机械原理概念复习

机械原理基本概念总结第一章绪论1、机械原理又称为机械机器理论与机构学。

2、内容：机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设计的一门基础技术学科。

3、机械原理：研究对象是机械，机械是机构和机器的总称。

4、机构的定义:把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运动的构件系统。

常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、间歇运动机构。

5、机器的定义：由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作过程，以代替人类的劳动。

实例：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆。

6、机器与机构之间的关系——机器是由机构组成的。

例如图示单缸内燃机中就包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。

7、机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式，二是用来传递动力。

机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。

8、机器的类别：动力机器、工作机器、信息机器。

9、机器的组成：控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行机构系统。

10、机械设计的一般进程：机械产品的研制过程包括设计、制造、试验，定型等环节。

机械设计阶段的四个进程：产品规划-方案设计-详细设计-改进设计。

机械运动方案设计的主要内容：①机械运动简图的类型综合；②机械运动简图的尺度综合；3）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用。

11、机械原理的地位和作用：机械原理是研究机构和机械运动简图设计的一门重要技术基础课程，其任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。

培养学生初步拟定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。

机械原理主要包括内容：①机构的组成原理和类型综合；②典型机构的设计；③机械系统的设计；④机械动力学。

第二章机构的组成原理和机构类型综合1、构件(link) ：独立的运动单元；零件(part) ：独立的制造单元。

2、运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。

三个条件缺一不可：a)两个构件，b) 直接接触，c) 有相对运动3、运动副元素：两构件构成运动副的直接接触的部分（点、线、面）。

例如凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。

4、运动副的分类：①按引入的约束数分有：I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。

构件受到约束后自由度减少，每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与约束数之和为6。

提供一个约束条件的，称为I级副。

②按相对运动范围分有：平面运动副、空间运动副。

（平面机构——全部由平面运动副组成的机构。

空间机构:至少含有一个空间运动副的机构。

）③按运动副元素分有：面接触（应力低）的运动副称为低副，例如转动副（回转副）、移动副；点、线接触的运动副（应力高）称为高副，例如滚动副、凸轮副、齿轮副等。

5、运动链：两个以上的构件通过运动副的连接而构成的系统。

分为闭式运动链和开式运动链两种。

机构：将运动链中某一构件固定，而其余构件相对于它有确定运动，此种运动链称为机构。

机架：作为参考系的构件。

主（原）动件:按给定运动规律相对于机架独立运动的构件。

主动件往往也是驱动力作用的构件，即原动件。

从动件:除主动件之外，其余相对于机架运动的构件。

机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件6、机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。

作用：①表示机构的结构和运动情况。

②作为运动分析和动力分析的依据。

机构运动简图应满足的条件：①构件数目与实际相同;②运动副的特点、数目与实际相符;③运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。

（掌握绘制平面运动简图的方法）7、平面机构的自由度：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数。

（掌握计算机构自由度的方法）结论：构件自由度＝3－约束数＝自由构件的自由度数－约束数计算公式：F=3n－(2P L +P h ){n-活动构件，PL-低副，Ph-高副}8、机构具有确定运动的条件为：自由度＝原动件数。

9、①复合铰链：两个以上的构件在同一处以转动副相连。

每两个构件之间构成一个转动副，因此，当有m个构件在同一处以转动副相连时，有m－1转动副。

②局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。

③虚约束：对机构的运动实际不起作用的约束。

计算自由度时应去掉虚约束。

虚约束的作用：①改善构件的受力情况，如多个行星轮。

②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。

③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。

10、高副低代：为了使平面低副机构的运动分析和动力分析方法能适用于所有平面机构，因而要了解平面高副与平面低副之间的内在联系，研究在平面机构中用低副代替高副的条件和方法（简称高副低代）。

高副低代必须满足的条件是：a.代替机构和原机构的自由度必须完全相同。

b.瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。

高副低代的方法：用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，这两个转动副分别处在高副两元素接触点的曲率中心。

（平面机构中的高副均可以用低副来代替。

）11、机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。

机构结构分析的步骤：①计算机构的自由度，确定原动件。

②从远离原动件的地方开始拆杆组；③确定机构的级别。

12、平面机构的组成原理是：任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接到原动件和机架上所组成。

13、单闭环机构的特点是：①构件总数N与运动副总数P相等；②N=P≥3。

第三章连杆机构设计和分析1、内容提要：平面连杆机构又称为平面低副机构，其各运动副都为低副，相邻构件之间的接触面为平面或圆柱面，加工方便，易达到高精度，并能承受较大载荷及形成几何封闭等优点。

2、连杆机构：由低副（如转动副、移动副、球面副、圆柱副、螺旋副等）将若干构件连接而成。

连杆机构分类：平面连杆机构、空间连杆机构。

平面连杆机构：组成平面连杆机构的构件在同一平面或相互平行的平面上运动，运动副全部都是平面低副，分平面四杆机构和平面多杆机构。

平面四杆机构的基本类型——铰链四杆机构，运动副全是转动副；构件名称：曲柄、连杆、摇杆、连架杆、周转副、摆转副。

铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构：两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆；双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。

双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。

3、平面四杆机构有曲柄的条件：一、以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，及该机构为曲柄摇杆机构；二、以最短杆为机架，则两连架杆为曲柄，该机构为双曲柄机构；三、以最短杆的对边构件为机架，则无曲柄存在，该机构为双摇杆机构。

★铰链四杆机构类型的判断：第一种情况:若最短杆＋最长杆≤其他两杆之和①若选最短杆的相邻做机架——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——双摇杆机构（无论以何杆做机架）4、①极位夹角：曲柄与连杆两次共线时，两曲柄位置所夹的锐角θ是极位角。

②急回特性；慢速运动的行程为工作行程，快速运动的行程为空回行程；③行程速比系数K ；且 ；平面四杆机构具有急回特性的条件：1.原动件等角速整周运动；2、输出件具有正反行程的往复运动；3、极位角θ>0.5、①压力角：从动件驱动力F 与力作用点绝对速度之间所夹锐角；②传动角：压力角的余角，可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏。

6、铰链四杆机构的运动连续性：指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。

7、速度瞬心的定义：两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点，在某一瞬时两构件相对于该点作相对转动 ，该点称瞬时速度中心。

相对瞬心－重合点绝对速度不为零。

绝对瞬心－重合点绝对速度为零。

瞬心数目：若机构中有n 个构件，则：因为每两个构件就有一个瞬心， 所以根据排列组合有：N ＝n (n -1)/211801K K -+机构瞬心位置的确定：①直接观察法：适用于求通过运动副直接相连的两构件瞬心位置。

②三心定律：三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线上。

（此法特别适用于两构件不直接相连的场合。

）8、相关计算：a.求线速度；b.求角速度；c.求传动比。

9、等视角定理：转动极对四杆机构中形成对边的铰链中心的视角相等或互补。

10、平面连杆机构运动设计的基本问题;1）平面连杆机构的功能①刚体导引功能：机构引导刚体如连杆通过一系列给定位置。

具有这种功能的连杆机构就是刚体导引机构;②函数生成功能：能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的某种函数关系;具有这种功能的机构就是函数生成机构;③轨迹生成功能：指连杆上某点通过某一预先给定轨迹的功能，具有这种功能的机构就是轨迹机构。

2）设计方法：实验法、几何图解法、解析法（掌握各种计算方法）[背面有相关例题]第四章凸轮机构及其设计1、凸轮机构是一种结构简单且能实现任意复杂运动规律的机构。

2、凸轮机构的优点：①设计简单，适应性强，可以实现从动件的复杂运动规律要求；②结构简单紧凑，控制准确有效，运动特性好，使用方便；③性能稳定，故障少，维护保养方便。

凸轮机构的缺点：凸轮与从动件是高副接触，易于磨损，可调性差。

3、凸轮机构的分类：盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。

从动件的形状分类：尖底从动件、滚子从动件、平底从动件、曲底从动件。

从动件的运动形式分类：直动从动件、摆动从动件。

根据封闭方式分类：力封式方式、形封式方式。

凸轮机构的命名规则：名称=从动件的运动形式+从动件形状+凸轮形状+机构。

4、凸轮机构的基本名词术语；基圆：对于尖顶从动件，以凸轮中心为圆心，实际轮廓上最小向径所作之圆。

对于滚子从动件，以凸轮中心为圆心，理论轮廓上最小向径所作之圆。

基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。

偏距：凸轮回转中心到从动件移动导路中心线间的距离e 。

偏距圆：以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。

推程：从动件从距凸轮中心最近点向最远点的运动过程。

推程运动角：从动件从距凸轮中心最近点运动到最远点时，凸轮所转过的角度Φ。

远休止角：从动件运动到最远点静止不动时，凸轮所转过的角度Φs。

回程：从动件从距凸轮中心最远点向最近点的运动过程。

回程运动角：从动件从距凸轮中心最远点运动到最近点时凸轮所转过的角度Φ’。

近休止角：从动件运动到达最近点静止不动时，凸轮所转过的角度Φ’s。

{一个运动循环中，有：Φ+ Φ’ + Φs +Φ’s =360º}行程：从动件距凸轮回转中心最近点到最远点的距离h。

凸轮转角：凸轮以从动件位于最近点作为初始位置而转过的角度φ。

从动件位移：凸轮转过φ角时，从动件相对于基圆的距离s。

刚性冲击：由于加速度发生突变，其值在理论上达到无穷大，导致从动件产生非常大的惯性力。

柔性冲击：由于加速度发生有限值的突变，导致从动件产生有限值的惯性力突变而产生有限的冲击。