机械原理复习

第2章 机构的结构分析

1.学习要求

1)搞清构件、运动副、约束、自由度及运动链等重要概念。 2)能绘制比较简单的机械的机构运动简图。

3)能正确计算平面机构的自由度,并能判断其是否具有确定的运动;对空间机构自由度的计算有所了解。 4)对虚约束对机构工作性能的影响及机构结构合理设计问题的重要性有所认识。 52.学习的重点及难点

本章的重点:构件、运动副、运动链等的概念,机构运动简图的绘制,机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。

本章的难点:机构中虚约束的判定问题。至于平面机构中的高副低代则属于拓宽知识面性质的内容。 3. 基本概念题)对平面机构的组成原理有所了解。 1)何谓构件?构件与零件有何区别?

2)何谓高副?何谓低副?在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束? 3)何谓运动链?运动链与机构有何联系和区别?

4)何谓机构运动简图?它与机构示意图有何区别?绘制机构运动简图的目的和意义是什么?绘制机构运动简图的主要步骤如何?

5)何谓机构的自由度?在计算平面机构的自由度时应注意哪些问题?

6）机构具有确定运动的条件是什么? 若不满足这一条件,机构将会出现什么情况? 4. 运动简图绘制题

4-1 试画出图示泵机构的机构运动简图,并计算其自由度。

5. 自由度计算题

计算下列各图所示机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束所在位置

第三章 平面机构的运动分析

1.学习要求

1)正确理解速度瞬心(包括绝对瞬心及相对瞬心)的概念,并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置。

2)能用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。3)能用矢量方程图解法或解析法对Ⅱ级机构进行运动分析。 2.学习的重点及难点

本章的学习重点是对Ⅱ级机构进行运动分析。难点是对机构的加速度分析,特别是两构件重合点之间含有哥氏加速度时的加速度分析。 3. 基本概念题

1)何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何区别? 2)何谓三心定理?

3)速度瞬心法一般适用于什么场合?能否利用速度瞬心法对机构进行加速度分析? 4)何谓速度影像和加速度影像,应用影像法必须具备什么条件?要注意哪些问题?

5)既然每一个构件与其速度图和加速度图之间都存在影像关系,那末整个机构也存在影像关系,对吗?机构中机架的影像在图中的何处? 4. 运动分析题

4-1 图示机构构件l等速转动，角速度为。分别用相对运动图解法和解析法求构件3上D点的速度和加速度.

4-4 用瞬心法求点M和点C的速度

第四章 平面机构的力分析

1.基本要求

1)了解机构中作用的各种力的分类及机构力分析的目的和方法。2)能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算。3)能对Ⅱ级机构进行动态静力分析。 2.学习的重点及难点学习的重点是:

1)构件惯性力的确定及质量代换法。2)几种常见运动副中摩擦力及总反力的确定。3)用图解法和解析法对平面机构作动态静力分析 3. 基本概念题

1)何谓驱动力?何谓阻抗力?何谓有效阻力?何谓有害阻力?

2)何谓质量的动代换和静代换?各需满足哪些条件?各有何优缺点? 3)为什么要研究机械中的摩擦?试举例说明摩擦对机械工作的利弊。 4)构件所受的摩擦力的方向总与构件运动的绝对速度方向相反,对吗? 5)何谓当量摩擦系数?何谓当量摩擦角?为何要引进当量摩擦的概念? 为什么槽面摩擦大于平面摩擦?是否因为槽面摩擦的摩擦系数 f大于平面摩擦的摩擦系数所致?

6)何谓摩擦圆?摩擦圆的大小与哪些因素有关?在转动副 中如何确定其总反力的方位? 4. 受力分析题

4－1 画出凸轮1对推杆2的总作用力 4－2 画出轴1所受的总反力

4－4 图中所示为1：l的比例尺绘制的机构简图。已知圆盘与杠怦接触处的摩擦角＝30度，各转动副的摩擦圆半径 P＝ 5 mm。悬挂点D处的摩擦忽略不计。设重物 Q＝ 150 N，试画出构件2所受各力的方向。

第五章 机械的效率和自锁

基本概念题

1)何谓机械效率? 机械效率的计算公式有哪几种形式?

2)何谓机械的自锁现象?对于机械自锁时,其效率η≤0应如何理解? 3）移动副和转动副的自锁条件各是什么？ 4)所谓自锁机构是否就是不能运动的机构?

5)机构正、反行程的机械效率是否相同?其自锁条件是否相同?为什么? 6)串联、并联及混联机组的效率如何计算?从中得出了什么重要结论?

第六章 机械的平衡

1.学习要求

1)掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法,明确转子许用不平衡量的意义。 2)了解平面四杆机构的平衡原理。

. 基本概念题

1)为什么要对回转构件进行平衡?

2)对于作往复移动或平面运动的构件,能否在构件本身将其惯性力平衡?

3)何谓动平衡?何谓静平衡?它们各需要满足什么条件?哪一类构件只需要进行静平衡?哪一类构件必须进行动平衡?

4)要求进行动平衡的回转构件,如果只进行静平衡,是否一定能减轻偏心质量造成的不良影响? 5)何谓质径积?为什么要提出“质径积”这个概念?质径积是什么量?

6)经过平衡以后的回转构件,当其运转速度发生波动时是否仍有动载荷产生?

7)既然机械的平衡和调速都是为了减轻机械中的动载荷,那末为什么说它们是两类不同性质的问题? 8)在工程上为什么要规定许用不平衡量?为什么说完全的绝对平衡是不可能的,也是不必要的?

第七章 机械的运转及其速度波动的调节

1)了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程的方法。 2)能求解运动方程式。

3)了解飞轮调速原理,掌握飞轮转动惯量的简易计算法。 4)了解机械非周期性速度波动调节的基本概念和方法。 5)对考虑构件弹性时的机械动力学有所了解。

1)何谓“等效力”、“等效力矩”?何谓“等效质量”,“等效转动惯量”?转化时各应满足什么条件?如何进行转化?

2)在什么情况下me、Je为常数?

3)何谓周期性速度波动和非周期性速度波动?产生周期性速度波动和非周期性速度波动的原因是什么?为什么要加以调节?各可用什么办法来加以调节?

4）机器主轴做等速稳定运转的条件是什么？

5)何谓机器运转的“平均转速”和运转速度“不均匀系数”?[δ]是否选得越小越好?

7)机器安装了飞轮以后能否得到绝对匀速运转?飞轮能否用来调节非周期性速度波动?欲减小机器的周期性速度波动,转动惯量相同的飞轮应安装在机器的高速轴上还是安装在低速轴上? 7）如何确定最大盈亏功？

计算题

某机组在稳定运转时,一个运动循环对应于等效构件旋转一周。已知等效阻力矩Mr的变化曲线如图所示,等效驱动力矩为常数,等效构件的平均转速为100r/min,要求其转速误差不超过±1%。试求安装在等效构件上的飞轮转动惯量JF(其它构件的质量和转动惯量忽略不计)。并求该机组在运转中的最大转速nmax和最小转速nmin及其出现的位置。

第八章 平面连杆机构及其设计

1)平面四杆机构的基本型式是什么?它有哪些演化型式?

2)何谓曲柄?四杆机构具有曲柄的条件是什么?曲柄是否就是最短杆?

3)何谓行程速比系数?何谓急回作用?何谓极位夹角?三者之间的关系如何?

4)何谓连杆机构的压力角和传动角?研究传动角有何意义? 为什么说在曲柄摇杆机构中最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一?

5)在四杆机构中,死点和极位实际上是同一个位置,那末为什么有时叫它死点,有时又叫它极位,它们的区别在什么地方?

6)死点与自锁有什么区别?说明死点的危害及其克服方法,以及死点在机械工程中的应用情况。 设计题

4-1 图示为一由两个四杆机构串联而成的六杆机构的示意图,前一级四杆机构为曲柄摇杆机构,后一级为摇杆滑块机构。已知lCD=90mm, lAD =81mm,F1、F2为滑块的两个极位, S1=117mm,滑块行程S=82mm,摇杆摆角φ=60°行程速比系数K=1.5。试设计此六杆机构,并求出滑块的最小传动角γmin。

4-2平面六杆机构（其中CE、EF杆未画出），各杆尺寸由图中量出，A、D、F三铰链位于同一直线上。 用作图法作出CD杆的摆角；当要求CD杆以其摆角的角平分线对称左右摆动时，EF杆也能以图中FG为对称线作1350摆角的摆动（即以FG为角平分线，左、右摆动67.50）。用图解法设计满足这一要求的CE杆和EF杆的长度（简述作图步骤）。

4-3 已知铰链四杆机构中连杆BC上标线的三个预定位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及连架杆CD的固定铰链D的位置。试用作图法设计此四杆机构,并检查该机构是否存在曲柄及其最小传动角的大小。

4-4 试设计一图示的铰链四杆机构ABCD，已知和（由图中直接量取）的值，要求满足AB1、AB2与DE1、DE2两组对应位置，并要求满足摇杆CD在第2位置为极限位置。试用作图法设计该四杆机构。

第九章 凸轮机构及其设计

1)在凸轮机构设计中有哪几种常用的推杆运动规律?各有什么特点及优缺点?在选择推杆的运动规律时,主要应考虑哪些因素?

2)试补全图9-5所示各运动曲线,并指出哪些地方有刚性冲击?哪些地方有柔性冲击?在各段推杆作何种运动? 3)何谓凸轮机构的变尖现象和失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以避免? 4)在图9-2所示的凸轮机构中,是否有远休和近休存在?为什么?

5)何谓凸轮机构的压力角?压力角的大小在凸轮机构的设计中有何重要意义?

6)在凸轮已制作好后,再改变偏距大小、偏置方向或滚子大小会产生何种影响?偏置方向对凸轮机构压力角有何影响?

7)平底推杆凸轮机构的压力角为多少?是否恒为零?这种凸轮机构是否也存在自锁问题?为什么? 8)从受力的观点考虑,直动推杆的导轨长度l和悬臂尺寸b是大一些好,还是小一些好? 9)在什么情况下需考虑凸轮机构的弹性动力学问题?

在图示凸轮机构中,已知凸轮为一偏心圆盘。要求:1)给出此凸轮机构的名称;2)画出此凸轮机构的基圆(其半径以r 0表示)和凸轮的理论轮廓曲线;3)标出推杆的行程h,及在图示位置时推杆的位移s;4)标出此凸轮机构在图示位置时的压力角α及由图示位置再继续转过30°时的压力角α′;5)标出在图示位置时,瞬心P 13的位置。

在图5－1所示的凸轮机构中，当凸轮以等角速度ω逆时针转过600时，推杆等速上升20mm。在图示坐标系中，写出凸轮推程廓线方程。

第十章 齿轮机构及其设计

1)要齿轮传动匀速、连续、平稳的进行,必须满足哪些条件?这些条件各起何作用?

2)何谓齿轮的模数?为什么要规定模数的标准值?在直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮以及蜗杆蜗轮上,何处的模数为标准值?

3)渐开线齿轮的基本参数有哪些?其中哪些是有标准的?为什么说这些参数是基本参数?

4)渐开线的形状因何而异?一对啮合的渐开线齿轮,若其齿数不同,其齿廓渐开线形状是否相同?

5) 何谓标准齿轮?何谓标准中心距?一对标准齿轮的实际中心距a′略大于标准中心距a时,其传动比有无变化?仍能继续正确啮合吗?其顶隙、齿侧间隙和重合度有何变化?

6)重合度的物理意义是什么?影响重合度的主要参数有哪些?增大齿轮的模数对提高重合度有无好处? 7)何谓齿廓的根切现象? 在什么情况下会产生根切现象? 如何避免根切?

8)斜齿轮传动和直齿轮传动相比有什么特点和优缺点?为什么斜齿轮的模数和压力角有法面和端面之分?为什么要取法面参数为标准值?

9) 斜齿轮传动、蜗杆传动和锥齿轮传动的正确啮合条件各为何? 10)何谓斜齿轮的当量齿轮和圆锥齿轮的当量齿轮? 11)蜗杆传动有何优缺点?蜗杆直径如何计算？ 21)如何确定蜗杆传动中从动轮的转向?

第十一章 齿轮系及其设计

在图示的轮系中,已知各轮齿数: z1=z4=z6=20,z3=30,z5=z7=40,且各轮均为标准齿轮,模数相同,试求该轮系的传动比i19=?

3-2在下列图示各轮系中,根据各轮系的已知条件,试计算各轮系的有关参数。1)图a所示轮系中各轮的齿数为:z1=z3′=35,z3=z5=97。求轮2、轮4的齿数z2、z4及传动比i1H。2)图b所示轮系中各轮的齿数为:z1=z2′=40, z2=z3= z5=20, z4=80。求传动比i15。3)图c所示轮系中各轮的齿数为:z1=20, z2=30,z2′=40, z3=40, z3′=44,z4=22,轮1的转速n1=1700 r/min,轮4的转速n4=600 r/min,n1与n4转向相同。试求nH的大小和转向。

第十二章 其他常用机构

1)棘轮机构有何特点?棘轮工作齿面的倾斜角α应如何确定?若倾斜角过小,将会出现什么问题? 2)棘轮机构除用作间歇送进机构外,还常用来作什么机构使用? 3)何谓槽轮机构的运动系数?

4)单万向铰链机构在传动过程中有何特点?一般用于什么场合?双万向铰链机构要满足什么条件才能保证传动比恒为1?

5)常用的组合机构有哪几种?它们各有何特点?

自我检测

1.试解释下列名词

1)构件2)运动副3)局部自由度4)虚约束5)公共约束6)三心定理7)速度影像8)质量代换9)平衡力10)自锁现象11)质径积12)行程速比系数13)死点14)急回运动15)变尖现象16)失真现象17)重合度18)正变位齿轮19)啮合线20)啮合角21)正传动22)蜗杆传动中间平面23)背锥24)过轮25)转化轮系26)均布条件27)正号机构28)槽轮机构运动系数29)微动螺旋30)组合机构31)工作循环图32)操作机的工作空间33)定标件 2. 填充题

1) 在机构中按给定的运动规律独立运动的构件称为。使机构的位置得以确定所必须给定的独立的广义坐标的数目称为。为了使机构具有确定的运动,应使。2)当两构件的相对运动为动,牵连运动为动时,两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为,方向与的方向一致。3)在移动副中,如驱动力作用在内,将发生自锁;在转动副中,如驱动力为一单力,且作用在之内,则将自锁;在螺旋副中,如果也将自锁。4)刚性转子静平衡的条件为;刚性转子动平衡的条件为。5)等效转动惯量的等效条件是;等效力矩的等效条件是。6)在铰链四杆机构中,与机架直接相连的构件称为,其能相对于机架作整周回转的称为;不能作整周回转的称为。

7)在凸轮机构的几种常用的推杆运动规律中,宜用于低速;和不宜用于高速;而和则可在高速下应用。8)一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是运;斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是;直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是;而蜗轮蜗杆正确啮合的条件是2。9)一个采取了负变位修正的直齿圆柱齿轮与同样基本参数的标准齿轮相比较,其圆及圆变小了;而圆及圆的大小则没有变。10)斜齿圆柱齿轮的当量齿数为,而圆锥齿轮的当量齿数为。11)在周转轮系中,绕固定轴线转动的齿轮称为,兼有自转和公转的齿轮称为。和称为周转轮系的基本构件。12)在确定行星轮系各轮的齿数时必须满足的四个条件是:。13)在单万向铰链机构中,主、从动轴传动比i 12=ω1/ω2的变化范围是;其变化的幅度与有关,在双万向铰链机构中,要使主、从动轴的传动比恒等于1,必须满足的条件是。14)槽轮机构是由、和组成的,对于单销外槽轮机构来说,槽轮的槽数应不小于,槽轮的运动系数总小于。

3.试分析判断下列各题的说法是否正确1)一切自由度不为1的机构都不可能有确定的运动。()2)当机构的自由度大于机构的原动件数时,机构将任意乱动。()3)运动构件与固定构件之间的瞬心是绝对瞬心,而两运动构件之间的瞬心只能是相对瞬心。()4)在转动副中,设外加驱动力为一单力F,则不论F力切于摩擦圆还是作用于摩擦圆之外,总反力F R将恒切于摩擦圆。()5)具有自锁性的机构是不能运动的。()6)为了调节机器运转的速度波动,在一部机器中可能需要既安装飞轮又安装调速器。()7)各种平面四杆机构只要其极位夹角不为零,便都具有急回运动。()8)机构处于死点位置与机构的自锁现象在实质上是相同的。()9)平底推杆盘形凸轮机构的压力角是恒定的。()10)渐开线齿轮的齿廓在其基圆以外的部分必然都是渐开线。()11)尺寸越小的渐开线标准齿轮越容易发生根切现象。()12)所有的蜗杆传动都具有自锁性。()13)圆锥齿轮只能用于轴交角Σ=90°的两相交轴之间的传动。()题4-5图14)在棘轮机构中,为了使棘爪能顺利进入棘轮的齿底,则要求棘轮工作齿面的倾斜角大于摩擦角。()15)在螺旋机构中,只要螺纹的导程角大于螺纹的当量摩擦角,就可以变移动为回转运动。() 4.试简要回答下列各题

1)何谓高副低代?高副低代时应满足什么条件?如何满足这些条件?2)何谓速度影像及加速度影像?机架的影像在何处?整个机构是否也存在影像关系?3)何谓平衡力?加于原动件上的平衡力是否一定为驱动力?4)何谓当量摩擦系数?引入当量摩擦系数的目的是什么?5)在图示a、b、c三根曲轴中,已知m 1 r 1=m 2 r 2=m 3 r 3=m 4 r 2,并作轴向等间隔布置,且都位于同一轴平面内。试问何者已作到动平衡,何者已作到静平衡,何者尚未平衡?6)何谓机器运转速度的周期性和非周期性波动?两者的性质有何不同?各可用什么方法加以调节?7)何谓行程速比系数?它在机械设计中有何实际意义?试举例加以说明。8)何谓凸轮机构的压力角?

其在凸轮机构的设计中有何重要意义?一般是怎样处理的?9)何谓标准齿轮?何谓标准中心距?标准齿轮按标准中心距安装在传动中有何特点?10)什么是齿轮齿条传动的非标准安装?这时传动的啮合线、啮合角和齿轮的节圆有何变化?11)何谓变位修正齿轮?对齿轮进行变位修正的目的何在?12)斜齿轮传动与直齿轮传动相比较有什么优缺点?对于斜齿轮螺旋角的选择应考虑哪些因素?13)何谓圆锥齿轮的背锥及当量齿轮?该当量齿轮的基本参数(m、α、z v)与圆锥齿轮的基本参数有什么关系?提出其当量齿轮有什么用处?14)常用的间歇运动机构有哪几种?何种间歇运动机构可以保证在高速运转下平稳工作?擒纵轮机构的主要功用是什么?15)何谓机械的工作循环图?它在机械设计中的作用是什么?16)机构的爬行现象主要是由于哪些因素所引起?

5.图示为毛纺设备洗毛机中所采用的双重偏心轮机构,偏心轮1可以在偏心轮2中相对转动,偏心轮2可以在构件3的圆环中相对转动。试绘制其在图示位置时的机构运动简图(所需尺寸可直接从图中量取)。并回答下列问题:1)当以偏心盘1为原动件时,该机构是否有确定的运动? 2)偏心盘1能否作整周转动?3)从强度、效率、自锁等方面来分析,该机构有何优缺点

7.设在图示机构中各构件的尺寸及原动件1的角速度ω1均为已知。滚子3与机架6,及滚子4与滚子3之间均作无滑动的滚动。试计算该机构的自由度,并用瞬心法求构件1与构件5的传动比ω1/ω5。 8.设在图示机构中各构件的尺寸均为已知,原动件1的角速度ω1为常数,其方向如图所示。试作出该机构在图示位置时的速度多边形及加速度多边形。(注:不要求严格地按比例作图,只要各矢量的方向正确即可。

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