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1、1.机构,将运动链中某一构件固定作为机架，并有一个或几个构件给定运动规律（原动件），而使其余构件（从动件）具有确定的运动，则此种运动链称为机构。,第二章 机构的结构分析,2）原动件：按给定运动规律独立运动的构件；,3）从动件：机构中其余活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律、机构的结构和构件的尺寸。,1个或几个,1个,机构的组成：机构机架原动件从动件,若干,1）机架:机构中特殊的构件，一般情况下机架相对地面固定不动，即机构中的固定构件。,2.机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化
2、图形。,使机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，称为机构的自由度。,3.机构的自由度,机构具有确定运动的条件为：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。自由度数原动件数,4.机构具有确定运动的条件,1)复合铰链,2)局部自由度,3)虚约束,5.计算平面机构自由度时应注意的事项,1）任何机构都可看作是由若干基本杆组依次连 接于原动件和机架上而构成的。,6.平面机构的组成原理,2）原动件与机架组成级杆组,3）最高级别为级的基本杆组成的机构称为 级机构。,4）最高级别为级的基本杆组成的机构称为 级机构。,n=4，PL6，这种基本杆组称为级组。,n=2,PL=3，这种基本杆组称为II级组
3、。,机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。,计算机构的自由度，确定原动件。从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆级组，当不可能 时再试拆级组。但应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部 分仍组成机构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出 只剩下级机构。确定机构的级别。,（2）平面机构结构分析的步骤：,8.平面机构的结构分析,（1）确定机构的组成与级别,两个互相作平面运动的构件上瞬时速度相等的重合点。简单地说是两构件的等速重合点。,绝对瞬心等速重合点绝对速度为零。相对瞬心等速重合点绝对速度不为零。,瞬心的表示：构件i 和 j 的瞬心用Pij表示。,（1）速度瞬心,1.速度瞬心及其位置确定,第三
4、章平面机构的运动分析,2.三心定理:三个相互作平面（平行）运动构件的三个速度瞬心位于同一直线上。其中一个瞬心将另外两个瞬心的联线分成与各自角速度成反比的两条线段。,vC=vBvCB,3.用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析,VC,VC,第四章 平面机构的力分析,驱动机械运动的力。,（1）驱动力(外力)：,1.作用在机械上的力,称为驱动功或输入功。,与其作用点的速度方向相同或者成锐角；,其特征：,其功为正功，,分为外力与内力。,阻止机械运动的力。,其特征：与其作用点的速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。,（2）阻抗力(外力)：,1)工作阻力：其功称为有效功或输出功；,2)有害阻力：
5、其功为负功，称为损失功。,（3）运动副中的反力：运动副所连接的构件之间的 相互作用力(内力)。,为摩擦角，,2.移动副总反力方向的确定,运动副中的法向反力与摩擦力的合力FR21,总反力与法向力之间的夹角，称,称为运动副中的总反力，,3.转动副总反力方向的确定,根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；,计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；,总反力FR21 对轴心之矩的方向必与轴颈1相对轴承2的相对 角速度的方向相反。,2）偏斜方向应与构件1相对构件2 的相对速度v12的方向相反。,在考虑摩擦时进行机构力的分析，关键是确定运动副中总反力的方向，而且一般都先从二力构件作起。,5.考虑摩擦时机构的受
6、力分析,对于冲床等设备的传动机构，考虑与不考虑摩擦力的分析的结果可能相差很大，故对此类设备在力的分析时必须计及摩擦。,1.机械效率的确定,第五章 机械的效率及自锁,2.机构的自锁,（1）自锁现象,某些机构，就其机构而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，,却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。,（2）自锁条件,机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生的自锁。,3.移动副自锁条件,结论:移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即），则发生自锁。,4.转动副自锁条件,结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力G，,且作用于摩擦圆之内，即
7、a。,a,1.所谓刚性转子的不平衡，是指由于结构不对称、材料缺陷以及制造误差等原因而使质量分布不均匀，致使中心惯性主轴与回转轴线不重合，而产生离心惯性力系的不平衡。根据平衡条件的不同，又可分为静平衡和动平衡两种情况。,第6章 机械的平衡,2.对于动不平衡的转子，无论其具有多少个偏心质量以及分布在多少个回转平面内，都只要在两个选定的平衡基面内加上或去掉平衡质量，即可获得完全平衡。故动平衡又称为双面平衡。,(2)机构的平衡 对平面连杆机构，由于作往复运动和平面运动的构件总是存在加速度，就单个构件而言，是无法平衡的。但可以将整个机构一并考虑，采取措施对总的惯性力或惯性力矩进行平衡。,1.等效动力学模
8、型概念,对于一个单自由度机械系统的动力学问题研究，可简化为对其一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。,等效转动惯量（或等效质量）是等效构件具有的假想转动惯量（或假想质量），等效构件的动能应等于原机械系统中所有运动构件的动能之和。,等效力矩（或等效力）是作用在等效构件上的一个假想力矩（或假想力），其瞬时功率应等于作用在原机械系统上的所有外力在同一瞬时的功率之和。,我们把具有等效转动惯量（或等效质量），其上作用有等效力矩（或等效力）的等效构件就称为原机械系统的等效动力学模模型。,第七章 机械的运转及其速度波动的调节,2.机械系统的等效动力学模型,当选择转动构件作等效构件时，需用到等效质量Je
9、和等效力Me。,等效,当选择移动构件作等效构件时，常用到等效质量me和等效力Fe。,Fe,v3,me,等效,3.周期性变速稳定运转速度波动的调节,（1）机械运转不均匀系数,工程中常用角速度平均值m表示机械运转的角速度，近似值为：,机械运转不均匀系数：,(2)飞轮转动惯量的近似计算,由,有,只要,便有。,即机械的速度波动满足给定的要求。,Wab,Wbc,Wcd,Wde,Wea,Wab,Wbc,Wcd,Wde,Wea,用能量指示图确定最大盈亏功Wmax的大小。,取,工作循环,Em,Emax,Emin,第八章 平面连杆机构及其设计,1.四杆机构的基本型式,铰链四杆机构,(1)曲柄摇杆机构,(2)双曲
10、柄机构,(3)双摇杆机构,(4)曲柄滑块机构,第一种情况:若最短杆最长杆其他两杆之和(满足杆长和条件)1）若选最短杆的相邻杆做机架：曲柄摇杆机构。2）若选最短杆做机架：双曲柄机构。3）若选最短杆的对面的杆做机架：双摇杆机构。第二种情况:若最短杆最长杆其他两杆之和(不满足杆长和条件)双摇杆机构（无论以何杆做机架）。,2.铰链四杆机构类型的判断,（1）极位夹角 极位：曲柄与连杆两次共线时，摇杆的两个极限位置。极位夹角：曲柄(原动件)与连杆两次共线时，原动件两位置所夹 的锐角。,3.铰链四杆机构急回运动和行程速度变化系数,称K为行程速比系数。,且越大，K 值越大，急回性质越明显。,只要 0，就有K
11、1,设计新机械时，往往先给定K 值，于是:,(2)行程速比系数K,(1)压力角 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹角度。,3.铰链四杆机构的传动角和死点,(2)传动角 连杆与从动件之间的夹角，用来表示机构传动力性能的好坏。,且 90 90,设计时要求:min50,最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，min出现在曲柄(主动件)与机架共线的两位置之一。,以摇杆为主动件；且连杆与从动曲柄两次共线时，摇杆通过连杆作用于曲柄上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使曲柄转动的现象，该位置称为死点，死点位置有：0。,（3）铰链四杆机构的死点,1凸轮机构的分类,（2）按推杆形状和运动形式分,1）尖顶推杆
12、2）滚子推杆 3）平底推杆,1）对心直动推杆 2）偏置直动推杆 3）摆动推杆,尖顶推杆 滚子推杆 平底推杆,按推杆形状分,按运动形式分,第九章 凸轮机构,名称=“推杆的运动形式+推杆形状+凸轮形状+机构”,直动滚子盘形凸轮机构 摆动滚子圆柱凸轮机构,实例：,2.凸轮命名规则、术语,3.凸轮的基圆、工作轮廓、理论轮廓,对于尖顶推杆，以凸轮回转中心为圆心，实际轮廓上最小矢径所作之圆。基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。,尖顶推杆,实际轮廓,对于滚子推杆，以凸轮回转中心为圆心，滚子中心到凸轮中心最小向径所作之圆。基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。,滚子推杆,3.凸轮的基圆、工作轮廓
13、、理论轮廓,理论 廓线,对于尖顶推杆，理论轮廓与工作轮廓重合。对于滚子推杆，滚子中心相对于凸轮的轨迹。对于平底推杆，理论轮廓与工作轮廓重合。,理论轮廓,工作轮廓,3.凸轮转角：凸轮以推杆位于其最近点(A)作为初始位置，从初始位置转过的任意角度。,s,s,B,B,4.推杆位移：凸轮转过 角时，推杆相对于基圆的移动距离 s。,s,s,B,B,s,5.凸轮偏距：凸轮回转中心到从动件移动导路中心线间的距离e。,6.偏距圆：以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。,e,回转中心,偏距圆,7.推杆的行程：推杆从距凸轮中心最近点向最远点运 动的距离。,s,s,B,h,8.刚性冲击：由于加速度发生突变，其值
14、在理论上达到无穷大，导致推杆产生非常大的惯性力。,9.柔性冲击：由于加速度发生有限值的突变，导致推杆产生有限值的惯性力突变而产生有限的冲击。,10.凸轮压力角,指推杆所受正压力的方向与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角，常以表示。它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。,在其他情况不变的情况下，愈大，F愈大，若大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。此时机构的压力角称为临界压力角c，,1.齿廓啮合基本定律共轭齿廓：一对能实现预定传动比(i12=1/2)规律的啮合齿廓。,齿廓啮合基本定律,齿廓啮合基本定律:互相啮合的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与连心线O1O2被其啮合齿廓的在接触处的公法线所分
15、成的两段成反比。,第十章 齿轮机构,不论两轮在任何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线与两轮连心线交与一定点。定点P称为节点。,3.节圆 以O1(O2)为圆心，O1P(02P)为半 径所作的圆称为节圆。,两节圆相切于P点，且两轮节点处速度相同，故两节圆作纯滚动。,2.两齿轮作定传动比的条件,4.渐开线的特性,2）渐开线上任意点的法线恒切于基圆；,3）渐开线愈靠近基圆部分，曲率半径愈小；B点为曲率中心,BK为曲率半径。,n,n,4）渐开线的形状取决于基圆大小；当rb，变成直线。,5）基圆内无渐开线。,1)齿轮的名称和符号,齿顶圆:da、ra,齿根圆:df、rf,齿厚:sk,齿槽宽:ek,齿距:p
16、k=sk+ek,齿顶高ha,齿根高 hf,齿全高 h=ha+hf,分度圆:人为规定的计算基准圆,表示符号：d,法向齿距（法向周节）:pn,=pb,5.标准齿轮的基本参数和几何尺寸,r、s、e，p=s+e,2）渐开线齿轮的基本参数,(2)模数:m,(1)齿数:z,分度圆周长：d=zp,称为模数m。,模数的单位：mm，它是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。,于是有：d=mz，r=mz/2,人为规定：m=p/只能取某些简单值，,(3)分度圆压力角(简称压力角),得:Karccos(rb/rK),由 rbrK cosK,定义分度圆压力角为齿轮的压力角。,对于同一条渐开线：r
17、K,K,b0,N,O,要使进入啮合区内的各对齿轮都能正确地进入啮合，两齿轮的相邻两齿同侧齿廓间的法向距离应相等：,pb1=pb2,将pb=mcos代入得：m1cos1=m2cos2,因m和都取标准值，使上式成立的条件为：,m1=m2，1=2,一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等。,传动比：,6.一对渐开线齿轮正确啮合的条件,对标准齿轮，确定中心距a时，应满足两点要求：1)理论上齿侧间隙为零,2)顶隙c为标准值,此时有：a=ra1+c+rf2,=r1+ha*m,=r1+r2,s1-e2=0,c=c*m,+c*m,+r2-(ha*m+c*m),=m(z1+z2)/2,7.中心距
18、a,9.用范成法加工标准齿轮 时齿条型刀具的位置,标准齿条型刀具比基准齿形高出c*m 一段切出齿根过渡曲线。,(1)标准齿条型刀具,(2)加工标准齿轮时齿条 型刀具的位置,加工标准齿轮：刀具分度线刚好与轮坯的分度圆作纯滚动。,加工结果：sem/2,ha=h*am,hf=(h*a+c*)m,分度线,(3)渐开线齿轮不发生根切的最少齿数,极限啮合点N1的位置随基圆大小变动,当N1、B2两点重合时，正好不根切。,不根切的条件：,在PN1O1 中有：,在PB2B 中有：,代入求得：z2 ha*/sin2,取=20,ha*=1，得:zmin=17,即：zmin2 ha*/sin2,P N1P B2,=m
19、zsin/2,PN1=rsin,PB2=ha*m/sin,不根切,刚好不根切,根切,齿条型刀具比齿轮型刀具更容易发生根切。,(4)避免根切的措施,采用变位修正，刀具远离轮坯中心。,所得齿轮为变位齿轮。,优点：1)当zzmin时，产生根切。但实际生产中经常要用到 zzmin的齿轮;,2)用于 aa的场合。凑中心距。,3)小齿轮容易坏。原因：rb小，齿根薄，啮合的次数多，强度低。希望两者寿命接近，匹配强度。,10.渐开线变位齿轮,11.齿轮系及其分类,（1）齿轮系分类,1）定轴轮系（轴线固定）,平面定轴轮系简图,差动轮系,2)周转轮系（其中有的齿轮轴有公转）,差动轮系（F=2）,行星轮系（F=1）
20、,行星轮系,周转轮系简图,(2)行星轮系的组成：,基本构件：太阳轮(K)、行星架(H:系杆)。,其它构件：行星轮。,(3)差动轮系的组成：,基本构件：太阳轮(K)、行星架(H:系杆)。,其它构件：行星轮。,复合轮系是整个轮系中即包含定轴轮系部分又包含周转轮系部分或由几部分周转轮系（基本周转轮系）组成的齿轮系。复合轮系可以获得更大范围的传动比，实现动力多路传递。,(4)复合轮系,复合轮系简图,定轴轮系,周转轮系,掌握棘轮机构、槽轮机构的工作特点、功用及适用场。掌握不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、星轮机构的工 作特点、功用。掌握万向联轴节、螺旋机构的工作特点、功用及适用场合。,第12章 其他常用机构,掌握万向联轴节、螺旋机构的工作原理、类型、特点、功用及适用场合，学会借助手册对其进行运动设计。,
