机械原理期末复习lsj.ppt

第二章 机构的组成 原理与结构分析平面机构的自由度平面机构的自由度机构所具有的独立运动的数目机构所具有的独立运动的数目公式：公式：n —活动构件数（总构件数活动构件数（总构件数-1））pl —低副数目低副数目 ph —高副数目高副数目机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 主动件数主动件数>自由度自由度—— 机构被破坏机构被破坏F> 0 主动件数主动件数<自由度自由度—— 机构无规则运动机构无规则运动 主动件数主动件数=自由度自由度—— 机构有确定运动机构有确定运动机构的主动件数＝机构的自由度数机构的主动件数＝机构的自由度数机构具有确定运动的条件就是机构具有确定运动的条件就是F≤≤ 0 桁架桁架 —— 构件间无相对运动构件间无相对运动计算机构自由度时应注意的问题计算机构自由度时应注意的问题n1.复合铰链复合铰链1 12 23 31 12 23 3复合铰链数复合铰链数=构件数构件数-1两个以上构件同时在一处以两个以上构件同时在一处以转动副相联接就构成了复合转动副相联接就构成了复合铰链铰链n2.局部自由度 2 21 1A AB Bn=3pl=3ph=1F=3n- 2pl - ph=2?n个别构件所具有的，不个别构件所具有的，不影响其他构件运动的自影响其他构件运动的自由度称为局部自由度由度称为局部自由度n 3.虚约虚约束束n=4pl=6ph=0F=3n-2pl - ph=0?n不起独立限制作用的约束称为虚约束不起独立限制作用的约束称为虚约束去掉虚约束去掉虚约束n=3pl=4ph=0F=3n- 2pl - ph=1–轨迹重合轨迹重合 公共约束公共约束F=(3-1)n-(2-1)pl由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得机构中所有由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得机构中所有构件同时受到某些约束而丧失了一些独立运动的可能构件同时受到某些约束而丧失了一些独立运动的可能性，一般就把这类约束称为性，一般就把这类约束称为公共约束公共约束。

§2.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析2.4.1 机构的组成原理机构的组成原理机构机构=机架机架+主动件主动件+从动件组从动件组F机构机构 =主动件数主动件数F从动件组从动件组=0F机构机构=F机架机架+F主动件主动件+F从动件组从动件组=0F=3×5－－2×7=1F=1F=3×2－－2×3=0基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组：基本杆组：不能再拆分的自由度为零的构件组称为机不能再拆分的自由度为零的构件组称为机构的构的基本杆组基本杆组(Assur Group)任何机构都可以看作是由若干个基本杆组任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于主动件和机架上而构成的依次连接于主动件和机架上而构成的机构的组成原理：机构的组成原理：ⅡⅡ级杆组的形式级杆组的形式（五种）（五种） R-revolute pair P-prismatic pairPRPRPPRRR外外内内外外RRPRPRⅢⅢ级杆组的形式级杆组的形式: n=4, pl =6特点特点: 1.有有3个内副，个内副，3个外副；个外副； 3+3=61+3=42.中间是中间是1个三副构件，外部是个三副构件，外部是3个双副构件个双副构件。

ⅣⅣ级杆组的形式：级杆组的形式：特点：有特点：有4个内副个内副 n=4, pl =6机构的级机构的级（表明机构的复杂程度）（表明机构的复杂程度）机构中杆组的最高级别即为机构的级机构中杆组的最高级别即为机构的级ⅡⅡ级机构：全部是级机构：全部是ⅡⅡ级杆组级杆组ⅢⅢ级机构：最高杆组是级机构：最高杆组是ⅢⅢ级杆组级杆组§除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由度并除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由度并指出主动件；指出主动件；§拆去主动件和机架；拆去主动件和机架；§从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接的运从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接的运动副方向搜索，找出外运动副已知的动副方向搜索，找出外运动副已知的ⅡⅡ级或级或ⅢⅢ级级杆组；杆组；§从与已拆下的前一级杆组相连接的运动副开始，重复上从与已拆下的前一级杆组相连接的运动副开始，重复上步过程，直至拆出全部基本杆组；步过程，直至拆出全部基本杆组；§根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构的级根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构的级别拆杆组的步骤拆杆组的步骤ⅡⅡ级机构级机构例题：分析牛头刨床的结构并确定该例题：分析牛头刨床的结构并确定该机构的级别机构的级别RPRRRP第三章 平面机构的运动分析 瞬心的求法瞬心的求法观察法观察法P12P12在无穷远在无穷远P12P12在公法线上在公法线上三心定理三心定理作平面运动的作平面运动的三个构件共有三个构件共有三个瞬心，它三个瞬心，它们位于同一直们位于同一直线上线上.KVk1Vk212瞬心的应用瞬心的应用12341234P13P24p14p34p23p12123P12p13p23P2312p13p123∞机构运动分析的步骤：机构运动分析的步骤：1.画出机构简图，把各构件和有关点编号；画出机构简图，把各构件和有关点编号；2.拆分杆组；拆分杆组；3.对主动件进行运动分析，求出与其他构对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数；件连接点处的运动参数；4.从与主动件联接的构件开始，找出外运从与主动件联接的构件开始，找出外运动副已知的基本杆组对其分析；动副已知的基本杆组对其分析；5.若杆组中还有其他待求点，应用刚体上若杆组中还有其他待求点，应用刚体上任一点参数公式，求出各点的运动参数。

任一点参数公式，求出各点的运动参数例：六杆机构运动分析例：六杆机构运动分析2xy1374596①①②②③③④④⑤⑤⑥⑥8画出机构简图，把各构件和有关点编号；画出机构简图，把各构件和有关点编号；拆分杆组；拆分杆组；13①①2427853②②③③9652④④⑤⑤⑥⑥分析（杆组调用）顺序n1) 分析原动件，求出3点的运动参数；n2)已知2、3点的运动参数，分析RRR杆组，求出4点及1、2构件的运动参数；n3) 以2、3位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出5、8、7点的运动参数；n4) 已知2、5点的运动参数，分析RRP杆组，求出6点及4、5构件的运动参数；n5) 以5位参考点，刚体上任一点的运动分析，求出9点的运动参数第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计有曲柄的条件：（（2 2））连架杆与机架连架杆与机架中必有一杆为最短杆中必有一杆为最短杆 —— ——最短杆条件最短杆条件（（1 1）最短杆与最长杆的长度和小于或等）最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆的长度和于其余两杆的长度和 —— ——杆长条件杆长条件¨1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构¨铰链四杆机构的类型应用应用功能：连续转动功能：连续转动——往复摆动往复摆动连架杆为最短杆连架杆为最短杆¨2) 双曲柄机构双曲柄机构¨铰链四杆机构功能：匀速转动功能：匀速转动——非匀速转动非匀速转动机架为最短杆机架为最短杆平行四边形机构平行四边形机构应用具有运动不确定性具有运动不确定性功能：匀速转动功能：匀速转动——匀速转动匀速转动特例特例应用应用¨铰链四杆机构•若不满足曲柄存在条件（若不满足曲柄存在条件（1），），无论取哪个构件无论取哪个构件 作机架，都是双摇杆机构。

作机架，都是双摇杆机构¨3) 双摇杆机构双摇杆机构功能：摆动功能：摆动——摆动摆动连杆为最短杆连杆为最短杆•满足曲柄存在条件（满足曲柄存在条件（1），但不满足条件（），但不满足条件（2）；）；5.2.1.2 急回特性急回特性ABCDAB1C1DAB2C2DAB1C2DB2C1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构机构的两个极限位置机构的两个极限位置曲柄与连杆共线的两个位置曲柄与连杆共线的两个位置极位夹角极位夹角摆动范围摆动范围－急回系数－急回系数K急回特性急回特性C1B2AB1C2DK越大，急回特性越显著越大，急回特性越显著C1C2DC1C2AB2AB1C2DC1MD本题的解有无穷多个本题的解有无穷多个C1C2abAaB2B1D5.2.1.3 压力角与死点压力角与死点压力角：压力角：从动件上所受驱从动件上所受驱动力方向与力的作用点速度动力方向与力的作用点速度方向的夹角方向的夹角F1F2vFABCD传动角传动角CABDCABDADBC曲柄与机架共线的两个位置曲柄与机架共线的两个位置，传力性能越好传力性能越好死点死点连杆与从动件共线的两个位置连杆与从动件共线的两个位置对于曲柄摇杆机构，当摇对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，会出现两杆为主动件时，会出现两个死点位置。

个死点位置偏心曲柄滑块机构：偏心曲柄滑块机构：对心曲柄滑块机构：对心曲柄滑块机构：曲柄条件：曲柄条件：ABCABCe曲柄条件：曲柄条件：无急回特性无急回特性有急回特性有急回特性ab压力角压力角死点位置：死点位置：AB与与BC共线共线 (滑块为主动件滑块为主动件)滑块行程：滑块行程：s=2aab对心曲柄滑块机构与偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构与偏心曲柄滑块机构摆动导杆机构：摆动导杆机构：a < b1、传力性能好传力性能好abBAC特点：特点：由转动的主动件由转动的主动件+RPR杆组而成杆组而成ab急回系数：急回系数：2、有显著的急回特性、有显著的急回特性BAC摆动导杆机构摆动导杆机构A′回转导杆机构：回转导杆机构：a>b匀速转动匀速转动 非匀速转动非匀速转动§5—6 用图解法设计连杆机构用图解法设计连杆机构M1M2N1N2E1E2P12P12——转动极（极）转动极（极）θ12——有向转动角有向转动角动平面由动平面由E1到到E2的位置过的位置过程中，动平面上任意一点程中，动平面上任意一点都绕都绕P12转转θ12半角转动法半角转动法及其基本原理及其基本原理M1M2N1N2P12m12n12N0M0θ12/2——转动半角，为有向角转动半角，为有向角M1P12——始边始边M0P12——终边终边N1P12——始边始边N0P12——终边终边导引动平面由导引动平面由E1到到E2的位置的四杆机构的设计的位置的四杆机构的设计1.求极点求极点2.求转动半角求转动半角3.刚化半角，半角绕极点转动刚化半角，半角绕极点转动4.在半角始边选动铰链，在半角终边选定铰链在半角始边选动铰链，在半角终边选定铰链5.顺序连接各铰链，并将顺序连接各铰链，并将动平面固结到连杆上，动平面固结到连杆上，得四杆机构即为所求。

得四杆机构即为所求设计步骤：设计步骤：M1M2N1N2P12m12n12M0N05.连接各构件，将动连接各构件，将动平面固定到连杆上平面固定到连杆上1.求极点求极点P122.求转动半角求转动半角θ12/2 3.刚化半角，刚化半角，绕极点绕极点P12转动转动4.在始边选动铰链，在始边选动铰链，在终边选定铰链在终边选定铰链θ12/2按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构N1M1A0B0N2Ψ M2φ 给定连杆平面序列位置问题给定连杆平面序列位置问题转化为相对运动原理按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构R12A0B0M1N1M2N2Ψ φ 相对极和转动半角求法相对极和转动半角求法：沿A0 B0方向线作-φ/2和-Ψ/2角，两线交点即为相对极，夹角即为转动半角按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构A0B0R12M2N2M1N1A0'M1'M1M2B2B1A0R12一连架杆转过一连架杆转过φ角，另一连架杆（滑块）移动角，另一连架杆（滑块）移动S距离距离-s/2转动极和转动半角的求法转动极和转动半角的求法：过A0 作导路的垂线，由此作-φ/2和-s/2，两线交点为极点，夹角为转动半角M1M2B2B1A0R12一连架杆转过一连架杆转过φ角，另一连架杆（滑块）移动角，另一连架杆（滑块）移动S距离距离第六章第六章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计or0AB’BCD滚子从动件盘形凸轮机构滚子从动件盘形凸轮机构从动件的基本运动规律从动件的基本运动规律推程运动线图推程运动线图等速运动规律等速运动规律速度突变产生刚性冲击，速度突变产生刚性冲击，适用于低速场合。

适用于低速场合等加速等减速运动等加速等减速运动h加速度突变产生柔性冲击，加速度突变产生柔性冲击，适用于中速场合适用于中速场合简谐运动规律简谐运动规律——余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 h有休止，有柔性冲击；无休止，无冲击有休止，有柔性冲击；无休止，无冲击正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律h没有冲击没有冲击凸轮轮廓曲线的设计的图解法凸轮轮廓曲线的设计的图解法基本方法：反转法基本方法：反转法依依 据：相对运动不变原理据：相对运动不变原理基本思想：设想给整个机构加上一个与凸轮角速度ω大小不变而方向相反的转动，此时，凸轮静止不动，而从动件一方面随机架相对凸轮以-ω的角速度绕凸轮轴转动，另一方面又以原有的运动规律相对机架运动e已知已知r0,偏心距偏心距e，，1 1 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮120°90 °90 °60 °r0e直动从动件盘形凸轮轮廓的设计直动从动件盘形凸轮轮廓的设计从动件的运动规律从动件的运动规律1 1）作基圆）作基圆, ,偏心圆，从动件导路，偏心圆，从动件导路，按从动件的运动规律标出各运动角按从动件的运动规律标出各运动角2 2）将推程运动角和回程运动角等）将推程运动角和回程运动角等分并得到一系列与基圆的交点。

分并得到一系列与基圆的交点偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计e120 °90 °90 °60 °e1234567893 3）过交点作偏心圆的切线，）过交点作偏心圆的切线，沿偏心圆的切线从基圆开沿偏心圆的切线从基圆开始量从动件的位移量，又始量从动件的位移量，又得到一系列点得到一系列点1 1、、2 2、、3…3…12 345678 9偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计e4)4)用光滑曲线连接一用光滑曲线连接一系列点系列点1 1、、2 2、、3…3…，，得到凸轮轮廓曲线得到凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计123456789e2 2 偏置直动滚子从动件盘形凸轮偏置直动滚子从动件盘形凸轮120 °90 °90 ° 60 °e直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制120 °90 °90 ° 60 °滚子中心滚子中心——理论廓线理论廓线e直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制120 °90 ° 90 ° 60 °滚子中心滚子中心——理论廓线理论廓线包络线包络线——实际廓线实际廓线6.4 6.4 凸轮机构设计中的凸轮机构设计中的几个基本问题几个基本问题•从动件运动规律的确定方法•压力角和自锁•凸轮廓线曲率半径和运动失真•凸轮机构基本尺寸确定6.4.2 凸轮机构的压力角和自锁凸轮机构的压力角和自锁直动从动件直动从动件力作用线方向与从动件速度方向所夹的锐角称为压力角。

s0soCPBeFv与r0,e,s’有关，且r0越大 越小s0socpBe凸轮顺时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心左侧；凸轮作逆时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心的右侧偏心距偏心距e e 的确定的确定为了减小推程压力角：为了减小推程压力角：第七章 齿轮机构及其设计KNArbⅠⅡⅠⅡOrkvk渐开线方程渐开线方程Fk直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数压力角标准压力角标准分度圆分度圆标准压力角标准压力角rrb7.3.3.2 7.3.3.2 直齿圆柱齿轮的基本参数直齿圆柱齿轮的基本参数模数标准模数标准rp齿高及顶隙标准齿高及顶隙标准h标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式按标准参数设计，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等按标准参数设计，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为的齿轮称为标准齿轮标准齿轮标准齿轮标准齿轮7.4 渐开线齿轮的啮合传动渐开线齿轮的啮合传动 o1o2P N1过两齿廓接触点的公法线过两齿廓接触点的公法线N1N2是是两基圆的内公切线两基圆的内公切线---P为定点为定点KN27.4.1 渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律传动比为定值传动比为定值7.4.2 渐开线齿廓传动的特点渐开线齿廓传动的特点1. 啮合线为一条定直线，啮合角不变啮合线为一条定直线，啮合角不变2、正压力的方向和位置不变、正压力的方向和位置不变传动的平稳性（动力学特点）传动的平稳性（动力学特点）3、传动比与中心距无关、传动比与中心距无关 o1o2P N1KN2渐开线啮合的可分性渐开线啮合的可分性（运动学特点）（运动学特点）4 齿轮与齿条啮合传动齿轮与齿条啮合传动rbPN1raB2KB1O1r1’ω1vr齿轮与齿条啮合的特点：齿轮与齿条啮合的特点：节圆就是分度圆，啮合角等于压力角。

节圆就是分度圆，啮合角等于压力角7.4.4 渐开线齿轮的啮合传动7.4.4.1 正确啮合条件正确啮合条件保证相邻两齿同侧齿廓的法向齿距相等保证相邻两齿同侧齿廓的法向齿距相等正确啮合条件：正确啮合条件：K7.4.4.2 连续传动条件连续传动条件B1K=pnPn=pb啮合过程：从动轮的齿顶圆与啮合线的交点B1主动轮的齿顶圆与啮合线的交点B2连续传动条件：重合度连续传动条件 --- 重合度的计算公式：式中7.4.4.3 间隙条件间隙条件无侧隙条件无侧隙条件:顶隙条件顶隙条件:标准齿轮标准齿轮：标准安装标准安装标准中心距标准中心距保证顶隙为标准值保证顶隙为标准值 c=c*m7.5.1 用标准齿条形刀具切制渐开线齿廓用标准齿条形刀具切制渐开线齿廓标准齿条形刀具标准齿条形刀具切制原理切制原理节圆节圆节线节线节圆就是分度圆节圆就是分度圆• m=m刀刀• 被切齿轮的被切齿轮的z取决于刀具与轮坯的相对运动取决于刀具与轮坯的相对运动 v/ω=OP= r =zm/2• 被切齿轮的被切齿轮的s取决于刀具与轮坯的相对位置取决于刀具与轮坯的相对位置结结 论论刀具的中线与分度圆相切刀具的中线与分度圆相切——s=u 标准齿轮标准齿轮刀具的中线与分度圆相离或相割刀具的中线与分度圆相离或相割——s>u或或s

齿轮的齿廓必将发生根切不根切的条件不根切的条件:刀具的齿顶线不超过极限啮合点刀具的齿顶线不超过极限啮合点N1标准齿轮标准齿轮标准齿轮不根切的最小齿数标准齿轮不根切的最小齿数 最小变位系数的求法最小变位系数的求法变位变位齿轮齿轮最小变位系数最小变位系数标准齿轮与变位齿轮标准齿轮与变位齿轮刀具由轮坯中心远离时为刀具由轮坯中心远离时为正变位正变位，，x > 0；加工出的；加工出的齿轮为齿轮为正变位齿轮正变位齿轮刀具移近轮坯中心时为刀具移近轮坯中心时为负负变位变位，，x < 0；加工出的齿；加工出的齿 轮称为轮称为负变位齿轮负变位齿轮刀具中线与齿轮分度圆相刀具中线与齿轮分度圆相切，切，x = 0 ；加工出的齿；加工出的齿轮为轮为标准齿轮标准齿轮 一般情况下，采用变位齿一般情况下，采用变位齿轮传动：轮传动：变位齿轮与标准齿轮的异同变位齿轮与标准齿轮的异同渐开线渐开线x > 0x = 0x< 0分度圆分度圆基圆基圆不变量：不变量：变化量：变化量：7.6.2 齿轮传动的类型及应用n正传动正传动n零传动零传动n负传动负传动标准齿轮：标准安装（标准齿轮：标准安装（r’=r, a’=a, α’=α））变位齿轮：变位齿轮： 根据根据x1+x2将齿轮传动分为三类：将齿轮传动分为三类：正传动正传动因零传动零传动2、可以改善小轮齿根部的磨损优点：负传动负传动变位齿轮的无侧隙啮合方程式：7.6.3.3 变位齿轮各部分尺寸计算B7.7.1.2 尺寸参数计算端面参数与法面参数hh尺寸参数hh斜齿轮几何尺寸计算7.7.2 蜗杆传动蜗杆蜗轮的形成对偶法加工蜗轮：轮1做成刀具，加工出轮2，呈线接触。