机械原理复习提纲讲课教案

《机械原理考试指南》

一、考试对象及基本要求

考试对象为机械类专业的本科学生，目的在于测验应试学生是否达到应有水平，要求学生掌握机构学和机器动力学的基本理论和基本知识，学会常用基本机械的分析和综合。考试以基本概念、基本原理和基本方法为主。

二、考试内容

绪论

机构和机器的概念

第一章机构的构型分析

（1）基本概念：

构件、零件、运动副、运动链

运动副的分类：

空间副：球面副、环副、圆柱副、圆柱-平面副、球面-平面副

平面副：转动副、移动副、螺旋副

（2）机构运动简图：会用构件和运动副的简图表示机构的图形。例：

（3）正确计算自由度

主要是平面机构的自由度计算，要注意虚约束、局部自由度和复合铰链问题。

（4）机构的组成原理

能够对机构进行拆分成有主动件和机架组成的主动链和由其余杆副组成的自由度为0的从动链。例（以上计算自由度的机构的拆分）

要求：习题1-6、1-10要会做。也可以对上述自由度计算机构的级别进行判断（高副机构会高副低代）。

第二章 机构的运动分析

了解机构运动分析的目的和方法，对简单基本机构进行运动分析。

2、1 三心定理

速度瞬心的概念，三心定理的应用，用速度瞬心法进行机构的速度分析。习题3-1 例1：确定以下各机构在图示位置的所有瞬心（在图上标出）。

例2，如图所示导杆机构尺寸：lAB=0.051m ，lAC=0.114m,w1 =5rad/s 。 试用瞬心法确定：机构在图示位置导杆3的角速度w3的大小和方向。

例3，图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s -1，R =50mm ，l A0=20mm ，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v 。

例4，l AB =0.110m ，l BC =l AD =0.205m ，l CD =0.150m,ω1

=5rad/s 。试用瞬心法确定：机构在图示位置（?1 =17o）C 点的速度v c ,以及构件2上（即BC 线上或其沿长线上）速度最小点E 的位置及其速度v E 的大小、方向。

例4

例3

2.2 平面连杆机构的运动分析

主要是二级机构的分析，能够根据简单机构建立其运动方程式，求其速度及加速度表达式。对其计算机应用在考试时不要求。习题2-6、2-7

例1， 图示的曲柄摇块机构， l AB =30mm ，l AC =100mm ，l BD =50mm ，l DE =40mm ，?1=45°，等角速度ω1=10rad/s ，求点E 、D 的速度和加速度，构件3的角速度和角加速度。

例2，图示正弦机构，曲柄1长度l 1=0.05m ，角速度ω

1=20rad/s （常数）

，试确定该机构在?1=45°时导杆3的速度v 3与加速度a3。

机构的等效变换本次考试不在出题范围

第3章 平面机构综合

3．1 平面连杆机构的类型与应用

平面四杆机构的基本形式及其特点，演化机构的方法和形式。 3.2平面连杆机构的工作特性

1.运动特性：存在曲柄的条件，急回运动特性，如何依照各杆长度判别铰链四杆机构的型式？

例1、图示摆动导杆机构中，AB 杆匀角速转动。若AB AC 2=，那么，其摆杆的行程速度变化系数为何值？又若摆杆顺时针方向转动为回程，要求有比工作行程较大的平均速度，那么，应如何选择AB 杆的转向？ 例2，试回答图示曲柄滑块机构存在的几何条件。若AB 杆等角速转动，而滑块向右移动为回程。要求回程比工作行程少占用时间，那么，应如何选取AB 杆的转向？

例3，图示铰链四杆机构，已知：lBC=50mm ，lCD=35mm ，lAB=30mm ，AD 为机架，

（1）若此机构为曲柄摇杆机械，且AB 为曲柄，求lAB 的最大值： （2）若此机构为双曲柄机构，求lAB 的范围； （3）若此机构为双摇杆机构，求lAB 的范围。

3．2．2 传力特性

1．机构的传动角：概念及绘制，习题8-3会做

例2

题1图

题3图

例：画出图示各机构的传动角。图中标注箭头的构件为原动件。

2.死点：弄清楚概念，并能够判断死点位置就可以。

3.3 实现给定刚体位置的四杆机构综合

对平面旋转矩阵的掌握，能够应用平面旋转矩阵进行分析。对刚体导引的铰链四杆机构、实

现给定连架杆对应位置的四杆机构和给定形成速比系数的四杆机构综合方法要理解，对几何建模

和数学建模方法要了解，对简单机构能够利用图解法求解相关参数。

例1，图示机床变速箱中操纵滑动齿轮的操纵机构，已知滑动齿轮行程H=60mm，l DE=100mm，l CD=120mm，l AD=250mm，其相互位置如图所示。当滑动齿轮在行程的另一端时，操纵手柄朝垂直方向，试设计此机构。

例2，设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的冲程l C1C2=50mm，导路的偏距e=20mm，求曲柄长度l AB和连杆长度l BC。

例3，试用图解法设计一铰链四杆机构。已知其急回系数K=1.2，机架长l AD=0.1m，摇杆长l CD=0.075m，摇杆的右极限位置与机架间的夹角ψ1=45o。试确定曲柄长l AB和连杆长l BC。

例4，如图3.6.4-1所示，要求设计一铰链四杆机构，给定两连架杆的三组对应位置分别为

?1=60o,ψ1=60o；?2=105o,ψ2=90o；?3=150o,ψ3=120o。并选定a=50mm。试确定其余各杆的长度b、c、d。

题1图

题2图

例5，如图 3.6.4-2所示，要求设计一摇杆滑块机构，给定摇杆与滑块三组对应位置: ?1=60os1=40mm；?2=90o,s2=30mm；?3=120o，s3=20mm 。试用解析法设计确定摇杆长a,连杆长b和偏距e 。

第4章凸轮机构综合

对凸轮机构的从动件常用运动规律及选择原则、机构压力角有明确概念，掌握盘形凸轮轮廓线的设计方法。

4.1 从动件运动规律设计

等速运动规律、等加速等减速运动规律、五次多项式运动规律、余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律的特点（冲击情况、加速度情况，运动线图的表达式）

应用矢量旋转求解偏置直动尖端推杆盘形凸轮、摆动尖端摆杆盘形凸轮以及滚子从动杆盘形凸轮机构廓线坐标方程的确定。参看习题4-2、4-3、4-5、4-6

注意：在360度范围内，升程、回程分别表示。

例1，试用作图法设计偏置尖端移动从动件盘形凸轮机构。已知条件如图所示。r0=40mm,e=10mm,h=36mm 。并讨论所设计的凸轮廓线出现什么情况？对凸轮机构工作有何影响？

例2，设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从

动件初始位置如图所示。已知偏距e=10mm，基圆半径r0=40mm，滚子半

径r T=10mm，从动件运动规律如下：Φ=150°，ΦS=30°，Φ’=120°，Φ′S=60°，从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm；回程以等加速等减速运动规律返回原处，试绘出从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。

第5章齿轮机构综合

掌握齿轮啮合基本定律、渐开线性质、齿轮基本参数及其啮合特性，会计算标准渐开线直齿轮传动的基本尺寸。了解变位齿轮的概念。着重了解斜齿轮有关参数计算。

例1：一对标准斜齿圆柱齿轮的基本参数为z

l =20，z

2

=40，m

n

=8mm，A

N

=20°，β＝

18°，B＝30mm。

试求；1)p

n 及p

t

2)d

l

、d

2

、d

a1

、d

a2

、d

f1

、d

f2

、a；3)ε；4)Z

v1

，及Z

V2

例2：一对标准斜齿圆柱齿轮的基本参数为z

1=21，z

2

=22，m

n

=2mm，α

N

=20°，a′

=54mm，要求不用变位而凑配中心距离时，这对斜齿轮的螺旋角应为多少?

例3, 当α=20o，=1的渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆和基圆重合时，其齿数应为多少？当齿数大于所求的数值时，基圆与根圆哪个大？

例4,已知一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮，标准中心距a=160mm，z

1=20 ,z

2

=60 。试求两

齿轮的模数m和分度圆半径r

1、r

2

。若两齿轮实际中心距加大1mm安装，试求其啮合角α′。

例5, 已知斜齿圆柱齿轮的参数为：α

n

=20°，=1.0，z=12。为了使它在用滚刀范成法加工时不致产生根切，则其分度圆柱螺旋角β应取多大？

此部分内容主要以参数计算为主，尤其是斜齿轮，但必须了解直齿轮、斜齿轮和锥齿轮的行程原理，特点。

第6章轮系及其设计

了解轮系的分类和应用，会计算轮系的传动比。包括大小及方向

核心是轮系传动比的计算：书上52页的3-12、3-13，会作即可。主要是

传动比的大小及方向。

习题1,已知图示轮系的z1=18, z2=20,z2′=22,z3=58,z4=60。试求i14。

习题2，如图所示为一变速行星轮系。通过制动块A，B分别固定轮3或轮6可以输出不同的转速n H.已知z1＝z4 = 20, z2＝Z5 = 25, z3＝z6 = 70, n1＝1000 r /min.试求分别固定轮3与轮6时的n H。

习题3，在图示的轮系中，已知各轮齿数为z

2=z

3

=20，z

1

=z

2′

=25，

习题

1

习题2

习题3

题4

z 4=100，z 5=20。试求传动比i 15。

题4，在图示的电动绞车减速器轮系中，已知各轮齿数为z 1=24，z 2=52，z 2′=21，z 3=78，z 3′=18，z 4=30，z 5=78。试求传动比i 15。 第7章 其他常用机构简介

本章主要了解相关机构的概念及原理，棘轮机构的原理和特点，槽轮机构的运动特性和组成 1.外槽轮机构当选用4槽4销以及选用6槽3销时，机构的运动系数各为多少？

2. 外槽轮机构和内槽轮机构的槽数为什么不能太少，但也不宜过多？常取的槽数为多少？ 第8章 机构的力分析

了解运动副中摩擦对机构运动的影响，会判断某些简单机构的自锁条件。掌握机械效率的两种表示方式及其与自锁的关系，死区的概念。例：

1、从受力的观点来看，转动副中出现自锁的条件是什么？

2、在求机构的摩擦力及分析其能否自锁时，往往视机构（或构件）处于等速运动或将动而未动的状态，这是何意？

3、图所示为一焊接用的楔形夹具，利用此夹具将两块待焊接的工件1和1′预先夹紧。图中2为夹具本体，3为楔体。如已知各接触面间的摩擦系数均为f 。试确定此夹具的自锁条件（即当工件被压紧后，楔块3不会自动松脱的条件）。

4、机械效率小于零的物理意义是什么？机械会产生何种现象？

5、如图所示，滑块2在斜槽面中滑动。已知滑块重Q=100N ，平面摩擦系数f=0.12，槽面角θ=30o，斜面倾角λ=30o。试求滑块上升时驱动力P （平行于斜面）的大小以及该斜面机构的效率。 第9章 机械系统动力学

概念：机械的真实运动，机械功率平衡方法。

例:

1、一般机械的运转过程分为哪三个阶段？每个阶段中外力、运动和功能关系有何特点? 2.在什么情况下机械才会作周期性速度波动？速度波动有何危害? 如何调节？ 3、飞轮为什么可以调速？能否利用飞轮来调节非周期性速度被动，为什么? 4、能否说E max 对应ωmax 、E min 对应ωmin ？

第10章 机械的平衡

概念：动平衡、静平衡，动平衡与静平衡的关系

例：

1、“回转构件的平衡”的含意是什么？哪一类回转构件的平衡属于静平衡？

2、在什么条件下需要进行转动构件的静平衡？使转动构件达到静平衡的条件是什么? 在什么条件下必须进行转动构件的动平衡？使转动构件达到完全平衡的条件是什么? 考题题目情况：

1、填空及选择题15-20分

题3图 题5图

2、机构简图及自由度计算两部分10-15分

3、列运动方程(简单二级机构) 10分

4、应用三心定理求速度10-15分

5、轮系计算（混合轮系）10-15分

6、四杆机构综合或图解四杆机构，不全考。10-15分

7、凸轮机构：已知机构的运动规律曲线，建立廓线方程，并绘制升程廓线或回程廓线。10-15分

8、齿轮：以斜齿轮参数计算为主（参数计算）。10分