沈阳航空航天大学机械原理课程精讲(可用作考研复习).ppt

1.机构运动简图的绘制,2.机构具有确定运动的条件,3.机构自由度的计算F=3n-（2pl+pH-p）-F(1)复合铰链(2)局部自由度(3)虚约束,第2章机构的结构分析,2010机械原理课程总结,例1：F=310-（213+1）-1=2,B处局部自由度I处复合铰链，没有虚约束,原动件数应为2,第3章平面机构的运动分析,速度瞬心的数目、类型及其位置,三心定理及速度瞬心在速度分析中的应用,矢量方程图解法的基本知识,例2：,3=1P13P14/P13P34,第4、第5章总结,考虑摩擦时机构的受力分析：,移动副：平面摩擦,机械效率的计算方法=Wr/Wd=F0/F,转动副：,斜面摩擦,总反力与G大小相等，方向相反；恒切于摩擦圆，其产生的力矩总是与构件的运动方向相反。,机械自锁条件的确定：驱动力作用于摩擦角之内或割于摩擦圆，或0,第7章机械的运转及其速度波动的调节,1、周期性机械速度波动的原理及调节方法周期性速度波动利用飞轮来调节非周期性速度波动利用调速器调节。2.飞轮的调速原理飞轮的转动惯量与平均角速度、速度不均匀系数的关系。,第6章机械的平衡基本概念：静平衡、动平衡极其相关条件,Wmax-最大盈亏功的确定,JFWmax/(m2）。,或JF900Wmax/(nm22）,第8章平面连杆机构及其设计,有关四杆机构的一些基本知识铰链四杆机构有曲柄的条件急回运动及行程速比系数传动角及死点平面四杆机构的设计（图解法）,例3：说明各机构的类型名称。分别画出各机构图示位置的传动角。并说明b）、c）机构是否具有急回特性，如没有，应该如何改进?,解:,2、压力角,1、基圆半径,3、推杆的位移,4、凸轮的转角,凸轮机构的基本参数凸轮轮廓曲线的设计（反转法）；凸轮机构基本尺寸的确定。（压力角、基圆半径、滚子半径、平底尺寸）,第9章凸轮机构及其设计,例4:图示一偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构，试标出其基圆半径r0、压力角A、B,推杆的位移和凸轮的转角。,A,B,S,r0,第10章齿轮机构及其设计,1渐开线的特点,2渐开线的函数及渐开线方程式,3渐开线齿廓的啮合特点,4标准齿轮的几何尺寸、中心距,5齿轮正确啮合条件,7.连续传动条件,6轮齿的啮合过程,8.变位齿轮传动及其斜齿圆柱齿轮传动的基本知识,齿轮的基本计算公式:,d=mzda=m(z+2ha*)df=m(z-2ha*-2c*),db=dcos=dacosa,=rsin=rasina,a=m(z1+z2)/2acos=acos,P=mPb=mcoss=e=m/2,斜齿轮基本计算公式:mt=mn/cosd=mz/cosZv=Z/cos3a=m(z1+z2)/2cos,=B1B2/pb,=z1(tana1tan)+z2(tana2tan)/(2),c=c*m+(a-a),第11章齿轮系及其设计,复合轮系的传动比计算,1）正确划分轮系；,2）分别列出算式；,3）进行联立求解。,先找周转轮系,先找行星轮,O,A,1,B,3,2,C,4,3.液压泵的机构运动简图,课堂练习：1.偏心圆盘机构,A,B,2.偏心块机构,例：绘制偏心圆盘机构运动简图,A,B,C,D,1,2,3,4,书后习题：小型压力机,1。认清机架、原动件、从动件（输出件）2。判别运动副数量和类型3。合理选择投影面4。选择比例尺5。绘制简图,机构运动简图(6/6),平面机构自由度计算公式：,2-5机构自由度的计算,举例,1）铰链四杆机构,F3n(2plph),33,24,0,1,2）铰链五杆机构,F3n(2plph),34,25,0,2,机构自由度的计算(2/7),3）曲柄滑块机构,F3n(2plph),33,24,0,1,4）凸轮机构,F3n(2plph),32,22,1,1,3）内燃机机构,F3n(2plph),36,27,3,1,机构自由度的计算(4/7),4）鄂式破碎机,F3n(2plph),35,27,0,1,n=3；,Pl=4,Ph=1,F=3n-2Pl-Ph=0,机构不能运动,课堂练习：简易冲床设计方案改进,机构自由度的计算(5/7),绘制左图的机构运动简图，并计算自由度；判定该机构的运动状态是否合理？如果不合理，如何改进？,改进方案,n=4；,Pl=5,Ph=1,F=3n-2Pl-Ph=1,机构具有确定相对运动,F=原动件数,机构自由度的计算(6/7),F3n(2plph),35,26,0,3,机构自由度的计算(7/7),F3n(2plph),35,27,0,1,5.绘制P145页图8-5b）的机构运动简图,O,A,B,1,2,3,4,机构运动简图(3/6),O,A,B,1,2,3,A,A,4,A,7.绘制图示机构的运动简图,O,B,A,1,2,3,4,机构运动简图(5/6),例:1),F=3*8-(2*10+1)-1=2,F=3*7-2*10=1,2),F=3*6-(2*8+1)=1,3),4),5),6),F=3*5-(2*7+1-1)=1,F=3*5-2*7=1,F=3*8-(2*12-1)=1,课堂练习：计算牛头刨床机构自由度，并确定机构的级别,机构的自由度,F=3n-(2pl+ph)=3*5-2*7=1,1)构件5为原动件：,级机构,2)构件2为原动件：,级机构,第2章典型例题,计算机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度及虚约束，应指出。,已知CDFE为菱形。n=10,pl=14,ph=1,F=1,p=1F=3n-(2pl+ph-p)-F=3*10-(2*14+1-1)-1=1,n=5,pl=5,ph=2,P=0,F=1F=3*5-(2*5+2+0)-1=2,第2章思考题,构成机构的要素是和；构件是机构中的单元体,零件是单元体。运动副元素是指。在平面机构中若引入一个高副将引入个约束，而引入一个低副将引入个约束。什么是运动副？平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。机构具有确定运动的条件是？什么是复合铰链？什么是局部自由度？什么是虚约束？在计算机构自由度时如何处理？何谓基本杆组？如何确定杆组的级别和机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？,课堂练习：1、求出构件3上C点的速度,2、确定构件3的角速度3,3=1P13P14/P13P34,例3-3求出构件3的角速度和E点的速度,M,N,例3-4:图示为齿轮传动,已知齿轮1、2的节圆半径r1、r2和构件3的角速度3，试求出机构的所有瞬心及构件2的角速度和M、N点的速度,P13,P23,P12,（1）速度分析,例3-4:求构件2和3的角速度和角加速度,大小：,？,方向：,b,c,速度多边形比例尺v=（m/s）/mmp:速度多边形极点,顺时针,顺时针,？,CD,AB,BC,e,大小：,方向：？ABEB,？,速度影像：bceBCE，且角标顺序方向一致,求构件2上E点的速度,（2）加速度分析,加速度多边形比例尺a=（m/s2）/mmp:加速度多边形极点,大小：,方向：,?,?,CD,CD,BA,CB,BC,b,n,c,n,e,逆时针,逆时针,课堂练习:已知图示机构各构件尺寸以及构件1的角速度1,试求VC、VD、2、2和aC、aD。,解:,大小：,？,方向：,？,p,b,c,方向向右,逆时针,利用速度影象原理求解VD,d,2)加速度分析,1)速度分析,大小：,方向：,?,?,水平,BA,CB,BC,p,b,n,c,逆时针,利用加速度影象原理求解aD,d,CD,AB,BC,例:求牛头刨床机构中构件5的速度和加速度,b1(b2),b3,（1）速度分析,顺时针,(c3),d3,e,顺时针,（2）加速度分析,大小：,方向：,?,?,BC,BC,BA,BC,K向,大小：,方向：,?,水平,ED,ED,?,顺时针,顺时针,例：图示机构中1构件为原动件，转动方向已知，G为阻抗力，摩擦角和摩擦圆半径均已知，试判定作用于1构件上的平衡力矩的大小和方向。,解：,（1）分析构件2的受力,R12,注意:1)总反力的方向2)三力要汇交于一点,R32,G+R12+R12=0,R32,R12,G,画出力的矢量封闭图,可以求解出总反力R12。,（2）分析构件1的受力,注意:1)作用力与反作用力的关系。2)要满足力的平衡条件,R21,R31,h,M=R21h逆时针向,若同上例条件，判定该机构的效率。,解：,应用公式=M0/M计算效率,M0是理想状态下的驱动力矩，可以在不计摩擦力的情况下求解,R120,R320,R320,R120,G,R210,R310,h0,M0=R210h0逆时针向,=M0/M,作业4-19、5-8,某机构等效构件的平均转速n=1000rpm，等效阻抗力矩Mer如图所示，等效驱动力矩Med为常数，构件旋转一周为一个周期，若要求其速度波动幅度为1时，问：1)nmax、nmin各为多少？2)等效驱动力矩Med=?3)等效转动惯量Je=？4)在图中标出nmax、nmin的位置。,解:,2)在一个周期里Wed=Wer,Wmax,3),4)nmax、nmin位置,1),=(200-125)=75,nmax,nmin,nmax,如图,课堂练习,Med,125,第7章思考题,1在机器系统的启动阶段，系统的动能增大，并且输入功大于总消耗功。2计算等效力或力矩的条件功率（或功）相等：作用于等效构件上的等效力矩Me(或等效力Fe）的瞬时功率等于作用在原机械系统上的所有外力在同一瞬时的功率和。；计算等效转动惯量（或质量）的条件是动能相等：等效构件（Je、me）的动能等于原机械系统的动能；。为使机器在外力作用下能够稳定运转，可采用下述措：当机器主轴转速具有周期性波动时，使用飞轮调速，而当机器主轴转速具有非周期性波动时，则使用调速器调速。设某机器的等效转动惯量为常数，则该机器作匀速稳定运转的条件是每一瞬时，驱动功率等于阻抗功率,作变速稳定运转的条件是一个运动周期，驱动功等于阻抗功。飞轮的作用是降低速度波动。在机器系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内，当系统出现亏功时，系统的运动速度降低，此时飞轮将释放能量。图示传动系统中，如以轮4为等效构件，则作用于轮1上力矩的等效力矩等于12。(A)12；(B)144；,例2:偏置曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度偏距连杆的长度；,连架杆为最短杆。,对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：,连架杆长度连杆的长度；,连架杆为最短杆。,例1：图示机构成为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构时，x应为多少？,0x18,双摇杆机构,18x22,解：,曲柄摇杆机构,当x最长时；x58,当x非最长时；x22,双曲柄机构,x为最短,当x最长时；,当x非最长时；,98x58,C2,C3,B1,例：图示机构，已知机架AD及CD杆的长度，活动铰链C位于C1、C2、C3时，AB杆对应位于过AE1、AE2、AE3处，试设计该铰链四杆机构。,求解条件讨论：,当N3时，,当N2时，,当N4时，,当N5时，,有唯一解；,有无穷多解；,可能有无穷多解；,可能有解或无解；,2）已知两固定铰链中心及连杆的位置,机构的倒置原理,例：图示机构，已知机架的长度AD长度，活动铰链C位于C1、C2时，另一活动铰链B点对应位于过A点的铅垂和水平方向上，试设计该铰链四杆机构。,E1,E2,C2,（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构,例8-18曲柄摇杆机构,例8-19曲柄滑块机构,例8-20摆动导杆机构,设已知行程速比系数K、工作行程H及偏心距e，要求设计此机构。,作图方法：,1）计算；,2）,3）,4）,5）过C1、C2、P点作外接圆；,6）与C1C2距离为e作一直线与其平行，交点A即为曲柄铰链中心；,e,7）连接AC1、AC2,按照例8-18即可以求出曲柄和连杆的长度。,二、平面四杆机构的设计：1.用解析法设计连杆机构2.用图解法设计连杆机构:1)按连杆预定位置设计四杆机构假设活动铰链已知,求固定铰链(已知两个、三个位置)；假设固定铰链已知,求活动铰链(已知两个、三个位置)。2)按两连架杆预定位置设计四杆机构（已知两组、三组位置）3)按给定的行程速比系数设计四杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构,思考题,8-1曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构曲柄存在条件是什么?,8-2在什么条件下，曲柄滑块机构具有急回特性？,8-3在四杆机构中，能实现急回特性的机构有哪几种？,8-4在曲柄摇杆机构中，以曲柄为主动件时，最小传动角将出现在何位置？,8-5铰链四杆机构在死点位置时，驱动力任意增加也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同？为什么？,8-6双摇杆机构和双曲柄机构会不会出现死点位置？,双曲柄机构不会出现死点位置，双摇杆机构会出现死点位置。,周转副,摆转副,摆转副,周转副,例：已知两连架杆的三个对应位置及固定铰链、机架的长度和某一活动铰链，求另一活动铰链。,1）机构倒置。选比例尺，作出连架杆及机架的已知位置，并选定新“机架”；,2）刚化转动。将其它位置的四杆机构刚化转动到与“机架”重和；,3）作垂直平分线，其交点即为所求。,4）连接A、B1、C1、D即为所求四杆机构。,步骤：,已知两连架杆三对对应位置,9-2推杆的运动规律,基圆基圆半径r0,推程推程运动角0,远休远休止角01,回程回程运动角0,近休近休止角02,行程h,1名词术语及符号,r0,h,例:图示一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，试标出其基圆半径r0、压力角、推杆的位移和凸轮的转角，工作行程，推程角和回程角，并说明最大和最小压力角的位置。,解:,2、压力角,1、基圆半径,5、工作行程,6、推程角和回程角,3、推杆的位移,4、凸轮的转角,r0,s,h,7、最大和最小压力角,B,D,解：,S1,S2,课堂练习图示凸轮机构中：圆盘半径R=50mm，OO1=25mm,滚子半径rt=10mm,凸轮的转动方向如图，要求：（1）说明凸轮机构的名称。（2）计算基圆半径并画出基圆。（3）画出推杆在A、B点接触时的压力角。（4）画出推杆在图示A位置时的位移及凸轮对应的转角。,解：（1）机构名称,偏心直动滚子推杆盘状凸轮机构,（2）基圆半径,（3）压力角,（4）推杆的位移及凸轮的转角,rt=R-OO1+rt=35mm,A,B,B2,B1,B,S,返回,渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动(6/6),课堂练习:已知一对标准直齿圆柱齿轮的参数如下：求这对齿轮作无侧隙啮合时的中心距、分度圆半径、节圆半径、齿顶圆半径、基圆半径、分度圆曲率半径及啮合角和重合度.,解:由于这对齿轮为标准齿轮，所以当它们作无侧隙啮合传动时，其中心距等于标准中心距。则:,例1：一对渐开线标准外啮合直齿圆柱齿轮，标准安装，模数m=4mm，Z1=20,中心距a=200mm，压力角=20，h=1，c*=0.25。,要求：（1）计算齿轮2的齿数。（2）计算该对齿轮的分度圆直径。（3）计算该对齿轮的齿顶圆直径、基圆直径。（4）计算该对齿轮的分度圆齿厚及分度圆齿廓上的曲率半径。（5）若这对齿轮的安装中心距变为202mm，其啮合角为多大？节圆半径各为多少？这时的齿顶间隙为多少？（6）若这对齿轮为变位齿轮，中心距取202mm，按照无侧隙条件安装，应该采用何种变位传动？,解：,例2：,一对标准的渐开线直齿圆柱齿轮，正常齿制，齿轮1主动，顺时针转动，O1O2=122mm，m=4mm，Z1=20，Z2=40，要求：,1）计算r1、r2,rb1、rb2;,2）画出理论啮合线N1N2，实际啮合线B1B2;,3）画出节圆r1、r2及啮合角;,4）标出齿顶圆压力角a1、a2;,5）计算重合度;,6）计算齿顶间隙;,解：,1）r1=mZ1/2=40mmr2=mZ2/2=80mmrb1=r1cos=37.59mmrb2=r2cos=75.18mm,N1,N2,2）ra1=r1+ha*m=44mmra2=r2+ha*m=84mm,ra1,ra2,B1,B2,a=22.44,a=m(Z1+Z2)/2=120mm,3）如图,4)cosa1=rb1/ra1cosa2=rb2/ra2,a1,a2,5）重合度=B1B2/Pb=B1B2/mcos=1.17,6）齿顶间隙C=c*m+（a-a）=3mm,7）如果这是一对变位齿轮，是哪种传动类型？,8）如果这是一对斜齿传动，=？,7）若是一对变位齿轮，因为aa，是正传动。,8）若是一对斜齿传动，m（z1+z2）/2cos=122mm,=10.39,P,r1,r2,a1=31.3a2=26.5,acos=acos,例3：用齿条刀加工标准直齿圆柱齿轮，轮坯的角速度1=5rad/s，刀具移动速度V2=0.375m/s，模数m=10mm，压力角=20。,求：1）轮坯的模数、齿数和分度圆半径。,2）若齿条刀分度线距离轮坯的中心L=77mm，被加工齿轮为何种变位？变位系数为多少？,3）若该齿轮与另一个大齿轮按照无侧隙条件安装啮合，传动比i=4，a=377mm，其节圆半径r1、r2和啮合角为多少？,解：1）m=10mmr1=v2/1=0.075m=75mmZ1=2r1/m=15,2）L=77mmr1，正变位齿轮;变位系数x=(L-r1)/m=0.2,3）Z2=Z14=60，r2=mZ2/2=300mm;a=m(Z1+Z2)/2=375mm;,ac