机械原理复习概要

机械原理复习概要1Nemo机械原理复习平面机构的结构分析1.什么是零件、构件、机构、机器、机械？它们有什么联系？又有什么区别？机构应是由两个以上实物体组合成的，把那些构成一个运动单元的实物组合体称为构件，而把那些不能再拆分的单个实物体称之为零件，零件是单独制造出来的称为独立的制造单元。构件可以是单个零件，也有可能因为装配工艺的需要，而把若干个零件刚性连接成为一个运动整体。构件是组成机构的一个基本要素，是一个运动单元。2.何谓运动副和运动副元素？运动副有哪些类型？各有几个自由度？用什么符号表示？由两个构件直接接触而又能实现彼此间相对运动的可动连接被称为运动副，而把两构件直接接触的表面称为运动副元素。工程中一般按以下四种方法对运动副进行分类：1）按运动副产生的约束数目分类。把产生一个约束的运动副称为Ⅰ级副，而产生两个约束的运动副称为Ⅱ级副。依此类推，分别还有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级副。2）按运动副的接触形式分类。两个构件的直接接触形式不外乎是点接触、线接触的面接触，当运动副元素为点和线接触时，在载荷作用下，接触区域内单位面积内承载力较大，应力值高，称为高副。相对于高副而言，面与面接触的运动因为应力值较低，称为低副。3）按两构件相对运动形式分类。两构件组成运动副之后的相对运动若为平面运动，则称为平面运动副。平面低副中最觉的两种形式分别是：（1）转动副或回转副，人称铰链，此时，两构件相对转动。（2）移动副，相对运动为移动。3.机构是如何组成的？它必须具备什么条件？当原动件多于或少于机构的自由度时，机构将发生什么情况？机构是由一个机架与一个或几个原动件，再加上若干从动件组合而成。机构具有确定运动的条件是机构的自由度等于原动件的数目。当原动件数目少于机构的自由度时，机构运动是不确定的；而当原动件数目大于机构的自由度时，机构将出现运动干涉而无法确定。4.什么是机构的自由度？如何计算？自由度是机构维持确定运动所必需的独立运动参数。平面机构的自由度F计算公式：F=3XN-（2XPL+PH）PL与PH分别指低副与高副个数5.什么是局部自由度？出现在哪些场合？什么是复合铰链？铰链数和构件数有何关系？什么是虚约束？一般出现在哪些场合？具体计算机构自由度时如何正确去掉局部自由度和虚约束？不影响机构中其他构件运动的自由度称为自由度。出现在增加滚轮的凸轮机构中。复合铰链是指两个以上的构件因为转动轴线重合而叠加在一起的情形。虚约束是指实际上不起作用的虚假约束。（出现场合1、两构件构成转动副前、后运动轨迹重合。2、两构件上两点之间的距离恒定，不随机构运动变化，发用一个构件通过转动副连接该两点时，会引入一个虚约束。3、两构件构成多个转动副，且所有转动副的轴线重合。4、两构件构成多个移动副，且所有移动副的导路平行。5、两构件在多点接触构成平面高副，且接触点处的公法线方向彼此重合。6、机构中存在对运动起重重约束作用的对称结构。）计算方法：1、把机构中产生局部自由度和虚约束的构件及其运动副全部剔除，然后按机械原理复习概要2Nemo公式F=3XN-（2XPL+PH）计算。2、将所有的活动构件N和局部自由度F1及P1一并考虑按正式计算：F=3XN-(2XPL+PH-P1)-F1.平面机构的运动分析1.何谓速度瞬心？瞬心数目与构件数有何关系？通过运动副相联两构件的瞬心位置如何确定？若两个作平面运动构件上存在绝对速度相同的一对重合点，两构件相对于该点作相对转动，该点称瞬时速度中心，即瞬心。若机构有N个构件，则因为每两个构件就有一个瞬心，所以瞬心数目有N（N-1）/2个确定方法：1、直接观察法。通过转动副连接，转动中心为两构件的瞬心。通过移动副相连时，瞬心位于垂直于导轨方向无穷远处。以高副相连时，且接点做纯滚动时，接触点为两构件瞬心。以高副相连，既有滚动又有滑动时，瞬心处于接触点的公法线上。2、三心定律：三个作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线上。2.何谓三心定律？如何利用它来求不直接相联的两个构件的瞬心？三心定律：三个作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线上。平面连杆机构及其设计1.何谓平面连杆机构？它有何特点？能够实现哪些运动转换？平面连杆机构是由若干构件通过低副（转动副和移动副）连接而成的平面机构。其特点是原动件的运动都要经过一个不直接与机架相连的中间机构才能传动到输出构件。该中间机构称为连杆。（转换见下题）2.铰链四杆机构的基本形式有哪几种？各有什么特性？这些特性在生产中有何用处？哪些特性对工作不利？如何消除其影响？三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构曲柄摇杆机构可以将曲柄的连续转动变为摇杆的往复摆动（或相反）。如缝纫机中应用双曲柄机构一般形式中如在冲压过程中，主动曲柄匀速转动，从动曲柄作变速运动，可使冲压行程慢速前进而使回程快速返回。若相对的两杆平行相等，则为平行四边形机构，其特征是两曲柄以相同的速度赋役转动，另一个是连杆作平动。若相对的杆长度相等但不平行则为反平行四边形机构，其特点是两边架杆转动方向相反，它可以使两扇车门同时打开或关闭。双摇杆机构是指两个边架杆都是摇杆。若两摇杆长度相等，则形成等腰梯形机构。应用有汽车等前轮的转向机构2.四杆机构的演化形式有哪些？它们是通过什么途径演化而来的？在工程上有哪些实际应用？1）改变构件的开关和运动尺寸。2）改变运动副的尺寸。3）选用不同的构件为机架。4.在铰链四杆机构中，转动副成为周转副的条件是什么？必要条件1）最短杆长度+最长杆长度=其余两杆长度之和，即杆长条件。2）组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时，有最短杆参与构成的转动副都是周转副，而其余的转动副则不是整转副。5.铰链四杆机构的形式和尺寸之间关系如何？曲柄存在条件是什么？四杆机构有曲柄的条件是各杆的长度就满足杆长条件，且其最短杆为边架杆或机架。满足杆长的四杆机构中当以最短杆的相邻杆为机架时，机构为曲柄摇杆机构；当以最短杆为机架时则为双曲柄机构；如以最短杆的对边为机架，则机构为双摇杆机构；机械原理复习概要3Nemo如果四杆机构各杆长度不满足杆长条件，则无周转副，此时不论以哪个构件为机架，均为双摇杆机构。6.四杆机构中的极位和死点有何异同？机构处于两个极位时，原动件所在的两个位置裼所夹的锐角θ称为极位夹角。机构的死点与极位实际上是机构的同一位置，所不同的是机构的原动件不同（当原动件与连杆共线时为极位）7.何谓行程速比系数K？它描述了机构的什么特性？它与极位夹角有何关系？当机构存在极位夹角θ时，机构便具有急回运动的特征，为了表明急回运动的程度，用行程速比系数K来衡量。K=V1/V2=180º+θ/180º-θ8.曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构及摆动导杆机构是否都存在急回特性？什么情况下没有急回特性？同上9.曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，是否存在死点？存在死点。当主动件通过连杆作用在从动件上的力恰好通过其回转中心时，会使从动件出现不能转动的“顶死”。10.曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构等各在什么条件下会出现死点？机构在死点位置会出现什么后果？可采取哪些措施解决？…机构在死点位置时不能运动。可以使用两组以上的同样机构组合，使各组机构的死点相互错开排列的方法；也可以采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。11.机构的压力角和传动角是如何定义的？它们对传力性能有何影响？设计四杆机构时，对传动角有何要求？机构的压力角指连杆与从动件连接处主动件传递的力F与连接处速度方向所夹锐角α，而连杆与从动件之间的夹锐角γ为传动角。α与γ互为余角。传动角γ愈大对机构的传力愈有利。12.曲柄摇杆机构的最大和最小传动角出现在什么位置？当摇杆主动时，其传动角又如何？出现极位时传动角最小，连杆与从动杆垂直时传动角最大。……13.导杆机构的传动角是多少……14.曲柄滑块机构的最大和最小传动角出现在什么位置？当滑块主动时，其传动角又如何？……15.四杆机构设计中的反转法原理，其理论依据是什么？……16.按给定行程速比系数设计铰链四杆机构时，如何确定铰链A的位置？计算极位夹角θ=180ºx（K-1）/（K+1）…凸轮机构及其设计1.凸轮机构有哪些类型？特点如何？按凸轮的形状分1）盘形凸轮机构2）圆柱凸轮机构3)圆锥凸轮机构按从动件与凸轮接触处的几何形状分1）尖顶从动件凸轮机构2）滚子从动件凸轮机构3）平底从动件凸轮机构按从动件的形式分1）移动从动件凸轮机构2）摆动从动件凸轮机构机械原理复习概要4Nemo按凸轮与从动件维持接触的方式分1）力锁合的凸轮机构2）形锁合的凸轮机构①沟槽凸轮机构②等宽、等径凸轮机构③主回凸轮机构2.凸轮机构从动件常用运动规律有哪几种？有何特点？适用于哪些场合？1）等速运动规律：从动件在推程或（回程）中速度保持不变。速度突变，刚性冲击。运用于凸轮转速很低的场合2）等加速等减速运动规律：让从动件速度从0逐渐加速再逐渐减速到0。加速度与惯性力有突变，但是为有限值，柔性冲击。适用于中、低速场合。3）余弦加速度运动规律:将从动件的加速度规律设计成余弦变化规律，消除等减速运动变化过程串的惯性力的突变。4）正弦加速度运动规律：从动件的加速度规律是正弦变化。这种从动件的速度和加速度均没有任何突变，没有刚性冲击也没有柔性冲击，可用用高速运动。5）组合型运动规律：组合。1）改进型。2）梯形。（要避免从动件运动过程中发生冲击，就要选用加速度曲线无突变的运动规律）3.何谓刚性冲击和柔性冲击？它们出现在哪几种常用运动规律中？（如上）4.何谓理论轮廓曲线？何谓实际轮廓曲线？为何要这样区分？作图时是否可以不画理论轮廓曲线，而直接绘制实际轮廓曲线？理论轮廓曲线是指在设计有滚子从动件的凸轮时将滚子中心点假想为尖顶从动件的尖顶，用反转法做出的假想轨迹。而凸轮的实际轮廓曲线为一条与理论轮廓曲线法向等距的曲线，距离为滚子半径。在滚子凸轮运动时滚子与凸轮的接触点是变化的，直接绘制难以判断接触点。5.设计凸轮轮廓曲线时，采用了反转法，其理论依据是什么？反转法是建立在相对运动不变性原理上的一种方法。运动的参照物设为凸轮，从动件以与凸轮实际运动相反的方向绕凸轮运动，从而得出实际凸轮的轮廓曲线。6.何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动规律失真现象，它对凸轮机构的正常工作有何影响？如何加以避免？变尖现象是指在采用滚子从动件时，滚子半径与凸轮理论轮廓曲线的最小曲率半径相对大小选取不当时从动件实现不了预期的运动规律的现象。当滚子半径大于理论轮廓的最小曲率半径时，在切制凸轮时会切掉部分凸轮，导致运动失真；当滚子半径等于理论轮廓的最小曲率半径时，凸轮在工作时尖点处接触应力很大，尖点火很容易被磨损，磨损后会导致运动失真。为了避免出现运动失真：滚子半径（理论轮廓曲线最小曲率半径-3mm）推杆运动规律失真现象，在设计平底从动件凸轮时平底左右两侧在某些位置没有与凸轮轮廓相切接触出现的运动失真。设计时要使平底左右两侧的宽度大于平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧的最远距离。7.凸轮的压力角是如何定义的？压力角的大小会对工作产生什么影响？为什么回程压力角可以选得大些？压力角是机构中与机架相连的从动件所受驱动力的方向与该驱动力作用点的速度方向之间夹的锐角。最大压力角小于或等于许用压力角。（根据图形分析）8.将对心从动件改为偏置后，对凸轮压力角有何影响？偏距e增大对减小推程压力角有利。机械原理复习概要5Nemo齿轮机构及其设计1.渐开线是如何生成的？它有哪些特性？一直线在一圆周上作纯滚动，直线上任一点的轨迹称为该圆的渐开线。该直线是渐开线的发生线，圆为渐开线的基圆特性1）这一点到切点的距离等于该段弧长2）发生线是渐开线在这一点的法线；渐开线上任意点的法线必与基圆相切3）这一点到切点的距离为这一点上的曲率半径；渐开线离基圆越远的点，曲率半径越大，渐开线越平直，反之亦然。4）渐开线的形状决定于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平直。5）基圆内无渐开线6）渐开线上各点的压力角不相等，离基圆越远压力角越大，基圆处为0。7)同一基圆生成