速度为零，周转轮系就转化成了定轴轮系。时系杆角速度为零，周转轮系就转化成了定轴轮系。计算公式计算公式注：注：周转轮系转化机构传动比周转轮系转化机构传动比i1nH计算结果中正负号，仅计算结果中正负号，仅仅表明在该轮系转化机构中，中心轮仅表明在该轮系转化机构中，中心轮1和和n转向之间关系，绝不转向之间关系，绝不反应该周转轮系中反应该周转轮系中1轮和轮和n轮绝对转向之间关系。即轮绝对转向之间关系。即周转轮系中周转轮系中各轮实际转向关系各轮实际转向关系，既不能用，既不能用(-1)m来判定，也不能用画箭头方来判定，也不能用画箭头方法来判定，法来判定，只能依据计算结果来判定只能依据计算结果来判定。第26页4、混合轮系传动比、混合轮系传动比计算复合轮系传动比计算复合轮系传动比步骤步骤是：是：（1）分轮系：将复合轮系分解为基本轮系）分轮系：将复合轮系分解为基本轮系关键是将周转轮系分离出来，其方法是：先找关键是将周转轮系分离出来，其方法是：先找行星轮行星轮再找再找系杆系杆（支承行星轮（支承行星轮)最终找最终找中心轮中心轮（与行星轮啮合）（与行星轮啮合）复合轮系中可能有多个周转轮系，剩下就是定轴轮系。复合轮系中可能有多个周转轮系，剩下就是定轴轮系。（2）列公式：分别列出基本轮系传动比计算公式）列公式：分别列出基本轮系传动比计算公式（3）找联络：找基本轮系之间联络）找联络：找基本轮系之间联络（4）联立求解：联立求解方程组）联立求解：联立求解方程组第27页【例】【例】图示轮系中，已知：图示轮系中，已知：z1=24，z2=z2=18，z3=z3=21，z4=63，z5=18，z6=z6=18，z7=54。求传动比。求传动比i17。1234567236第28页1、了解机械平衡目标及其分类，掌握机械平衡、了解机械平衡目标及其分类，掌握机械平衡方法方法2、熟练掌握刚性转子平衡设计方法，了解平衡、熟练掌握刚性转子平衡设计方法，了解平衡试验原理和方法试验原理和方法第十章第十章第29页一、静平衡一、静平衡 适用条件：适用条件：轴向宽度很小回转件（结构平衡和结构不平衡讨轴向宽度很小回转件（结构平衡和结构不平衡讨论）。论）。径宽比径宽比D/b5转子（砂轮、飞轮、齿轮），可近似地认为转子（砂轮、飞轮、齿轮），可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。其不平衡质量分布在同一回转平面内。静平衡条件：静平衡条件：分布于转子上各个偏心质量离心惯性力协力为分布于转子上各个偏心质量离心惯性力协力为零或质径积向量和为零零或质径积向量和为零对于静不平衡转子，不论有多少个偏心质量，都能够适当对于静不平衡转子，不论有多少个偏心质量，都能够适当地增加一个平衡质量即可取得平衡。经过平衡后，总质心便与地增加一个平衡质量即可取得平衡。经过平衡后，总质心便与回转轴线重合，即回转轴线重合，即e=0。所以该回转体能够在任何位置保持静止。所以该回转体能够在任何位置保持静止，不会自己转动。这种情况叫，不会自己转动。这种情况叫“静平衡静平衡”第30页二、动平衡二、动平衡适适用用对对象象：轴轴向向尺尺寸寸较较大大（B/d5）转转子子，如如内内燃燃机机中中曲曲轴轴和和凸凸轮轴、电机转子、机床主轴等都必须按动平衡来处理。轮轴、电机转子、机床主轴等都必须按动平衡来处理。动动平平衡衡原原理理：预预先先选选定定两两个个平平面面，依依据据力力系系等等效效原原理理，分分别别向向两两平平面面分分解解，然然后后在在两两平平面面内内作作平平衡衡，则则惯惯性性力力和和惯惯性性力矩都得到平衡。这两个平面称为力矩都得到平衡。这两个平面称为平衡面平衡面。第31页IIILF2F3F1m1Im3Im2Im1IIm3IIm2IIm2m3m1l1l2l3r1r2r3不平衡质量分解结果：不平衡质量分解结果：第32页m3Ir3m1Ir1m2Ir2mbIrbIm3IIr3m1IIr1m2IIr2mbIIrbIIFbImbIrbI作图法作图法求解求解空间力系平衡空间力系平衡两个平面汇交力系平衡问题两个平面汇交力系平衡问题FbIImbIIrbIIIIILF2F3F1F1IF3IF2Im1Im3Im2IF1IIF3IIF2IIm1IIm3IIm2IIm2m3m1l1l2l3r1r2r3作图法作图法求解求解第33页结结 论论 动平衡条件：当转子转动时，转子上分布在不一样平动平衡条件：当转子转动时，转子上分布在不一样平面内各个质量所产生空间离心惯性力系协力及协力矩均为零。面内各个质量所产生空间离心惯性力系协力及协力矩均为零。这种平衡称为这种平衡称为“动平衡动平衡”。对于动不平衡转子，不论有多少个偏心质量，都能够对于动不平衡转子，不论有多少个偏心质量，都能够在任选两个平衡平面内各加或减一个适当平衡质量即可使转在任选两个平衡平面内各加或减一个适当平衡质量即可使转子取得平衡。子取得平衡。因为动平衡同时满足静平衡条件，所以动平衡转子一因为动平衡同时满足静平衡条件，所以动平衡转子一定静平衡；反之，经过静平衡转子不一定是动平衡。定静平衡；反之，经过静平衡转子不一定是动平衡。第34页 【例题【例题1】有四个回转质量有四个回转质量m1=3kg、m26kg、m37kg、m49kg，它们位于同一回转面，它们位于同一回转面A内，矢径分别为内，矢径分别为r120mm，r212mm，r310mm，r48mm，其间夹角依次互为，其间夹角依次互为90，如图所，如图所表示。今要求在回转半径表示。今要求在回转半径rb10mm处加一平衡质量处加一平衡质量mb，试求，试求mb及其矢径及其矢径rb与与r1间夹角大小。间夹角大小。m1m2m3m4r1r2r3r4质量质量1质径积为：质径积为：【解】【解】质量质量2质径积为：质径积为：质量质量3质径积为：质径积为：质量质量4质径积为：质径积为：m1r1m2r2m3r3m4r4mbrb量得量得mbrb10kgmm平衡质量平衡质量mb1kg，与，与r1夹角为夹角为0第35页1、等效力矩或等效力求法、等效力矩或等效力求法2、等效转动惯量或等效质量求法、等效转动惯量或等效质量求法3、飞轮转动惯量求法、飞轮转动惯量求法第十二章第十二章第36页一、等效动力学模型建立一、等效动力学模型建立对于单自由度机械系统，只要知道其中一个构件运动规律，对于单自由度机械系统，只要知道其中一个构件运动规律，其余全部构件运动规律就可随之求得。所以，可把复杂机械系其余全部构件运动规律就可随之求得。所以，可把复杂机械系统简化成一个构件（称为统简化成一个构件（称为等效构件等效构件），建立最简单等效动力学），建立最简单等效动力学模型，将使研究机械真实运动问题大为简化。模型，将使研究机械真实运动问题大为简化。转化标准：转化标准：该系统转化前后动力学效果保持不变。即：该系统转化前后动力学效果保持不变。即：等效构件质量或转动惯量所含有动能，应等于整个系统等效构件质量或转动惯量所含有动能，应等于整个系统总动能。总动能。等效构件上等效力、等效力矩所做功或所产生功率，应等效构件上等效力、等效力矩所做功或所产生功率，应等于整个系统全部力、全部力矩所做功所产生功率之和。等于整个系统全部力、全部力矩所做功所产生功率之和。第37页1、等效力矩和等效力、等效力矩和等效力若等效构件为绕定轴转动构件，则若等效构件为绕定轴转动构件，则若等效构件为移动件，则若等效构件为移动件，则若计算出若计算出Me、Fe为正，则表示为正，则表示Me和和、Fe和和v方向一致，方向一致，不然相反。不然相反。第38页若等效构件为绕定轴转动构件，则若等效构件为绕定轴转动构件，则若等效构件为移动件，则若等效构件为移动件，则2、等效转动惯量和等效质量、等效转动惯量和等效质量第39页二、周期性速度波动程度衡量指标二、周期性速度波动程度衡量指标第40页三、产生周期性波动原因三、产生周期性波动原因 周期性变速稳定运转过程中，周期性变速稳定运转过程中，在一个运转周期内，等效驱动力矩在一个运转周期内，等效驱动力矩所做功所做功等于等于等效阻力矩所做功。但等效阻力矩所做功。但在运转周期内任一时刻，等效驱动在运转周期内任一时刻，等效驱动力矩做功力矩做功不等于不等于等效阻力矩做功，等效阻力矩做功，从而造成了机械运转过程中速度波从而造成了机械运转过程中速度波动动MdaMraTT第41页WEMdMra bcde aMdMrW为正时称为正时称盈功盈功W为负时称为负时称亏功亏功EminEmax在一个周期内在一个周期内W为零为零 在在一一个个运运动动循循环环内内，驱驱动动力力矩矩和阻力矩所作功分别为和阻力矩所作功分别为第42页WEMdMra bcde aMdMrEminEmaxmaxmin 当机器角速度最大时，机器当机器角速度最大时，机器做功最大；当机器角速度最小时，做功最大；当机器角速度最小时，机器做功最小。机器做功最小。四、飞轮设计四、飞轮设计 飞轮设计飞轮设计关键关键是依据机械平是依据机械平均角速度和允许速度不均匀系数均角速度和允许速度不均匀系数来确定飞轮转动惯量。来确定飞轮转动惯量。第43页定义：最大盈功与最大亏功之差称为定义：最大盈功与最大亏功之差称为最大盈亏功最大盈亏功。即：。即：分析：分析：W、n一定时，一定时，JF机械速度波动机械速度波动，到达调速，到达调速目标。但目标。但 JF，从而使飞轮过于粗笨，从而使飞轮过于粗笨 W、一定时，一定时，JF与与n成反比，所认为减小飞轮转动成反比，所认为减小飞轮转动惯量，最好将飞轮安装在机械惯量，最好将飞轮安装在机械高速轴高速轴上上（当（当JCJF时）时）第44页能量指示图求能量指示图求W：任意绘制任意绘制一水平线，向下画箭头表示亏功，向上一水平线，向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等。因为循环始末动能相等，故能量相等。因为循环始末动能相等，故能量指示图为一个封闭台阶形折线。则指示图为一个封闭台阶形折线。则最最大盈亏功等于指示图中最低点到大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间高度值。最高点之间高度值。最大盈亏功计算最大盈亏功计算abcdeaWEMdMra bcde aMdMrEminEmaxf1f2f3f4f5b处：处：f1 c处：处：f1+f2d处：处：f1+f2+f3e处：处：f1+f2+f3+f4a处：处：f1+f2+f3+f4+f5=0第45页