机械原理期末考试复习资料

第二章§2-2机构的组成刚性连接在一起的零件共同组成的一个独立的运动单元1构件连杆曲轴2运动副―两构件直接接触而组成的可动联接运动副元素―两个构件参与接触而构成运动副的点、线、面部分运动副元素A1342CD颚式破碎机3.机构运动简图用构件和运动副代表符号表示的、严格按比例画的、说明机构中各构件之间的相对运动关系的简化图形B§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项F=3n-2PL-PH=35-27-0=1F=3n-2PL-PH=35-26-0=3×√m个构件铰接在一起时，移动副数目为m-11.复合铰链123三个杆件在一处构成转动副，其转动副数目为：PL=3－2=1235614243562.局部自由度123×F＝3n－2PL－PH-F＝33－23－1-1=1√△在计算时，应除去局部自度。△如不剔除局部自由度，计算的结果将比正确值大。F＝3n－2PL－PH＝32－22－1=1√所谓局部自由度：是指机构中某些构件所具有的不影响其他构件运动的自由度F＝3n－2PL－PH＝33－23－1=22.局部自由度123×F＝3n－2PL－PH-F＝33－23－1-1=1√△在计算时，应除去局部自度。△如不剔除局部自由度，计算的结果将比正确值大。F＝3n－2PL－PH＝32－22－1=1√所谓局部自由度：是指机构中某些构件所具有的不影响其他构件运动的自由度F＝3n－2PL－PH＝33－23－1=23.虚约束（1）两构件间构成多个移动副，移动导路平行或重合（2）两构件构成转动副，转动轴线重合--不产生实际约束效果的重复约束312123123虚约束真实约束真实约束（3）两构件在多处构成高副，各接触点的公法线重合或平行两处高副（相当于一个移动低副）一处高副虚约束两处高副（相当于一各转动低副）BABA两活动构件上两动点的距离始终保持不变（4）新增的杆EF为虚约束F＝3n－2PL－PH＝3－2－460＝0×F＝3n－2PL－PH＝33－24－0＝1√ABCDFECDABEF注意：当不剔除虚约束时，计算出的结果比正确值要小F＝3n－2PL－PH＝33-24-0＝1简化实图AB为虚约束(5）用运动副连接的是两构件上轨迹重合的点×√460F＝3n－2PL－PH＝3－2－＝034F＝3n－2PL－PH＝3－2－＝10在该机构中，构件2上的C2点与构件3上的C3点轨迹重合，为虚约束。也可将构件4上的D4当作虚约束，将构件4及其引入的约束铰链D去掉来计算，效果完全一样。示意图行星轮系3（6）机构中对运动不起作用的对称部分124F21F212143F31F21F＝3n－2PL－PH＝33-23-2＝1▲在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束▲计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算▲同理，若将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样小结：自由度计算步骤:1.确定活动构件数目2.确定运动副种类和数目3.确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链4.计算、验证自由度几种特殊结构的处理:1、复合铰链—计算在内2、局部自由度—排除3、虚约束—排除2）从离原动件最远的杆组折起3）先试拆Ⅱ级杆组，不成再考虑按Ⅲ级组拆典型例题分析机构的过程：1）先将机架、原动件与其它构件分离2314567ABCDEFGHIJ1A23BCD6754EFGHIJ例2局1234567复41235789例1F＝3n－2PL－PH＝36－28－1＝37－29－1＝1F＝3n－2PL－PH＝1复合铰链局部自由度虚约束局部自由度虚约束例2F＝3n－2PL－PH＝3－2－8111＝112345678ABCDEF例5计算图示机构的自由度，并指出存在的复合铰链、局部自由度和虚约束处。并说明成为机构的条件。342511=??=32lhFnPP=--解：1，2,D处为局部自由度，E、F处有一处为虚约束；3,应有一个起始构件123451234例6如图所示为牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄1输入，使摆动导杆3往复摆动，并带动滑枕4作往复移动，以达到刨削的目的。试问图示的构件组合是否能达到此目的？如果不能，应如何改进？解:1,32lhFnPP=--34260=??2,该机构不能动，修改方案如下：题图12345a)12345b)12345d)思考：如果计算出的机构自由度F=－1应增加一个什么样的构件？小结：如果计算出的机构自由度F=0？课后作业：2-1、2-2、2-7、2-12，2-15，2-18，2-2112345c)1234题图应增加一个带有一个低副的构件。例7计算机构的自由度（若有虚约束、局部自由度和复合铰链须指出），分析该该机构是否具有确定运动。并提出改进措施。LHFnPP=--32=??=332410解：1）计算自由度2）改进措施该题见教材2-81’1234机构简图351′124531′1241′1234题图LHFnPP=--32=??=3425111’123451’1234LHFnPP=--32=??=342511LHFnPP=--32=??=3323211′1234题图例计算下列机构的自由度LHFnPP=--32=??35271LHFnPP=--32=??352711234512345课堂练习题例8计算机构的自由度，并确定机构的杆组及机构的级别。1A12345678910ABCDEFGHIJK23BCE89IJH7F456DGHK解:1.计算机构的自由度32lhFnPP=--3921301=??=2.拆分杆组该机构为三级机构第三章瞬心的数目K=N（N－1）/2N—构件数（含机架）瞬心概念小结在相对瞬心处：两相对运动构件的绝对速度相等且不为零两相对运动构件的相对速度为零在绝对瞬心处：两相对运动构件的绝对速度相等且为零两相对运动构件的相对速度为零11瞬心的位置1）转动副转动副的瞬心就在转动副中心。2)移动副移动副的瞬心在垂直于导路方向的无穷远处。12P122VBVAB3)平面高副滚动副滚滑副12纯滚动副ω122滚滑副V12nnPP∞P∞A纯滚动副的瞬心就在其接触点上滚滑副的瞬心在其过接触点所作的公法线上转动副的瞬心就在转动副中心。移动副的瞬心在垂直于导路方向的无穷远处。瞬心位置小结三心定理矢量方程图解法的基本原理AB同一构件上两点间的运动关系BAABvvvtBAnBAABAABaaaaaaB（B1B2）两构件重合点间的运动方程121212BBBBvvvkBBrBBBBaaaa121212121122BBkBBva哥氏加速度1.哥氏加速度是由于动系的牵连运动含有转动成分而引起的，所以，当动系所固结的构件作直线移动时，牵连角速度为零，不含有哥氏加速度；而当动系所固结的构件作定轴转动时，则必含有哥氏加速度。2.哥氏加速度的大小等于牵连角速度与动点对牵连运动点的相对速度乘积的二倍，方向是将相对速度的指向顺着牵连角速度的转向转过90º121122BBkBBvakBBrBBBBaaaa121212关于哥氏加速度23B2（=3）VB3B2akB3B22(=3)杆块共同转动的角速度方向判定：将相对速度vB3B2沿牵连角速度2的方向转90º。特殊情况下：哥氏加速度可能为零Vr=0BB=0B矢量方程图解法小结1.列矢量方程式第一步要判明机构的级别：适用二级机构第二步分清基本原理中的两种类型。第三步矢量方程式图解求解条件：只有两个未知数2.做好速度多边形和加速度多边形首先要分清绝对矢量和相对矢量的作法，并掌握判别指向的规律。其次是比例尺的选取及单位。3.注意速度影像法和加速度影像法的应用原则和方向4.构件的角速度和角加速度的求法5.科氏加速度存在条件、大小、方向的确定6.最后说明机构运动简图、速度多边形及加速度多边形的作图的准确性，与运动分析的结果的准确性密切相关。MVMCB21344132例3求下列机构的所有瞬心P12234P14P23P3411、2、31、4、3P132、3、42、1、4P24nnP24P12P34∞P34∞P34∞P34∞P13P131P23P14P24四、图示为机构简图和相应速度加速度图(10)•在速度、加速度图上标出各矢量所表示的相应速度、加速度矢量•速度加速度矢量为已知条件，写出D点的速度加速度方程式第四章作用在机械上的力驱动力阻抗力有效阻力有害阻力驱动力―驱使机械运动的力。驱动力与其作用点的速度方向相同或成锐角，其所作的功为正功。阻抗力―阻止机械运动的力。阻抗力与其作用点的速度方向相反或成钝角，其所作的功为负功。驱动力阻抗力12F21V1290＜V1290＞F2α1例一滑块置于升角为α的斜面2上，G为作用在滑块1上的铅锤载荷。求使滑块1沿斜面2等速上升（正行程）时所需的水平驱动力F；求使滑块1沿斜面2等速下滑时的力F′.GFnn解：1分析受力（正行程）已知力:G未知力：F、FR21αFR212取力比例尺作图求解）图示力大小（）真实力大小（mmPN滑块匀速上滑时力平衡条件：所受三力汇交于一点，且三力力矢为首尾相交的封闭图形。b021RFFGcaG21RFFPbcFα)tan(GF2α1nnF，3分析滑块反行程受力FR21，已知力：G（驱动力）FR21，F，未知力：、4作图求解bαaG21RFF)tan(GFGcPacF例4―1如图所示为一四杆机构。曲柄1为主动件，在力矩M1的作用下沿ω1方向转动，试求转动副B、C中作用力方向线的位置，若M1为已知，求构件3上作用的力矩M3。图中虚线小圆为摩擦圆，解题时不考虑构件的自重及惯性力。解：考虑摩擦时，各转动副处的反力作用线应切于摩擦圆，但切点位置应根据构件间的相对转动关系来确定。1.作机构的第二位置图以确定各构件间的相对转动关系（图b所示）。ABCD1234ω1ω3ω1ω21ω23ABCD1234（b）（c）2.先取二力杆BC杆分析受力。ABCD1234ω1ω3BC2FR32ω21ω23课后作业：4-11、4-13、4-14由图可知，BC杆受拉力作用，其拉力FR12、FR32应分别切于B、C处的摩擦圆，且FR12对B点所取的力矩应与ω21转向相反，FR32对C点所取的力矩应与ω23转向相反（图c）所示。lABCD1234FR12FR32AB1FR21FR41由图可知，AB杆在B点受FR21作用，与FR12为一对作用力（等值、反向、共点），在A点受FR41作用，FR41对A点所取的力矩应与ω1转向相反，FR21、FR41分别切于A、B处的摩擦圆.ω1021lFMRlMFR1213.取AB杆分析受力。ω1FR23FR43求得:4323RRFF（e）ABCD1234ω32CD3ω34ω23lFR12FR324.取构件3作受力分析。构件3在C点所受的力FR23与FR32符合作用力反作用力的关系，其方向和作用位置如图（e）所示;构件3在D点受到的机架反力FR43对D点之矩与ω3转向相反（图e所示）。lRlFM233ω34lRlF121221RRFF例4―4如图所示为一曲柄滑块机构。设已知各构件的尺寸（包括转动副的半径r），各运动副中的摩擦系数f，作用在滑块上的水平阻力为Fr，试对该机构在图示位置进行力分析（各构件的重力及惯性力均略而不计），并确定加于点B与曲柄AB垂直的平衡力Fb的大小。解：1.根据已知条件作出各转动副处的摩擦圆（a图中虚线小圆）。2.作第二位置图,以判断构件3相对于构件2、4的相对转向关系（图（b）所示）。（a）（b）αα，1234ABCβ，ω32FbFr234ABC1ω2ω34V414.滑快4受三个汇交力作用，三力构成封闭力矢多边形3.二力杆BC杆两端受压，FR23对B点所取力矩应与ω32相反，FR43对C点所取力矩应与ω34相反。ω34ω323BCω32ω34C4FR34FR43φFR14φFR14234ABC1Fr课后作业：4-1、4-3~4-6、4-11、4