山科機械原理考研超強總結(jié)

1、第二章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1 機構(gòu)的組成一、構(gòu)件從制造加工角度：機械由零件組成零件制造單元體 從運動和功能實現(xiàn)角度：構(gòu)件獨立運動的單元體注意：構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個零件的剛性聯(lián)接二、運動副1、運動副：指兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接。運動副元素：指兩個構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成運動副的部分。運動副元素不外乎為點、線、面。注意：（）運動副是一種聯(lián)接；（）運動副由兩個構(gòu)件組成；（）組成運動副的兩個構(gòu)件之間有相對運動2、構(gòu)件自由度與約束（1）構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。一個自由構(gòu)件在空間具有6個自由度。（2）約束：指通過運動副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對獨立運

2、動所受到的限制。運動副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對自由度減少的數(shù)目。運動副引入的約束數(shù)：最多為5個。3、運動副分類：按運動副接觸形式分 低副:兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為低副; 高副:凡兩構(gòu)件系通過點或線接觸而構(gòu)成的運 動副統(tǒng)稱為高副; 三、運動鏈:指兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。四、機構(gòu)機構(gòu):在運動鏈中將一構(gòu)件加以固定, 而其余構(gòu)件都具有確定的運動，則運動鏈便成為機構(gòu)。機架：機構(gòu)中固定不動構(gòu)件。原動件: 機構(gòu)中按給定的運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件。從動件:機構(gòu)其余活動構(gòu)件。平面機構(gòu): 機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動為平面運動?？臻g機構(gòu): 機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動為空間運動。2-2 機構(gòu)

3、運動簡圖1、機構(gòu)的運動：與原動件運動規(guī)律、運動副類型、機構(gòu)運動尺寸有關(guān)。2、機構(gòu)運動簡圖：指根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸, 按一定的比例尺定出各運動副的位置, 并用國標規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運動副，繪制出表示機構(gòu)運動關(guān)系的簡明圖形。分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定運動副的數(shù)目。循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目;恰當?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的平面作為投影面。選擇適當?shù)谋壤? 定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號, 將機構(gòu)運動簡圖畫出來。2-3 機構(gòu)具

4、有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)原動件數(shù)=機構(gòu)自由度數(shù)2-4 機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)的自由度計算公式：2-5 計算機構(gòu)自由度應注意的事項1、復合鉸鏈（如圖2-1） ：實例分析1：計算圖2-2直線機構(gòu)自由度兩個以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接即構(gòu)成復合鉸鏈。m個構(gòu)件以復合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)為(m-1)個。2、局部自由度：實例分析2：計算圖2-3凸輪機構(gòu)自由度圖2-1）注意：計算機構(gòu)自由度時, 應將局部自由度除去不計。方法一：方法二：假想構(gòu)件2和3焊成一體機構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其他構(gòu)件的運動, 把這種局部運動的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用F表示.圖2-3）圖2-

5、2）3、虛約束a）（1）指機構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運動副帶入的約束對機構(gòu)運動實際上起不到獨立的約束作用, 這些對機構(gòu)運動實際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P表示。注意：在計算自由度時，應將虛約束除去不計。（2）去除虛約束的方法：b）將因虛約束而減少的自由度再加上。即圖2-4）不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)。分析：E3和E5點的軌跡重合，引入一個虛約束（如圖2-4b）所示正確計算：（3）虛約束常出現(xiàn)的情況：（如圖2-5）機構(gòu)中兩構(gòu)件未聯(lián)接前的聯(lián)接點軌跡重合,則該聯(lián)接引入1個虛約束;正確計算：將因虛約束而減少的自由度再加上。圖2-5）不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)。兩構(gòu)

6、件在幾處接觸而構(gòu)成運動副兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動副且導路互相平行或重合。（如圖2-6a）所示b）a）兩個構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是重合的。（如圖2-6b）所示圖2-6）注：只有一個運動副起約束作用,其它各處均為虛約束;若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線重合,則只能算一個平面高副（如圖2-7）所示。若公法線方向不重合，將提供各2個約束（如圖2-8）所示。圖2-8此兩種情況沒有虛約束束）圖2-7有一處為虛約束） 機構(gòu)運動過程中, 某兩構(gòu)件上的兩點之間的距離始終保持不變, 將此兩點以構(gòu)件相聯(lián), 則將帶入1個虛約束。（如圖2-9）所示圖2-10）圖2-9）某些不影

7、響機構(gòu)運動的對稱部分或重復部分所帶入的約束為虛約束。（如圖2-10）所示小結(jié)復合鉸鏈：存在于轉(zhuǎn)動副處；正確處理方法：復合鉸鏈處有m個構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副局部自由度：常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去。虛約束：存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運動副除去不計。第三章 平面機構(gòu)的運動分析3-2 用速度瞬心作平面機構(gòu)的速度分析一、速度瞬心1、速度瞬心(瞬心): 指互相作平面相對運動的兩構(gòu)件在任一瞬時其相對速度為零的重合點。即兩構(gòu)件的瞬時等速重合點。(1)絕對瞬心: 指絕對速度為零的瞬心。(2

8、)相對瞬心: 指絕對速度不為零的瞬心。瞬心的表示:構(gòu)件i 和 j 的瞬心用Pij表示二、機構(gòu)中瞬心的數(shù)目 由N個構(gòu)件組成的機構(gòu), 其瞬心總數(shù)為K三、機構(gòu)中瞬心位置的確定 1、通過運動副直接相聯(lián)兩構(gòu)件的瞬心位置確定（如圖3-1）所示 若為純滾動, 接觸點即為瞬心；轉(zhuǎn)動副聯(lián)接兩構(gòu)件的瞬心在轉(zhuǎn)動副中心。移動副聯(lián)接兩構(gòu)件的瞬心在垂直于導路方向的無究遠處。圖3-1）P13若既有滾動又有滑動, 則瞬心在高副接觸點處的公法線上。2、不直接相聯(lián)兩構(gòu)件的瞬心位置確定（如圖3-2）所示三心定理:三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的三個瞬心必位于同一直線上。例題:試確定平面四桿機構(gòu)在圖示位置時的全部瞬心的位置。P34解:

9、 機構(gòu)瞬心數(shù)目為: K=63瞬心、用于三心定理來求速度瞬心法應用例題分析一4如圖所示的平面四桿機構(gòu)中, 已知原動件2以角速度w2等速度轉(zhuǎn)動, 現(xiàn)需確定機構(gòu)在2P23圖示位置時從動件4的角速度w4。4解：1、確定機構(gòu)瞬心22、為構(gòu)件2和4的等速重合點, 1圖3-2）P24P14P14稱為機構(gòu)傳動比；且等于該兩構(gòu)件絕對瞬心至其相對瞬心距離的反比速度瞬心法應用例題分析二如圖3-3所示的帶有一移動副的平面四桿機構(gòu)中, 已知原動件2以角速度等速度轉(zhuǎn)動, 現(xiàn)需確定機構(gòu)在圖示位置時從動件4的速度。圖3-3）P23P242342v2P14P34P12223nKP12P231nP13解：確定機構(gòu)瞬心如圖所示速度

10、瞬心法應用例題分析三如圖3-4所示凸輪機構(gòu)，設已知各構(gòu)件尺寸和凸輪的角速度，求從動件3的速度。解：確定構(gòu)件2和3的相對瞬心P23總結(jié)： 瞬心法優(yōu)點: 速度分析比較簡單。圖3-4）瞬心法缺點：不適用多桿機構(gòu)； 如瞬心點落在紙外，求解不便；速度瞬心法只限于對速度進行分析, 不能分析機構(gòu)的加速度；精度不高。3-3 機構(gòu)運動分析的矢量方程圖解法二、同一構(gòu)件上兩點間的速度及加速度的關(guān)系1.所依據(jù)的基本原理:運動合成原理：一構(gòu)件上任一點的運動，可以看作是隨同該構(gòu)件上另一點的平動(牽連運動)和繞該點的轉(zhuǎn)動(相對運動)的合成。 2、實例分析已知圖3-5所示曲柄滑塊機構(gòu)原動件AB的運動規(guī)律和各構(gòu)件尺寸。求：圖示

11、位置連桿BC的角速度和其上各點速度。連桿BC的角加速度和其上C點加速度。圖3-5）解題分析：原動件AB的運動規(guī)律已知，則連桿BC上的B點速度和加速度是已知的，于是可以用同一構(gòu)件兩點間的運動關(guān)系求解。（1）速度解題步驟： 求由運動合成原理列矢量方程式 大?。?？ ?方向： xx AB BC確定速度圖解比例尺v( (m/s)/mm) （如圖3-6）所示作圖求解未知量： 求大?。?？ ？ ? 方向： ？ AB EB xx EC 速度多邊形特性（如圖3-6）所示圖3-6）由極點p向外放射的矢量代表相應點的絕對速度； 連接極點以外其他任意兩點的矢量代表構(gòu)件上相應兩點間的相對速度， 其指向與速度的下角標相

12、反；因為BCE與 bce 對應邊相互垂直且角標字母順序一致，故相似， 所以圖形 bce 稱之為圖形BCE的速度影像（2）加速度求解步驟： 求列矢量方程式 確定加速度比例尺作圖求解未知量：求 注意：速度影像和加速度影像只適用于構(gòu)件。圖3-7）由極點向外放射的矢量代表構(gòu)件相應點的絕對加速度；連接兩絕對加速度矢量矢端的矢量代表構(gòu)件上相應兩點間的相對加速度，其指向與加速度的下角標相反；也存在加速度影像原理。三、兩構(gòu)件重合點間的速度和加速度的關(guān)系已知圖示機構(gòu)尺寸和原動件1的運動。求重合點C的運動。1.依據(jù)原理構(gòu)件2的運動可以認為是隨同構(gòu)件1的牽連運動和構(gòu)件2相對于構(gòu)件1的相對運動的合成。 ？ ?2、依據(jù)

13、原理列矢量方程式CD AC AB大?。?方向 ？ ？CD CD AB大?。?方向1ADC1432Bvc2c1ac1vc1C1、C2、C3科氏加速度方向是將沿牽連角速度轉(zhuǎn)過90o的方向。矢量方程圖解法小結(jié)1.列矢量方程式第一步要判明機構(gòu)的級別：適用二級機構(gòu)；第二步分清基本原理中的兩種類型。 第三步矢量方程式圖解求解條件：只有兩個未知數(shù)2.做好速度多邊形和加速度多邊形首先要分清絕對矢量和相對矢量的作法，并掌握判別指向的規(guī)律。其次是比例尺的選取及單位。3.注意速度影像法和加速度影像法的應用原則和方向4.構(gòu)件的角速度和角加速度的求法5.科氏加速度存在條件、大小、方向的確定6.最后說明機構(gòu)運動簡圖、速度

14、多邊形及加速度多邊形的作圖的準確性，與運動分析的結(jié)果的準確性密切相關(guān)。第四章 平面機構(gòu)力分析§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、一般力學方法1. 作平面復合運動的構(gòu)件：（如圖4-1）所示構(gòu)件BC上的慣性力系可簡化為：加在質(zhì)心S上的慣性力和慣性力偶?？梢杂每倯T性力來代替和 ， = ，作用線由質(zhì)心S 偏移圖4-2）圖4-1）圖4-3）2. 作平面移動的構(gòu)件（如圖4-2）所示等速運動：； 變速運動：3. 繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件（如圖4-3）所示1）繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件等速轉(zhuǎn)動：； 變速運動：只有慣性力偶2）繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動等速轉(zhuǎn)動：產(chǎn)生離心慣性力； 變速轉(zhuǎn)動：可以用總慣性力來代替和 ， =

15、，作用線由質(zhì)心S 偏移 §43運動副中的摩擦一、研究摩擦的目的1. 摩擦對機器的不利影響1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費Þ 機械效率¯ 2）使運動副元素受到磨損Þ零件的強度¯、機器的精度和工作可靠性Þ¯ 機器的使用壽命¯3）使運動副元素發(fā)熱膨脹Þ 導致運動副咬緊卡死Þ機器運轉(zhuǎn)不靈活；4）使機器的潤滑情況惡化Þ機器的磨損Þ­機器毀壞。2. 摩擦的有用的方面： 有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合器和制動器等。二、移動副中的摩擦（如圖4-4）所示1.移動副中摩

16、擦力的確定 當外載一定時，運動副兩元素間法向反力的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)：圖4-4）1）兩構(gòu)件沿單一平面接觸 2）兩構(gòu)件沿一槽形角為的槽面接觸（如圖4-5）所示 圖4-6）圖4-5）3）兩構(gòu)件沿圓柱面接觸（如圖4-6）所示是沿整個接觸面各處反力的總和。整個接觸面各處法向反力在鉛垂方向的分力的總和等于外載荷Q。 4）標準式不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的滑動摩擦力均可用通式：來計算 -當量擦系數(shù)5）槽面接觸效應當運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸時，均有v Þ其它條件相同的情況下，沿槽面或圓柱面接觸的運動副兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力平面接觸運動副元素之間所產(chǎn)生的摩

17、擦力。圖4-7）2. 移動副中總反力的確定（如圖4-7）所示1）總反力和摩擦角總反力：法向反力和摩擦力的合力。摩擦角j：總反力和法向反力之間的夾角。2）總反力的方向R21與移動副兩元素接觸面的公法線偏斜一摩擦角j；R21與公法線偏斜的方向與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2 的相對速度方向v12的方向相反3. 斜面滑塊驅(qū)動力的確定1）求使滑塊1 沿斜面 2 等速上行時所需的水平驅(qū)動力P（如圖4-8）所示根據(jù)力的平衡條件2）求保持滑塊1沿斜面2等速下滑所需的水平力 P （如圖4-9）所示根據(jù)力的平衡條件圖4-9）圖4-8）注意當滑塊1下滑時，Q為驅(qū)動力，為阻抗力，其作用為阻止滑塊1 加速下滑。如果a<j，

18、為負值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促使滑塊1沿斜面等速下滑。三、螺旋副中的摩擦1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦（如圖4-10）所示1）矩形螺紋螺旋副的簡化將螺紋沿中徑d2 圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜面，該斜面的升角a等于螺旋在其中徑d2上的螺紋升角。 l-導程，z-螺紋頭數(shù)， p-螺距螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進行力分析。2）擰緊和放松力矩圖4-10）擰緊：螺母在力矩M作用下 逆著Q力等速向上運動，相當于在滑塊2上加一水平力P，使滑塊2 沿著斜面等速向上滑動。放松：螺母順著Q力的方向等速向下運動，相當于滑塊2沿著斜面等速向下滑。四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦1. 軸頸摩擦（如圖4-11）所示1）摩擦力矩和摩

19、擦圓摩擦力對軸頸形成的摩擦力矩 用總反力來表示及由力平衡條件Þ 圖4-11）由Þ摩擦圓：以r為半徑所作的圓。2）轉(zhuǎn)動副中總反力的確定（1）根據(jù)力平衡條件，2）總反力必切于摩擦圓（3）總反力對軸頸軸心O之矩的方向必與軸頸1相對于軸承2的角速度的方向相反。注意是構(gòu)件2作用到構(gòu)件1上的力，是構(gòu)件1所受的力。是構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的角速度。構(gòu)件2作用到構(gòu)件1上的作用力R21對轉(zhuǎn)動副中心之矩，與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的角速度方向相反。 第五章 機械的效率與自鎖§5-1 機械的效率一、各種功及其相互關(guān)系驅(qū)動功（輸入功）：作用在機械上的驅(qū)動力所作的功。有益功（輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所

20、作的功。損耗功：克服有害阻力所作的功二、機械效率機械效率是輸出功和輸入功的比值，它可以反映輸入功在機械中有效利用的程度?；蛉?、提高機械效率的方法1、盡量簡化機械傳動系統(tǒng)，使傳遞通過的運動副數(shù)目越少越好；2、減少運動副中的摩擦。四、機械效率的計算機械效率的統(tǒng)一形式：例：如圖所示斜面滑塊機構(gòu)1）正行程（如圖5-1）的驅(qū)動力 則正行程的效率：式中，可令實際驅(qū)動力P計算式中的摩擦角2）反行程（如圖5-2）水平力為則反行程的效率：式中，可令實際驅(qū)動力P計算式中的摩擦角圖5-2）圖5-1）§5-2 機械的自鎖一、機械的自鎖：由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也無法使機械運動的現(xiàn)象。二、自鎖現(xiàn)象的

21、意義1）設計機械時，為了使機械實現(xiàn)預期的運動，必須避免機械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；2）一些機械的工作需要其具有自鎖特性。三、發(fā)生自鎖的條件1. 滑塊實例（如圖5-3）所示滑塊1與平臺2 組成移動副。 P為作用于滑塊1上驅(qū)動力 ，b 為力P與滑塊1和平臺2接觸面的法線nn之間的夾角，j為摩擦角。（1）力P分解為水平分力和垂直分力，（2）有效分力：推動滑塊1 運動的分力。（3）垂直分力：所能引的最大摩擦力當 b£j 時Þ滑塊1不會發(fā)生運動-自鎖現(xiàn)象圖5-4）圖5-3）2. 轉(zhuǎn)動副實例（如圖5-4）所示力P為作用在軸頸上的單一外載荷。當力P的作用線在摩擦圓之內(nèi)（a<）時&

22、#222;力 P 對軸頸中心的力矩力P本身所能引起的最大摩擦力矩 a<Þ Þ不論力P 如何增大，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動。-自鎖現(xiàn)象3.一般條件機械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力多么大，都不能超過由它所產(chǎn)生的摩擦阻力。Û驅(qū)動力所作的功，總是小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。 0當=0時，機械處于臨界自鎖狀態(tài)；當<0時，其絕對值越大，表明自鎖越可靠。斜面壓榨機（如圖5-5a）所示該機構(gòu)在當力P 撤去后，在的作用下應該具有自鎖性。（1）求出當為驅(qū)動力時，該機構(gòu)的機械效率。（設各接觸面的摩擦系數(shù)相同。）根據(jù)各接觸面間的相對運動及已知的摩擦角j，將兩滑塊所受的總反力作

23、出。取滑塊2為分離體（如圖5-5b），列出平衡方程式： 作出力多邊形（如圖5-5c），并由正弦定律所以 則 取滑塊3為分離體（如圖5-5d），列出平衡方程可作出力多邊形（如圖5-5e）并由正弦定律所以則因為所以聯(lián)立得所以令P0即0所以0 此即該斜面壓榨機反行程自鎖的條件。b)）a)）c)）d)）f)）e)）圖5-5）第七章 機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)一、機械的運動方程式1、機械運動方程的一般表達式機械系統(tǒng)的運動方程式為：dE=dW 圖7-1）對于如圖7-1曲柄滑塊機構(gòu)： dE=dW系統(tǒng)的運動方程式為：2、機械系統(tǒng)的等效動力學模型（1）等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩等效轉(zhuǎn)動慣量等效力矩（能量微分形式的

24、運動方程式）等效構(gòu)件說明：對一個單自由度的機械系統(tǒng)的運動研究可簡化為對該系統(tǒng)的一個具有等效轉(zhuǎn)動慣量Je（j），在其上作用有等效力矩Me（j ,w ,t）的假想構(gòu)件的運動的研究。具有等效轉(zhuǎn)動慣量，其上作用有等效力矩的等效構(gòu)件圖7-2）原機械系統(tǒng)等效動力學模型2. 等效質(zhì)量和等效力選滑塊為曲柄滑塊機構(gòu)的等效構(gòu)件(如圖7-3)所示等效質(zhì)量：等效力：圖7-3）（能力微分形式的運動方程式）例：如圖7-4為一齒輪驅(qū)動的正弦機構(gòu)，已知：轉(zhuǎn)動慣量為；，轉(zhuǎn)動慣量為，曲柄長為l，滑塊3和4的質(zhì)量分別為，,其質(zhì)心分別在C和D點，輪1上作用有驅(qū)動力矩,在滑塊4上作用有阻抗力，取曲柄為等效構(gòu)件，求：圖示位置時的等效轉(zhuǎn)動

25、慣量及等效力矩解：1）求圖7-4） 2）求瞬時功率不變說明：1）的前三項為常數(shù)，第四項為等效構(gòu)件的位置參數(shù)的函數(shù)，為變量。2）工程上，為了簡化計算，常將等效轉(zhuǎn)動慣量中的變量部分用其平均值近似代替，或忽略不計。§ 7-4穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)一、產(chǎn)生周期性速度波動的原因(如圖7-5)所示當?shù)刃?gòu)件回轉(zhuǎn)過j角時， 機械動能的增量為：盈功：E >0 ，用“+”號表示。圖7-5）虧功：E <0 ，用“-”號表示。在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的­；在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的¯在Me和Je的公共周期內(nèi)，Û經(jīng)過Me和Je的一個公共周期，機械的動能恢復到

26、原來的值Þ等效構(gòu)件的角速度恢復到原來的數(shù)值。Þ等效構(gòu)件的角速度在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中呈現(xiàn)周期性波動。二、速度波動程度的衡量指標1. 平均角速度 2. 角速度的變化量可反映機械速度波動的絕對量，但不能反映機械運轉(zhuǎn)的不均勻程度。例如：當=5rad/s時，對于=10 rad/s 和 =100rad/s的機械，低速機械的速度波動要明顯一些。3. 速度不均勻系數(shù)d：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用它來表示機械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。設計機械時，應滿足： 一定時，d 越小， 與的差值越小，機器的運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。為了減少機械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的方法是在機械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量

27、JF 的飛輪來進行調(diào)節(jié)。飛輪相當于一個儲能器。當機械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減??；當出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補能量的不足，使主軸角速度下降的幅度減小。1. 最大盈虧功：指一個周期內(nèi)，驅(qū)動功和阻抗功之差的最大值?；颍阂粋€周期內(nèi)，機械速度由上升到（或由下降到）時，外力對系統(tǒng)所作的盈功（或虧功）的最大值。設在機械上安裝的飛輪的等效轉(zhuǎn)動慣量為圖(7-5b)所示為某機械系統(tǒng)的動能E(j)在一個周期內(nèi)的變化曲線。b處： ，c處：，Þ：在 與 之間能量指示圖（如圖7-6）：以a點為起點，按一定比例用向量線段依次表示相應位置和之間所包圍的面的大

28、小和正負的圖形。代表最大盈虧功的大小2.飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 ：圖7-6）例在圖7-7所示的刨床機構(gòu)中，已知空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率為，時，試確定電動機所需的平均功率，并分別計算在以下兩種情況中的飛輪轉(zhuǎn)動慣量1)飛輪裝在曲柄軸上；2)飛輪裝在電動機軸上，電動機的額定轉(zhuǎn)速忽略減速器的轉(zhuǎn)動慣量。解：1.求平均功率2.求最大盈虧功（如圖7-8）所示3. 求飛輪轉(zhuǎn)動慣量1)飛輪裝在曲柄軸上2）飛輪裝在電動機軸上圖7-7）2573.9367.73677圖7-8）例2：某內(nèi)燃機的曲柄輸出力矩，其運動周期，曲柄的平均轉(zhuǎn)速。當用該內(nèi)燃機驅(qū)動一阻抗力為常數(shù)的機械時，如果要求其求：，試求1)曲柄最大

29、轉(zhuǎn)速和相應的曲柄轉(zhuǎn)角位置2) 裝在曲軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量圖7-9）解：1)確定阻抗力矩 一個循環(huán)內(nèi)驅(qū)動功應等于阻抗功，2）求3）求第八章：平面連桿機構(gòu)及其設計本章教學目標了解平面連桿機構(gòu)的組成及其主要優(yōu)缺點;了解平面連桿機構(gòu)的基本形式及其演化和應用；明確四桿機構(gòu)曲柄存在條件和機構(gòu)急回運動及行程速比系數(shù)等概念；對傳動角、死點、運動連續(xù)性等有明確的概念；了解平面四桿機構(gòu)設計的基本問題，掌握根據(jù)具體設計條件和實際需要設計平面四桿機構(gòu)的方法。8-2 平面四桿機構(gòu)的類型及應用一、平面四桿機構(gòu)的基本型式（如圖8-1）所示曲柄：能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿。圖8-1）搖桿：只能在一定范圍內(nèi)搖動的連架桿；周轉(zhuǎn)副：組成

30、轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件能整周相對轉(zhuǎn)動；擺轉(zhuǎn)副：不能作整周相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。1、曲柄搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)中，若其兩個連架桿一為曲柄，一為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。2、雙曲柄機構(gòu)（如圖8-2）所示在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若其兩個連架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)：指相對兩桿平行且相等的雙曲柄機構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)特性：圖8-2）兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動；連桿作平動逆平行（反平行）四邊形機構(gòu)：指兩相對桿長相等但不平行的雙曲柄機構(gòu)圖8-3）3、雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)若兩連架桿都是搖桿，則稱其為雙搖桿機構(gòu)。8-3 平面四桿機構(gòu)的基本知識一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件分析：（如圖8-4）所示構(gòu)件AB要為曲

31、柄，則轉(zhuǎn)動副A應為周轉(zhuǎn)副；圖8-4）為此AB桿應能占據(jù)整周中的任何位置；因此AB桿應能占據(jù)與AD共線的位置AB'及AB''。 兩兩相加 結(jié)論：轉(zhuǎn)動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件：1)最短桿長度+最長桿長度其余兩桿長度之和桿長條件2)組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿是最短桿。推論：當機構(gòu)尺寸滿足桿長條件時，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動副為擺轉(zhuǎn)副。平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件：機構(gòu)尺寸滿足桿長條件，且最短桿為機架或連架桿。例：圖8-5所示機構(gòu)尺寸滿足桿長條件，當取不同構(gòu)件為機架時各得什么機構(gòu)？最短桿為機架得雙曲柄機構(gòu)取最短桿相鄰的構(gòu)件為機架得曲柄搖桿機構(gòu)取最短桿對邊為機架得雙搖桿機

32、構(gòu)圖8-5）注意：如果四桿機構(gòu)不滿足桿長條件，則不論取哪個構(gòu)件為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。二、急回運動和行程速比系數(shù)（如圖8-6）所示1. 機構(gòu)極位：曲柄回轉(zhuǎn)一周，與連桿兩次共線，此時搖桿分別處于兩極限位置，稱為機構(gòu)極位。2. 極位夾角：機構(gòu)在兩個極位時，原動件所處兩個位置之間所夾的銳角稱為極位夾角。3. 急回運動：圖8-6）曲柄等速轉(zhuǎn)動情況下，搖桿往復擺動的平均速度一快一慢，機構(gòu)的這種運動性質(zhì)稱為急回運動。4. 行程速比系數(shù)K：為表明急回運動程度，用反正行程速比系數(shù)K來衡量： q角愈大，K值愈大，急回運動性質(zhì)愈顯著。對心曲柄滑塊機構(gòu)=0，沒有急回運動偏置曲柄滑塊機構(gòu)0，有急回運動圖8-8）圖8-

33、7）擺動導桿機構(gòu)的急回運動（如圖8-8）所示。機構(gòu)急回的作用：節(jié)省空回時間，提高工作效率。注意：急回具有方向性三、四桿機構(gòu)的傳動角與死點（如圖8-9）所示1. 機構(gòu)壓力角 機構(gòu)從動件上作用點的力與該點的速度方向之間所夾的銳角，為機構(gòu)在此位置的壓力角a。2. 傳動角機構(gòu)壓力角的余角稱為機構(gòu)在此位置的傳動角。機構(gòu)常用傳動角大小及變化來衡量機構(gòu)傳力性能的好壞。3. 最小傳動角的位置：曲柄搖桿機構(gòu)：出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩位置之一所以圖8-10）圖8-9）4.死點（如圖8-10）所示：曲柄搖桿機構(gòu)：若以搖桿CD為主動件，則當連桿與曲柄共線時，機構(gòu)傳動角為零，這時CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通

34、過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動而“頂死”的現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為死點。曲柄滑塊機構(gòu)的死點位置（如圖8-11）所示滿足預定運動的規(guī)律要求機構(gòu)示例圖8-12車門開閉機構(gòu)設計時要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角應大小相等，方向相反，以實現(xiàn)車門的起閉圖8-11）8-4 平面四桿機構(gòu)的設計一、平面連桿設計的基本問題1. 平面連桿機構(gòu)設計的基本任務第一是根據(jù)給定的設計要求選定機構(gòu)型式；第二是確定各構(gòu)件尺寸，并要滿足結(jié)構(gòu)條件、動力條件和運動連續(xù)條件等。2. 平面連桿機構(gòu)設計的三大類基本命題（1）滿足預定運動的規(guī)律要求（如圖8-12）所示要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預定的對應位置關(guān)系；要求在原動件運動規(guī)律一定的條件下，

35、從動件能夠準確地或近似地滿足預定的運動規(guī)律要求。（2）滿足預定的連桿位置要求：即要求連桿能依次點據(jù)一系列的預定位置。機構(gòu)示例（如圖8-13、8-14）所示圖8-14鑄造用翻箱機構(gòu)）圖8-13飛機起落架機構(gòu)）（3）滿足預定的軌跡要求：即要求機構(gòu)運動過程中，連桿上某些點能實現(xiàn)預定的軌跡要求。機構(gòu)示例（如圖8-15、8-16）所示圖8-16攪拌機機構(gòu)）圖8-15鶴式起重機）5三、用圖解法設計四桿機構(gòu)1. 按預定的連桿位置設計四桿機構(gòu) 已知連桿長度及兩預定位置、，設計該四桿機構(gòu)。（如圖8-17）所示圖8-17）設計分析：鉸鏈和位置已知，固定鉸鏈和未知。鉸鏈和軌跡為圓弧，其圓心分別為點和。和分別在和的垂

36、直平分線上。設計步驟：（如圖8-17）所示已知連桿長度，要求機構(gòu)在運動過程中占據(jù)圖示、三個位置，試設計該四桿機構(gòu)。（如圖8-18）所示設計步驟：（如圖8-18）所示 給定連桿的4個位置，設計四桿機構(gòu)圖8-18）分析：在連桿上任取一點為鉸鏈點，則在連桿四個預定位置上的該點不一定在同一圓周上，導致無解。找圓點：連桿上總能找到一些點，使其在連桿4個位置上的對應點位于同一個圓周上，稱這些點為圓點。并取為活動鉸鏈點。中心點：圓點所在圓弧的圓心。即為固定鉸接點。2. 按兩連架桿的預定位置設計四桿機構(gòu)（1）設計方法機構(gòu)轉(zhuǎn)化法或反轉(zhuǎn)法：指根據(jù)機構(gòu)的倒置理論，通過取不同構(gòu)件為機架，將按連架桿預定位置設計四桿機構(gòu)

37、轉(zhuǎn)化為按連桿預定位置設計四桿機構(gòu)的方法。機構(gòu)倒置（如圖8-19）所示圖8-19）給定連架桿的兩個對應位置設計四桿機構(gòu)。（如圖8-21）所示圖8-20用機構(gòu)轉(zhuǎn)化法設計過程）設計要求：已知機架長度d，要求原動件順時針轉(zhuǎn)過角時，從動件相應的順時針轉(zhuǎn)過，試設計四桿機構(gòu)。圖8-22）圖8-21）給定連架桿的3個對應位置設計四桿機構(gòu)。（如圖8-22）所示設計要求：已知機架長度d，要求原動件順時針轉(zhuǎn)過、角時，從動件相應的順時針轉(zhuǎn)過、，試設計四桿機構(gòu)。給定連架桿的4個對應位置設計四桿機構(gòu)。（如圖8-23）所示圖8-22）圖8-23）設計要求：已知機架長度d，要求原動件順時針轉(zhuǎn)過、角時，從動件相應的順時針轉(zhuǎn)過、

38、。圖8-22）曲柄滑塊機構(gòu)（如圖8-24）所示已知條件：滑塊行程H、偏矩e和行程速比系數(shù)K。圖8-24）曲柄搖桿機構(gòu)（如圖8-25）所示圖8-25）設計要求：已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。設計過程：（如圖8-25）所示倒置原理（如圖8-26）所示a）b）圖8-26）曲柄搖桿機構(gòu)（如圖8-27）所示設計要求：已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。圖8-27b）圖8-27a）圖8-27c）第九章 凸輪機構(gòu)本章教學內(nèi)容1、凸輪機構(gòu)的應用和分類2、推桿的運動規(guī)律3、凸輪輪廓曲線的設計4、凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機構(gòu)的應用和分類1、凸輪機構(gòu)的組成與應用（1）輪機構(gòu)的基本構(gòu)件：凸輪、

39、推桿（從動件）、機架（2）凸輪機構(gòu)的應用領(lǐng)域：凸輪機構(gòu)廣泛用于自動機械、自動控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。（3）凸輪機構(gòu)的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通過適當設計凸輪廓線可以使推桿實現(xiàn)各種預期運動規(guī)律，同時還可以實現(xiàn)間歇運動。  （4）凸輪機構(gòu)的優(yōu)點：接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合。圓柱凸輪機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)的分類（1）按凸輪形狀分：（如圖9-1）移動凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)圖9-1（2）按推桿的形狀來分（如圖9-2）構(gòu)造簡單，但易于磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場合。尖頂推桿由于滾子與凸輪之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力。滾子推桿其優(yōu)點是凸輪與平底接觸面間容

40、易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動中。圖9-2平底推桿（3）按從動件的運動方式分（如圖9-3）擺動從動件：從動件繞某一固定軸擺動。直動從動件：從動件只能沿某一導路做往復移動；對心直動推桿圖9-3偏置直動從動件二、推桿的運動規(guī)律1、基本術(shù)語（如圖9-4）基圓：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。推程、推程運動角：遠休、遠休止角：回程、回程運動角：圖9-4近休、近休止角：行程：推桿的運動規(guī)律：是指推桿在運動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。2、從動件常用運動規(guī)律 重點：掌握各種運動規(guī)律的運動特性說明：凸輪一般為等速運動，有推桿運動規(guī)律常表示為推桿運動參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)

41、律。多項式運動規(guī)律（如圖9-5）一次多項式運動規(guī)律等速運動運動方程式一般表達式：推程運動方程： 圖9-5推程運動方程式：在起始和終止點速度有突變，使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無窮大慣性力，引起剛性沖擊?；爻踢\動方程一次多項式一般表達式：回程運動方程式：等速運動規(guī)律運動特性：推桿在運動起始和終止點會產(chǎn)生剛性沖擊。二次多項式運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律（如圖9-6）運動方程式一般表達式：注意：為保證凸輪機構(gòu)運動平穩(wěn)性，常使推桿在一個行程中的前半段作等加速運動，后半段作等減速運動，且加速度和減速度的絕對值相等。（推桿的等加速等減速運動規(guī)律）推程運動方程推程等加速段邊界條件：圖9-6加速段運動方程

42、式為：推程等減速段邊界條件：等減速段運動方程為等加速等減速運動規(guī)律運動特性：在起點、中點和終點時，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗担谕馆啓C構(gòu)中由此會引起柔性沖擊。等加速等減速運動規(guī)律回程運動方程回程減速段運動方程式：回程加速段運動方程式： 五次多項式運動規(guī)律五次多項式的一般表達式為推程邊界條件解得待定系數(shù)為位移方程式為五次多項式運動規(guī)律的運動線圖（如圖9-7）五次多項式運動規(guī)律的運動特性：即無剛性沖擊也無柔性沖擊余弦加速度運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律圖9-7簡諧運動：當一點在圓周上等速運動時，其在直徑上的投影的運動即為簡諧運動。推桿推程運動方程式：推桿回程運動方程式 圖9-8余弦

43、加速度運動規(guī)律推程運動線圖推桿回程運動方程式 余弦加速度運動規(guī)律的運動特性：推桿加速度在起點和終點有突變，且數(shù)值有限，故有柔性沖擊正弦加速度運動規(guī)律擺線運動規(guī)律擺線運動：一圓在直線上作純滾動時，其上任一點在直線上的投影運動為擺線運動。推程運動方程式為 圖9-9推程運動線圖回程運動方程為正弦加速度運動規(guī)律運動特性：推桿作正弦加速度運動時，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。適用于高速凸輪機構(gòu)組合運動規(guī)律采用組合運動規(guī)律的目的：避免有些運動規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運動特性。構(gòu)造組合運動規(guī)律的原則： 、根據(jù)工作要求選擇主體運動規(guī)律，然后用其它運動規(guī)律組合；、保證各段運動規(guī)律在銜接點上的運動參數(shù)是連

44、續(xù)的；、 在運動始點和終點處，運動參數(shù)要滿足邊界條件。例1：改進梯形加速度運動規(guī)律（如圖9-10）主運動：等加等減運動規(guī)律圖9-10組合運動：在加速度突變處以正弦加速度曲線過渡。例2：組合運動規(guī)律示（如圖9-11）組合方式：主運動：等速運動規(guī)律組合運動：等速運動的行程兩端與正弦加速度運動規(guī)律組合起來。運動規(guī)律運動特性適用場合等速運動規(guī)律：有剛性沖擊低速輕載等加速等減速運動：柔性沖擊中速輕載余弦加速度運動規(guī)律：柔性沖擊中低速重載正弦加速度運動規(guī)律：無沖擊中高速輕載五次多項式運動規(guī)律：無沖擊高速中載三、凸輪輪廓曲線的設計圖9-11凸輪廓線的設計方法：圖解法 解析法凸輪廓線設計方法的基本原理（如圖9

45、-12） 反轉(zhuǎn)法原理：假想給整個機構(gòu)加一公共角速度,則凸輪相對靜止不動，而推桿一方面隨導軌以繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導軌作預期的往復移動。推桿尖頂在這種復合運動中的運動軌跡即為凸輪輪廓曲線。圖解法設計凸輪輪廓曲線對心尖頂直動推桿盤形凸輪機構(gòu)（如圖9-13）已知:凸輪基圓半徑,凸輪以等角速度逆時針回轉(zhuǎn)。推桿運動規(guī)律為：，推桿等速上升h；，推桿在最高位置靜止不動；，推桿以正弦加速度運動回到最低位置；圖9-12，推桿在最低位置靜止不動。偏置直動尖端推桿盤形凸輪機構(gòu)（如圖9-14）偏距圓：以凸輪軸心O為圓心，以偏距e為半徑作的圓。設計步驟與對心直動相同。應注意的不同點：、先作出基圓和偏距圓，根據(jù)推

46、桿偏置方向確定其起始位置。、偏距圓與位移線圖對應等分、推桿在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的位置都是偏距圓的切線；圖9-13圖9-14直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)（如圖9-15）注意：凸輪基圓半徑指理論廓線的最小半徑設計說明：1) 將滾子中心看作尖頂，然后按尖頂推桿凸輪廓線的設計方法確定滾子中心的軌跡，稱其為凸輪的理論廓線；2)以理論廓線上各點為圓心，以滾子半徑rr為半徑，作一系列圓；3) 再作此圓族的包絡線，即為凸輪工作廓線（實際廓線）。圖9-16圖9-15圖9-15直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)（如圖9-16）設計說明：1) 將平底與推桿導路與推桿的交點A視為推桿尖頂, 然后確定出點A在反轉(zhuǎn)中各位置1、2、。2

47、) 過1、2、 作一系列代表推桿平底的直線；3) 作出該直線族的包絡線，即為凸輪的實際輪廓曲線。擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)（如圖9-17）設計要求：運動規(guī)律與直動推桿的運動規(guī)律相同，所不同的是將從動件的位移改為角位移。、用圖解法設計凸輪輪廓曲線小結(jié)：1）確定基圓和推桿的起始位置；圖9-172）作出推桿在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的各位置線；3）根據(jù)推桿運動規(guī)律，確定推桿在反轉(zhuǎn)所占據(jù)的各位置線中的尖頂位置，即復合運動后的位置；4）在所占據(jù)的各尖頂位置作出推桿高副元素所形成的曲線族；5）作推桿高副元素所形成的曲線族的包絡線，即是所求的凸輪輪廓曲線。四、凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)中的作用力與凸輪機構(gòu)的壓力角（

48、如圖9-18）壓力角： 指推桿沿凸輪廓線接觸點的法線方向與推桿速度方向之間所夾的銳角。根據(jù)力的平衡條件可得消去 壓力角力P無窮大機構(gòu)發(fā)生自鎖（臨界壓力角）臨界壓力角圖9-18增大導軌長度l，減少懸臂尺寸b，可以提高臨界壓力角凸輪機構(gòu)要正常運轉(zhuǎn)：許用壓力角 推程時：對于直動推桿??；對于擺動推桿；回程時：通常取。凸輪基圓半徑的確定（如圖9-19）基圓半徑和壓力角的關(guān)系：P機構(gòu)在該位置的相對瞬心a機構(gòu)在該位置的壓力角BCP 圖9-19偏置方向 增大減小 “±”規(guī)定：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置或凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左偏置取 “”；反之取 “”號。基圓半徑和壓力角的關(guān)系：凸輪基圓半徑的確定：在滿足條件下，要滿足結(jié)構(gòu)和強度要求。從動件偏置方向的選擇為獲得較小的推程壓力角，可適當選取推桿偏置方向：當凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置；當凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左偏置。五、反轉(zhuǎn)法原理（如圖9-20）圖9-20（a）圖9-20（b）圖9-20（a）