河南科技大学机械原理复习纲要

时间：2010年1月18日(9:00-11:00)机械原理考试地点：机制071—072(共70人)—西苑8301（可坐80人）机制073—074+其他(共77人)—西苑8302（可坐80人）答疑时间：2010年1月16日——1月17日上午：08：00——12：00下午：14：30——18：00晚上：19：30——21：30地点：2号楼二层2209机原教研室机械原理复习机械原理不考试内容一、§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析中4.高副低代1.组成原理2.结构分类3.结构分析§2-8机构结构的型综合及其设计二、§3-5用解析法作机构的运动分析三、§4-2构件惯性力的确定§4-4不考虑摩擦时机构的受力分析中3．用解析法作机构的动态静力分析四、§6-4转子的许用不平衡量§6-6平面机构的平衡五、§7-3机械运动方程式的求解中3．等效转动惯量是位置的函数，等效力矩是位置和速度的函数六、§8-4平面四杆机构的设计中机械原理复习机械原理不考试内容2.用解析法设计四杆机构§8-5多杆机构4.四杆机构的优化设计七、§9-3凸轮轮廓曲线的设计中3．用解析法设计凸轮的轮廓曲线八、§10-11其他齿轮传动简介§10-12齿轮机构动力学简介九、§11-6行星轮系的效率§11-8其他新型行星轮系传动简介1.轮系中的功率流动问题§11-7行星轮系的类型选择及设计的基本知识中3．行星轮系的均载装置十、第十二章;第十三章;第十四章机械原理复习不需要记忆的公式1.推杆运动规律：s＝s(t)＝s(δ)v＝v(t)＝v(δ)a＝a(t)＝a(δ)2.重合度:εα=[z1(tanαa1－tanα′)+z2(tanαa2－tanα′)]/(2π)εγ=εα+εβ)(2invinvrrrsskkkk3.任意圆上齿厚：invzzxxinvtan)(221214.无侧隙啮合方程式机械原理复习第2章平面机构的结构分析一、了解名词：构件、零件、运动副、约束、机构、机器二、理解机构运动简图：要求能够看懂和绘制最一般的机构简图三、熟练掌握平面机构自由度的计算F＝3n－(2pl＋ph)F＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′1.复合铰链2.局部自由度3.虚约束4.机构具有确定运动的条件机械原理复习21927323hlPPnF滑块受到的运动约束与构件FGC上Ｃ的运动轨迹相重合，所以滑块将带入一个虚约束（p′=1）。2-1滚子绕其中心A转动的自由度为局部自由度B为复合铰链F＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′=39－(212+1－1)－1=2计算图示机构的自由度，如有局部自由度、复合铰链和虚约束请予以指出。2-2滚子半径rr=R-r，AB⊥BC10423323hlPPnFF＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′=34－(25+1－1)－1=1滚子4绕其中心B转动的自由度为局部自由度无复合铰链滚子中心受到的运动约束与构件ABC上B点的运动轨迹相重合，所以滚子与圆形轨道的高副为一个虚约束。压榨机机构2-3该机构中存在结构对称部分，构件8、9、10和构件4、5、6对称。如果去掉一个对称部分，机构仍能够正常工作，所以可以将构件8、9、10以及其上的转动副G、H、I和C处的一个转动副视为虚约束；偏心轮1与机架11和构件2形成2个转动副构件7与构件11在左右两边同时形成导路平行的移动副，只有其中一个起作用；构件4、5、6在D点处形成复合铰链机构中没有局部自由度和高副。11027323hlPPnFF＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′=310－(215+0－1)－0=1P′=2pl′+ph′-3n′=25+0-33=1作业集2-6—2-9教材2-162-4图示运动链是否能成为机构？如何改造？第3章平面机构的运动分析一、瞬心的定义、性质和应用1.定义：两构件的瞬时同速点；2.找瞬心的方法：①直接观察，②三心定理，③瞬心多边形等；3.利用瞬心求构件的角速度或构件上某点的速度。作业集3-1—3-3；教材3-1—3-6二、运动分析：相对运动图解法—列矢量方程→依方程作图求解1.同一构件上两点间的速度和加速度的关系利用影像原理简化解题（同一构件上已知两点运动求第三点运动）①影象原理只能应用于同一构件上，②字母绕行顺序应相同。2.组成移动副的两构件上重合点间的速度与加速度的关系注意：重合点的选择、哥氏加速度的大小及方向作业集3-4—3-6；教材3-1—3-6作业集3-7、3-10；教材3-13第4章平面机构的力分析一、运动副的摩擦分析1.摩擦角、摩擦圆及当量摩擦系数的含义；2.按给定的驱动力（或阻力）确定构件之间的相对运动方向；①驱动力和工作阻力的特性？②分析相对运动时注意脚标，如ω12、ω21；v12、v21的区别！3.先按无摩擦确定运动副反力的方向，后按有摩擦确定运动副总反力的方向；①移动副总反力FR12与v21成（90º+φ）角（注意力的脚标）②转动副总反力FR12对铰链中心的力矩方向与ω21相反并与摩擦圆相切4.对机构进行受力分析时，注意以二力杆或三力构件入手进行分析。①注意二力杆受压还是受拉;②注意三力构件的三力汇交作业集4-3—4-7ω1M1ABCD1234FQFR12FR23FR21FR43FR32FR41ω21ω344-1图示曲柄摇杆机构中曲柄为主动件，已知ω1、驱动力矩M1，从动件3上作用有工作阻力FQ，标出各个运动副中总反力的方向。解：构件2为二力杆，受压第5章机械的效率和自锁实际驱动力（矩）理想驱动力（矩）)00MMFF（理想生产阻力（矩）实际生产阻力（矩）)00rrMMGG（一、机械的效率1.效率的定义及其求法、自锁条件瞬时机械效率和自锁条件都可用两次力分析（考虑与不考虑摩擦）的方法求解工作阻力不变驱动力不变2.机组的效率①串联k21②并联drPPkkkPPPPPP212211③混联作业集5-4作业集5-3作业集5-2二、机械的自锁1.对移动副，驱动力位于摩擦角之内；对转动副，驱动力位于摩擦圆之内。2.令工作阻力小于零来求解。对于受力状态或几何关系较复杂的机构，可先假定该机构不自锁，用图解法或解析法求出工作阻力与主动力的数学表达式，然后再令工作阻力小于零，解此不等式，即可求出机构的自锁条件。3.利用机械效率计算式求解，即令η0。自锁条件可用以下3种方法求得：作业集5-6作业集5-7作业集5-5第6章机械的平衡本章的重点是刚性转子的静平衡和动平衡1.理解质径积的mr概念;2.何谓静平衡(单面平衡，主矢为零)？何谓动平衡(双面平衡，主矢主矩均为零)？静平衡的动平衡关系？3.平衡质量mbrb的求解方法既可用图解法，也可用解析法。首先应在转子上选定两个可添加平衡质量的、且与离心惯性力平行的平面作为平衡平面，然后运用平行力系分解的原理将各偏心质量所产生的离心惯性力分解到这两个平衡平面上。这样就把一个空间力系的平衡问题转化为两平衡平面内的平面汇交力系的平衡问题。作业集6-2、6-3第7章机械的运转及其速度波动的调节一、机械的运动和动能关系1.动能定理：EW12EEWWWWWcdfrd2.周期变速稳定运转的条件、速度波动的原因①Med和Mer的变化是有规律的周而复始,Je为常数或有规律的变化②任一时间间隔Wd≠Wr+Wf，但在一个运动循环中Wd=Wr+Wf③循环开始和终了角速度相等,其他时间角速度在ωm上下波动二、机械系统等效动力学模型的建立1.应遵循的原则是：使机械系统在等效前后的动力学效应不变，即①动能等效：等效构件所具有的动能，等于整个机械系统的总动能。②外力所做之功等效：作用在等效构件上的外力所做之功，等于作用在整个机械系统中的所有外力所做之功的总和。2.要求掌握等效力矩和等效转动惯量的求解根据动能相等：求等效转动惯量Je根据功率相等：求等效力矩Me作业集7-1——7-3三、机械速度波动的调节方法第7章机械的运转及其速度波动的调节1.周期性速度波动—可以利用飞轮储能和放能的特性来调节2.非周期性速度波动—不能用飞轮进行调节，当系统不具有自调性时，则需要利用调速器来对非周期性速度波动进行调节。3.飞轮设计的基本问题，是根据Me、Je、ωm、δ来计算飞轮的转动惯量JF①在一个周期内：Wd=Wr，求未知外力(矩)，得出盈功和亏功；②画出能量指示图，求出最大盈亏功∆Wmax(熟练掌握)③计算CmFJWJ2maxCFJnWJ22max900一般设Jc=0作业集7-5——7-74.飞轮设计中应注意以下3个问题：①为减小飞轮转动惯量(即减小飞轮的质量和尺寸)，应尽可能将飞轮安装在系统的高速轴上。②安装飞轮只能减小周期性速度波动，但不能消除速度波动。③有的机械系统可不加飞轮，而以较大的皮带轮或齿轮起到飞轮的作用。第8章平面连杆机构及其设计一、平面四杆机构的类型和应用2.演化方法：①改变构件的形状和运动尺寸：曲柄滑块机构、正弦机构②改变运动副的尺寸：偏心轮机构③取不同构件为机架：导杆机构、摇块机构、直动滑杆机构④运动副元素的逆换；：1.基本类型:铰链四杆机构：①曲柄摇杆机构，②双曲柄机构，③双摇杆机构3.应用：举例：①如何把定轴转动变换为往复直线移动；②如何把定轴转动变换为往复摆动；③二、平面四杆机构的基本知识1.曲柄存在条件（存在周转副的存在）：①铰链四杆机构，②曲柄滑块机构，③导杆机构2.急回特性：①极为夹角θ，②行程速比系数K：③机构输出构件具有急回特性的条件3.压力角α和传动角γ压力角α是衡量机构传力性能好坏的重要指标。因此，对于传动机构，应使其α角尽可能小(γ尽可能大)。掌握常用连杆机构αmax或γmin出现的位置4.机构的死点位置①何谓死点位置？②如何利用和克服死点位置？第8章平面连杆机构及其设计作业集8-2—8-4作业集8-1180180K5.此处应注意：“死点”、“自锁”与机构的自由度F≤0的区别①自由度小于或等于零，表明该运动链不是机构而是一个各构件间根本无相对运动的桁架；②死点是在不计摩擦的情况下机构所处的特殊位置(α=90º)，利用惯性或其他办法，机构可以通过死点位置，正常运动；③而自锁是指机构在考虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的几何条件时，虽然机构自由度大于零，但机构却无法运动的现象。死点、自锁是从力的角度分析机构的运动情况，而自由度是从机构组成的角度分析机构的运动情况。第8章平面连杆机构及其设计三、平面四杆机构的设计(图解法)第8章平面连杆机构及其设计1.按连杆预定的位置设计四杆机构①已知活动铰链中心的位置（由动点B、C求定点A、D)②已知固定铰链中心的位置（由EF、定点A、D求动点B、C)作业集8-4—8-72.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构设计一个四杆机构使其两连架杆实现预定的对应角位置时，可以用所谓的“刚化反转法”求解此四杆机构。作业集8-8、8-9、8-12—8-143.按给定的行程速比系数K设计①曲柄摇杆机构：已知曲柄长a、连杆长b、机架长d、最小传动角γmin等；②曲柄滑块机构：③导杆机构：作业集8-15—8-17六、（10分）已知四杆机构ABCD的机架AD、连架杆AB两位置AB1、AB2及对应摇杆两位置Ⅰ、Ⅱ。Ⅰ位置是机构的一极限位置。试用图解法设计该机构（要求：不必写作图过程，但要保留全部作图过程线。）（04级机原补考题）B1B2ⅠADⅡB1B2ⅠADⅡ解：已知A、B、D点，在DⅠ上求C点；变换机架→选DⅠ为新机架→刚化搬移（反转、后位落前位）→搬动B2点至B2′点；连接B1、B2点，作其中垂线，C1点在中垂线上延长B1A与中垂线的交点即为C1点B1B2ⅠADⅡB1B2ⅠADⅡB2′C1六、（10分）已知四杆机构ABCD机架AD、连架杆AB两位置AB1、AB2及对应摇杆两位置Ⅰ、Ⅱ。Ⅰ位置是机构的一极限位置。试用图解法设计该机构（要求：不必写作图过程，但要保留全部作图过程线。）（04级机原补考题）新“机架”必须是位置已知但其上铰链