(完整版)《机械原理》笔记

《机械原理》*号内容

第一章概论

第一节本课程的研究内容

什么是机器、机构？

构件

.概括为四类：

(1)刚体导引：当机构的原动件做简单运动时，要求刚体连续地变换其位置。

（2）函数变换：使机构某从动件的运动参数为原动件运动参数的给定函数。

（3）轨迹复演：使连杆上某点的轨迹能近似地与给定曲线复合。

（4）瞬时运动量约束：按构件在某些特定位置时的运动量来设计机构的结构参数。准点——符合预定条件的几个位置。

只要求几个位置处符合给定条件的机构综合方法称为准点法。

减小结构误差的途径是：合理确定准点的分布。可按契比谢夫零值公式配置准点。

第三节学习本课的方法1．注意基本理论与基本方法之间的联系2. 用工程观点学习理论

制。

高副

运动链

个约束。机构的自由度为：F=3n-（2p l+p h）。（各符号的意义）机构具有确定运动的条件1, F

＞0；2, F=原动件数。

（F?原动件数、F?原动件数时会出现什么情况？）

主动件—机构中传入驱动力（矩）的构件。

原动件——运动规律已知的构件。其余的活动构件统称从动件。

输出构件——输出运动或动力的从动件

复合铰链——两个以上的构件构成的同轴线的转动副，其转动副个数等于构件数减1。

局部自由度——与机构整体运动无关的自由度。

虚约束——对运动不起实际限制作用的约束。

第三节机构的组成

F=0的

n=2;p l

n=4;p l

n=4;p l

Ⅲ级；

将高副

第三章平面机构的运动分析

第一节概述第二节Ⅱ级机构的运动分析

运动分析的步骤：

建立机构的位置方程式；位置方程式对时间t求导一次、两次得速度方程式、加速度方程。

一、铰链四杆机构的运动分析将坐标逆时针方向旋转求构件的角速度、角加速度

二、曲柄滑块机构的运动分析

导路平行坐标轴线时不可用坐标旋转法（为什么？）

三、导杆机构的运动分析第七节速度瞬心及其位置确定瞬心——作一般平面运动的两构件上的瞬时等速重合点或瞬时相对速度为零的重合点。

绝对瞬心——重合点的绝对速度为零.

驱动力

平衡力

楔面接触较平面接触时所产生的摩擦力大。（为什么？）

摩擦圆——以?为半径圆。（??rf）

对轴颈的总反力将始终切于摩擦圆。（为什么？）

静定条件—所有未知外力都可以用静力学的方法确定出来的条件。

其条件为：3n=2p。所有的基本杆组都是静定杆组。

第三节不考虑摩擦的机构力分析

一，矩阵法RRR——Ⅱ级组的力分析

RPR——Ⅱ级组的力分析可以直接确定移动副反力的方向，不必按X、Y分解二，机构力分析的等功率法

情

“

一,

1)W f

理想机械—不存在摩擦和损耗的机械。其效率?0=1。?=理想驱动力F0（M0）与实际驱动力F（M）之比。

斜面机构的效率：将正行程公式中的主动力与阻力置换，摩擦角符号反向即反行程公式。

机组—由若干台机器组成的系统

串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的连乘积。

（1）串联机组的总效率小于各机器的效率?

（2）并联机组的总效率：(?i) min

若各个机器的效率均相等有?=?i

无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象—机械的自锁。

机械出现自锁的条件即：?≤0

3

第一节概述平面连杆机构——由低副连接而成的平面机构

一．平面连杆机构的特点：1）实现远距离传动或增力;2）可完成某种轨迹3）寿命较长，适于传递较大的动力;4）便于制造。

缺点:1，设计困难，一般只能近似地满足运动要求2，多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡。

二、平面连杆机构设计的基本问题机构运动简图参数——各杆尺寸及机架、某点的位置尺寸设计的基本问题——根据工艺要求来确定机构运动简图的参数。设计的两类基本问题：1,实现已知的运动

规律；2，实现已知的轨迹。

第二节连杆机构的运动特性

机构的运动特性—机构的运动学和传力性能（有曲柄条件、传动角、急回运动、止点。）

连架杆摇（摆）杆——

1

条件)。

。二、

压力角?

与压力角?互余的角?——称为传动角。

四杆铰链机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一。

曲柄滑块机构的最小传动角发生在曲柄垂直于导路且远离偏心一边的位置。

三、行程速度变化系数

极位夹角?：机构在两极位处，一曲柄与另一曲柄反向线间的夹角。

行程速比系数表示从动件的空行程与工作行程平均速度之比：

k= v2 /v1=(1800+?)/(1800-?)；?= 1800(k-1)/(k+1).

k=1，?=0机构无急回特性

k>1，?>0机构有急回特性。

k =3时，?=90°。k>3, ?为钝角。

四、

[D1j]

j=1,2…n）, q j

知P j（

已知带铰链B，C的连杆的三位置杆长不变约束：（x1-x2+（y1-y）2=（x2-x）2+（y2-y）2

（x1-x）2+（y1-y）2=（x3-x）2+（y3-y）2

2）按两连架杆的对应位置的机构综合

a)铰链四杆机构：p0=c/a;p1=-c;p2= (a2+c2+1-b2)/(2a). 得：

p0 Cos(?+?i)+ p1 Cos(?i -?i + ?- a)+ p2= Cos(?+?i)

将?i、?i (i=1,2,3) 代如上式可求得p0、p1、p2。

最后求得a、b、c.

b)曲柄滑块机构：

已知s i=f(?i)，求机构的尺寸a、b、e。

p0s i Cos?i+p1Sin?i+p2=s2i

3

已知：?

?

tan?0

其中

4

获得从动件任意的预定运动规律,机构简单紧凑。缺点：易于磨损，用于传递动力不大的场合分类：按从动件的运动：直动、摆动；

按从动件的形状：滚子、尖顶、平底；

按凸轮的形状：盘形、移动（板状）、圆柱、圆锥

按高副维持接触的方法：力封闭、形封闭。

第二节从动件常用运动规律及其选择基圆（r b）——以最短向径所作的圆升程h——推杆的最大位移?0——推程角；?0′——回程角?s——远停角；?s?——远停角；1）等速运动规律位移方程S=h?/?0速度方程v=h?/?0加速度方程a=0。速度突变处惯性力为无穷大产生强烈的冲击刚性冲击。适用于转速很低的场合。2）等加速、等减速运动规律（二次多项式运动规律）：有限惯性力的突变产生有限冲击柔性冲击。适用于中、低速的场合。

3

律：

反转法

第三节凸轮机构的结构尺寸

一、凸轮机构的压力角压力角?—力的方向线与从动件受力点速度方向线间所夹的锐角。

压力角与从动件运动规律有关外，还与机构的尺寸(r b、e、a、l)有关。

机构的压力角愈小传力效果愈好。

一般规定: ?max?[?]。[?] ---许用压力角推程值：

移动从动件[?]=30 ~°38°摆动从动件[?]=40 ~°45°回程值：[?]=70 °~80°二）直动从动件凸轮机构的基本尺寸A)偏距值可改变机构的压力角;B)偏置置位与P点位于凸轮轴心A的同侧,压力角小. （P点的意义？）

基圆半径应考虑的因素：工作行程中满足:?max不大于[?]时最小的结构尺寸，同时考虑安装和强度。

L=2?

r r

4）同一基圆上的任意两条渐开线间的距离相等；5）渐开线的形状取决于基圆；6）基圆内无渐开线。?i——压力角：力作用线与受力点速度方向线间所夹的锐角。渐开线方程：r i=r b/Cos?I；inv?i=?i=tan?i-?I

第三节齿轮的基本参数

分度圆——计算的基准圆，其上的模数和压力角为标准值。齿条：e=s的节线称为分度线（也称为中线）。

P=p m; e=s= p m/2; h a=mh a*; h f=mh f*.

第三节齿廓啮合基本定律

齿廓啮合基本方程：V K2K1 ·n=0齿廓啮合基本定律：任一位置的传动比等于连心线o1o2

接触

正确

齿轮传动的重合度：??=B1B2/p b

???1是保持齿轮连续定传动比传动的条件.重合度??=1.3表示，在一个基圆齿距内单对齿啮合的啮合线度占70%，两对齿啮合的啮合线度占30%。

重合度??表明了同时参加啮合的齿对数的多少.

第四节齿轮加工

用齿条刀具加工标准齿轮齿轮的分度圆与刀具的中线相切，s=e=p/2=p m/2.

标准齿轮——s=e，且h a、h f为标准值的齿轮.

两个标准齿轮传动时有什么特性?标准齿轮传动两分度圆相切.a= r1 + r2= r?1 + r?2其顶隙c为标准值c*m。

z ?Z min

程式.a'

?x>0 ,a

1)保证无侧隙啮合:先计算无侧隙的啮合角?'再根据?'求出实际中心距a'

2)保证顶隙为标准值C = C *m: 保证顶隙为标准值应降低齿顶高?顶高降低系数?=(x1+ x2)- y (a?- a)/m=y----称为分离系数

第十一节齿轮传动设计

按其变位系数单个齿轮分:正变位齿轮（x>0）;负变位齿轮（x<0）;零变位齿轮（x=0）标准齿轮——顶高为标准值零变位非标准齿轮——顶高不是标准值齿轮传动：标准齿轮传动(x 1=x 2=0)；等变位齿轮传动(x 1=-x 2)；正传动:(?x>0 )负传动:(?x < 0)选择齿轮传动类型的齿数条件：

1）标准齿轮传动:z 1>z min ；2）等变位齿轮传动: z 1+ z 2?? z min ；3）正传动: 任何齿数和均能采用正传动；4）负传动?x < 0: z 1+ z 2>? z min 。

1.

2?标准齿直齿轮----

m t cos ?s t = s n cos ?

法面系数为标准值端面系数 = 法面系数乘cos ?.改变螺旋角?调整中心距; 不一定用变位.

正确啮合条件及重合度:m n1=m n2=m;?n1= ?n2=???1????1?=???=?a +??=L/p bt +ΔL/p bt , ??=ΔL/p bt =Btan ?b / p bt =Bsin ? / (?m n )

??随B 的加大而增加当量齿轮?与斜齿轮的法面齿形相当的虚拟的直齿轮。

β

cos 2)(21n z z m a +=

当量齿数Z V。Z V = Z/(cos3 ?)当量齿数的用处：1，选取齿轮铣刀的刀号；2，计算轮齿的强度时，

用到当量齿数的概念

传动特点: 1，啮合性能好(逐渐进入和脱离啮合，无冲击，传动平稳、噪声小)2，重合度大(?随?B??，承载能力?，传动平稳);3，机构更加紧凑(Z min小).缺点：产生轴向推力螺旋角不宜过大,取

?=70

~15

0.

1小，B

蜗轮:，在分度

4 ,缺点:面a-a

?=900

d1

允许q

构

两相交轴。交角多为?=900。大端参数为标准值.两个节圆锥截锥体无滑动的摩擦传动与圆锥齿轮传动相同。大端齿廓曲线为球面渐开线,到锥顶等距的点才能相互啮合.

背锥——过两分度圆锥的底圆与球面相切的圆锥。

齿廓向背锥的锥面上投影，作为其近似齿形。(可展成平面图形,便于计算)

当量齿轮——将背锥近似齿形展开的扇形齿轮补全的直齿轮.当量齿数Z V> Z（实际齿数）(当量齿轮的m和?大端的模数和压力角) z v= z/cos? .z v> z;且不是整数。正确啮合条件按其当量齿轮确定：m1=m2=m;?1=?2=?.

?1+?2=?. (满足两节锥锥顶重合)Z V的用处:1)按其当量齿轮传动计算重合度(Z V)；2)避免根切:Z V?Z min3)选择铣刀的刀号: Z V

i12

,

系杆

星轮系。各构件相对系杆运动的假想定轴轮系?周转轮系的转化机构。行星机构中活动轮对系杆的速比等于1减去转化机构中原活动轮对原固定轮的速比。

第三节复合轮系及其传动比计算

由几个基本轮系构成的轮系称为复合轮系。复合轮系的传动比计算步骤：

1，区分基本轮系。2，分别计算各基本轮系的传动比；3，找出各基本轮系间的联系，联立求解。

第四节轮系的功用

1．实现分路传动2．获得较大的传动比；3．实现变速传动；4，实现换向传动；5，实现运动的合成与分解；6．在重量较小的条件下实现大功率传动。

第十三章机械运转及调速第一节概述

稳定运转阶段：?m=常值且周期变化。一个运动循中W d = W r，E K=0。交流异步电动机特性曲线：AB

2+J i?i2）/2

max =

?2max -?2min =2 ?w?2m一个运动循环中的盈亏功代数和为零。最大盈亏功A max：即?min 和?max区间内盈亏功的代数和。最大盈亏功A max：A max = J(?2max-?2min)/2

J= A max /（??2m）

J= 900A max /（??2 n2）J F= 900A max /（[?]?2n2）- J c飞轮的作用：1，飞轮即储能器，A>0时，储能（??）；A<0时，放能（??）；

1，由于飞轮有储能、放能的作用，可按平均载荷选取原动机的功率。

第十四章机械的平衡

第一节概述

附加的动压力—构件惯性力在运动副中产生的压力

机械的平衡的目的：合理地分配构件中的质量，消除或减少附加动压力以及机座的振动。1

2)

3)

M??

运动副、运动链、机构；

如何对运动副进行分类？

机构的自由度、机构具有确定运动的条件、局部自由度、复合铰利链、虚约束；

杆组、机构及其分类的方法。

高副低代及其条件、方法。

三.平面机构的运动分析

II级机构的运动分析:画出矢量多边形?列出矢量方程?写出坐标方程?对时间求导得速度、加速度方程?能用坐标转动法求角速度、角加速度。

速度瞬心：定义、相对瞬心、绝对瞬心、三心定理；应用。

能对

机构综合的代数式法：能理解、运用公式对简单机构进行设计。

七.优化方法及机构优化设计

目标函数、设计变量、约束条件、设计点、设计空间、最优点、最优值、最优解、

可行区、数学模型等概念；

搜索迭代的一般格式式，复合形法或随机法的搜索方向的计算方法；

能根据机构的简单设计要求写出优化设计的数学模型表达式。

八.凸轮机构

什么是凸轮机构？按从动件型式、凸轮的形状如何对凸轮机构进行分类？

凸轮机构从动件的常用运动规律中的等速、等加速等减速、正弦加速、余弦加速等

能根据给出的公式计算齿轮的几何尺寸，进行齿轮传动设计。

十.其它齿轮机传动