机械原理总结

04二月20231机械原理(yuánlǐ)课程小结精品资料04二月20232第1章机械设计基础(jīchǔ)精品资料04二月20233第1章机械设计基础(jīchǔ)基本概念：

机械、机器、机构1-1概述精品资料04二月20234第1章机械设计基础(jīchǔ)1-2平面机构一、运动副运动副名称运动副元素相对自由度相对约束高副：凸轮副、齿轮副等点、线21低副移动副：仅能产生相对移动面12转动副：仅能产生相对转动精品资料04二月20235第1章机械设计基础(jīchǔ)二、机构运动简图运动简图常用符号（P6.）。三、确定运动的条件主动件个数=自由度数精品资料04二月20236第1章机械设计基础(jīchǔ)1-3平面机构自由度计算

公式：F=3n－2Pl－Ph机构自由度计算的三个特例：1、复合铰链：由两个以上构件在同一处构成的重合转动副。2、局部自由度：不影响机构整体运动的自由度。3、虚约束：在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重

复的，不起独立限制作用的约束。精品资料04二月20237第2章平面(píngmiàn)连杆机构2-1平面机构的类型一、平面连杆机构的类型和应用曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。2-2平面连杆机构的演化机架置换、运动副置换。精品资料04二月20238第2章平面(píngmiàn)连杆机构2-3平面机构的基本特性一、曲柄存在的条件1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆之和；2）最短杆为连架杆或机架。二、急回特性和速度变化系数三、压力角和传动角四、死点位置四杆机构中，从动件与连杆共线或重合时，机构处于死点位置。精品资料04二月20239第2章平面(píngmiàn)连杆机构2-4平面连杆机构的运动分析图解法速度瞬心总的瞬心数为：

K=N(N-1)/2，N是构件数，含机架。瞬心位置、三心定理精品资料04二月202310结论1：ω1

/ω3

=P13P34/P13P14ωi/ωj

=PijP1j/PijP1i相对瞬心相对瞬心绝对瞬心绝对瞬心vkvP12ω2vP23P24P13vP13P12P34P23P14ω34312Kω1ml结论2：◆相对瞬心用于建立(jiànlì)两构件间之角速度关系；◆绝对瞬心用于确定活动构件上任一点速度的方向与大小。第2章

平面连杆机构精品资料04二月202311P24P34∞

P134123ω1P14P12P23P34∞

v3=P14P13

×ω1

平移法：组成移动副两构件的瞬心线可以垂直于导路线(lùxiàn)随意平移。解：例：图示曲柄滑块机构，求v3。第2章

平面连杆机构精品资料04二月202312第2章平面(píngmiàn)连杆机构例：如图所示的凸轮机构。已知各构件的尺寸、凸轮的角速度w1，求推杆速度v2

。P12P23∞

P12所在线P23∞

v2=P12P13

×ω1123ω1P13精品资料04二月202313第2章平面(píngmiàn)连杆机构例：已知图示六杆机构各构件的尺寸、构件1的角速度ω1求推杆速度v5。v5=vP15=P16P15×ω1123456ω1P56∞

P35P12P16P34P46P23∞

P56∞

P56∞

P36P13P15解：关键是找出P15精品资料04二月202314第2章平面(píngmiàn)连杆机构【例】图示为一摆动式运输机的机构运动简图。设已知机构各构件尺寸。原动件1的角速度ω1为等速回转。求在图示位置VF、aF、ω2、ω3、ω4、ε2、ε3、ε4。6AB12CDE5F34ω1

解：首先画出机构位置图。

精品资料04二月202315第2章平面(píngmiàn)连杆机构速度分析6ABw1

2CDE5F341μv

bP大小方向VC=VB+VCB？？⊥BC⊥CDcVCω2=(3)求VEVCB/lBC=bc×μv

/lBCω2

ω4

ω3=VC/lCD=Pc×μv

/lCDω3

VE=lED×ω3e=Pe×μv

(4)求VF大小方向VF=VE+VFE？？⊥EF水平fω4=VFE/lFE=ef×μv

/lFE(=lAB×ω1=Pb×μv×ω1)(2)求VC(1)求VB精品资料04二月202316第2章平面(píngmiàn)连杆机构2.加速度分析求aB6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥BCε2=aτCB/lBCε2

ε

3=aτC/lCDε3

(=lAB×ω21=Pb×μv×ω21)(2)求aCaC=aB+anCB+aτCBB→A？lBCω22C→B=anC+aτClCDω23C→D？⊥CDμa

Pˊbˊc″c″ˊcˊaCaCB=anCB+aτCB=cc′×μa

/lBC″=c′×μa/lCDP′精品资料04二月202317第2章平面(píngmiàn)连杆机构6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥EFε2

ε3

aF=aE+anFE+aτFE水平lefω24F→Eμa

P′b′c″c″ˊc′(3)求aEaE=lED×ε3=Pˊeˊ×μa(4)求aFe′f′f″ε

4=aFE/lEF=f×μa

/lEFf′″精品资料04二月202318第2章平面(píngmiàn)连杆机构2-5平面连杆机构的力分析一、力的类型二、惯性力的确定一般力学法、质量代换法三、运动副中的摩擦分析摩擦角、自锁条件精品资料04二月2023191、一般(yībān)力学法由理论力学知：惯性力可以最终简化为一个加于构件质心S处的惯性力Pi和一个惯性力矩Mi，即：MisPiMi=-Jsε

Pi=-mas

hPi′Pi和Mi又可用一大小等于Pi的总惯性力Pi′代替；其偏离距离为h=Mi/Pi

。各种运动情况下的构件惯性力及惯性力偶矩的表达式见

书上P.41表2-4。第2章

平面连杆机构精品资料04二月202320第2章平面(píngmiàn)连杆机构(1)作平面移动的构件Mi=0Pi=-mas(as=0或as≠0)a.

回转轴线通过构件质心b.

回转轴线不通过质心S

Mi=-Jsε

(ε

=0或ε

≠0)Pi=0

εMiSPihPi＇Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/Pi(2)绕定轴转动的构件精品资料04二月202321第2章平面(píngmiàn)连杆机构(3)作平面复合运动的构件Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/PiMihsPiPi′h1AB21S13M2P2P1P1′

P2′aS2

aS1h2aS3P3

曲柄滑块机构的一般力学受力分析精品资料04二月202322第2章平面(píngmiàn)连杆机构2、质量代换法将构件的质量假想地集中在某几个预定的点上，使其产生的力学效应保持不变，这种方法称为质量代换法，假想的质量称为代换质量，预定点称为代换点。m2m1s(1)质量代换的等效条件a.

代换前后构件的质量不变；Σmi=mi=1nΣmixi=0i=1nΣmiyi=0i=1nΣmi(

x2i+

y2i)

=0i=1nb.代换前后构件的总质心位置不变；

c.代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。质量代换法主要用于绕不通过质心轴转动的构件或平面复杂运动构件的惯性力（力偶矩）计算。精品资料04二月202323第2章平面(píngmiàn)连杆机构质量代换法包括：动代换：1.质量不变

2.质心位置不变

3.对质心轴转动惯量不变静代换：1.质量不变

2.质心位置不变精品资料04二月202324【例】如图所示曲柄滑块机构，已知各构件尺寸，曲柄1绕质心A的转动惯量为JA，连杆2的重量G2（重心在S2处），转动惯量为JS2，滑块3的重量为G3（重心在C处）。构件1以ω1等速顺时针转动，作用(zuòyòng)于滑块3上的工作阻力位Fr。不计各运动副中的摩擦力，求图示位置时，各运动副中的总反力以及需加载构件1上的平衡力矩Mb。第2章

平面连杆机构精品资料04二月202325第2章平面(píngmiàn)连杆机构【解】（1）进行运动分析，作出速度图和加速度图。精品资料04二月202326第2章平面(píngmiàn)连杆机构（2）确定构件2、3的惯性力及惯性力偶矩。并且方向与α相反方向与ac相反精品资料04二月202327第2章平面(píngmiàn)连杆机构（3）进行动态静力分析。按静定条件将机构分解为主动件1和由构件2、3组成的基本杆组，并从基本杆组开始分析。将构件2对C点取矩，列平衡方程：解得精品资料04二月202328第2章平面(píngmiàn)连杆机构再对整个杆组列平衡方程，即作力矢量图：？√√√√√√？最后对构件1进行作图分析。对A点取矩，得，精品资料04二月202329第2章平面(píngmiàn)连杆机构四、机械的效率由于摩擦的存在，总要消耗一部分能量，若不计动能变化，则有：输入功率有效功输出有害功输出Wd=Wr+WfWd——输入功；Wr——输出功(有用功)；Wf——损耗功。定义：

η=Wr/Wd效率有瞬时效率和平均效率(简称效率)之分，前者指在任一瞬时能量的利用程度，而后者则指在一个运动周期中所有瞬时效率的平均值。精品资料04二月202330第2章平面(píngmiàn)连杆机构0<

η

<1理想生产阻力矩实际生产阻力矩=η理想驱动力矩实际驱动力矩=Pr1Pr2Pr3PrK-1PrKPdPd2Pd3PdKƞ1ƞ2ƞ3ƞK…1.串联总效率为：η=η1η2……ηKPd1精品资料04二月202331第2章平面(píngmiàn)连杆机构ƞ1ƞ2ƞ3ƞKPd3Pr1Pr2Pr3PrKPd1Pd2PdKPdPr2.并联图示为几种机器并联组成的机组。=(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)(Pd1+Pd2+…+PdK)Pd(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)=∴η=PrPd精品资料04二月202332第2章平面(píngmiàn)连杆机构1234567891011121314Wr1Wr2Wd例：在图示的减速器中，已知每一对圆柱齿轮和圆锥齿轮的效率分别为0.95和0.92，皮带传动效率为0.96，每个轴上轴承总效率为0.99，求其总效率η。解：能量损失过程分析：η12η轴承η34η910η轴承η56η轴承η78η轴承η轴承η1112η轴承η1314η轴承η12η轴承η34η轴承η56η轴承η78η轴承η34η轴承η56η轴承η78η轴承Wr1Wr2WdⅨⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧWdⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧⅨWr1Wr2精品资料04二月202333第2章平面(píngmiàn)连杆机构五、机械的自锁结论：平面自锁条件——β≤ρ；等号表示条件自锁。驱动力F作用角β摩擦角ρ机械自锁的效率表示：η≤0当η＝0时，机械处于临界自锁状态；若η＜0，则其绝对值越大，表明自锁越可靠。斜面自锁条件、轴颈自锁条件精品资料04二月202334第2章平面(píngmiàn)连杆机构2-6平面连杆机构的设计实现预定的连杆位置、实现预定的运动规律1、按两连架杆的预定对应转角（位置）设计四杆机构2、按从动件的预定急回运动（速比）设计四杆机构精品资料04二月202335第3章凸轮(tūlún)机构一、从动件运动规律的选择柔性冲击、刚性冲击、常见运动规律二、反转法设计凸轮轮廓曲线基础型——对心直动尖端变化型——偏置直动尖端、偏置滚子、偏置平底滚子半径的选择精品资料04二月2023363-7图示的凸轮为偏心圆盘（μl=0.002m/mm）。圆心为O，半径R=30mm，偏心距LOA=10mm，滚子(ɡǔnzǐ)半径rr=10mm，偏距e=10mm。试求（均在图上标出）：（1）推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；（2）推程运动角Φ、远休止角Фs、回程运动角Φ´和近休止角Фs´；（3）最大压力角αmax及发生位置；（4）从B点接触到C点接触凸轮所转过的角度φ0和推杆的位移s；（5）C点接触时凸轮机构的压力角αc。第3章

凸轮机构精品资料04二月202337第3章凸轮(tūlún)机构e解答：

（P.80–2）（1）推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；过A作半径为e的圆；以O为圆心，OE为半径画圆，得交点F；EF过F作圆e的切线FG，F为从动件行程的最高点；G以A为圆心，R为半径画圆，与FG相交，得交点H，H就是从动件行程的最低点；HFH的长度就是推杆的行程，按比例尺μl=0.002m/mm

量得20.5mm；h基圆半径r0=R–e+rr=30mm。精品资料04二月202338第3章凸轮(tūlún)机构解答：

（P.83–图3-19）（2）推程运动角Φ、远休止角Фs、

回程运动角Φ´

和近休止角Фs´；EFG画出滚子行程最低位置；测量∠IAG上=推程运动角Φ=187°；I∠IAG下=回程运动角Φ´=187°=360°—187°=

173°；远休止角Фs=0°近休止角Фs´=0°。精品资料04二月202339第3章凸轮(tūlún)机构解答：

（P.86–2）（3）最大压力角αmax及发生位置；压力角的定义：从动件在凸轮接触点处所受正压力方向（即凸轮轮廓在接触点处的法线方向）与从动件速度方向所夹锐角；EFGI谁是速度方向？谁是法线方向？压力角大小与什么有关？Dαmaxαmax=30°精品资料04二月202340第3章凸轮(tūlún)机构解答：

（P.83–图3-19）（4）从B点接触到C点接触凸轮

所转过的角度φ0和推杆的

位移s；EG画出滚子运行到C点的位置图；由反转法可以确定转过的角度和方向，φ0=313°；画出转角φ0的起始位置；转角φ0是指基圆上转过的角度；SB位移s=|SB–SC|。SC精品资料04二月202341第3章凸轮(tūlún)机构解答：

（5）C点接触时凸轮机构的压力角αc。EG根据前面的推导可知：αcαc=2°。精品资料04二月202342第4章齿轮(chǐlún)机构4-1概述齿轮传动的主要类型4-2齿轮齿廓设计基圆、压力角、啮合角、共轭齿廓、齿廓公法线、基圆内公切线、啮合线、三线合一基本尺寸计算公式4-3齿轮基本尺寸计算精品资料04二月202343第4章齿轮(chǐlún)机构4-4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动正确啮合条件节点、节圆、节线标准安装后，节圆与分度圆重合；齿条节线与分度线重合；啮合角=分度圆压力角连续性条件与重合度，标注重合区根切与变位、正变位、负变位、影响哪些几何参数画出极限啮合点，计算中心距、分度圆、节圆、节距、模数精品资料04二月202344第4章齿轮(chǐlún)机构精品资料04二月202345第5章

轮系5-1类型(lèixíng)定轴轮系、周转轮系、复合轮系5-2定轴轮系传动比计算5-3周转轮系传动比计算差动轮系、行星轮系、各构件名称、转化轮系5-4复合轮系传动比计算精品资料04二月202346【例5-6】图示复合(fùhé)轮系中，各轮齿数已知，试求传动比i1H。解：（1）正确区分轮系齿轮3为行星轮，齿轮2'和齿轮4为中心轮，故轮为3、2'、4和系杆H一起组成了一个行星轮系。齿轮1、2构成定轴轮系。第5章

轮系精品资料04二月202347第5章

轮系（2）分别(fēnbié)计算传动比对定轴轮系有：i12=n1

n2=-z2z1=-2对行星轮系有：iH=2'40-nHn2'-nHz4z2'-=i5

=13=-4所以i2'H

=1-2'4iH=5精品资料04二月202348第5章

轮系（3）建立联系条件，然后(ránhòu)联立求解。联系条件为：n2=n2'所以i1H=n1

nH=i12×i2H=-10负号表示齿轮1与系杆转向相反。精品资料04二月202349第7章动力学分析(fēnxī)7-1概述机械特性、运转过程7-2单自由度机械系统动力学分析等效转动惯量、等效力矩7-4速度波动调节速度波动产生的原因及调节方法——周期性、非周期性计算最大盈亏功精品资料04二月2