机械原理重要概念总结.doc

第页共页机械原理重要概念总结零件独立的制造单元构件机器中每一个独立的运动单元体运动副由两个构件直接接触而组成的可动的连接运动副元素把两构件上能够参加接触而构成的运动副表面高副凡两构件通过单一点或线接触而构成的运动副称为高副低副通过面接触而构成的运动副统称为低副空间自由运动有歌自由度平面运动的构件有个自由度构件的自由度构件的独立运动数目运动链构件通过运动副的连接而构成的可相对运动系统机架固定的构件原动件机构中做独立运动的构件从动件机构中除原动件外其余的活动构件运动链机构将运动链中的一个构件固定并且它的一个或几个构件作给定的独立运动时其余构件便随之作确定的运动这样运动链就成了机构机构运动简图表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形机构运动简图必须与原机械具有完全相同的运动特性示意图只为了表明机械的结构不按比例来绘制简图约束和自由度的关系增加一个约束构件就失去一个自由度机构具有确定运动的条件机构自由度等于机构的原动件数瞬心在任一瞬间两构件的运动都可以看作是绕某一重合点的相对转动该重合点称为他们的瞬心速度中心绝对瞬心运动构件上瞬时绝对速度为零的点相对瞬心两运动构件上瞬时绝对速度相等的重合点第页共页连杆机构低副机构若干个构件通过低副联接所组成的机构平面四杆机构基本形式铰链四杆机构曲柄在两连杆中能做整周回转机构摇杆只能在一定角度范围内摆动的构件周转副将两构件能做相对转动的转动副摆动副不能将两构件能做相对转动的转动副铰链四杆机构的曲柄存在条件最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和连架杆和机架中有一杆是最短杆最短杆为连杆时该机构为双摇杆机构最短杆为连架杆时该机构为曲柄摇杆机构最短杆为机架时该机构为双曲柄机构有急回运动时偏置曲柄滑块机构和导杆机构无急回运动对心曲柄滑块机构和双摇杆机构死点位置压力角为传动角为曲柄滑块机构当滑块为原动件时存在死点位置平面运动副的最大约束数为最小约束数为引入一个约束的运动副为高副引入两个约束的运动副为平面低副机构具有确定运动的条件机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目根据机构的组成原理任何机构都可以看成是由原动件从动件和机架组成高副两构件通过点线接触而构成的运动副低副两构件通过面接触而构成的运动副由个构件组成的复合铰链应包括个转动副第页共页平面自由度计算公式局部自由度在有些机构中某些构件所产生的局部运动而不影响其他构件的运动虚约束在机构中有些运动副带入的约束对机构的运动只起重复约束的作用虚约束的作用为了改善机构的受力情况增加机构刚度或保证机械运动的顺利基本杆组不能在拆的最简单的自由度为零的构件组速度瞬心互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点若绝对速度为零则该瞬心称为绝对瞬心相对速度瞬心与绝对速度瞬心的相同点互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点不同点后者绝对速度为零前者不是三心定理三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上速度多边形根据速度矢量方程按一定比例作出的各速度矢量构成的图形驱动力驱动机械运动的力阻抗力阻止机械运动的力质量代换法为简化各构件惯性力的确定可以设想把构件的质量按一定条件用集中于构件上某几个选定点的假想集中质量来代替这样便只需求各集中质量的惯性力而无需求惯性力偶距从而使构件惯性力的确定简化质量代换法的特点代换前后构件质量不变代换前后构件的质心位置不变代换前后构件对质心轴的转动惯量不变机械自锁有些机械中有些机械按其结构情况分析是可以运动的但由于摩擦的存在却会出现无论如何增大驱动力也无法使其运动自锁条件机械发生自锁机械自锁的实质驱动力所做功总是小于或等于克服由其可能引起最大摩擦阻力所需要的功提高机械效率的途径尽量简化机械传动系统选择合适的运动副形式尽量减少构件尺寸铰链四杆机构有曲柄的条件第页共页最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和连架杆与机架中必有一杆为最短杆在曲柄摇杆机构中改变摇杆长度为无穷大而形成的曲柄滑块机构在曲柄滑块机构中改变回转副半径而形成偏心轮机构曲柄摇杆中只有取摇杆为主动件时才可能出现死点位置处于死点位置时机构的传动角为急回运动当平面连杆机构的原动件如曲柄摇杆机构的曲柄等从动件摇杆空回行程的平均速度大于其工作行程的平均速度极为夹角机构在两个极位时原动件所在的两个位置之间的夹角压力角力与点速度正向之间的夹角传动角与压力角互余的角锐角行程速比系数用从动件空回行程的平均速度与工作行程的平均速度的比值平面四杆机构中有无急回特性取决于极为夹角的大小试写出两种能将原动件单向连续转动转换成输出构件连续直线往复运动且具有急回特性的连杆机构偏置曲柄滑块机构摆动导杆加滑块导轨牛头刨床机构曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构双滑块四杆机构正弦机构偏心轮机构导杆机构回转导杆机构摆动导杆机构曲柄摇块机构直动滑杆机构机构的倒置选运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法刚性冲击出现无穷大的加速度和惯性力因而会使凸轮机构受到极大的冲击柔性冲击加速度突变为有限值因而引起的冲击较小在凸轮机构机构的几种基本的从动件运动规律中等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击等加速等减速和余弦加速度运动规律产生柔性冲击正弦加速度运动规律则没有冲击第页共页在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中等速只宜用于低速的情况等加速等减速和余弦加速度宜用于中速正弦加速度可在高速下运动凸轮的基圆半径是从转动中心到理论轮廓的最短距离凸轮的基圆的半径越小则凸轮机构的压力角越大而凸轮机构的尺寸越小凸轮机构高副机构是凸轮从动件机架及附属装置组成的一种高副机构齿轮作用传递空间任意两轴间的运动和动力齿轮特点传动功率大效率高传动比精确使用寿命长工作安全可靠要求制造安装精度高且成本高齿廓啮合的基本定律相互啮合传动的一对齿轮在任一位置时的传动比被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段长成反比渐开线当直线沿一圆周作纯滚动时直线上任一一点的轨迹渐开线的性质发生线上线段长度等于基圆上被滚过的弧长渐开线上任一一点的发线恒于其基圆相切渐开线越接近基圆部分的曲率半径越小在基圆上其曲率半径为零渐开线的形状取决于基圆的大小基圆以内无渐开线同一基圆上任意弧长对应的任意两条公法线相等渐开线函数渐开线齿廓的啮合特点能保证定传动比传动且具有可分性传动比不仅与节圆半径成反比也与其基圆半径成反比还与分度圆半径成反比第页共页渐开线齿廓之间的正压力方向不变渐开线齿轮的基本参数模数齿数压力角齿顶高系数顶隙系数一对渐开线齿轮正确啮合的条件两轮的模数和压力角分别相等一对渐开线齿廓啮合传动时他们的接触点在实际啮合线上它的理论啮合线长度为两基圆的内公切线渐开线齿廓上任意一点的压力角是指该点法线方向与速度方向间的夹角渐开线齿廓上任意一点的法线与基圆相切根切采用范成法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是刀具齿顶线超过啮合极限点一对涡轮蜗杆正确啮合条件中间平面内蜗杆与涡轮的模数和压力角分别相等齿轮传动的连续条件重合度大于或等于许用值啮合节点两齿廓接触点处公法线与两轮连心线的交点一对渐开线圆柱齿轮的重合度定义实际啮合线段与齿轮法向齿距之比增大重合度对提高齿轮传动的承载能力具有重要意义重合度随齿数增大而增大一对渐开线标准直齿圆柱齿轮非标准安装时节圆与分度圆不重合分度圆的大小取决于模数齿数节圆大小取决于中心距渐开线齿廓啮合的定传动比性两齿轮在任意点啮合其公法线必为定直线其与线交点必为定点则两轮传动比为常数渐开线齿轮传动间的可分性渐开线齿轮的传动比又与两轮基圆半径成反比渐开线齿廓加工完成后其基圆大小是不变的当两轮的实际中心距与设计中心第页共页距发生变化时两轮的传动比不变渐开线齿轮传动间的平稳性传动过程中两啮合齿廓间的正压力方向始终不变压力角决定渐开线齿廓形状模数齿数压力角决定渐开线形状模数决定齿轮的几何尺寸渐开线齿轮的正确啮合条件两轮的模数和压力角应分别相等在齿轮传动中为避免一轮的齿顶与另一轮齿根的过渡曲线相抵触故在一轮齿顶圆与另一轮齿根圆之间应留有一定的间隙称为顶隙无侧隙啮合条件一个齿轮节圆上的等于另一个齿轮节圆上的齿槽宽即或支持圆锥齿轮机构可以传递两相交轴之间的运动和动力标准中心距两轮的中心距等于两轮分度圆半径之和按标准中心距进行安装的称为标准安装标准安装当齿轮分度圆与齿条分度线相切节圆与分度圆重合根切用展成法加工齿轮时有时轮齿根部间的渐开线齿廓被刀具顶切去一部分若刀具的齿顶线超过啮合极限则被切齿轮必发生轮齿根切避免根切应用道具的齿顶线不超过啮合极限点若改用正变为修正法齿轮分度圆直径不变基圆直径不变齿距不变齿厚变大齿槽宽减少齿顶高增大齿根高减少齿顶圆增大齿根圆减少变位修正法改变刀具与轮胚相对位置加工齿轮的方法称为变位修正法用这种方法加工出的齿轮称为变位齿轮第页共页当量齿轮的应用用来选取齿轮铣刀的刀号用来计算齿轮的强度用来确定斜齿轮不根切的最小齿数斜齿轮传动的正确啮合条件螺旋角匹配两齿轮的模数和压力角分别相等斜齿轮传动特点啮合性能好重合度大结构紧凑设计斜齿轮传动时可用改变螺旋角的方法来调整中心距的大小以满足对中心距的设计要求而不一定用变位的方法涡轮蜗杆机构是用来传动空间的运动和动力的结构最常用的是轴交角涡轮蜗杆的传动特点传动比大传动平稳传动效率高传动的自锁性蜗轮蜗杆的正确啮合条件中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等或蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别等于涡轮的端面模数和端面压力角且为标准值机械平衡的目的设法使惯性力和惯性力偶距消除或减小从而改善机械的工作性能并延长其使用寿命飞轮是一个转动惯量很大的回转构件用以调节机械的周期速度波动飞轮最好安装在高速轴上飞轮之所以能调速利用了它的储能作用定轴轮系如果在轮系运转时其各个轮齿的轴线相对于机架的位置都是固定的周转轮系如果在连续运转时其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定而是绕着其它齿轮的固定轴线回转复合轮系包含定轴轮系部分又包含周转轮系部分或者由几部分周转轮系组成定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值第页共页中介轮不影响传动比的大小而仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用曲柄在连杆架中能作整周回转的称为曲柄摇杆只能在一定范围内摆动的称为摇杆曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中若两个连杆架中一个为曲柄另一个为摇杆则此四杆机构称为曲柄摇杆机构双曲柄机构在铰链四杆机构中若两个连杆架都是曲柄则称为双曲柄机构双摇杆机构若铰链四杆机构的两个连杆架都是摇杆则称为双摇杆机构平面四杆机构有曲柄的条件杆长条件最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其他两杆的长度和组成该周转副的两杆中必有一杆为四杆中的最短杆若最短杆为连架杆时该四杆机构将成为双曲柄机构若最短杆为连杆则该四杆机构成为双摇杆机构急回特性当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时机构便具有急回特性角越大越大急回运动性质越显著凸轮凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆被凸轮直接推动的构件称为推杆或从动件齿顶圆以齿轮的轴心为圆心过齿轮各轮齿顶端所作的圆称为齿顶圆其直径和半径分别以和表示齿根圆以齿轮的轴心为圆心过齿轮各各齿槽底部所作的圆称为齿根圆其直径和半径分别以和表示齿厚沿任意圆周所量得的轮齿的弧线厚度称为该圆周上的齿厚以表示齿槽宽相邻两轮齿之间的齿槽沿任意圆周所量的弧线宽度称为该圆周上的齿槽宽以第页共页表示齿距沿任意圆周所量得的相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距以表示在同一圆周上齿距等于齿厚与齿槽宽之和即分度圆为了便于齿轮各部分尺寸的计算在齿轮上选择一个圆作为计算的基准称该圆为齿轮的分度圆其直径半径齿厚齿槽宽齿距分别以和表示且齿顶高介于分度圆与齿顶圆之间的轮齿部分称为齿顶其径向高度称为齿顶高以表示齿根圆介于分度圆与齿根圆之间的轮齿部分称为齿根其径向高度称为齿根高以表示齿全高齿顶圆与齿根圆之间的径向距离即齿顶高与齿根高之和称为齿全高以表示则齿数在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为齿数用表示模数齿数相同的齿轮模数大则其尺寸也大渐开线齿轮正确啮合的条件两齿轮的模数和压力角应分别相等锥齿轮当量齿轮的模数和压力角与锥齿轮断面的模数和压力角相等蜗轮蜗杆当蜗杆和涡轮的轴线交错角为时还需保证蜗杆的导程角等于涡轮的螺旋角即使并且螺旋线的方向相等根切现象用范成法切制齿轮时有时刀具会过多的切入齿轮的底部因而将齿轮的渐开线切除一部分的现象重合度重合度的大小与齿数模数压力角齿顶高系数顶隙系数及中心局之间的关系一对渐开线齿轮正确啮合的条件直齿轮两齿轮的模数和压力角应分别相等斜齿轮两齿轮的模数和压力角应分别相等还有他们的螺旋角必须满足外啮合第页共页内啮合渐开线的特性发生线上的线段等于基圆上被滚过的弧长即渐开线上的任意一点的法线恒切与基圆渐开线愈接近基圆部分的曲率半径愈小在基圆上其曲率半径为零渐开线的形状取决与基圆的大小基本以内无渐开线什么叫机械什么叫机器什么叫机构它们三者之间的关系机械是机器和机构的总称机器是一种用来变换和传递能量物料与信息的机构的组合讲运动链的某一构件固定机架当它一个或少数几个原动件独立运动时其余从动件随之做确定的运动这种运动链便成为机构零件构件机构机器后两个简称机械在计算平面机构的自由度时应注意那些事项要正确计算运动副的数目要除去局部自由度要除去虚约束个构件含机架组成的机构的瞬心总数三心定理即个彼此做平面平行运动飞构件的个瞬心必位于同一直线上对于不通过运动服直接相连的两构件的瞬心位置可可借助三心定理来确定机械平衡的目的设法将构件的不平衡惯性力加以平衡以消除或减小其不良影响机械运转的三个阶段起动阶段稳定运转阶段停车阶段四杆机构的基本形式曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构四杆机构中有周转副的条件是最长杆与最短杆的长度之和其余两杆的长度之和第页共页构成该转动副的两杆之一为四杆中的最短杆四杆机构中有曲柄的条件各杆的长度应满足杆长条件其最短杆为连架或机架当最短杆为连架时则为曲柄摇杆机构当最短杆为机架时则为双曲柄机构当最短杆为连杆时则为双摇杆机构压力角和传动角互余压力角从动件受力的方向与受力点的速度之间所夹的锐角传动角压力角的余角死点位置往复运动机械构件作主动件时无论多大都不能使机构运动凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到各种预期的运动规律按凸轮的形状分盘形凸轮圆柱凸轮按推杆的形状分尖顶推杆滚子推杆平底推杆按从动件的运动形式摆动从动件移动从动件按从动件形式尖顶从动件滚子从动件平底从动件什么叫刚性冲击和柔性冲击推杆在运动开始和终止的瞬间因速度有突变所以这是推杆在理论上将出现无穷大的加速度和惯性力因而会使凸轮机构受到极大的冲击称为刚性冲击惯性力极大的冲击力三点加速度有突变不过这一突变为有限值第页共页引起的冲击较小称为柔性冲击用于平行轴间的传动的齿轮机构直齿轮用于相交轴间的传动的齿轮机构锥齿轮用于交错轴间的传动的齿轮机构斜齿轮