1、机械原理机械原理总结课教案总结课教案槐创锋槐创锋2016年年6月月10日日 1.机构的组成要素；机构的组成要素；2.机构自由度的计算；机构自由度的计算；3.机构自由度的意义及机构具有确定运动的机构自由度的意义及机构具有确定运动的 条件；条件；4.平面机构的组成原理。平面机构的组成原理。本章重点要求掌握的内容本章重点要求掌握的内容机构自由度的计算机构自由度的计算第二章第二章 机构的结构分析机构的结构分析一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1 1、研究机构结构的目的、研究机构结构的目的 2 2、机构的组成要素、机构的组成要素 3 3、构件、构件 4 4、构件与零件的区别、构件与零件的区别 5 5
2、、运动副、运动副 6 6、运动副元素、运动副元素 7 7、约束、约束 8 8、运动链、运动链 9 9、开式运动链与闭式运动链、开式运动链与闭式运动链 1010、机构、机构一、基本知识与概念一、基本知识与概念 11、机架、机架 12、主动件（原动件）、主动件（原动件）13、从动件、从动件 14、运动副的分类、运动副的分类 15、机构运动简图、机构运动简图 16、机构示意图、机构示意图 17、机构自由度的含义、机构自由度的含义 18、平面机构自由度计算公式（平面、平面机构自由度计算公式（平面 机构的结构公式）机构的结构公式）19、机构自由度、机构原动件的数目、机构自由度、机构原动件的数目 与机构运
3、动的关系与机构运动的关系一、基本知识与概念一、基本知识与概念 2020、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件2121、计算机构自由度时应注意的事项、计算机构自由度时应注意的事项 2222、基本杆组（阿苏尔杆组）、基本杆组（阿苏尔杆组）2323、平面机构的组成原理、平面机构的组成原理 2424、基本杆组的分类、基本杆组的分类 2525、平面机构的结构分类、平面机构的结构分类 2626、平面机构的结构分析、平面机构的结构分析二、例题分析二、例题分析ADECHGFIBK123456789例例1 如图所示，已知：如图所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；，且相互平行；DF=EG，且相互平
4、行；，且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算，且相互平行。计算此机构的自由度此机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出约束请指出)。ADECHGFIBK123456789局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束1111283231;11;8HHLPPnFPPnL二、例题分析二、例题分析例例2 计算下图所示机构自由度计算下图所示机构自由度(若存在局部若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出自由度、复合铰链、虚约束请指出)。456789JHGIABCD123EF111128323HLPPnF二、例题分析二、例题分析123456789例例3 计算
5、下图所示机构的自由度。计算下图所示机构的自由度。并确定机构的杆组及机构的级别。并确定机构的杆组及机构的级别。二、例题分析234567891123456789二、例题分析二、例题分析例例4 计算下图所示机构自由度计算下图所示机构自由度(若存在局部自由度、复合铰若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出链、虚约束请指出)。7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虚约束虚约束118263231;8;6HHLPPnFPPnL二、例题分析二、例题分析例例5 如图所示如图所示,已知已知HG=IJ，且相互平行；，且相互平行；GL=JK，且
6、，且相互平行。计算此机构的自由度相互平行。计算此机构的自由度(若存在局部自由度、若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出复合铰链、虚约束请指出)。1111283231;11;8HHLPPnFPPnLC C2 21 1A AB B6 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL LE ED DF F3 34 45 5局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束二、例题分析二、例题分析例例6 计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度(若存在局部自若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出）。由度、复合铰链、虚约束请指出）。323 72 101LHFnPP 1）平面
7、机构速度分析的速度瞬心法；）平面机构速度分析的速度瞬心法；2）运动副中的摩擦、机械效率的计算、）运动副中的摩擦、机械效率的计算、机械机械 的自锁；的自锁；3）平面四杆机构的基本形式、演化）平面四杆机构的基本形式、演化 及其基本知识；及其基本知识；4）平面四杆机构的设计。）平面四杆机构的设计。第三章第三章 连杆机构分析与设计连杆机构分析与设计本章重点要求掌握的内容本章重点要求掌握的内容 瞬心法；四杆机构基本概念；瞬心法；四杆机构基本概念；考虑摩擦机构的受力分析；四杆机构设计。考虑摩擦机构的受力分析；四杆机构设计。一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1 1、平面四杆机构的基本类型、平面四杆机构的
8、基本类型 2 2、平面四杆机构的演化方法、平面四杆机构的演化方法 3 3、铰链四杆机构中有曲柄的条件、铰链四杆机构中有曲柄的条件一、基本知识与概念一、基本知识与概念 4 4、压力角与传动角、压力角与传动角cos()cos()minmaxbcdabcbcadbc22222222minminminmax180一、基本知识与概念一、基本知识与概念 5 5、极位夹角、极位夹角 18011KK一、基本知识与概念一、基本知识与概念 6 6、急回运动、急回运动 一、基本知识与概念一、基本知识与概念 7 7、行程速比系数、行程速比系数 8 8、机构的死点位置、机构的死点位置 9 9、速度瞬心的定义、速度瞬心的
9、定义 1010、机构中速度瞬心、机构中速度瞬心 数目数目 1111、机构中速度瞬心、机构中速度瞬心 位置的确定位置的确定 1212、三心定理、三心定理一、基本知识与概念 13、移动副的摩擦和自锁一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1414、转动副轴颈的摩擦和自锁、转动副轴颈的摩擦和自锁 15、平面四杆机构的设计、平面四杆机构的设计（1）函数机构的设计）函数机构的设计RRR1203000cos()cos()cos()()（2）按从动件急回运动设计四杆机构）按从动件急回运动设计四杆机构（2）轨迹机构的设计）轨迹机构的设计UVW222Ug xdyxyeaex xdygc()cossin()()22
10、222222Vg xdyxyeaey xdygc()sincos()()22222222Wgex xdydy22sin ()cot arccos()/egbge2222二、例题分析例例1 如图所示铰链四杆机如图所示铰链四杆机构中，已知各杆长度为：构中，已知各杆长度为：1、说明该机构为什么有曲柄，指明哪个构件为、说明该机构为什么有曲柄，指明哪个构件为曲柄；曲柄；2、以曲柄为原动件作等速转动时，是否、以曲柄为原动件作等速转动时，是否存在急回运动，若存在，确定其极位夹角，计存在急回运动，若存在，确定其极位夹角，计算行程速比系数；算行程速比系数；3、若以构件、若以构件AB为原动件，为原动件，试画出该机
11、构的最小传动角和最大传动角的位试画出该机构的最小传动角和最大传动角的位置；置；4、回答：在什么情况下此机构有死点位置？、回答：在什么情况下此机构有死点位置？mmlAB20mmlBC60mmlCD85mmlAD50二、例题分析 2221()cos2cdbaADCcd2222()cos2cdbaADCcdmax21ADCADC 2212max2cosCCccc c 22212()()cos2babaCCcd222min222max()cos2()cos2bcdabcbcadbcminminminmax180180180K二、例题分析例题 设计如图所示一曲柄滑块机构，已知滑块的行程速比系数K=1.5
12、，滑块的冲程lc1c2=50mm，导路的偏距e=20mm，求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。二、例题分析11801KKabAC1abesinsinsin1HACsin22eHabcos)(2)()(22222abababH21)sincos1(212HeHa121cos12()2sinHebHCDl3090 ABlBCl 例题例题 如图所示，设计一铰链四杆机构，已如图所示，设计一铰链四杆机构，已知其摇杆知其摇杆CD的行程速比系数的行程速比系数K=1，摇杆的长度，摇杆的长度150mm，摇杆的极限位置与机架所成的角度，摇杆的极限位置与机架所成的角度=和和，求曲柄的长度，求曲柄的长度和连杆的长度
13、和连杆的长度315060tan cd222222300)3150(150dcab2222222cos303150(150 3)2 150 15031502bacdcd 300ba150ba 75amm 225bmm二、例题分析 例4 图示的曲柄滑块机构，已知各杆件的尺寸和各转动副的半径r，以及各运动副的摩擦系数f，作用在滑块上的水平阻力为Q，试通过对机构图示位置的受力分析（不计各构件重量及惯性力），确定作用在点B并垂直于曲柄的平衡力P的大小和方向。二、例题分析 例5 如下图所示的齿轮连杆机构中，已知构件1的角速度为1，利用速度瞬心法求图示位置构件3的角速度3。二、例题分析二、例题分析12345
14、13113 1531335PvP PP P3113 151335/P PP P二、例题分析 例例6 在下图所示夹具中，已知偏心盘在下图所示夹具中，已知偏心盘半径半径R R，其回转轴颈直径，其回转轴颈直径d d，楔角，楔角，尺寸，尺寸a a，b b及及l l，各接触面间的摩擦系数，各接触面间的摩擦系数f f，轴颈处当，轴颈处当量摩擦系数量摩擦系数f f v。试求：试求：1、当工作面需加紧力、当工作面需加紧力Q Q时，在手柄上时，在手柄上需加的力需加的力P P；2、夹具在夹紧时的机械效率、夹具在夹紧时的机械效率；3 3、夹具在驱动力、夹具在驱动力P P作用下不发生自锁，作用下不发生自锁，而在夹紧力
15、而在夹紧力Q Q为驱动力时要求自锁的条件。为驱动力时要求自锁的条件。二、例题分析 1)从动件运动规律的选择和凸轮轮廓的设从动件运动规律的选择和凸轮轮廓的设 计原理；计原理；2)尖顶、滚子直动从动件盘形凸轮设计；尖顶、滚子直动从动件盘形凸轮设计；3)尖顶、滚子摆动从动件盘形凸轮设计；尖顶、滚子摆动从动件盘形凸轮设计；4)平底直动从动件盘形凸轮设计；平底直动从动件盘形凸轮设计；5)盘形凸轮基本尺寸的确定。盘形凸轮基本尺寸的确定。本章重点要求掌握的内容本章重点要求掌握的内容反转法及凸轮机构的设计反转法及凸轮机构的设计第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计一、基本知识与概念一、基本知识与概念
16、1 1、凸轮基圆、凸轮基圆 2 2、偏距、偏距 3 3、偏距圆、偏距圆 4 4、从动件行程、从动件行程 5 5、从动件推程、从动件推程 6 6、从动件回程、从动件回程 7 7、从动件远、从动件远(近近)休程休程 8 8、刚性冲击、刚性冲击 9 9、柔性冲击、柔性冲击 1010、无冲击、无冲击一、基本知识与概念 11 11、凸轮轮廓设计的基本原理、凸轮轮廓设计的基本原理 1212、凸轮的理论轮廓、凸轮的理论轮廓 1313、凸轮的工作轮廓（实际轮廓）、凸轮的工作轮廓（实际轮廓）1414、凸轮机构的压力角、凸轮机构的压力角 及其许用值及其许用值 1515、直动从动件盘形凸轮机构、直动从动件盘形凸轮机
17、构 1616、摆动从动件盘形凸轮机构、摆动从动件盘形凸轮机构 1717、平底直动从动件盘形凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构 1818、凸轮机构的压力角与基圆半径的、凸轮机构的压力角与基圆半径的 关系关系 1919、偏置凸轮机构的偏置方向的确定、偏置凸轮机构的偏置方向的确定二、例题分析例例1 图示直动滚子盘形凸轮图示直动滚子盘形凸轮机构，其凸轮实际廓线为一机构，其凸轮实际廓线为一以以C点为圆心的圆形，点为圆心的圆形，O为其为其回转中心，回转中心，e为其偏距，滚子为其偏距，滚子中心位于中心位于B0点时为该凸轮的点时为该凸轮的起始位置。试画图（应有必起始位置。试画图（应有必要的说明）求出：要的说
18、明）求出：1、凸轮的理论轮廓；、凸轮的理论轮廓；2、凸轮的基圆；凸轮的基圆；3 3、凸轮的偏距圆；、凸轮的偏距圆；二、例题分析 4、当滚子与凸轮实际廓线在、当滚子与凸轮实际廓线在B1 点接触时，点接触时，所对应的凸轮转角所对应的凸轮转角1；5、当滚子中心位于、当滚子中心位于B2点时，所对应的凸轮点时，所对应的凸轮机构的压力角机构的压力角2及从动件推杆的位移（以滚子中及从动件推杆的位移（以滚子中心位于心位于B0点时为位移起始参考点）；点时为位移起始参考点）；6、凸轮的最大压力角、凸轮的最大压力角max。二、例题分析1.2.二、例题分析3.4.二、例题分析5.6.1)1)齿廓啮合基本定律、共轭齿廓
19、的形成、渐齿廓啮合基本定律、共轭齿廓的形成、渐 开线的性质；开线的性质；2)2)渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺 寸计算；寸计算；3)3)渐开线齿廓的加工原理、根切与变位；渐开线齿廓的加工原理、根切与变位；4)4)一对渐开线齿轮的啮合传动；一对渐开线齿轮的啮合传动；5)5)斜齿圆柱齿轮传动。斜齿圆柱齿轮传动。本章重点要求掌握的内容本章重点要求掌握的内容直齿圆柱齿轮传动的几何参数的计算直齿圆柱齿轮传动的几何参数的计算第五章第五章 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1 1、齿廓啮合基本定律、齿廓啮合基本定律 2 2、节点、
20、节点 3 3、节圆、节圆 4 4、共轭齿廓、共轭齿廓 5 5、渐开线的形成、渐开线的形成 6 6、渐开线的性质、渐开线的性质 7 7、渐开线的方程、渐开线的方程 8 8、渐开线函数、渐开线函数KKKKbKrrtan=invcos/=kKKKtan=一、基本知识与概念一、基本知识与概念 9 9、渐开线齿廓啮合传动的特点、渐开线齿廓啮合传动的特点 1010、齿轮的各部分名称、齿轮的各部分名称 齿顶圆，齿根圆，齿厚，齿槽宽，齿距齿顶圆，齿根圆，齿厚，齿槽宽，齿距(周周节节)，分度圆，齿顶高，齿根高，全齿高。，分度圆，齿顶高，齿根高，全齿高。一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1111、渐开线齿轮的
21、基本参数、渐开线齿轮的基本参数 齿数齿数Z；模数模数m；分度圆压力角分度圆压力角；齿顶高系数齿顶高系数 ；径向间隙系数径向间隙系数 。ha*,.10 25 c*3.0c ,8.0*ah正常齿标准正常齿标准：短齿标准短齿标准：*ah*c一、基本知识与概念 1212、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸尺寸 可参见可参见CAI或教材中的渐开线标准直齿圆柱或教材中的渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表。齿轮几何尺寸公式表。一、基本知识与概念一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 b）变位齿轮加工：一、基本知识与概念 1
22、4、渐开线齿轮加工中的几个问题 根切产生的原因：一、基本知识与概念 1414、渐开线齿轮加工中的几个问题、渐开线齿轮加工中的几个问题 用齿条刀加工渐开线标准齿轮不产生根切的最少齿数zmin为：当 、=20时，zmin=17。因此，齿数小于17的渐开线标准齿轮会产生根切。zhamin*sin22ha*1一、基本知识与概念 14、渐开线齿轮加工中的几个问题 避免根切的方法：不产生根切的最小变位系数xmin：避免根切的方法可有：a）选用 的齿数；b）采用 的变位齿轮；c）改变齿形参数，如减小 或加大均可使zmin减小，以避免根切，但是这要更换刀具，增加生产成本，故不宜采用。xhzzzamin*min
23、min()minzz minxx ha*一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1414、渐开线齿轮加工中的几个问题、渐开线齿轮加工中的几个问题 避免根切的方法可有：避免根切的方法可有：1.当当z0；2.当当zzmin时，允许有一定的负变位时，允许有一定的负变位(x1。重。重合度合度值越大，齿轮传动的连续性和平稳性越好，值越大，齿轮传动的连续性和平稳性越好，一般齿轮传动的许用重合度一般齿轮传动的许用重合度=1.31.4，即要求，即要求。重合度的基本概念重合度的基本概念：实际啮合线实际啮合线 与基圆与基圆齿距齿距Pb的比值称为重合度，用的比值称为重合度，用表示：表示：B B12121bPBB一、基
24、本知识与概念 15、渐开线齿轮啮合传动计算 重合度的基本概念：一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1515、渐开线齿轮啮合传动计算、渐开线齿轮啮合传动计算 实际啮合线：实际啮合线：上图为一对外啮合直齿圆柱齿上图为一对外啮合直齿圆柱齿轮，图中主动轮轮，图中主动轮1推动前一对轮齿在推动前一对轮齿在K点啮合尚未点啮合尚未脱开时，后一对轮齿即在脱开时，后一对轮齿即在B2点点(从动轮从动轮2的齿顶圆的齿顶圆与啮合线的交点与啮合线的交点)开始啮合，线段开始啮合，线段 等于齿轮等于齿轮的基圆齿距，即的基圆齿距，即 =Pb1=Pb2。前一对轮齿继续。前一对轮齿继续转动到转动到B1点点(齿轮齿轮1的齿顶圆与啮
25、合线交点的齿顶圆与啮合线交点)时，即时，即脱开啮合。线段脱开啮合。线段 称为实际啮合线，轮齿啮合称为实际啮合线，轮齿啮合只能在只能在B1B2内进行。内进行。理论啮合线：理论啮合线：因基圆内无渐开线，实际啮合因基圆内无渐开线，实际啮合线不能超过极限啮合点线不能超过极限啮合点N1、N2，故，故 称为理论称为理论啮合线。啮合线。B K2B K2B B12N N12一、基本知识与概念一、基本知识与概念 1515、渐开线齿轮啮合传动计算、渐开线齿轮啮合传动计算 重合度的计算重合度的计算 重合度的物理意义：重合度的物理意义：重合度的大小表明同时重合度的大小表明同时参与啮合轮齿对数的平均值，如参与啮合轮齿对数的平均值，如1，表明始终，表明始终只有一对轮齿啮合。如只有一对轮齿啮合。如1，则表明齿轮传动有，则表明齿轮传动有部分时间不连续，会产生冲击和振动。如部分时间不连续，会产生冲击和振动。如=1.3，在实际啮合线在实际啮合线B1B2的两端各有一段的两端各有一段0.3Pb长度上有长度上有两对轮齿啮合，称为双齿对啮合区；其中间的两对轮齿啮合，称为双齿对啮合区；其中间的0.7Pb长度上为一对齿啮合，称为单齿对啮合区。长度上为一对齿啮合，称为单齿对啮合区。)tan2(tan2)tan1(tan121azaz
