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机械原理基础知识点总结-复习重点.doc

1、 机械原理知识点总结第一章 平面机构的结构分析3一. 基本概念31. 机械 : 机器与机构的总称。32. 构件与零件33. 运动副34. 运动副的分类35. 运动链36. 机构3二. 基本知识和技能31. 机构运动简图的绘制与识别图32.平面机构的自由度的计算及机构运动确定性的判别33. 机构的结构分析4第二章 平 面 机 构 的 运 动 分 析6一. 基本概念:6二. 基本知识和基本技能6第三章 平 面 连 杆 机 构7一. 基本概念7(一)平面四杆机构类型与演化7二)平面四杆机构的性质7二. 基本知识和基本技能8第四章 凸 轮 机 构8一.基本知识8(一)名词术语8(二)从动件常用运动规律

2、的特性及选用原则8三)凸轮机构基本尺寸的确定8二. 基本技能9(一)根据反转原理作凸轮廓线的图解设计9(二)根据反转原理作凸轮廓线的解析设计10(三)其他10第五章 齿 轮 机 构10一. 基本知识10(一)啮合原理10(二)渐开线齿轮 直齿圆柱齿轮10(三)其它齿轮机构,应知道:12第六章 轮 系14一. 定轴轮系的传动比14二.基本周转(差动)轮系的传动比14三.复合轮系的传动比15第七章 其它机构151.万向联轴节:152.螺旋机构163.棘轮机构164. 槽轮机构166. 不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构167. 组合机构17第九章 平 面 机 构 的 力 分 析17一. 基本概念1

3、7(一)作用在机械上的力17(二) 构件的惯性力17(三) 运动副中的摩擦力(摩擦力矩)与总反力的作用线17二. 基本技能17第十章 平 面 机 构 的 平 衡18一、基本概念18(一)刚性转子的静平衡条件18(二)刚性转子的动平衡条件18(三) 许用不平衡量及平衡精度18(四)机构的平衡(机架上的平衡)18二. 基本技能18(一) 刚性转子的静平衡计算18(二)刚性转子的动平衡计算18第十一章 机器的机械效率18一、基本知识18(一)机械的效率18(二)机械的自锁19二. 基本技能20第十二章 机 械 的 运 转 及 调 速20一. 基本知识20(一)机器的等效动力学模型20(二)机器周期性

4、速度波动的调节20(三)机器非周期性速度波动的调节20二. 基本技能20(一)等效量的计算20(二)飞轮转动惯量的计算20第一章 平面机构的结构分析一. 基本概念 1. 机械 : 机器与机构的总称。 机器 : 具有三个共性。 机构 : 只具有机器的前两个共性。 2. 构件与零件 零件 制造单元 构件 运动单元 构件可以由一个零件或多个零件刚接而成 3. 运动副 : 两构件通过表面直接接触而形成的可动联接。 运动副元素: 两构件表面直接接触的点、线、面4. 运动副的分类: 平面运动副:两构件在同一平面内作相对运动 平面低副 两构件以面接触构成的可动联接 平面高副 两构件以点或线接触构成的可动联接

5、 平面低副:转动副 联接的两构件只能作相对转动 移动副 联接的两构件只能作相对移动 空间运动副:两构件在不同平面内作相对运动 5. 运动链 : 多个构件以运动副联接而成的系统 分类 :空间运动链、平面运动链 闭式运动链、开式运动链 6. 机构 :有机架并有确定运动的运动链 分类 :平面机构、空间机构二. 基本知识和技能 1. 机构运动简图的绘制与识别图 在机构运动简图中: 运动副 按国家标准所规定的代表符号画出 构件 用线段、小方块等简单图形画出 尺寸 按选定的比例画出 2.平面机构的自由度的计算及机构运动确定性的判别 F = 3n - 2P L- P H n 活动构件数 P L 低副数 P

6、H 高副数自由度计算时须注意 : (1) K个构件在同一处构成的复合铰链中有 ( K - 1 )个转动副 (2) 局部自由度应去除(通常每个滚子有一局部自由度) (3) 虚约束应去除。(注意虚约束出现的场合) 机构具有确定运动的条件 F 0 能动 原动件数 F 机构运动相互干涉 F 0 不能动,为刚性构架 3. 机构的结构分析 (1)高副低代: 用一个构件,两个低副代替一个高副 须满足:代替前后机构的自由度不变 高副低代必须遵循一定的方法: 曲线对曲线的高副低代 代替前后机构的瞬时运动不变 点对曲线的高副低代 曲线对直线的高副低代 点对直线的高副低代 2. 机构的结构分析 (1)基本杆组及杆组

7、的级别 自由度为零的,不能再拆分的构件组 级杆组:二杆三低副组 级杆组:四杆六低副组 含有一个带三低副的中心构件 (2)机构的拆组及机构的级别 从远离原动件的构件开始拆分杆组 机构的级别由机构中杆组的最高级别所决定 (3)机构的组成原理 把杆组依次与机架和原动件相联得到机构第二章 平 面 机 构 的 运 动 分 析一. 基本概念:(一)瞬心 1. 瞬心的定义 瞬心是两构件的瞬时等速重合点 2. 机构中的瞬心数目 机构中,每两个构件有一个瞬心。 机构中的瞬心数 N = k(k-1)/23. 机构中各瞬心的位置 (1)以运动副直接相联的两构件的瞬心位置 以转动副相联:瞬心在转动中心 以移动副相联:

8、瞬心在垂直于导路的无穷远处 以纯滚动的高副相联:瞬心在高副接触点处 以一般高副相联:瞬心在高副接触点的公法线 (2) 不以运动副直接相联的两构件的瞬心位置 用三心定理(证明)确定 常需借助於瞬心多边形。在瞬心多边形中: 每一个点代表一个构件; 每两点间的连线代表该两构件的瞬心; 每个三角形的三条边所代表的三个瞬心在一直线上; 每两个三角形的公共边所代表的瞬心为两三角形中 另两个瞬心连线的交点 二. 基本知识和基本技能(一) 用瞬心法作机构的速度分析(不能作加速度分析)(二) 用矢量方程图解法作机构的运动分析 1. 运动学原理 (1)同一构件上两点间的速度和加速度的关系 用刚体平面运动原理求解

9、(2)两构件的重合点间速度和加速度的关系 用点的复合运动原理求解 2. 矢量加法的图解法则 从原动件开始,按运动传递的路线,根据运动学原理写出 规范的矢量方程,按方程图解。 (三) 用解析法作机构的运动分析 1. 建立坐标系。 2. 画出杆矢量。 3. 列出矢量方程。 4. 写出位置方程 由矢量方程投影而得; 由复数矢量方程分别取实部、虚部相等而得。 5. 解出各构件的位置关系。 6. 对位置方程求导数并解出速度关系。 7. 对速度方程求导数并解出加速度关系。第三章 平 面 连 杆 机 构一. 基本概念(一)平面四杆机构类型与演化 1. 类型 (1)铰链四杆机构基本类型 曲柄摇杆机构,双曲柄机

10、构,双摇杆机构。 (2)含一个移动副的四杆机构 曲柄滑快机构,转动导杆机构,摆动导杆机构, 移动导杆机构,摇块机构。 (3)含两个移动副的四杆机构 正弦机构,正切机构,双转块机构,双滑快机构等 (4)偏心轮机构2. 演化方法 (1) 改变构件形状 (2) 改变构件相对尺寸 (3) 改变转动副尺寸 (4) 机构的倒置(取不同的构件作机架) 由四杆机构的演化理解各种四杆机构间的内在联系,从而把曲柄摇杆机构的性质分析结论直接用于分析其他四杆机构。二)平面四杆机构的性质 1. 整转副存在的条件 有曲柄的条件(证明) 必要条件 杆长和条件 充分条件 带整转副的构件作机架 2. 急回作用 (1)存在的机构

11、 一般的三类机构 (2)产生的条件 0 (3)极位夹角的概念 (4)行程速比系数 K 的定义 计算式3. 传力性能 (1)压力角和传动角 定义,标注 (2)许用压力角和许用传动角 (3)机构最小传动角的位置 原动曲柄与机架的两个共线位置之一 4. 死点位置 (1)存在的机构 往复运动构件作原动件的机构 (2)机构的死点位置 连杆与从动曲柄的两个共线位置二. 基本知识和基本技能 几种平面四杆机构的设计 (一)图解法 1. 按给定连杆二、三个位置的设计 2. 按给定连架杆二、三组对应位置的设计 3. 按给定行程速比系数的设计 (二)解析法 会列出数学模型第四章 凸 轮 机 构一. 基本知识(一)名

12、词术语 1. 基圆、基圆半径;滚子、滚子半径。 2. 推程、推程运动角;远休止、远休止角; 回程、回程运动角;近休止、近休止角。 3. 升程 h;角升程 。 4. 偏距 5. 压力角 6. 理论廓线、实际廓线(工作廓线)(二)从动件常用运动规律的特性及选用原则 1. 等速运动 在运动过程开始与终止的两个瞬时有刚性冲击 2. 等加速等减速运动 在运动过程开始、中间与终止的三个瞬时有柔性冲击 3. 五次多项式运动 无冲击 4. 简谐运动 余弦加速度运动 在运动过程开始与终止的两个瞬时有柔性冲击 5. 摆线运动(正弦加速度运动) 无冲击 从动件常用运动规律的特性基本方程三)凸轮机构基本尺寸的确定 1

13、. 压力角与自锁 压力角:凸轮给从动件的正压力的方向线与从动件上 力作用点的速度方向间所夹的锐角. ,有效分力Ft,有害分力Fn 当 加大到一定值时 Fn造成的摩擦力Ff Ft,机构自锁。为保证机构的传力性能,设计时应使机构的推程时:直动从动件 =30 38 摆动从动件 =40 50 回程时: =70 80几种凸轮机构的压力角: 2. 与基圆半径r r, ; r , 应在满足 的前提下,取较小的r, 当 时可加大 r,直至 。 3. 与导路偏置方向系数 与凸轮转向系数的乘积 =+1(正配置) 有利于减小推程时的 。4. r与廓线曲率半径 r, ; r , 当 过小,廓线出现尖点时可加大r。 在

14、平底从动件凸轮机构中,廓线出现内凹时可加大r, 直至廓线全部外凸。 在滚子从动件凸轮机构中,实际廓线内凹部的 而造成运动失真时,可加大r。5. 滚子半径rT 在保证结构、强度的前提下,取较小的滚子半径6. 平底尺寸 应保证凸轮廓线上的每一点都能与平底相切二. 基本技能(一)根据反转原理作凸轮廓线的图解设计 图4-10、4-11、4-131.按已知条件设计凸轮廓线 画出基圆、画出偏距圆或摆杆摆动中心的反转轨迹圆。 画出推程起始时的导路位置线(或摆杆起始线)。 在基圆上以 的方向分出各运动角的范围并作若干等分。 过各等分点画出导路位置线(或摆杆起始线),各导路位置线须与偏距圆相切且偏移方向一致。

15、从基圆开始,在各导路位置线上画出对应的位移点(或角位移点)。 以平滑的曲线连接各位移点(或角位移点)得理论廓线 以理论廓线的各点为圆心,以滚子半径为半径画出滚子 圆族,包络出实际廓线。2. 已知凸轮某一位置的机构运动简图 求对应的凸轮转角 、位移 S 或角位移 等(二)根据反转原理作凸轮廓线的解析设计 1. 建立坐标系。 2. 找出廓线上点的坐标与已知参数的几何关系,得凸轮廓 线的解析方程。 会写出滚子(直动、摆动)和平底从动件盘形凸轮的理论和实际轮廓方程。例4-1(三)其他 1. 根据给定的 确定基圆半径r0。 2. 根据给出的部分运动线图,补齐全部运动线图。 3. 根据给出的基本运动规律的

16、运动方程,写出组合运动规律的运动方程。第五章 齿 轮 机 构一. 基本知识 (一)啮合原理1. 齿廓啮合基本定律 P 节点, r 节圆半径 2. 渐开线及其性质 渐开线方程:3. 渐开线齿廓 渐开线齿廓能满足定传动比要求 渐开线齿廓的啮合特点: 两轮基圆的内公切线N1N2 ,两轮节圆的公切线t-t 啮合线 齿廓啮合沿N1N2 进行、 啮合角 N1N2与t-t所夹的锐角 N1N2 四线合一 两齿廓基圆的内公切线 齿廓啮合点的轨迹线 啮合线 两齿廓啮合点处的公法线 齿廓啮合点间正压力的方向线 渐开线齿廓啮合具有可分性(二)渐开线齿轮 直齿圆柱齿轮 1. 基本参数 齿数z,(分度圆)模数m, (分度

17、圆)压力角, , 齿顶高系数 ,顶隙系数(径向间隙系数) 。 2. 各部分的名称及几何尺寸 分度圆(d): 唯一同时具有标准模数和标准压力角的圆 基圆(db) :决定齿廓形状的圆 齿顶圆(da) 齿根圆(df ) 齿顶高(ha) 齿根高(hf) 齿全高(h) (分度圆)齿距 (p) (分度圆)齿厚 (s ) (10)(分度圆)齿槽宽(e)3. 啮合传动 正确啮合条件:m1 = m2 ; 中心距与啮合角 标准中心距 安装中心距 连续传动条件: 实际应用中4. 齿轮的变位修正根切不根切的最少齿数齿轮的变位 加工齿轮时范成运动不变,刀具不变, 仅刀具的安装位置改变。不根切的最小变位系数变位齿轮与标准

18、齿轮的异同: 用范成法加工齿轮时: 刀具的顶刃滚切出被加工齿轮的齿根圆 刀具的刀齿滚切出被加工齿轮的齿槽 刀具的齿槽容留出被加工齿轮的轮齿 刀具的侧刃滚切出被加工齿轮的齿加工变位齿轮时: 所用刀具不变 被加工齿轮的m、 不变 范成运动不变 被加工齿轮的齿数 z 不变 由于刀具的安装位置的改变,使被加工齿轮的某些尺寸 发生了改变(三)其它齿轮机构,应知道: 1. 齿轮的标准参数 (1)斜齿圆柱齿轮的标准参数在法面 (2)蜗杆的标准参数在轴面与其啮合的蜗轮的标准参数在端面 (3)直齿圆锥齿轮的标准参数在大端 2. 正确啮合条件 (1)斜齿圆柱齿轮机构:(2)蜗杆、蜗轮机构(3)直齿圆锥齿轮机构3.

19、 当量齿数(1)斜齿圆柱齿轮 (2)直齿圆锥齿轮4. 几个特殊点 (1)斜齿圆柱齿轮机构 (1) 可通过改变 来调整 。 则 (2)蜗杆的直径系数q (3)圆锥齿轮的分度圆锥角 (一)直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 在知道各部分的名称的基础上,能熟练应用 表 5 1 中的计算公式。(二)齿轮的传动设计 1.根据齿数条件和中心距条件确定传动类型 2.根据 算出(x1+x2) 3.恰当分配x1,x2 分配时须保证: x1 x1 min, x2 x2 min 典型题目:作业5-14,5-15,5-16第六章 轮 系一. 定轴轮系的传动比主、从轮转向关系的确定:1.在图上画箭头表示。 这是通用方法,适用于

20、各种轮系。 (2)在齿数比前加 () 号 此法仅适用于、两轮轴线平行的轮系。“+” 号或 “-” 号由图中画箭头来确定。(3)在齿数比前加 此法只适用于平面轮系,即所有齿轮 的轴线都平行的轮系。 m 为轮系中外啮合的次数。 含有圆锥齿轮等的空间轮系不能使用。 二.基本周转(差动)轮系的传动比 这是周转轮系传动比计算的基础公式,必须掌握。 行星轮系的传动比 设 K 为固定中心轮,则有: 活动中心轮 J 对转臂 H 的绝对传动比等于1 减去活动中心轮 J 对固定中心轮 K 的相对传动比注 意 事 项:(1)齿数比前必须要有“”号 与转向相同时用“+”号,转向相反时用“-”号。 与的转向关系在转化机

21、构图中画虚线箭头确定。 (在图中: 、 等相对转速用虚线箭头表示 , 、 、 等绝对转速用实线箭头表示 。)(2)代入已知绝对转速时须同时代入它们的转向。 先设定某个转向的转速为“+”值, 则: 与所设转向相同的转速以“+”值代入, 与所设转向相反的转速以“ - ” 值代入。(3) 待求绝对转速的方向由计算结果是 “+”值还是 “-”值 来确定。 “+”值表示与设定转向方向相同。 “ - ”值表示与设定转向方向相反。三.复合轮系的传动比 (一)分出其中的基本轮系 1.分出 2K-H 型的基本周转轮系 找行星轮。 找支持该行星轮的 H 杆。 找同时与该行星轮相啮合、且与 H 杆同轴线的两个 中心

22、轮。 2.剩余的定轴齿轮分成 1 到 2 个定轴轮系 (二)写出每个轮系的传动比计算式 (三)联立求解 典型例题:例6-7,例6-8,例6-9第七章 其它机构应知道的基本知识各种机构所能实现的运动转换1.万向联轴节: 把原动轴的转动转换成从动轴的转动 (1)单万向联轴节: 原动轴作匀速转动,从动轴作周期变速转动。 当主动轴与从动轴间的夹角为 时; (2)双万向联轴节:原动轴作匀速转动,从动轴作等速转动。 实现等速传动的条件(证明) (a)从动轴与中间轴的夹角等于原动轴与中间轴的夹角。 (b)中间轴两端的叉在同一平面内。2.螺旋机构 通常,把螺母或螺杆的转动转换成移动。 (1)从动螺母或螺杆固定

23、不动,原动螺杆或螺母一面转动, 一面沿轴线移动。(移动方向由左、右手法则确定) (2)原动螺母或螺杆原地转动,从动螺杆或螺母沿轴向移动。 (移动方向与原动件应有的移动方向相反)位移与转角的关系: (1)单螺旋: s = p /2 (2)差动螺旋(两段螺纹的螺旋方向相同) s = (PA PB) /2 (3)复式螺旋(两段螺纹的螺旋方向相反) s = (PA + PB) /2 特点和应用3.棘轮机构 通常,把原动摇杆的往复摆动转换成从动棘轮的间歇转动。 (1)棘爪自动啮紧棘轮齿根的条件 (棘轮的齿面倾角) (棘爪与棘轮材料的摩擦角)。另:图7-17,7-18的分析 (2)调节棘轮转角的方法 原动

24、摇杆的摆角设计成可调 在棘轮上加遮板 特点和应用4. 槽轮机构 通常,把原动拨盘的连续转动转换成从动槽轮的间歇转动 外槽轮机构的运动特性 运动系数 动停比 对于间歇运动机构 由此可得:(1)z 3 (2)z 与 K 须匹配 图7-26的运动分析5. 不完全齿轮齿条机构 把原动齿轮的连续转动转换成从动齿条的间歇往复移动6. 不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构 把原动件的连续转动转换成从动件的间歇转动。7. 组合机构 当机械所要实现的运动较为复杂,单一基本机构不能满足要求时,可将基本机构有机组合成为“组合机构”,以实现所需的复杂运动。机构的组合方式: (1)串联式(2)并联式(3)复合式 (4)反

25、馈式(5)叠联式第九章 平 面 机 构 的 力 分 析一. 基本概念 (一)作用在机械上的力 1. 驱动力 驱使机械运动的力 特征:该力的方向与力作用点的速度方向相同或成锐角, 其所作的功为正值,称为驱动功或输入功(Wd)。 2. 阻抗力 阻碍机械运动的力 特征:该力的方向与力作用点的速度方向相反或成钝角, 其所作的功为负值,统称为阻抗功。 (1):生产阻力 其所作的功称为有益功(Wr) (2):有害阻力 其所作的功称为损耗功(Wf)(二) 构件的惯性力 当构件作加速运动时构件将给施力物体以惯性力和惯性力矩(三) 运动副中的摩擦力(摩擦力矩)与总反力的作用线 1. 移动副中的摩擦2. 转动副中

26、的摩擦 (1)轴颈中得摩擦(2)止推轴承中的摩擦(轴踵摩擦 Q 轴向载荷 f 摩擦系数 r 当量摩擦半径二. 基本技能 (一)考虑摩擦时的运动副总反力的确定 (二)用矢量方程图解法作机构的动态静力分析 (三)考虑摩擦时用矢量方程图解法作简单机构的静力分析平 面 机 构 的 平 衡一、基本概念(一)刚性转子的静平衡条件 由平面共点力系的平衡条件推得 校正面内质径积的 矢量和为零 (二)刚性转子的动平衡条件 由一般力系的平衡条件推得 在选定得两个校正面内径积的 矢量和都为零(三) 许用不平衡量及平衡精度 1. 许用偏心距 e, 单位 m 用于衡量平衡精度 e越小,转子要求的平衡精度越高。 2. 许

27、用不平衡质径积 mr:常用工程单位 gcm 用于平衡操作 3. 换算关系:me / 10000 = mr(四)机构的平衡(机架上的平衡) 机架上的总惯性力的平衡 1. 完全平衡法 用质量代换法确定各构件上应加的质量和位置,使机 构的总质心位于机架上的某固定点。2. 近似平衡法(不完全平衡法、局部平衡法)二. 基本技能(一) 刚性转子的静平衡计算 1. 根据转子的静平衡条件建立矢量方程 2. 用图解法或解析法求解方程 (二)刚性转子的动平衡计算 1. 选定两个平衡基面 2. 把各已知不平衡量分别向两选定的平衡基面分解 3. 分别建立两平衡基面的矢量平衡方程 4. 求解方程第十一章 机器的机械效率

28、一、基本知识 (一)机械的效率 1. 机械的平均效率 功形式: 功率形式: 2. 机械的瞬时效率 (1)在同样的阻力或阻力矩下 (2)在同样的驱动力或驱动力矩下 3. 机组的效率 (1)串联机组的效率 串联的总效率必小于任一局部效率; 串联的机器越多,则总效率越低。(2)并联机组的效率 总效率不仅与各机器的效率有关,而且与输入功率的分配有关; 总效率的值在各机器的最大效率值与最小效率值之间 即 须加以调节,使 飞轮的调速原理 用飞轮的蓄能器的作用来调节周期性速度波动 (三)机器非周期性速度波动的调节 对无自调功能的机器应安装调速器调节二. 基本技能 (一)等效量的计算 1.等效力矩或等效力按等功关系写出计算式

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