《机械原理》笔记.docx
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《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?
机器的三特色:
1)由一系列的运动单元体所构成。
2)各运动单元体之间都拥有确立的相对运动。
3)能变换机械能或达成实用的机械功以取代或减少人们的劳动。
拥有以上1、2两个特色的实体称为机构。
构件——由一个或多个部件连结而成的运动单元体。
部件——机器中的制造单元体。
第二节机构的剖析与综合及其方法
机构剖析:
对已知机构的构造和各样特征进行剖析。
机构综合:
依据工艺要求来确立机构的构造形式、尺寸参数及某些动力学参数。
机构综合的内容:
1.机构的构造综合2.机构的尺度综合3.机构的动力学综合。
机构的构造综合:
主要研究机构的构成规律。
机构的尺度综合(或运动学综合):
研究已知机构怎样按给定的运动要求确立其尺寸参数.归纳为
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地点。
(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。
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(4)刹时运动量拘束:
按构件在某些特定地点时的运动量来设计机构的构造参数。
准点——切合
预约条件的几个地点。
只需求几个地点处切合给定条件的机构综合方法称为准点法。
减小构造偏差的门路是:
合理确立准点的散布。
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.用工程看法学习理论
与基本方法3.注意增强感性认识和实践性环节
第二章机构的构造剖析
第一节概括
构成机构的基本因素——构件运动副运动链
运动副:
两构件间直接接触且能产生某些相对运动的联接称为运动副。
拘束---对构件间运动的限
制。
运动副元素—运动副参加接触的部分。
空间运动副和拘束的关系。
平面机构中只有Ⅳ级副和Ⅴ级副。
(为何?
)低副---副元素为面接触(如挪动副、转动副);
高副----副元素为点(线)接触。
运动链---构件由运动副连结而成的系统。
机构—选定机架,给相应的原动件,其余构件作确立运动的运动链。
第二节平面机构自由度
机构自由度——机构拥有确立运动所一定的独立运动参数的数量。
高副供给一个拘束,低副供给两
个拘束。
机构的自由度为:
F=3n-(2pl+ph)。
(各符号的意义)机构拥有确立运动的条件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状况?
)
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。
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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——与机构整体运动没关的自由度。
虚拘束——对运动不起实质限制作用的拘束。
第三节机构的构成
F=0的不行再拆分的最简单的运动链——基本杆组。
机构的构成原理——由若干基本杆组挨次连结到原动件和机架上构成机构。
n=2;pl=3,——Ⅱ级组。
n=4;pl=6,且拥有一个含三个低副的中心构件的基本组——Ⅲ级组。
n=4;pl=6,不含三个低副的中心构件的基本组——Ⅳ级组。
注意:
基本杆组中是没有高副的。
机构的级别是以此中含有的杆组的最高等别确立的。
机构拆组的一般原则1.除去虚拘束和局部自由度,高副低代;2.从远离原动件开始拆组,先Ⅱ级后
Ⅲ级;3.杆与其上运动副一并拆下;4.节余部分必为一机构,最后为机架、原动件.
第四节平面机构的高副低代高副低代——将机构中的高副用低副取代。
高副低代的代替条件:
1,机构的自由度不变;2,机构的刹时运动不变。
将高副C用拥有两个铰链的构件取代,铰链的中心分别位于高副接触点的曲率中心处且与高副元
素的所属构件相连。
机构在不一样地点其低副代替机构也不一样——高副低代的刹时性。
第三章平面机构的运动剖析
第一节概括第二节Ⅱ级机构的运动剖析
运动剖析的步骤:
成立机构的地点方程式;地点方程式对时间t求导一次、两次得速度方程式、加快度方程。
一、铰链四杆机构的运动剖析将坐标逆时针方向旋转求构件的角速度、角加快度
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二、曲柄滑块机构的运动剖析
导路平行坐标轴线时不行用坐标旋转法(为何?
)
三、导杆机构的运动剖析第七节速度瞬心及其地点确立瞬心——作一般平面运动的两构件
上的刹时等速重合点或刹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.
相对瞬心——重合点的绝对速度不为零。
k=N(N-1)/2k——瞬心的数量;N——机构的总构件数。
三心定理——相互作平面运动的三个构件有三个速度瞬心,它们位于同一条直线上。
第四章机构的力剖析
第一节概括
机构的静力剖析—不计惯性力的机构力剖析。
机构的动力剖析—考虑惯性力的机构力剖析。
如将惯性力视为一般外力加于产生该惯性力的构件上,该机械视为处于静力均衡状态。
驱动力—凡是驱遣机械产生运动的力。
阻抗力—凡是阻挡机械产生运动的力。
均衡力—与作用在机械上的已知外力相均衡的未知外力。
机构力剖析的目的:
1)求运动副反力;2)计算均衡力(矩).
第二节运动副反力及构件组静定条件
不论能否楔形滑块,R21和N21之间的夹角可表示为v
楔面接触较平面接触时所产生的摩擦力大。
(为何?
)
摩擦圆——以为半径圆。
(rf)
对轴颈的总反力将一直切于摩擦圆。
(为何?
)
静定条件—全部未知外力都能够用静力学的方法确立出来的条件。
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其条件为:
3n=2p。
全部的基本杆组都是静定杆组。
第三节不考虑摩擦的机构力剖析
一,矩阵法RRR——Ⅱ级组的力剖析
RPR——Ⅱ级组的力剖析能够直接确立挪动副反力的方向,不用按X、Y分解二,机构力剖析的等
功率法
机构处于均衡状态时,作用于机构上的全部外力的刹时功率之和为零。
用于只求均衡力(力矩)情
况的简易方法
三,首解运动副法
“首解运动副”—两构件相连的“内运动副”,且构件上的全部外载荷均为已知。
两构件分别对外
运动副中心求矩可导出“首解运动副”反力的求解式。
四,直接求解法应用相关二力杆和三力汇交
的理论,直接求解。
第四节考虑摩擦的机构力剖析
第五节机械效率与机械自锁
一,机械的效率
机械正常运行时Wd=Wr+Wf
机械效率—表示输入功在机械中有效利用的程度。
Wr/Wd=1-Wf/WdPr/PdF0/FM0/M。
(各符号的意义)
1)Wf不行能为零,故<12)为提升机械效率应尽量减小机械中的消耗。
理想机械—不存在摩擦和消耗的机械。
其效率0=1。
=理想驱动力F0(M0)与实质驱动力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—由若干台机器构成的系统
串连机组的总效率等于构成该机组的各个机器的效率的连乘积。
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(1)串机的效率小于各机器的效率
(2)并机的效率:
(i)min<<(i)max。
若各个机器的效率均相等有=i
无力怎样增大,也没法使机械运的象—机械的自。
机械出自的条件即:
≤0
凡使机器反行程自的机构通称自机构。
当螺旋升角小于摩擦角,螺旋生自。
第五章机构的型综合
第一节概括机构构分法—研究由多少个构件、运副能构成多少个定自由度的不一样机构,
从中出最正确足工要求的机构。
第二节机构构造分类法机构的型即探运F、N、p的关系。
运的—由构件和运副构成的独立封系。
L=p-N+1(各符号的意)用数表示多元
杆与二元杆的接方式的⋯⋯第三节连杆组合分类法机构型综合机构型合
的原:
1)最原——第一考最的运。
2)不存在无功能构原——机构中不
出不起作用的构部分;
3)最易合原——二元杆机架,易获取高机构;4)最低成来源——运副的
加工成本按副、移副、高副增;5)最切合工要求原
第六章平面连杆机构
第一节概括平面杆机构——由低副接而成的平面机构
一.平面杆机构的特色:
1)距离或增力;2)可达成某种迹3)寿命,适于
大的力;4)便于制造。
弊端:
1,困,一般只好近似地足运要求2,多半构件作速运,其性力以平
衡。
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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、某点的地点尺寸设计的
基本问题——依据工艺要求来确立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征
机构的运动特征—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。
)
一、有曲柄条件
连架杆——与机架相连的构件;连杆——作一般平面运动的构件;机架——相对固定的构件;摇(摆)
杆——来去摇动的连架杆;曲柄——整周转动的连架杆。
四杆运动链拥有两个全转副的条件
1,拥有两个全转副的构件为最短杆;2,最短杆与最长杆之和<(或=)其余两杆之和(称为杆长之和
条件)。
低副的运动性质不随机架更改而改变——低副运动的可逆性。
四杆铰链机构知足杆长之和条件时:
最短杆的邻杆为机架得曲柄摇杆机构;最短杆为机架得双曲柄
机构;最短杆的对杆为机架得双摇杆机构。
四杆铰链机构的有曲柄条件:
1)知足杆长之和条件;2)最短杆或许最短杆的邻杆为机架。
推论:
不知足杆长之和条件时,获取双摇杆机构。
曲柄滑块机构的有曲柄条件:
be+a。
二、压力角和传动角
压力角——从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。
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此刻曲柄与机架共线的两地点之一。
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爱一边的地点。
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。
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行程速比系数表示从件的空行程与工作行程均匀速度之比:
k=v2/v1=(1800+)/(1800-);=1800(k-1)/(k+1).
k=1,=0机构无急回特征
k>1,>0机构有急回特征。
k=3,=90°。
k>3,角。
四、止点地点当杆与从件共(=900、=0),机构不可以运,此地点称止点地点。
第三节机构综合的位移矩阵法一、体平面有限位移的位移矩
体的平面角j——体地点j地点1的角;
[D1j]构件上已知点地点参数的系数矩,称体平面运的位移矩。
位移矩法——用位移矩机构尺寸行合的一种方法。
以杆不或角不束条件成立
方程。
有的通用性与合用性。
但没法考机构的运和力性能。
使用合:
受力很小主要
地点要求的机构的合。
二、按杆定地点四杆机构若已知Pj(xpj,ypj),(j=1,2⋯
n),qj(j=2,3⋯n)此机构。
依据杆的度不求解。
三、按定杆地点曲柄滑机构已
知Pj(j=1,2⋯n);qj(j=2,3⋯n).求一有滑的机构,体引。
按滑路的斜率不求
解。
四、按两架杆地点四杆机构体的相旋矩的平面角j=j-j。
第四节机构综合的代数式法代数式法的点:
能够用人工算达成;可考机构的某
种运和力方面的特别要求。
使用合:
的点位数少或要求某些性能。
1)按杆定地点的机构合
已知B,C的杆的三地点杆不束:
(x1-x2+(y1-y)2=(x2-x)2+(y2-y)2
(x1-x)2+(y1-y)2=(x3-x)2+(y3-y)22)按两架杆的地点的机构合
a)四杆机构:
p0=c/a;p1=-c;p2=(a2+c2+1-b2)/(2a).得:
p0Cos(+i)+p1Cos(i-i+-a)+p2=Cos(+i)
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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si=f(i),求机构的尺寸a、b、e。
p0siCosi+p1Sini+p2=s2i
i、Si(i=1,2,3)代入,可求得p0、p1、p2.最后解得a、b、e.
3)按行程速比系数K设计四杆机构:
已知:
、2、k。
求机构的尺寸:
a、b、c、d。
=(k-1)1800/(k+1)
tan0=(sin2sin)/(sin1-sin2cos)
a=(A-B)/N;b=(A+B)/N;c=sin0/sin2.
此中A=cos(0+)sin(2+0);
B=sin2+sin0cos(1++0);
N=2sin2cos(+0).
4)按力矩比设计摆块机构:
已知条件k、0、。
求机构的尺寸b1、b2、c、
(怎样确立?
)
第八章凸轮机构
第一节概括凸轮机构——由凸轮、从动件和机架构成的三杆高副机构。
凸轮机构的长处:
可
获取从动件随意的预约运动规律,机构简单紧凑。
弊端:
易于磨损,用于传达动力不大的场合分类:
按从动件的运动:
直动、摇动;
按从动件的形状:
滚子、尖顶、平底;
按凸轮的形状:
盘形、挪动(板状)、圆柱、圆锥
按高副保持接触的方法:
力关闭、形关闭。
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第二节从动件常用运动规律及其选择基圆(rb)——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加快度方程a=0。
速度突变处惯性力为无量大产生激烈的冲
击刚性冲击。
合用于转速很低的场合。
2)等加快、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。
合用于中、低速的场合。
3)五次多项式运动规律:
a为连续曲线,不会形成冲击。
可用于高速场合。
4)余弦加快度运动规
律:
有柔性冲击,故用于中低速场合5)正弦加快度运动规律:
无冲击,其振动、噪声和磨损都小,
可用在中高速场合。
选择推杆的运动规律应试虑的因素:
知足工艺对机器的要求;凸轮机构拥有良
好的动力特征;设计的凸轮便于加工。
第二节凸轮的轮廓曲线设计
一、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构
轮廓曲线设计的依照s=f();=f()。
反转法-----机构按(-1)转动,凸轮不动,从动件沿凸轮廓线相对运动。
导路的反转角即凸轮的
转角。
凸轮理论廓线方程:
x=eCos+(S+S0)Siny=(S+S0)Cos-eSin。
二,偏置直动滚子推杆
盘形凸轮机构实质廓线—理论廓线的等距曲线:
X'=x-rrCos;y'=y-rrSin。
(角的意义?
)
三、对心平底推杆盘形凸轮机构
AP=ds/d(怎样推导?
)
四、摇动滚子推杆盘形凸轮机构
第三节凸轮机构的构造尺寸
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相关外,还与机构的尺寸(rb、e、a、l)相关。
机构的压力角愈小传力成效愈好。
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一般规定:
max[]。
[]---许用压力角推程值:
挪动从动件[]=30~°38°摇动从动件[]=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?
)
基圆半径应试虑的因素:
工作行程中知足:
max不大于[]时最小的构造尺寸,同时考虑安装和强
度。
三)摇动从动件凸轮机构的基本尺寸
四)平底从动件凸轮机构尺寸确实定平底从动件凸轮机构基圆半径确实定的条件——廓线不出现
尖点:
曲率半径min>0。
L=2(ds/d)max(57mm)。
五)滚子半径rr确实定外凸的凸轮理论廓线:
a=min-rr
rr
往常取:
rrmin
第九章直齿圆柱齿轮机构
第一节概括
第二节渐开线及其特征
渐开线:
在基圆上纯转动的发生线上点的轨迹。
展角i—渐开线开端点A与K点两向径间的夹角。
共轭齿廓—知足予定传动比的一对齿廓。
渐开线的特征:
1)发生线在基圆上滚过的长度等于基圆
被滚过的弧长;2)渐开线在随意点的法线恒切于基圆;3)渐开线离基圆越近其曲率半径越小;
4)同一基圆上的随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:
ri=rb/CosI;
invi=i=tani-I
第三节齿轮的基本参数
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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=pm;e=s=pm/2;ha=mha*;hf=mhf*.
第三节齿廓啮合基本定律
齿廓啮合基本方程:
V
K2K1
·
=0齿廓啮合基本定律:
任一地点的传动比等于连心线o
o
2
n
1
被齿廓公法线分红的两段长度的反比。
P点称为啮合节点或称节点.若要求i12=常数,即不论齿廓
在哪处啮合,接触点的法线必交于连心线于定点P.P点(P1和P2)随1、2齿廓运动的轨迹分别为
两个圆。
节圆——瞬心P在两轮平面上的轨迹i12=常数的一对齿廓的传动,相当于它们的一对节
圆的纯转动。
齿廓公法线为两基圆的内公切线。
第四节渐开线齿廓传动的特征
渐开线齿廓传动的特征:
1)渐开线齿廓的两齿轮其传动比为常数;2)渐开线传动的啮合线是一条直
线。
即两基圆的内公切线N1-N2.3)拥有中心距的可分性,即
中间心距a稍有变化时其传动比不变的特征
第五节渐开线齿轮的啮合传动
接触(啮合)点K在固定平面上的轨迹——啮合线啮合角——节圆的切线与啮合点的公法线间的
夹角啮合角a'为常数,其值等于节圆上的压力角a'.pn法向齿距——相邻两齿同侧齿廓的法向距离
正确啮合的表达式:
pn1=pn2pb=pcosa正确啮合条件:
两轮的模数和压力角分别相等。
1=2=;m1=m2=m
齿轮传动的重合度:
=B1B2/pb
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%。
重合度表示了同时参加啮合的齿对数的多少.
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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=pm/2.
标准齿轮——s=e,且ha、hf为标准值的齿轮.
两个标准齿轮传动时有什么特征?
标准齿轮传动两分度圆相切.a=r1+r2=r1+r2其顶隙c为
标准值c*m。
第八节根切现象及防止根切的条件
根切——用范成法加工齿轮时渐开线根部被切去的现象。
当刀具的齿顶线与啮合线交点B点在N以外时,必发生根切.标准齿轮不发生根切的条件为:
z
Zmin.Zmin=2h*a/(Sin2)Zmin称为最少齿数,即用范成法加工标准齿轮时,刚才不
发生根切的齿数。
当h*a=1.0,a=200时,Zmin=17
变位齿轮不发生根切的条件为:
xxmin此中xmin=h*a(Zmin-Z)/Zmin.不论能否标准
齿轮均按下式判断xxmin
第九节
无侧隙啮合方程式
侧隙为零:
△=e-S
2
=e
2
-S
1
=0inv
'=2tan(x
+x
2
)/(z
1
+z
2
)+inv
该方程称为无侧隙啮合方
1
1
程式.a'=acos
/cos
';
d=dcos/cos
'x0=0:
=,
r
=r,a
=a=r1+r2
x>0,a>a
说明两齿轮的分度圆分别
x<0
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