机械原理知识系统整理

《机械原理知识系统整理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理知识系统整理（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 平面机构的结构分析2.1机构的组成1构件与零件构件：从运动的观点分析机械时，构件是参加运动的最小单元体。构件可以是一个零件，也可以是由多个零件组成的刚性系统。零件：从制造的观点分析机械时，零件是组成机械的最小单元体。任何机械都由许多零件组合而成的。2运动副及其分类运动副：两构件直接接触所形成的可动联接。 运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。构件的自由度：构件所具有的独立运动的数目。 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这种限制称为约束。 约束：运动副对构件的独立运动所加的限制。运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。运动副的分类：1)按运动副的接触

2、形式分：低副：构件与构件之间为面接触，其接触部分的压强较低。高副：构件与构件之间为点、线接触，其接触部分的压强较高。2)按相对运动的形式分平面运动副：两构件之间的相对运动为平面运动。 空间运动副：两构件之间的相对运动为空间运动。3)按运动副引入的约束数分类引入1个约束的运动副称为1级副，引入2个约束的运动副称为2级副，引入3个约束的运动副称为3级副，引入4个约束的运动副称为4级副， 引入5个约束的运动副称为5级副。4按接触部分的几何形状分3运动链运动链是指两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。 闭式运动链（闭链）：运动链的各构件构成首末封闭的系统。 开式运动链（开链）：运动链的各构件

3、未构成首末封闭的系统。在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。 机构：具有确定运动的运动链。 机架：机构中固定不动的构件； 原动件：按照给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余活动构件。平面机构： 组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在相互平行的平面内。 空间机构： 机构的各构件的相对运动不在同一平面内或平行的平面内。2.2 运动简图机器是由机构组成，因此，在对现有机构进行分析，还是构思新机械的运动方案和对组成新机械的各种机构作进一步的运动及动力设计时，需要一种表示机构的简明

4、图形机构运动简图。机构运动简图：用国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。它与原机械具有完全相同运动特性。机构示意图：为了表明机械的组成状况和结构特征，不严格按比例绘制的简图。功用：1. 现有机械分析 2. 新机械总体方案的设计机构简图的绘制步骤：1. 分析机械的动作原理、组成情况和运动情况； 2. 沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目； 3. 适当地选择运动简图的视图平面；4. 选择适当比例尺(=实际尺寸(m)/图示长度(mm)，用机构简图符号，绘制机构运动简图。并从运动件开始，按传动顺序标出

5、各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。 2.3机构自由度的计算及具有确定运动的条件1. 机构自由度的概念： 机构的独立运动数称为机构的自由度。2. 平面机构自由度的计算机构的自由度取决于活动构件的数目、联接各构件的运动副的类型和数目。（1平面机构自由度计算的一般公式 设一个平面机构中共有n个活动构件，在用运动副将所有构件联接起来前，这些活动构件具有3n个自由度。 当用个高副、个低副联接成运动链后，这些运动副共引入了个约束。由于每引入一个约束构件就失去了一个自由度，故整个机构相对于机架的自由度数为 （1.1） 该式称为平面机构的结构公式。3计算平面机构自由度的注意事项(

6、1)复合铰链 定义：两个以上构件在同一处以转动副相连接，所构成的运动副称为复合铰链。 解决问题的方法：若有K个构件在同一处组成复合铰链，则其构成的转动副数目应为（K-1）个(2)局部自由度定义：若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其他构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承中的滚珠。解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视为一个构件。(3)虚约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其他运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束

7、。 虚约束经常发生的场合：a.两构件之间构成多个运动副时；b.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终保持不变时；c.联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时；d.机构中对运动不起作用的对称部分。a) b) c) d)机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动。 采用虚约束是为了改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要。4机构具有确定运动的条件：机构的自由度数等于机构的原动件数。【学习指导】 本节的难点是正确判别机构中的虚约束。在学习时应首先搞清楚虚约束的概念，掌握机构中存在虚约束的特定几何条件，以便计算机构自由度时，

8、能正确判定出机构中的虚约束。同时应注意虚约束在特定的几何条件破坏后将成为实际约束。2.4 平面机构的组成原理分析1.平面机构的组成原理 任何机构中都包含原动件、机架和从动件系统三部分。由于机架的自由度为零，每个原动件的自由度为1，而机构的自由度等于原动件数，所以，从动件系统的自由度必然为零。 杆组：自由度为零的从动件系统。基本杆组：不可再分的自由度为零的构件组合称为基本杆组，简称基本组。杆组的结构式为： 机构的组成原理：把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可组成新的机构，其自由度数目与原动件的数目相等。在进行新机械方案设计时，必须遵循的原则：在满足相同工作要求的前提下，机构

9、的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副的数目越少越好。2平面机构的结构分析对已有机构或已设计完的机构进行运动分析和力分析时，首先需要对机构进行结构分析，即将机构分解为基本杆组、原动件和机架，结构分析的过程与由杆组依次组成机构的过程正好相反。通常称此过程为拆杆组。 拆杆组时应遵循的原则：从传动关系离原动件最远的部分开始试拆；每拆除一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个完整的机构；试拆时，按二级组试拆，若无法拆除，再试拆高一级别的杆组。3平面机构的高副低代法目的：为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于含有高副的平面机构。 概念：用低副代替高副 方法：用含两个低副的虚拟构件代替高副 高

10、副低代必须满足的条件：1.替代前后机构自由度不变 2.替代瞬时速度加速度不变 对于一般的高副机构，在不同位置有不同的瞬时替代机构。经高副低代后的平面机构，可视为平面低副机构。第三章 平面机构的运动分析和力分析3.1 机构速度分析的瞬心法1速度瞬心的概念定义：当两构件（即两刚体）1，2作平面相对运动时（如图示），在任一瞬时，都可以认为它们是绕某一重合点作相对转动，而该重合点则称为瞬时速度中心，简称瞬心，以P12（或P21表示)。瞬心是相对运动两构件上相对速度为零的重合点。瞬心法是利用机构的瞬时速度中心来求解机构的运动问题的。瞬心分绝对瞬心和相对瞬心，前者是指等速重合点的绝对速度为零；后者是指等速

11、重合点的绝对速度不为零。 任意两个构件无论它们是否直接形成运动副都存在一个瞬心。故若机构全部构件数为 n，则共有N =n(n-1)/2个瞬心。 2求瞬心的方法求瞬心的方法有两种：通过直接观察和利用三心定理。 三心定理：作平面运动的三个构件的三个瞬心位于同一条直线上。第四章 机械中的摩擦和机械效率41移动副中的摩擦移动副中的摩擦是运动副摩擦的一种简单的方式，广泛存在于机械运动中。有三种情况，即平面摩擦、斜面摩擦和槽面摩擦。 1. 平面摩擦 滑块与平面构成的移动副，滑块在自重和驱动力的作用下向右移动。分析滑块的受力如下图。摩擦角：总反力R21与法向反力N21的夹角。由图可知故总反力R21 与相对运

12、动方向v12的夹角总为钝角。其大小为2. 斜面摩擦 一滑块置于斜面上，在铅锤载荷Q的作用下滑块沿斜面等速运动，分析使滑块沿斜面等速运动时所需的水平力。 置于斜面上的滑块有两种运动可能即沿斜面等速上升及沿斜面等速下滑。下面分别讨论滑块所受摩擦力。（1）滑块等速上升 （2）滑块等速下滑 当滑块在水平力作用下等速上升时 当滑块在水平力作用下等速下滑时 式中F与R的大小未知, 作力的三角形 由力的三角形得 a) 平面摩擦 b) 滑块等速上升 c) 滑块等速下滑 d) 槽面摩擦3槽面摩擦由力三角形得： 故 若令 则 。式中 称当量摩擦系数， 相当于把楔形滑块视为平滑块时的摩擦系数。与之对应的摩擦角称为当

13、量摩擦角。引入当量摩擦系数的意义在于：当量摩擦系数引入后, 在分析运动副中的滑动摩擦系数时, 不管运动副两元素的几何形状如何, 均可视为单一平面接触来计算其摩擦力。4.2 螺旋副中的摩擦 螺旋副为一种空间运动副,其接触面是螺旋面。当螺杆和螺母的螺纹之间受有轴向载荷时，拧动螺杆或螺母，螺旋面之间将产生摩擦力。 在研究螺旋副中的摩擦时,通常假设螺杆与螺母之间的作用力Q集中在平均直径为d 的螺旋线上。由于螺旋线可以展成平面上的斜直线，螺旋副中力的作用与滑块和斜面间的力的作用相同。就可以把空间问题转化为平面问题来研究。下面就矩形螺纹螺旋副中的摩擦和三角形螺纹螺旋副中的摩擦进行研究。1.矩形螺纹螺旋副中

14、的摩擦由力的三角形得：拧紧力矩： 2. 三角形螺纹螺旋副中的摩擦三角形螺纹和矩形螺纹的区别在于螺纹间接触面的形状不同。螺母在螺杆上的运动近似的认为是楔形滑块沿斜槽面的运动。此时，斜槽面的夹角等于2(,称为牙形半角) 可得拧紧力矩由于，故三角形螺纹的摩擦力矩较大，宜用于联接紧固。矩形螺纹摩擦力矩较小，宜用于传递动力的场合。4.3 转动副中的摩擦转动副在各种机械中应用很广,常见的有轴和轴承以及各种铰链。转动副可按载荷作用情况的不同分成径向轴颈与轴承和止推轴颈与轴承。1.径向轴颈的摩擦 当载荷垂直于轴的几何轴线时，称为径向轴颈与轴承。轴颈在驱动力矩的作用下，在轴承中等速回转。 由于存在法向反力N12，摩擦力 ，其中为当量摩擦系数。对于非跑和的径向轴颈 ，跑和的径向轴颈 ,摩擦力矩为 ,由力平衡 （R21为总反力），力矩平衡 。可得： 。对于具体的轴颈，为定值。以轴颈中心O为圆心，为半径的圆称为摩擦圆， 为摩擦圆半径。总反力R21始终切于摩擦圆，大小与载荷Q相等。其对轴颈轴心O之距的方向必与轴颈相对于轴承的角速度的方向相反。