哈工大机械原理考研-第6章 其他常用机构理论部分
哈工大机械原理考研-第6章 其他常用机构理论部分
第6章 其它常用机构 187第6章 其它常用机构6.1 基本要求1． 掌握棘轮机构的工作原理、类型、特点、应用。
2． 掌握槽轮机构的组成、工作原理、类型和应用。
3． 掌握槽轮机构的运动系数、运动特性及槽轮机构几何尺寸的计算。
4． 掌握单万向联轴节的结构和运动特性；掌握双万向联轴节的结构和运动特性；万向联轴节的应用。
5． 了解不完全齿轮机构、螺旋机构、凸轮式间歇运动机构、非圆齿轮机构的工作原理及运动特点。
6.2 内容提要一、本章重点本章重点是棘轮机构、槽轮机构和万向铰链机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。
1．棘轮机构齿式外啮合棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。
可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。
其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。
但冲击、噪音大，且运动精度低。
了解其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理和运动特点。
（1） 棘轮转角的调节方法。
常用棘轮转角的调节方法有：1） 改变摆杆摆角；2）利用棘轮罩遮盖部分棘齿。
（2）棘轮机的设计要点。
1）棘轮齿轮z 和棘爪数目j 的确定：棘轮齿数z 由棘轮的最小转角min ϕ来确定，即min 2z πϕ≥>，最常用的棘爪数目j =1，但当棘爪摆杆的摆角小于棘轮的齿距角360/z ︒时，必须采用多棘爪的棘轮机构，一般取j =1~3。
2）棘轮的模数m 和齿距p 的确定：即m=d a /z ，p m π=，其中d a 为棘轮的齿顶圆直径。
3）棘轮齿面倾斜角α的确定：棘轮齿面倾斜角α为齿面与轮齿尖向径的夹角。
为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要求齿面总作用力R 对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底，即应满足条件：0αϕ>其中ϕ为摩擦角。
4）棘轮齿形的选择：棘轮的齿形有双向作用的齿形和单向作用的齿形两种。
双向作用的齿形一般都制成矩形，相应棘爪制成可翻转的或可提升并可转180°的。
哈工大机械原理全部课程
平面运动副
规格严格 功夫到家
移动副
转动副
三、运动链与机 构
开式运动链
闭式运动链
规格严格 功夫到家
机构
四、机构运动简图 的绘制 为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的
外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
构件独立运动的数目称为自由度
对构件运动的限制作用称为约束
y
y
x
x
规格严格 功夫z 到家
z
(2)机构自由度 机构独立运动的数目称为机构的自由度 什么是独立运动?
规格严格 功夫到家
什么是机构的独立运动? 规格严格 功夫到家
什么是机构的自由度? 机构的自由度=机构的独立运动数目 平面机构独立运动的数目为:所有活动构件的自由度的
安装 铣刀
工作台
锯床
并联机床原型机
数控剪板机
数控压弯机
主旋翼
尾 旋 翼
美国西科斯基公司生产的 “黑鹰”直升机
“神舟五号”发射时的情景。发射塔、 运载火箭都是庞大的机器。
索杰纳火星车
它是美国国家航空航 天局于格林威治时间 1997年7月4日17时07 分发射的火星探路者 号宇宙飞船成功地在 火星表面着陆，该飞 船携带了索杰纳火星 车，这也是一种机器。
机械原理
全套课件
哈尔滨 2020年9月
机械原理
第一章 绪论
规格严格 功夫到家
哈尔滨工业大学
§1-1 机械原理课程的研究对象与内容
研究对象：
机器 机 械
机构
机械是机器与机构的总称。 什么是机器呢？ 什么是机构呢？
哈尔滨工程大学机械工程 机械原理 考试内容范围
三、常用机构及其设计
1、平面四杆机构的基本形式及其演化。平面四杆机构的性质，即曲柄存在条件、运动和动力性质。按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
2、凸轮机构的从动件常用运动规律，凸轮机构的结构及压力角等有关概念。盘形凸轮廓线的设计方法和确定基本尺寸的主要原则。
附件7：
2016年考试内容范围说明
考试科目代码：818考试科目名称:机械原理
考试内容范围:
一、机构结构的基本知识
1、机构的组成要素，平面机构运动简图。
2、计算平面机构的自由度。
3、平面机构组成原理。
<重点要求>计算平面机构的自由度及机构组成原理。
二、平面机构的运动分析
1、运动分析相关概念。
2、用瞬心法、相对运动图解法、解析法对简单基本机构进行运动分析。
3、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有关概念。标准渐开线直齿圆柱齿轮及其传动的尺寸计算。变位齿轮的概念。其它类型齿轮传动的特点和基本尺寸计算。
4、轮系的分类和特点。计算轮系的传动比。
5、棘轮、槽轮机构的结构特点及性质。
6、机构组合的基本知识。
<重点要求>平面四杆机构曲柄存在条件、运动和动力性质。图解法设计盘形凸轮廓线。标准渐开线直齿圆柱齿轮及其传动的基本尺寸计算。计算复合轮系的传动比。
考试总分：150分考试时间：3小时考试方式：笔试
考试题型：判断题（20分）单选题（20分）简答题（20分）
综合计算题（90分）
四、机械系统动力学
1、单自由度机械系统等效动力学模型有关概念。建立机械运动方程式。
2、周期性与非周期性速度波动的调节原理。飞轮转动惯量的近似计算方法。
机械原理第二版课后答案
机械原理第二版课后答案第一章结构分析作业1.2 解：F = 3n－2PL－PH = 3×3－2×4－1= 0该机构不能运动，修改方案如下图：1.2 解：（a）F = 3n－2PL－PH = 3×4－2×5－1= 1 A点为复合铰链。
（b）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×6－2= 1B、E两点为局部自由度, F、C两点各有一处为虚约束。
（c）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×7－0= 1 FIJKLM为虚约束。
1.3 解：F = 3n－2PL－PH = 3×7－2×10－0= 11）以构件2为原动件，则结构由8－7、6－5、4－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图a)。
2）以构件4为原动件，则结构由8－7、6－5、2－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图b)。
3）以构件8为原动件，则结构由2－3－4－5一个Ⅲ级杆组和6－7一个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅲ级机构(图c)。
(a) (b) (c)第二章 运动分析作业2.1 解：机构的瞬心如图所示。
2.2 解：取作机构位置mmmm l /5=μ图如下图所示。
1.求D 点的速度V D13P D V V =而 25241314==P P AE V V E D ，所以 s mm V V E D /14425241502524=⨯==2. 求ω1s rad l V AE E /25.11201501===ω3. 求ω2因 98382412141212==P P P P ωω ，所以s rad /46.0983825.1983812=⨯==ωω4. 求C 点的速度V Csmm C P V l C /2.10154446.0242=⨯⨯=⨯⨯=μω2.3 解：取作机构位置mmmm l /1=μ图如下图a 所示。
1. 求B2点的速度V B2V B2 =ω1×L AB =10×30= 300 mm/s 2.求B3点的速度V B3V B3 ＝ V B2 ＋ V B3B2 大小 ？ ω1×L AB ？ 方向 ⊥BC ⊥AB ∥BC取作速度多边mms mm v /10=μ形如下图b 所示，由图量得：mmpb 223= ，所以smm pb V v B /270102733=⨯=⨯=μ由图a 量得：BC=123 mm , 则mmBC l l BC 1231123=⨯=⨯=μ3. 求D 点和E 点的速度V D 、V E利用速度影像在速度多边形，过p 点作⊥CE ，过b 3点作⊥BE ，得到e 点；过e 点作⊥pb 3，得到d 点 , 由图量得：mmpd 15=，mmpe 17=，所以smm pd V v D /1501015=⨯=⨯=μ ，smm pe V v E /1701017=⨯=⨯=μ；smm b b V v B B /17010173223=⨯=⨯=μ4. 求ω3srad l V BC B /2.212327033===ω5. 求nB a 222212/30003010s mm l a ABn B =⨯=⨯=ω6. 求3B aa B3 ＝ a B3n ＋ a B3t ＝ a B2 ＋ aB3B2k ＋ aB3B2τ大小 ω32LBC ？ ω12LAB 2ω3VB3B2 ？ 方向 B →C ⊥BC B →A ⊥BC ∥BC 22233/5951232.2s mm l a BCn B =⨯=⨯=ω223323/11882702.222s mm V a B B k B B =⨯⨯=⨯=ω取作速度多边mms mm a 2/50=μ形如上图c 所示，由图量得：mmb 23'3=π ，mmb n 20'33=,所以233/11505023's mm b a a B =⨯=⨯=μπ2333/10005020's mm b n a at B =⨯=⨯=μ7. 求3α233/13.81231000s rad l a BC tB ===α8. 求D 点和E 点的加速度aD 、a E利用加速度影像在加速度多边形，作e b 3'π∆∽CBE ∆, 即BE eb CEeCBb 33''==ππ，得到e 点；过e 点作⊥3'b π，得到d 点 , 由图量得：mm e 16=π，mmd 13=π，所以2/6505013s mm d a a D =⨯=⨯=μπ ，2/8005016s mm e a a E =⨯=⨯=μπ 。
机械原理考研知识点总结
4）最高级别为Ⅲ级的基本杆组成的机构称为 Ⅲ级机构。 n=2, PL=3， 这种基本杆组称为II级组。 n=4，PL＝6，这种基本杆组称为Ⅲ级组。
机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。
8.平面机构的结构分析
（1）确定机构的组成与级别 （2）平面机构结构分析的步骤：
1)工作阻力：其功称为有效功或输出功； 2)有害阻力：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)。
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 称为运动副中的总反力，
总反力与法向力之间的夹角φ，称
为摩擦角， 即
φ = arctan f
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a≤ ρ。
G ρ
O
FR21
a
第6章 机械的平衡
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。
第二章 机构的结构分析
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 。
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）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。
哈工大机械设计基础考研大纲
课程编号：T1080020课程名称：机械设计课程英文名称 : MACHINE DESIGN总学时：60 讲课学时：48课程类型：必修课开课单位：机电工程学院机械设计系先修课程：工程图学材料力学机械精度设计与检测技术机械工程材料金属工艺学机械原理二、教学内容及基本要求本课程主要内容有机械设计的基本理论和基本知识、典型通用机械零部件的设计和机械传动系统方案选择。
（一）本课程的主要章节第一章绪论（讲课 1 学时）课程的研究对象与内容，课程的性质与任务，课程的特点与学习方法。
第二章机械及机械零件设计基础（讲课 2 学时）设计机械应该满足的基本要求和一般步骤，机械零件的载荷和应力，机械零件的结构工艺性，常用材料及选用原则，机械设计中的标准化。
第三章机械零件的设计方法简介（讲课 2 学时）机械零件的常见失效形式和设计准则，设计机械零件时应满足的基本要求及其设计方法，机械零件的强度、刚度、精度、动态特性、可靠性设计。
第四章摩擦、磨损和润滑（讲课 2 学时）摩擦、磨损和润滑的基础知识，润滑剂及添加剂。
第五章螺纹联接和螺旋传动（讲课 6 学时）螺纹，螺纹联接的类型及标准件，预紧和防松，单个螺栓联接的强度计算，螺栓组设计要点。
螺旋传动。
第六章轴毂联接（讲课 1 学时）键联接、花键联接及其他轴毂联接简介。
第七章挠性件传动（讲课 4 学时）带传动概述，带传动的理论基础，普通 V 带传动设计，同步带传动简介。
链传动的特点，链传动的运动特性分析。
第八章齿轮传动（讲课 6 学时）齿轮传动概述、失效形式、材料、计算载荷，齿轮结构、润滑，圆柱直齿轮传动强度计算，圆柱斜齿轮强度计算，参数选择及许用应力。
第九章蜗杆传动（讲课 2 学时）蜗杆传动概述、设计准则，普通圆柱蜗杆传动设计。
第十章轴（讲课 3 学时）轴的概述，轴的结构设计，轴的强度及刚度计算。
第十一章滚动轴承（讲课 6 学时, 习题课 2 学时）滚动轴承的构造、类型、代号及其类型选择，滚动轴承的承载能力计算，轴系部件结构、润滑与密封。
考研机械原理-6
考研机械原理-6(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、单项选择题(总题数：4，分数：6.00)1.两运动副元素的材料一定时，当量摩擦系数取决于______。
（分数：1.50）A.运动副元素的几何形状√B.运动副元素间的相对运动速度的大小C.运动副元素间作用力的大小D.运动副元素间温差的大小解析：2.机械中采用环形轴端支承的原因是______。
（分数：1.50）A.加工方便B.避免轴端中心压强过大√C.便于跑合轴端面D.提高承载能力解析：3.下述四个措施中，______不能降低轴颈中的摩擦力矩。
（分数：1.50）A.减小轴颈的直径B.加注润滑油C.略微增大轴承与轴颈的间隙D.增加轴承的长度√解析：4.一台机器空运转，对外不做功，这时机器的效率______。
（分数：1.50）A.大于零B.小于零C.等于零√D.大小不一定解析：二、填空题(总题数：5，分数：10.00)5.移动副的自锁条件是 1，转动副的自锁条件是 2，螺旋副的自锁条件是 3。
（分数：2.00）解析：传动角β小于摩擦角φ或当量摩擦角φv；外力作用线与摩擦圆相切或相交；螺旋升角a小于摩擦角φ或当量摩擦角φv6.从效率的观点来看，机械的自锁条件是 1；对于反行程自锁的机构，其正行程的机械效率一般小于 2。
（分数：2.00）解析：恒小于或等于零；50%7.在同样条件下，三角螺纹的摩擦力矩 1矩形螺纹的摩擦力矩，因此它多用于 2。
（分数：2.00）解析：大于；紧固连接8.机械发生自锁的实质是 1。
（分数：2.00）解析：驱动力所能做的功总是小于或等于克服由其可能引起的最大摩擦阻力所需要的功9.机械效率等于 1功与 2功之比，它反映了 3功在机械中的有效利用程度。
（分数：2.00）解析：输出；输入；输入三、分析计算题(总题数：9，分数：27.00)10.已知下图所示机构中移动副的摩擦系数f=0.1，转动副的当量摩擦系数f v =0.15，绳的两直线部分与斜面平行，且绳与滑轮间无滑动，滑轮半径R=100mm，轴颈半径r=30mm，滑块重Q=1000N，斜面倾角α=30°，楔形半角θ=60°。
机械原理(哈工大)第6章机械的平衡
mge = 0
该回转件在任意位置将保持静止： m1 静平衡或单面平衡 平衡面内不允许安装平衡 配重时，可分解到任意两个平 衡面内进行平衡。
I
m
作者：潘存云教授
m2
II
湖北汽车工业学院专用
作者： 潘存云教授
由理论力学可知：一个力可以分 解成两个与其平行的两个分力。 两者等效的条件是： FbI FbII Fb
r1
m1 F 1
r2
作者：潘存云教授 3
r
m3 F3 l1 l2
F3II l3
F3I
L
离心惯性力 分解结果：
l1 F1I F1 L L l1 F1II F1 L
湖北汽车工业学院专用
F2 I
F2 II
l2 F2 L L l2 F2 L
F3 I
F3 II
l3 F3 L L l3 F3 L
作者：潘存云教授 湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授
离心力F力的大小方向始终都在变化，将对运动副产 生动压力。 附加动压力会产生一系列不良后果： ①增加运动副的摩擦，降低机械的使用寿命。
②产生有害的振动，使机械的工作性能恶化。
③降低机械效率。 平衡的目的：研究惯性力分布及其变化规律，并采 取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除 所产生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作 性能和提高使用寿命。 本章重点介绍刚性转子的平衡问题。
ω ω1 ω1 1
作者：潘存云教授
T I T’ ’ T ’ O I 2 O’ O ’2 mI O’ I1
2
3
5
4
确定相位差 摆架位于最高点时，不平衡质量不在正上方， 而是处在沿回转方向超前角α的位置。
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第6章 其它常用机构 189
第6章 其它常用机构
6.1 基本要求
1． 掌握棘轮机构的工作原理、类型、特点、应用。
2． 掌握槽轮机构的组成、工作原理、类型和应用。
3． 掌握槽轮机构的运动系数、运动特性及槽轮机构几何尺寸的计算。
4． 掌握单万向联轴节的结构和运动特性；掌握双万向联轴节的结构和运动特性；万向联轴
节的应用。
5． 了解不完全齿轮机构、螺旋机构、凸轮式间歇运动机构、非圆齿轮机构的工作原理及运
动特点。
6.2 内容提要
一、本章重点
本章重点是棘轮机构、槽轮机构和万向铰链机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。
1．棘轮机构
齿式外啮合棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。
可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。
其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。
但冲击、噪音大，且运动精度低。
了解其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理和运动特点。
（1） 棘轮转角的调节方法。
常用棘轮转角的调节方法有：
1） 改变摆杆摆角；
2）利用棘轮罩遮盖部分棘齿。
（2）棘轮机的设计要点。
1）棘轮齿轮z 和棘爪数目j 的确定：棘轮齿数z 由棘轮的最小转角min ϕ来确定，即min 2z πϕ≥>，最常用的棘爪数目j =1，但当棘爪摆杆的摆角小于棘轮的齿距角360/z ︒时，必须采用多棘爪的棘轮机构，一般取j =1~3。
2）棘轮的模数m 和齿距p 的确定：即m=d a /z ，p m π=，其中d a 为棘轮的齿顶圆直径。
3）棘轮齿面倾斜角α的确定：棘轮齿面倾斜角α为齿面与轮齿尖向径的夹角。
为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要求齿面总作用力R 对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底，即应满足条件：0αϕ>其中ϕ为摩擦角。
4）棘轮齿形的选择：棘轮的齿形有双向作用的齿形和单向作用的齿形两种。
双向作用的齿形一般都制成矩形，相应棘爪制成可翻转的或可提升并可转180°的。
而单向作用的齿形通常都用锐角齿形，其齿形角一般根据铣刀角度决定。
常用60°或55°，相应棘爪可制成
188 机械原理试题精选与答题技巧
钩头或直的。
2．槽轮机构
槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。
可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。
并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。
（1）槽轮机构的运动系数。
在单销外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间t d 与主动拨盘转一周的总时间t 之比称为槽轮机的运动系数，且用k 表示，即
112d t k t z
=
=- 式中 z —槽轮的槽数
如果在拨盘1上均匀分布有n 个圆销，则该槽轮机构的运动系数为 112k n z ⎛⎫=- ⎪⎝⎭
运动系数k 必须大于零而小于1。
（2）外槽轮机构的运动特性。
主动拨盘以等速度1ω转动。
当主动拨盘处在1ϕ位置角时，从动槽轮所处的位置角2ϕ、角速度2ω及角加速度2α分别为
21111221112222
2111arctan[sin /(1cos )]()
(cos )/(12cos )
(1)sin /(12cos )ϕλϕαϕϕαϕωωλϕλλϕλαωλλϕλϕλ=--<<=--+=--+ 式中 /sin(/)k L z λπ==
当拨盘的角速度1ω一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z ，且随槽数z 的增多而减少。
此外，圆销在啮入和啮出时，有柔性冲击，其冲击将随z 减少而增大。
（3）槽轮机构的设计要点。
1）槽轮槽数的选择：由式112k z
=-可知，槽轮槽数z 愈多，k 愈大， 即槽轮传动的时间增加，停歇的时间缩短。
因k >0，故槽数3z ≥，但当z >12时，k 值变化不大，故很少使用z >12的槽轮。
因此，一般取z =3~12，而常用槽数为3，4，6，8。
一般情况下，槽轮停歇时间为机器的工作行程时间；槽轮传动的时间则是空行程时间。
为了提高生产率，要求机器的空行程时间尽量短，即k 值要小，也就是槽数要少。
由于z 愈少，槽轮机构运动和动力性能愈差，故一般在设计槽轮机构时，应根据工作要求、受力情况、生产率等因素综合考虑，合理选择k ，再来确定槽数z 0，一般多取z =4或6。
2）圆销数目的确定：单销外啮合槽轮机构的k 值总是小于0.5，即槽轮的运动时间总是小于其停歇时间。
如果要求k >0.5的间歇运动时，可以采用多销外啮合槽轮机构，其销数n 应满足式
2(2)n z z ≤-
当z =3时，n =1~6时；当z =4时，n =1~4；当z =5或6时，n =1~3；当7z ≥时，n =1~2。
第6章 其它常用机构 189
至于槽轮机构的中心距L 和圆销半径r 应按受力情况和实际机械所允许的空间安装尺寸来确定。
3．万向铰链机构
（1）单万向铰链机构。
单万向铰链机构是由主动轴1、从动轴2、中间十字构件及机架组成。
可用于轴夹角可变的两轴之间运动及动力的传递。
当两轴夹角为α时，若主动轴1以等角速度1ω回转，则从动轴2的角速度2ω将在一定范围内变化，即
121cos /cos ωαωωα≤≤
且变化幅度与两轴夹角α的大小有关。
α愈大，2ω的变化幅度愈大，故一般取30α≤︒。
（2）双万向铰链机构。
为了消除单万向铰链机构中从动轴变速转动的缺点，常采用由两个单万向铰链机构形成的双万向铰链机构。
为了实现主、从动轴的角速度恒相等，其结构必须满足的条件为：
1） 轴1，3和中间轴2必须位于同一平面内；
2） 主动轴1、从动轴3与中间轴2的轴线之间的夹角相等；
3） 中间轴两端的叉面应位于同一平面内。
二、本章难点
本章的难点是单万向铰链机构的运动分析。
也就是主动轴和从动轴角速度关系公式的推导。
组合机构的工作原理和运动特点。