机械原理期末复习资料

第一章绪论学习要求：1.明确本课程研究的对象、内容以及在培养机械类高级技术人才全局中的地位、作用和任务.2.对机械原理的新发展有所了解.内容提要:本章讲授的重点是“本课程研究的对象及内容”.在本章的开始,介绍了机器、机构、机械等名词的概念,介绍了机器和机构的用途几区别,并通过实例说明各种机器的主要部分一般都是由各种机构组成的,目的是为了便于介绍本课程研究的对象及内容.在本章的学习中,应始终把注意力集中在了解本课程研究的对象及内容上.此外,对本课程的性质和特点也应有所了解,以便采取合适的学习方法把本课程学好.机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。原理－机械的组成原理、工作原理、分析和设计原理(方法)等。任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。机器的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换机器的作用.机器的分类：原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）工作机－完成有用功（如机床等）工作机的组成：原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。第二章机构的结构分析学习要求:1.搞清运动副、运动链、约束和自由度等重要概念.2.能计算平面机构的自由度并判定其具有确定运动的条件.3.对于一般由平面机构及简单空间机构(包括蜗轮蜗杆机构、圆锥齿轮机构、万向联轴节等)所组成的机械系统,能正确的画出其机构运动简图并计算其自由度.4.对平面机构组成的基本原理有所了解.内容提要:1.机构的组成⑴构件构件是机器中每一个独立运动的单元体,是组成机构的基本要素之一,而零件是机器制造的单元体.①实际的构件可以是一个独立运动的零件,也可以是若干个零件固连在一起的一个独立运动的整体;②构件是机构中的刚性系统,构件中各零件间不能相对运动;③构件的图形在表达上是用最简单的线条或几何图形来表示.⑵运动副运动副是由两构件直接接触而组成的可动的连接,是组成机构的又一基本要素.而把两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素.运动副的基本特征为:①机构运动副的两构件具有一定的接触形式;②两构件能产生一定形式的相对运动.运动副的分类:①按其两构件的相对运动情况分为平面运动和空间运动副;②按其两构件的接触情况分为低副(面接触)和高副(点线接触或线接触);③按其两构件所能产生的相对运动分为转动副、移动副、平面滚滑副(高副)及空间运动副的螺旋副、球面副、球销副等;④还可根据保持运动副两构件上运动副元素互相接触方式分为封闭运动副和力封闭运动副.⑤根据运动副引入的约束数目,运动副又可分为Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副和Ⅴ级副.⑶运动链构件通过运动副的联接而构成的相对可动系统称为运动链.如组成运动链的各构件构成了首末封闭的系统,则称为闭式运动链或简称闭链.如组成运动链的构件末构成首末封闭的系统,则称其为开链.⑷机构机构从其功能上来理解是一种用来传递运动和力的可动装置,从机构组成来看,机构是具有固定构件的运动链.机构中固定的构件称为机架,给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件,而其余活动构件称为从动件.2.机构运动简图⑴机构运动简图机构运动简图是用规定的简单线条和符号代表构件和运动副,按比例尺定出各运动副的位置,准备表达机构运动特征的简单图形.机构运动简图不仅表示了机构的组成和运动情况,而且可用作机构的运动分析和力分析.机构运动简图一定要严格按比例尺绘制,否则只能称为机构示意图.⑵绘制机构运动简图的步骤及方法①分析机构的运动及组成通过观察和分析机械的实际构造和运动情况,先搞清楚机械的原动部分和执行部分,然后循着运动传递的路线,查明组成机构的构件情况和运动副的类别,数目及相对位置情况.②选择投影面选平面机构运动平面或运动平面平行的平面为投影面.③选取比例尺μ=(m/mm)具体画法是:先根据机构的运动尺寸,确定出各运动副的位置(转动副的中心、移动副的导路方位及高副的接触点等),画上相应的运动副符号;再用简单的线条代表构件,将各运动副连接起来;最后,要标出构件号数字及运动副的代号字母,画出原动件的运动方向箭头.3.机构具有确定运动的条件⑴机构的自由度是机构具有确定运动时所需的独立运动参数的数目.⑵为了使机构具有确定的运动,机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目.4.机构自由度的计算⑴平面机构自由度的计算公式为F=3n-(2pl+ph)式中,F为机构自由度,n为机构中活动构件数;pl为机构中的低副数;ph为机构中的高副数.⑵在利用上式计算机构自由度时,应特别注意下列三种情况:A.正确计算运动副的数目①两个以上的构件在同一轴线处以转动副相联接,则构成复合铰链,m个构件以复合铰链相联接,则构成复合铰链,m个构件以复合铰链相联结时,构成转动副的数目为(m-1)个.②两构件在多处配合而构成转动副,且各转动轴线重合,计算运动副数目时也只能算作一个转动副.③两构件在多处接触而构成移动副,且移动方向彼此平行或者重合,计算运动副数目时只能算作一个移动副.④如果两构件在多处相接触而构成平面高副,且各接触点处的公法线彼此重合,计算运动副数目时也只能算作一个平面高副.⑤如果两构件在多处接触而构成平面高副,但各接触点处的公法线方向并不彼此重合,计算运动副数目时,则相当于一个低副.虚约束是机构中实际上不起约束作用的约束.在计算机构自由度时,可将引入虚约束的运动副或运动链部分划掉不计,以达到除去机构中的虚约束目的.B.除去局部自由度局部自由度是在一些机构中某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度．在计算机构自由度时，可将产生局部运动的构件和与其相联接的构件视为焊接在一起，以达到除去局部自由度．C.除去虚约束虚约束是机构中实际上不起约束作用的约束.在计算机构自由度时,可将引入虚约束的运动副或运动链部分划掉不计,以达到除去机构中的虚约束目的.⑶计算机构自由度的另一种方法是在确定了运动副数目pl,ph及局部自由度数目F′,虚约束数目p′后,再按下式计算机构的自由度.F=3n-(2pl+ph-p′)-F′式中:n,pl,ph为未排除局部自由度及虚约束时机构的活动构件数,低副数及高副数;p′虚约束数目;F′局部自由度数目.5.平面机构的组成原理⑴机构的折组分析:将机构分解为机架和原动件及若干个基本杆组,然后,对相同的基本杆组以相同的方法进行运动分析或力分析.⑵机构的组成原理:任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而构成的.6.平面机构的机构分类根据机构的杆组的条件3n-2pl-ph可知,最简单的杆组是由2个构件和3个低副组成的,这种杆组称为Ⅱ级杆组.把4个构件和6个低副组成的基本杆组称为Ⅲ级杆组.在同一机构中可包含不同级别的基本杆组,把最高级别为Ⅱ级的杆组组成的机构称为Ⅱ级机构;把最高级别为Ⅲ级的杆组组成的机构称为Ⅲ级机构;而把由机架和原动件组成的机构称为Ⅰ级机构.7.平面机构中的高副低代⑴高副低代是将机构中的高副虚拟地以低副来代替,替代后机构的自由度不变,机构的瞬时速度、瞬时加速度也不变.高副低代只便于对机构进行自由度计算、机构组成分析和机构运动分析,但不能用于机构的力分析.⑵高副低代的方法是:用一个虚拟两副构件将两高副构件在过接触点的曲率中心处相连起来即可.若高副两元素之一为直线时,则因其曲率中心在无穷远处,故所连接这一端的运动副为移动副.习题:一填空：1、机构的组成原理，任何机构都可以看作是由机架、原动件和从动件组成的。2、平面运动副的最大约束为2，最小约束为1。3、平面机构中若引入一个高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入2个约束。约束数与自由度数的关系是增加的约束数目等于减小的自由度数目。4、构件的自由度为3，运动链的自由度为3ｎ－2ｐl－ｐh，机构的自由度为3ｎ－2ｐl－ｐｈ。5、机构具有确定运动的条件是F0，自由度等于原动件数。6、由M个构件组成的复合铰链应包括M－1个转动副。7、机构要能够运动，自由度必须大于或等于1，机构具有确定相对运动的条件是机构的原动件数目与机构自由度相等。8、机构中的运动副是指两个构件组成的可动联接，平面连杆机构是由许多刚性构件用运动副联接而成的。9、机构中的相对静止件称为机架，机构中按给定运动规律运动的构件称为原动件。10、机构倒置是指变换机架。倒置以后相对运动不变，其原因是相对尺寸未变。11、平面运动副所提供的额约束为1或2。12、杆组是自由度等于0的运动链二简答题1、机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？答：机构具有确定运动的条件是机构自由度数等于原动件数。机构的原动件数小于机构的自由度，机构的运动将不确定。如果原动件数大于机构的自由度，则将导致机构中最薄弱环节的损失。2、什么是运动副？什么是低副？什么是高副？答：运动副是两构件直接接触组成的可动联接。两构件通过点或线接触而构成的运动副统称为高副。两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副。3、何为复合铰链、局部自由度和虚约束？答：两个以上的构件在同一轴线处以转动副相联接，则构成复合铰链。局部自由度是机构中某些构件具有的不影响其它构件运动的自由度。虚约束是机构中与其它约束重复而不起限制运动作用的约束。4、机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？答：机构具有确定运动的条件是机构的原动件的数目应等于机构的自由度的数目。如果机构的原动件数小于机构的自由度，机构的运动将不确定。如果原动件数大于机构的自由度，则将导致机构中最薄弱的环节损失。5、为何要对平面高副机构进行“高副低代”？“高副低代”应满足的条件是什么？答：为使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，便于对含有高副的平面机构进行研究，要对平面高副机构进行“高副低代”。“高副低代”应满足以下条件：（1）代替前后机构的自由度完全相同；（2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。6、机构中的虚约束一般出现在哪些场合？既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？答：在机构中，如果用转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则引入一个虚约束；若两构件上某两点之间的距离始终不变，用双转动副杆将此两点相联，引入一个虚约束；在机构中，不影响机构运动传递的重复部分将引入虚约束。2-1计算图示齿轮一连杆组合机构的自由度.解:Ｆ＝3n-(2pl+ph)=3×6-(2×7+3)=1或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×6-(2×7+3-0)-0=12-2计算图示机构自由度.解:Ｆ＝3n-(2pl+ph)=3×6-(2×8+1)=1或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×7-(2×9+1-0)-1=12-3试计算如图所示的机构的自由度,并指出局部自由度、复合铰链和虚约束,最后判定该机构是否具有确定的运动规律.ABCD解:F=3n-(2pl+ph)=3×7-(2×9+1)=2或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×8-(2×12+1-4)-1=2或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×8-(2×12+1-4)-1=2该机构中E处有一个局部自由度;C处为复合铰链;M与N、R与S均有一个虚约束.该机构具有确定的相对运动.2-4试对图示机构进行分析.在图中标出复合铰链、局部自由度和虚约束,求出机构的自由度.解:C处三杆组成复合铰链,F处为局部自由度;G、J为二构件组成的二个移动副,且方向重合,属虚约束,Ｆ＝3n-(2pl+ph)=3×8-(2×11+1)=1或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×9-(2×13+1-2)-1=1.2-5计算下列机构的自由度,并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束.解:Ｆ＝3n-(2pl+ph)=3×4-(2×5+1)=1或F=