04二月20231機械原理(yuánlǐ)課程小結精品資料04二月20232第1章機械設計基礎(jīchǔ)精品資料04二月20233第1章機械設計基礎(jīchǔ)基本概念：

機械、機器、機構1-1概述精品資料04二月20234第1章機械設計基礎(jīchǔ)1-2平面機構一、運動副運動副名稱運動副元素相對自由度相對約束高副：凸輪副、齒輪副等點、線21低副移動副：僅能產生相對移動面12轉動副：僅能產生相對轉動精品資料04二月20235第1章機械設計基礎(jīchǔ)二、機構運動簡圖運動簡圖常用符號（P6.）。三、確定運動的條件主動件個數=自由度數精品資料04二月20236第1章機械設計基礎(jīchǔ)1-3平面機構自由度計算

公式：F=3n－2Pl－Ph機構自由度計算的三個特例：1、復合鉸鏈：由兩個以上構件在同一處構成的重合轉動副。2、局部自由度：不影響機構整體運動的自由度。3、虛約束：在機構中，有些約束所起的限制作用可能是重

復的，不起獨立限制作用的約束。精品資料04二月20237第2章平面(píngmiàn)連桿機構2-1平面機構的類型一、平面連桿機構的類型和應用曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構。2-2平面連桿機構的演化機架置換、運動副置換。精品資料04二月20238第2章平面(píngmiàn)連桿機構2-3平面機構的基本特性一、曲柄存在的條件1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿之和；2）最短桿為連架桿或機架。二、急回特性和速度變化系數三、壓力角和傳動角四、死點位置四桿機構中，從動件與連桿共線或重合時，機構處于死點位置。精品資料04二月20239第2章平面(píngmiàn)連桿機構2-4平面連桿機構的運動分析圖解法速度瞬心總的瞬心數為：

K=N(N-1)/2，N是構件數，含機架。瞬心位置、三心定理精品資料04二月202310結論1：ω1

/ω3

=P13P34/P13P14ωi/ωj

=PijP1j/PijP1i相對瞬心相對瞬心絕對瞬心絕對瞬心vkvP12ω2vP23P24P13vP13P12P34P23P14ω34312Kω1ml結論2：◆相對瞬心用于建立(jiànlì)兩構件間之角速度關系；◆絕對瞬心用于確定活動構件上任一點速度的方向與大小。第2章

平面連桿機構精品資料04二月202311P24P34∞

P134123ω1P14P12P23P34∞

v3=P14P13

×ω1

平移法：組成移動副兩構件的瞬心線可以垂直于導路線(lùxiàn)隨意平移。解：例：圖示曲柄滑塊機構，求v3。第2章

平面連桿機構精品資料04二月202312第2章平面(píngmiàn)連桿機構例：如圖所示的凸輪機構。已知各構件的尺寸、凸輪的角速度w1，求推桿速度v2

。P12P23∞

P12所在線P23∞

v2=P12P13

×ω1123ω1P13精品資料04二月202313第2章平面(píngmiàn)連桿機構例：已知圖示六桿機構各構件的尺寸、構件1的角速度ω1求推桿速度v5。v5=vP15=P16P15×ω1123456ω1P56∞

P35P12P16P34P46P23∞

P56∞

P56∞

P36P13P15解：關鍵是找出P15精品資料04二月202314第2章平面(píngmiàn)連桿機構【例】圖示為一擺動式運輸機的機構運動簡圖。設已知機構各構件尺寸。原動件1的角速度ω1為等速回轉。求在圖示位置VF、aF、ω2、ω3、ω4、ε2、ε3、ε4。6AB12CDE5F34ω1

解：首先畫出機構位置圖。

精品資料04二月202315第2章平面(píngmiàn)連桿機構速度分析6ABw1

2CDE5F341μv

bP大小方向VC=VB+VCB？？⊥BC⊥CDcVCω2=(3)求VEVCB/lBC=bc×μv

/lBCω2

ω4

ω3=VC/lCD=Pc×μv

/lCDω3

VE=lED×ω3e=Pe×μv

(4)求VF大小方向VF=VE+VFE？？⊥EF水平fω4=VFE/lFE=ef×μv

/lFE(=lAB×ω1=Pb×μv×ω1)(2)求VC(1)求VB精品資料04二月202316第2章平面(píngmiàn)連桿機構2.加速度分析求aB6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥BCε2=aτCB/lBCε2

ε

3=aτC/lCDε3

(=lAB×ω21=Pb×μv×ω21)(2)求aCaC=aB+anCB+aτCBB→A？lBCω22C→B=anC+aτClCDω23C→D？⊥CDμa

Pˊbˊc″c″ˊcˊaCaCB=anCB+aτCB=cc′×μa

/lBC″=c′×μa/lCDP′精品資料04二月202317第2章平面(píngmiàn)連桿機構6ABω1

2CDE5F341大小方向？？⊥EFε2

ε3

aF=aE+anFE+aτFE水平lefω24F→Eμa

P′b′c″c″ˊc′(3)求aEaE=lED×ε3=Pˊeˊ×μa(4)求aFe′f′f″ε

4=aFE/lEF=f×μa

/lEFf′″精品資料04二月202318第2章平面(píngmiàn)連桿機構2-5平面連桿機構的力分析一、力的類型二、慣性力的確定一般力學法、質量代換法三、運動副中的摩擦分析摩擦角、自鎖條件精品資料04二月2023191、一般(yībān)力學法由理論力學知：慣性力可以最終簡化為一個加于構件質心S處的慣性力Pi和一個慣性力矩Mi，即：MisPiMi=-Jsε

Pi=-mas

hPi′Pi和Mi又可用一大小等于Pi的總慣性力Pi′代替；其偏離距離為h=Mi/Pi

。各種運動情況下的構件慣性力及慣性力偶矩的表達式見

書上P.41表2-4。第2章

平面連桿機構精品資料04二月202320第2章平面(píngmiàn)連桿機構(1)作平面移動的構件Mi=0Pi=-mas(as=0或as≠0)a.

回轉軸線通過構件質心b.

回轉軸線不通過質心S

Mi=-Jsε

(ε

=0或ε

≠0)Pi=0

εMiSPihPi＇Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/Pi(2)繞定軸轉動的構件精品資料04二月202321第2章平面(píngmiàn)連桿機構(3)作平面復合運動的構件Mi=-Jsε

Pi=-mas

其中：h=Mi/PiMihsPiPi′h1AB21S13M2P2P1P1′

P2′aS2

aS1h2aS3P3

曲柄滑塊機構的一般力學受力分析精品資料04二月202322第2章平面(píngmiàn)連桿機構2、質量代換法將構件的質量假想地集中在某幾個預定的點上，使其產生的力學效應保持不變，這種方法稱為質量代換法，假想的質量稱為代換質量，預定點稱為代換點。m2m1s(1)質量代換的等效條件a.

代換前后構件的質量不變；Σmi=mi=1nΣmixi=0i=1nΣmiyi=0i=1nΣmi(

x2i+

y2i)

=0i=1nb.代換前后構件的總質心位置不變；

c.代換前后構件對質心軸的轉動慣量不變。質量代換法主要用于繞不通過質心軸轉動的構件或平面復雜運動構件的慣性力（力偶矩）計算。精品資料04二月202323第2章平面(píngmiàn)連桿機構質量代換法包括：動代換：1.質量不變

2.質心位置不變

3.對質心軸轉動慣量不變靜代換：1.質量不變

2.質心位置不變精品資料04二月202324【例】如圖所示曲柄滑塊機構，已知各構件尺寸，曲柄1繞質心A的轉動慣量為JA，連桿2的重量G2（重心在S2處），轉動慣量為JS2，滑塊3的重量為G3（重心在C處）。構件1以ω1等速順時針轉動，作用(zuòyòng)于滑塊3上的工作阻力位Fr。不計各運動副中的摩擦力，求圖示位置時，各運動副中的總反力以及需加載構件1上的平衡力矩Mb。第2章

平面連桿機構精品資料04二月202325第2章平面(píngmiàn)連桿機構【解】（1）進行運動分析，作出速度圖和加速度圖。精品資料04二月202326第2章平面(píngmiàn)連桿機構（2）確定構件2、3的慣性力及慣性力偶矩。并且方向與α相反方向與ac相反精品資料04二月202327第2章平面(píngmiàn)連桿機構（3）進行動態靜力分析。按靜定條件將機構分解為主動件1和由構件2、3組成的基本桿組，并從基本桿組開始分析。將構件2對C點取矩，列平衡方程：解得精品資料04二月202328第2章平面(píngmiàn)連桿機構再對整個桿組列平衡方程，即作力矢量圖：？√√√√√√？最后對構件1進行作圖分析。對A點取矩，得，精品資料04二月202329第2章平面(píngmiàn)連桿機構四、機械的效率由于摩擦的存在，總要消耗一部分能量，若不計動能變化，則有：輸入功率有效功輸出有害功輸出Wd=Wr+WfWd——輸入功；Wr——輸出功(有用功)；Wf——損耗功。定義：

η=Wr/Wd效率有瞬時效率和平均效率(簡稱效率)之分，前者指在任一瞬時能量的利用程度，而后者則指在一個運動周期中所有瞬時效率的平均值。精品資料04二月202330第2章平面(píngmiàn)連桿機構0<

η

<1理想生產阻力矩實際生產阻力矩=η理想驅動力矩實際驅動力矩=Pr1Pr2Pr3PrK-1PrKPdPd2Pd3PdK?1?2?3?K…1.串聯總效率為：η=η1η2……ηKPd1精品資料04二月202331第2章平面(píngmiàn)連桿機構?1?2?3?KPd3Pr1Pr2Pr3PrKPd1Pd2PdKPdPr2.并聯圖示為幾種機器并聯組成的機組。=(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)(Pd1+Pd2+…+PdK)Pd(Pd1η1+Pd2η2+…+PdKηK)=∴η=PrPd精品資料04二月202332第2章平面(píngmiàn)連桿機構1234567891011121314Wr1Wr2Wd例：在圖示的減速器中，已知每一對圓柱齒輪和圓錐齒輪的效率分別為0.95和0.92，皮帶傳動效率為0.96，每個軸上軸承總效率為0.99，求其總效率η。解：能量損失過程分析：η12η軸承η34η910η軸承η56η軸承η78η軸承η軸承η1112η軸承η1314η軸承η12η軸承η34η軸承η56η軸承η78η軸承η34η軸承η56η軸承η78η軸承Wr1Wr2WdⅨⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧWdⅠⅡⅢⅥⅤⅣⅦⅧⅨWr1Wr2精品資料04二月202333第2章平面(píngmiàn)連桿機構五、機械的自鎖結論：平面自鎖條件——β≤ρ；等號表示條件自鎖。驅動力F作用角β摩擦角ρ機械自鎖的效率表示：η≤0當η＝0時，機械處于臨界自鎖狀態；若η＜0，則其絕對值越大，表明自鎖越可靠。斜面自鎖條件、軸頸自鎖條件精品資料04二月202334第2章平面(píngmiàn)連桿機構2-6平面連桿機構的設計實現預定的連桿位置、實現預定的運動規律1、按兩連架桿的預定對應轉角（位置）設計四桿機構2、按從動件的預定急回運動（速比）設計四桿機構精品資料04二月202335第3章凸輪(tūlún)機構一、從動件運動規律的選擇柔性沖擊、剛性沖擊、常見運動規律二、反轉法設計凸輪輪廓曲線基礎型——對心直動尖端變化型——偏置直動尖端、偏置滾子、偏置平底滾子半徑的選擇精品資料04二月2023363-7圖示的凸輪為偏心圓盤（μl=0.002m/mm）。圓心為O，半徑R=30mm，偏心距LOA=10mm，滾子(ɡǔnzǐ)半徑rr=10mm，偏距e=10mm。試求（均在圖上標出）：（1）推桿的行程h和凸輪的基圓半徑r0；（2）推程運動角Φ、遠休止角Фs、回程運動角Φ′和近休止角Фs′；（3）最大壓力角αmax及發生位置；（4）從B點接觸到C點接觸凸輪所轉過的角度φ0和推桿的位移s；（5）C點接觸時凸輪機構的壓力角αc。第3章

凸輪機構精品資料04二月202337第3章凸輪(tūlún)機構e解答：

（P.80–2）（1）推桿的行程h和凸輪的基圓半徑r0；過A作半徑為e的圓；以O為圓心，OE為半徑畫圓，得交點F；EF過F作圓e的切線FG，F為從動件行程的最高點；G以A為圓心，R為半徑畫圓，與FG相交，得交點H，H就是從動件行程的最低點；HFH的長度就是推桿的行程，按比例尺μl=0.002m/mm

量得20.5mm；h基圓半徑r0=R–e+rr=30mm。精品資料04二月202338第3章凸輪(tūlún)機構解答：

（P.83–圖3-19）（2）推程運動角Φ、遠休止角Фs、

回程運動角Φ′

和近休止角Фs′；EFG畫出滾子行程最低位置；測量∠IAG上=推程運動角Φ=187°；I∠IAG下=回程運動角Φ′=187°=360°—187°=

173°；遠休止角Фs=0°近休止角Фs′=0°。精品資料04二月202339第3章凸輪(tūlún)機構解答：

（P.86–2）（3）最大壓力角αmax及發生位置；壓力角的定義：從動件在凸輪接觸點處所受正壓力方向（即凸輪輪廓在接觸點處的法線方向）與從動件速度方向所夾銳角；EFGI誰是速度方向？誰是法線方向？壓力角大小與什么有關？Dαmaxαmax=30°精品資料04二月202340第3章凸輪(tūlún)機構解答：

（P.83–圖3-19）（4）從B點接觸到C點接觸凸輪

所轉過的角度φ0和推桿的

位移s；EG畫出滾子運行到C點的位置圖；由反轉法可以確定轉過的角度和方向，φ0=313°；畫出轉角φ0的起始位置；轉角φ0是指基圓上轉過的角度；SB位移s=|SB–SC|。SC精品資料04二月202341第3章凸輪(tūlún)機構解答：

（5）C點接觸時凸輪機構的壓力角αc。EG根據前面的推導可知：αcαc=2°。精品資料04二月202342第4章齒輪(chǐlún)機構4-1概述齒輪傳動的主要類型4-2齒輪齒廓設計基圓、壓力角、嚙合角、共軛齒廓、齒廓公法線、基圓內公切線、嚙合線、三線合一基本尺寸計算公式4-3齒輪基本尺寸計算精品資料04二月202343第4章齒輪(chǐlún)機構4-4漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動正確嚙合條件節點、節圓、節線標準安裝后，節圓與分度圓重合；齒條節線與分度線重合；嚙合角=分度圓壓力角連續性條件與重合度，標注重合區根切與變位、正變位、負變位、影響哪些幾何參數畫出極限嚙合點，計算中心距、分度圓、節圓、節距、模數精品資料04二月202344第4章齒輪(chǐlún)機構精品資料04二月202345第5章

輪系5-1類型(lèixíng)定軸輪系、周轉輪系、復合輪系5-2定軸輪系傳動比計算5-3周轉輪系傳動比計算差動輪系、行星輪系、各構件名稱、轉化輪系5-4復合輪系傳動比計算精品資料04二月202346【例5-6】圖示復合(fùhé)輪系中，各輪齒數已知，試求傳動比i1H。解：（1）正確區分輪系齒輪3為行星輪，齒輪2'和齒輪4為中心輪，故輪為3、2'、4和系桿H一起組成了一個行星輪系。齒輪1、2構成定軸輪系。第5章

輪系精品資料04二月202347第5章

輪系（2）分別(fēnbié)計算傳動比對定軸輪系有：i12=n1

n2=-z2z1=-2對行星輪系有：iH=2'40-nHn2'-nHz4z2'-=i5

=13=-4所以i2'H

=1-2'4iH=5精品資料04二月202348第5章

輪系（3）建立聯系條件，然后(ránhòu)聯立求解。聯系條件為：n2=n2'所以i1H=n1

nH=i12×i2H=-10負號表示齒輪1與系桿轉向相反。精品資料04二月202349第7章動力學分析(fēnxī)7-1概述機械特性、運轉過程7-2單自由度機械系統動力學分析等效轉動慣量、等效力矩7-4速度波動調節速度波動產生的原因及調節方法——周期性、非周期性計算最大盈虧功精品資料04二月2