机械设计基础期末复习

1、总复习总复习第一章第一章 机构的自由度机构的自由度1、高副、高副 低副低副 机构运动简图机构运动简图2、绘制机构运动简图的步骤、绘制机构运动简图的步骤3、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件（1）机构的自由度）机构的自由度（2）机构具有确定运动的条件）机构具有确定运动的条件4、平面机构自由度的计算、平面机构自由度的计算5、计算自由度时应注意的事项、计算自由度时应注意的事项复合铰链、局部自由度、虚约束复合铰链、局部自由度、虚约束1、试计算图示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、试计算图示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、虚约束，应明确指出。并判断该机构的运动是否确定（标有

2、虚约束，应明确指出。并判断该机构的运动是否确定（标有箭头的构件为原动件）。箭头的构件为原动件）。平面机构的运动分析平面机构的运动分析1 1、速度瞬心：构件、速度瞬心：构件2 2相对于构件相对于构件1 1作平面运动，在任作平面运动，在任一瞬时，其相对运动都可以看作是绕某一重合点一瞬时，其相对运动都可以看作是绕某一重合点的转动，该重合点称为两构件的的转动，该重合点称为两构件的速度瞬心速度瞬心。（两。（两构件在瞬心处的相对速度为零，绝对速度相等）构件在瞬心处的相对速度为零，绝对速度相等）(1)如果两构件之一静止，则瞬心是绝对瞬心如果两构件之一静止，则瞬心是绝对瞬心(2)如果两构件都是运动的，则瞬心是

3、相对瞬心如果两构件都是运动的，则瞬心是相对瞬心2 2、N个构件组成的机构的瞬心数个构件组成的机构的瞬心数K=N（N-1）/23.3.瞬心的求法：瞬心的求法：由瞬心定义确定瞬心位置：由瞬心定义确定瞬心位置：以转动副相联接的两构件以转动副相联接的两构件的瞬心就在转动副的中心的瞬心就在转动副的中心处。处。 b. b. 以移动副相联接的两构件以移动副相联接的两构件的瞬心位于垂直导路方向的瞬心位于垂直导路方向的无穷远处。的无穷远处。c. c. 以平面高副相联接的两构以平面高副相联接的两构件的瞬心，当高副两元素件的瞬心，当高副两元素作纯滚动时，就在接触点作纯滚动时，就在接触点上。上。a.a. 当两高副元素

4、间有相对滑当两高副元素间有相对滑动时，则瞬心在过接触点动时，则瞬心在过接触点高副元素的公法线上。高副元素的公法线上。4、三心定理：三个彼此作平面平行运动的构件的三、三心定理：三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。个瞬心必位于同一直线上。 第二章第二章 平面连杆机构平面连杆机构一、基本形式：一、基本形式：按照两连架杆运动形式的不同，可将铰链四杆机按照两连架杆运动形式的不同，可将铰链四杆机构分为三种型式：构分为三种型式：1. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构2.双曲柄机构（双曲柄机构（1）平行双曲柄机构平行双曲柄机构 （2）反平行机构反平行机构3.双摇杆机构双摇杆机构演化型式：演化型式：

5、1改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸图图a：曲柄摇杆机构中，当曲柄：曲柄摇杆机构中，当曲柄1回转时，铰链回转时，铰链C沿圆弧沿圆弧往复运动。往复运动。图图b：将摇杆：将摇杆3作成滑块形式，其运动性质并未改变。作成滑块形式，其运动性质并未改变。将环形槽的半径增至无穷大，环形槽变成直槽，将环形槽的半径增至无穷大，环形槽变成直槽， 铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构。图图a：具有偏距：具有偏距e的的偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构（动画动画）；图图b：没有偏距的：没有偏距的对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构（动画动画） 。图图a曲柄滑块机构中，当曲柄曲柄滑块机构中，当曲柄A

6、B的尺寸较小时，的尺寸较小时，由于结构的需要，将曲柄改为由于结构的需要，将曲柄改为图图b所示的偏心盘，其回所示的偏心盘，其回转中心至几何中心的偏心距等于曲柄的长度，这种机构转中心至几何中心的偏心距等于曲柄的长度，这种机构称为称为偏心轮机构偏心轮机构。偏心轮可认为是将曲柄滑块机构中的转动副偏心轮可认为是将曲柄滑块机构中的转动副B的的半径扩大，使之超过曲柄长度演化而成。（半径扩大，使之超过曲柄长度演化而成。（动画动画）二、平面铰链四杆机构有曲柄的条件：二、平面铰链四杆机构有曲柄的条件：1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆。中的最短杆。 2）最短杆与最长杆

7、的杆长之和应小于或）最短杆与最长杆的杆长之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长条件）等于其余两杆的杆长之和。（杆长条件） 当四杆机构各杆长的长度满足杆长条件时当四杆机构各杆长的长度满足杆长条件时（1 1）最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构。）最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构。（2 2）最短杆为机架时，机构为双曲柄机构。）最短杆为机架时，机构为双曲柄机构。 （3 3）以最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。）以最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。（4 4）如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转副，）如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转副，不论以何杆为机架，均为双摇杆

8、机构。不论以何杆为机架，均为双摇杆机构。设曲柄设曲柄AB为原动件，为原动件，在转动一周中，两次与连杆在转动一周中，两次与连杆共线，这时摇杆共线，这时摇杆CD分别处于分别处于两个极限位置两个极限位置C1D和和C2D。机构所处的这两个位机构所处的这两个位置称为置称为极位极位。机构在两个极位时，机构在两个极位时，原动件原动件AB所在两个位置之间所在两个位置之间所夹的角称为所夹的角称为极位夹角极位夹角。（动画（动画swf第八章第八章曲柄摇杆机构的急回特性）曲柄摇杆机构的急回特性）当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的平均速度不同，当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的平均速度不同，一快一慢。一快一慢。 （1）慢速

9、运动行程：工作行程）慢速运动行程：工作行程（2）快速行程：空回行程）快速行程：空回行程 为了表明急回运动的急回程度，可用为了表明急回运动的急回程度，可用行程速比系数行程速比系数K来衡量来衡量。平面四杆机构具有急回特性的条件是：平面四杆机构具有急回特性的条件是： 1）原动件等角速度整周转动；）原动件等角速度整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动；）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角）极位夹角0。 机构存在极位夹角机构存在极位夹角 时，机构便具有急回运动特性。时，机构便具有急回运动特性。 角越大，角越大，K值越大，机构的值越大，机构的急回运动特性也越显著。急回运动特性也越显著。

10、图图a： =0，K=1，无，无急回急回作用作用图图b：0，有，有急回作用急回作用演示的偏置曲柄滑块演示的偏置曲柄滑块机构的极位夹角机构的极位夹角 0，故，故均有急回运动特性。均有急回运动特性。（动画（动画swf第八章第八章偏置曲柄滑块机构的极位夹偏置曲柄滑块机构的极位夹角角）主动件主动件AB经连杆经连杆BC传递到从动件传递到从动件CD上点上点C的力的力F与与C点速度方向之间的夹角点速度方向之间的夹角 ，称为机构在此位置时的，称为机构在此位置时的压压力角力角。 （动画（动画swf第八第八章章压力角和传动压力角和传动角角） 在曲柄摇杆机构中，设在曲柄摇杆机构中，设，则当连杆与从动曲柄共线时（虚线位

11、置），机构的传则当连杆与从动曲柄共线时（虚线位置），机构的传动角动角 =0，这时主动件，这时主动件CD通过连杆作用于从动件通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转转动的动的“顶死顶死”现象，机构的这种位置成为现象，机构的这种位置成为死点死点。（动画（动画swf第八章第八章曲柄曲柄摇杆机构的死点位置摇杆机构的死点位置）分类：分类：1、按凸轮的形状、按凸轮的形状 盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮2、按从动件的形状、按从动件的形状尖底尖底滚子滚子平底平底3、按从动件的运动形式、按从动件的运动形式直动从动件直动从

12、动件摆动从动件摆动从动件4、按凸轮与从动件保持高副接触的方式、按凸轮与从动件保持高副接触的方式力封闭方式力封闭方式形封闭方式形封闭方式推杆常用的运动规律、特性推杆常用的运动规律、特性1、等速运动规律、等速运动规律 刚性冲击刚性冲击2、等加等减运动规律、等加等减运动规律 柔性冲击柔性冲击3、余弦加速度、余弦加速度 柔性冲击柔性冲击4、正弦加速度、正弦加速度 无冲击无冲击偏置直动尖端推杆盘形凸轮机偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构，当凸轮以等角速度构，当凸轮以等角速度 逆时针方向逆时针方向转动时，从动件作往复直线移动。如转动时，从动件作往复直线移动。如果把整个凸轮机构加上一个公共角速果把整个凸轮机构加上

13、一个公共角速度度- ，使其，使其以绕以绕O点的反转。这时凸点的反转。这时凸轮与推杆之间的相对运动并未改变轮与推杆之间的相对运动并未改变动画动画第九章第九章SWF直动尖端从动件盘形凸轮机构的相对运动原理直动尖端从动件盘形凸轮机构的相对运动原理（1）凸轮静止不动。）凸轮静止不动。（2）推杆边绕）推杆边绕O点反转，边沿从动点反转，边沿从动件导路方向移动。推杆的反转与相对件导路方向移动。推杆的反转与相对移动的复合运动轨迹便形成了凸轮的移动的复合运动轨迹便形成了凸轮的轮廓曲线。轮廓曲线。(动画动画swf第九章第九章偏偏置直动尖底从动件盘形凸置直动尖底从动件盘形凸轮机构的运动循环图轮机构的运动循环图)动画

14、动画第九章第九章SWF用用作图法设计凸轮廓线作图法设计凸轮廓线-对心直动尖顶推杆盘对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构形凸轮机构已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0=15mm，偏距，偏距e=7.5mm，凸轮以等角速度凸轮以等角速度 沿逆时针方向沿逆时针方向回转，推杆的运动规律下表。回转，推杆的运动规律下表。1、齿廓啮合基本定律、齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿轮，在：相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线任一位置时的传动比，都与其连心线O1O2被其啮合齿廓被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。在接触点处的公法线所分成的两段成反比。POPOi1221122、渐开

15、线、渐开线动画动画1）发生线沿基圆滚过的长度，等发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长于基圆上被滚过的弧长 即即 BK= AB 2）因发生线）因发生线BK沿基圆作纯滚动，沿基圆作纯滚动，它与基圆的切点它与基圆的切点B即为速度瞬心，即为速度瞬心，所以发生线所以发生线BK是渐开线在点是渐开线在点K的的法线，即渐开线上任一点的法线法线，即渐开线上任一点的法线始终与其基圆相切。始终与其基圆相切。3）发生线与基圆的切点）发生线与基圆的切点B为渐开线为渐开线上上K点的曲率中心，而线段点的曲率中心，而线段BK为其为其曲率半径。渐开线越接近于其基圆曲率半径。渐开线越接近于其基圆的部分，其曲率半径越小，

16、在基圆的部分，其曲率半径越小，在基圆上其曲率半径为零。上其曲率半径为零。4）渐开线的形状取决于基圆的渐开线的形状取决于基圆的大小。在展角相同的条件下，基大小。在展角相同的条件下，基圆越大，渐开线越平直，渐开线圆越大，渐开线越平直，渐开线的曲率半径愈大。当基圆半径为的曲率半径愈大。当基圆半径为无穷大时，其渐开线就变成一条无穷大时，其渐开线就变成一条直线。直线。齿条的齿廓曲线为直线。齿条的齿廓曲线为直线。5）基圆内无渐开线。基圆内无渐开线。动画动画SWF第十章第十章渐开线的形状取决于基圆的大小渐开线的形状取决于基圆的大小1）、渐开线齿廓能保证定传动）、渐开线齿廓能保证定传动比传动且具有可分性比传动

17、且具有可分性12122112bbrrPOPOi当两齿轮的实际中心距与设计中当两齿轮的实际中心距与设计中心距略有偏差，也不会影响两轮的传动心距略有偏差，也不会影响两轮的传动比。渐开线齿廓传动的这一特性称为传比。渐开线齿廓传动的这一特性称为传动的可分性。动的可分性。2)、渐开线齿廓之间的正压力方向不变、渐开线齿廓之间的正压力方向不变一对齿廓从开始啮合到脱离啮合，一对齿廓从开始啮合到脱离啮合，所有的啮合点均在直线所有的啮合点均在直线N1N2上，即直线上，即直线N1N2是两齿廓接触点的轨迹，故称它为是两齿廓接触点的轨迹，故称它为渐开线齿轮传动的啮合线。渐开线齿轮传动的啮合线。正压力沿公正压力沿公法线方

18、向法线方向公法线公法线啮合线啮合线同一直线同一直线正压力方正压力方向不变向不变5、渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸、渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸（1）直齿轮）直齿轮（2）斜齿轮）斜齿轮（3）蜗轮蜗杆）蜗轮蜗杆 （4）圆锥齿轮传动）圆锥齿轮传动6、渐开线齿轮的切制、渐开线齿轮的切制（1）仿形法）仿形法（2）范成法）范成法7、根切与最少齿数、根切与最少齿数8、变位齿轮、变位齿轮9、当量齿轮、当量齿轮10、一对渐开线齿轮的啮合传动、一对渐开线齿轮的啮合传动（1）直齿轮）直齿轮（2）斜齿轮）斜齿轮（3）蜗轮蜗杆传动是连续传动）蜗轮蜗杆传动是连续传动11、渐开线齿轮正确啮合条件、渐开线齿轮正确啮

19、合条件（1）直齿轮）直齿轮（2）斜齿轮）斜齿轮（3）蜗轮蜗杆）蜗轮蜗杆（4）圆锥齿轮）圆锥齿轮12、齿轮传动的中心距、啮合角、齿轮传动的中心距、啮合角13、齿轮连续传动与重合度、齿轮连续传动与重合度动画rm第一章内燃机,动画2 根据轮系运转时，其各齿轮的轴线相对于机架的根据轮系运转时，其各齿轮的轴线相对于机架的位置是否固定，位置是否固定，将轮系分为三大类：将轮系分为三大类：1定轴轮系定轴轮系2周转轮系周转轮系3复合轮系复合轮系 第五章第五章 轮系轮系 1定轴轮系定轴轮系 如果在轮系运转时，其各个齿轮如果在轮系运转时，其各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的，这种轮系就称的轴线相对于机架的位置

20、都是固定的，这种轮系就称为定轴轮系。为定轴轮系。（动画（动画第十一章第十一章RM定轴轮系定轴轮系）2周转轮系周转轮系 如果在轮系运如果在轮系运转时，齿轮中有一个或几个转时，齿轮中有一个或几个齿轮轴线的位置并不固定，齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴而是绕着其他齿轮的固定轴线回转。线回转。(动画动画)图图11-2基本构件：基本构件：指在指在周转轮系中，以太阳轮和行星架作为运动的输入周转轮系中，以太阳轮和行星架作为运动的输入和输出构件。基本构件都是围绕着同一固定轴线回转的。和输出构件。基本构件都是围绕着同一固定轴线回转的。周转轮系根据其所具有的自由度的数目，划分为：周转轮系根据其所具

21、有的自由度的数目，划分为：(1)差动轮系：差动轮系：周转轮系的自由度为周转轮系的自由度为2(图图a)(2)行星轮系：行星轮系：周转轮系的自由度为周转轮系的自由度为1(图图b)，其太阳轮，其太阳轮3为固定轮为固定轮。轮系的传动比是指轮系中首、末两构件的角速轮系的传动比是指轮系中首、末两构件的角速度之比，包括度之比，包括（1）传动比的）传动比的大小大小（2）首末两构件的）首末两构件的转向关系转向关系上式说明上式说明:定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比(1) 等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积；等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积；(2) 等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。即：连乘积