研究生集中答疑演示用修改.ppt
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1、机械原理 复习与答疑,陈明 2009年11月,考场需要的工具: 铅笔、钢笔或圆珠笔 圆规、直尺和量角器 计算器,参考书目 1、机械原理 王知行等 高等教育出版社 2、机械原理(第4版) 孙 桓 高等教育出版社,硕士研究生入学专业课程考试大纲 课程名称:机械原理 一、考试要求 要求考生系统深入地掌握机械原理的基本知识、基本理论和基本设计计算方法,并且能灵活运用,具有分析与解决常用机构设计问题的能力。,硕士研究生入学专业课程考试大纲 二、考试内容 1)机构的结构分析 机构的组成要素;机构自由度的计算;机构自由度的意义及机构具有确定运动的条件;平面机构的组成原理。 2)平面连杆机构分析与设计 平面机
2、构运动分析的解析法;平面机构速度分析的速度瞬心法;运动副中的摩擦、机械效率的计算、机械的自锁;平面机构的动态静力分析;平面四杆机构的基本形式、演化及其基本知识;平面四杆机构的设计。,硕士研究生入学专业课程考试大纲 二、考试内容 3)凸轮机构及其设计 从动件运动规律的选择和凸轮轮廓的设计原理;尖顶、滚子直动从动件盘形凸轮设计;尖顶、滚子摆动从动件盘形凸轮设计;平底直动从动件盘形凸轮设计;盘形凸轮基本尺寸的确定。 4)齿轮机构设计及轮系传动比计算 齿廓啮合基本定律、共轭齿廓的形成、渐开线的性质;渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算;渐开线齿廓的加工原理、根切与变位;一对渐开线齿轮的啮合传动;
3、斜齿圆柱齿轮传动;轮系传动比的计算;行星轮系的设计。,硕士研究生入学专业课程考试大纲 二、考试内容 5)其它常用机构 棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、万向铰链机构的特点与应用。 6)机械的运转及其速度波动的调节 机械系统等效动力学模型的建立;机械的真实运动规律;机械周期性速度波动的调节。 7)机械的平衡 刚性转子的静平衡、动平衡的计算与试验。,硕士研究生入学专业课程考试大纲 三、试卷结构 1)考试时间 180分钟,满分150分(含机械原理与机械设计两门课程,每门课程各占75分左右)。 2)可能的题型结构 a)填空题 b)简答题 c)图解分析题 d)计算分析题,第一章 绪论,本章节考试大纲与
4、主要内容分析 本章重点要求掌握的内容 基本知识与概念,基本知识与概念 1、机械原理课程的研究对象 2、机械原理主要研究内容 3、机械原理课程学习的目的和作用 4、机器的概念 5、机器的组成部分 6、机构的概念 7、机器与机构的关系 8、机械的概念,第二章 机构的结构分析,本章节考试大纲与主要内容分析 )机构的组成要素; )机构自由度的计算; )机构自由度的意义及机构具有确定运动的条件; )平面机构的组成原理。 本章重点要求掌握的内容 基本知识与概念及计算分析,一、基本知识与概念 1、研究机构结构的目的 2、机构的组成要素 3、构件 4、构件与零件的区别 5、运动副 6、运动副元素 7、约束 8
5、、运动链 9、开式运动链与闭式运动链 10、机构,一、基本知识与概念 11、机架 12、主动件(原动件) 13、从动件 14、运动副的分类 15、机构运动简图 16、机构示意图 17、机构自由度的含义 18、平面机构自由度计算公式(平面机构的结构公式) 19、机构自由度、机构原动件的数目与机构运动的关系,一、基本知识与概念 20、机构具有确定运动的条件 21、计算机构自由度时应注意的事项 22、基本杆组(阿苏尔杆组) 23、平面机构的组成原理 24、基本杆组的分类 25、平面机构的结构分类 26、平面机构的结构分析,二、例题分析 例1 绘出如下机构的运动简图,并计算其自由度(其中构件1为机架)
6、。,解:,F=3n(2PL+PH)=3n2PLPH n=5,PL=7,PH=0 F=1,二、例题分析 例2 如图所示,已知: DE=FG=HI,且相互平行;DF=EG,且相互平行;DH=EI,且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,二、例题分析 例3 计算下图所示机构自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,二、例题分析 例4 计算下图所示机构的自由度。并确定机构的杆组及机构的级别。,二、例题分析,二、例题分析 例5 计算下图所示机构自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,二、例题分析 例6 如图所示, 已知HG=IJ,且相
7、互平行;GL=JK,且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,二、例题分析 例7 计算图示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,二、例题分析 例8 计算图示机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请指出)。,第三章 连杆机构分析与设计,本章节考试大纲与主要内容分析 )平面机构运动分析的解析法; )平面机构速度分析的速度瞬心法; )运动副中的摩擦、机械效率的计算、机械的自锁; )平面机构的动态静力分析; )平面四杆机构的基本形式、演化及其基本知识; )平面四杆机构的设计。 本章重点要求掌握的内容 基本知识与概念及计算分析,一、
8、基本知识与概念 1、平面四杆机构的基本类型 2、平面四杆机构的演化方法 3、铰链四杆机构中有曲柄的条件,机架,连架杆,连杆,曲柄,摇杆,周转副,摆动副。,一、基本知识与概念 4、压力角与传动角,一、基本知识与概念 5、极位夹角,一、基本知识与概念 6、急回运动,一、基本知识与概念 7、行程速比系数 8、机构的死点位置 9、速度瞬心的定义 10、机构中速度瞬心 数目 11、机构中速度瞬心 位置的确定 12、三心定理,一、基本知识与概念 13、移动副的摩擦和自锁,一、基本知识与概念 14、转动副轴颈的摩擦和自锁,一、基本知识与概念 15、机械效率 16、机械自锁 17、四杆机构的运动特征包含的内容
9、 18、连架杆转角曲线(),一、基本知识与概念 19、连杆曲线,一、基本知识与概念 20、连杆转角曲线(),一、基本知识与概念 21、四杆机构的设计的三类基本问题 22、函数机构设计 23、轨迹机构设计 24、导引机构设计,二、例题分析 例1 如图所示铰链四杆机构中,已知各杆长度为,1、说明该机构为什么有曲柄,指明哪个构件为曲柄;2、以曲柄为原动件作等速转动时,是否存在急回运动,若存在,确定其极位夹角,计算行程速比系数;3、若以构件AB为原动件,试画出该机构的最小传动角和最大传动角的位置;4、回答:在什么情况下此机构有死点位置?,二、例题分析,二、例题分析 例2 设计如图所示一曲柄滑块机构,已
10、知滑块的行程速比系数K=1.5,滑块的冲程lc1c2=50mm,导路的偏距e=20mm,求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC 。,二、例题分析,注意:对心曲柄滑块机构无急回特性。,二、例题分析 例3 图所示为一摆动导杆机构,已知该机构的原动件为构件1,且AB=a,BC=b,DE=c,AD=d,ba,BC与CE垂直。,试求:1、从动件3的两个极限位置(画图表示) 2、机构的极位夹角(写出表达式) 3、机构的行程速比系数K(写出表达式),二、例题分析,二、例题分析,工程实际中,也会经常用到转动导杆机构,且希望其具有快速的空行程运动。为解决这一问题,经常将右图所示的机构上再加一运动链,实现转动导杆机
11、构具有急回特性的要求。,二、例题分析,例4 图示的曲柄滑块机构,已知各杆件的尺寸和各转动副的半径r,以及各运动副的摩擦系数f,作用在滑块上的水平阻力为Q,试通过对机构图示位置的受力分析(不计各构件重量及惯性力),确定作用在点B并垂直于曲柄的平衡力P的大小和方向。,二、例题分析,例5 如下图所示的齿轮连杆机构中,已知构件1的角速度为1,利用速度瞬心法求图示位置构件3的角速度3。,二、例题分析,二、例题分析,例6 在下图所示夹具中,已知偏心盘半径R,其回转轴颈直径d,楔角,尺寸a,b及l,各接触面间的摩擦系数f,轴颈处当量摩擦系数f v。试求: 1、当工作面需加紧力Q时,在手柄上需加的力P; 2、
12、夹具在夹紧时的机械效率; 3、夹具在驱动力P作用下不发生自锁,而在夹紧力Q为驱动力时要求自锁的条件。,二、例题分析,第四章 凸轮机构及其设计,本章节考试大纲,A)从动件运动规律的选择和凸轮轮廓的设计原理; B)尖顶、滚子直动从动件盘形凸轮设计; C)尖顶、滚子摆动从动件盘形凸轮设计; D)平底直动从动件盘形凸轮设计; E)盘形凸轮基本尺寸的确定。,本章重点要求掌握的内容 基本知识与概念及计算分析,1、凸轮基圆 2、偏距 3、偏距圆 4、从动件行程 5、从动件推程 6、从动件回程 7、从动件远(近)休程 8、刚性冲击 9、柔性冲击 10、无冲击,一、基本知识与概念,一、基本知识与概念,11、凸轮
13、轮廓设计的基本原理 12、凸轮的理论轮廓 13、凸轮的工作轮廓(实际轮廓) 14、凸轮机构的压力角及其许用值 15、直动从动件盘形凸轮机构 16、摆动从动件盘形凸轮机构 17、平底直动从动件盘形凸轮机构 18、凸轮机构的压力角与基圆半径的关系 19、偏置凸轮机构的偏置方向的确定,二、例题分析,例 图示直动滚子盘形凸轮机构,其凸轮实际廓线为一以C点为圆心的圆形,O为其回转中心,e为其偏距,滚子中心位于B0点时为该凸轮的起始位置。试画图(应有必要的说明)求出:,1、凸轮的理论轮廓; 2、凸轮的基圆; 3、凸轮的偏距圆;,二、例题分析,4、当滚子与凸轮实际廓线在B1 点接触时,所对应的凸轮转角1;
14、5、当滚子中心位于B2点时,所对应的凸轮机构的压力角2及从动件推杆的位移(以滚子中心位于B0点时为位移起始参考点); 6、凸轮的最大压力角max。,二、例题分析,解: 1、以C点为圆心,以点C到滚子铰链中心B0的距离为半径画圆M,则该圆M即为凸轮的理论轮廓,图中以红色的点划线圆表示。,二、例题分析,2、过C点与O点作直线交理论轮廓圆M于A点,以点O为圆心,以OA为半径画圆P,则圆P即为该凸轮的基圆,图中以红色实线圆表示。,二、例题分析,3、以O点为圆心,以偏距e为半径画圆N,则圆N即为该凸轮的偏距圆,图中以蓝色圆表示。,二、例题分析,4、由于滚子中心位于B0点时为该凸轮的起始位置,延长推杆使其
15、与偏距圆N 相切,切点为E,连接O点与E点。过C点与B1点作直线交理论轮廓于D点,过D点作偏距圆N的切线,切线的方向与该机构的起始位置一致,切点为F,连O点与F点。则线段OE与OF之间的夹角即为1角,图中以粉色线条表示。,二、例题分析,5、过B2点作圆N的切线,方向与该机构起始位置一致,切点为G。以O点为圆心,以OB0长度为半径画圆Q。B2G与圆Q的交点为H,与基圆P的交点为I。连接点B2与C,则直线B2G与B2C的夹角就为所求的该位置的压力角2。线段B2H为所求的推杆的位移。,注意:线段B2H为B2位置时,推杆相对于凸轮推程起始位置的位移。,二、例题分析,二、例题分析,6、过点C与O作直线交
16、偏距圆N于J,过J作圆N的切线交理论轮廓圆M于K。连接点K与J及点K与C,则直线KC与KJ的夹角为该机构的最大压力角max。,起始位置处于推程还是回程?最小压力角是多少?推程运动角、回程运动角、远休止角、近休止角各是多少?,二、例题分析,注意:对于尖顶直动从动件的盘形凸轮机构来说,其理论廓线与实际廓线相重合。如其具有近休止过程,则近休止所对应的凸轮廓线应是以凸轮回转中心为圆心的一段圆弧,且该段圆弧在凸轮的基圆上;如其具有远休止过程,则远休止所对应的凸轮廓线也应是一以凸轮回转中心为圆心的圆弧。如右图所示的凸轮机构中,AB与CD两段圆弧分别对应近休止与远休止过程。,第五章 齿轮机构及其设计,本章节
17、考试大纲,A)齿廓啮合基本定律、共轭齿廓的形成、渐开线的性质; B)渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算; C)渐开线齿廓的加工原理、根切与变位; D)一对渐开线齿轮的啮合传动; E)斜齿圆柱齿轮传动。,本章重点要求掌握的内容 基本知识与概念及计算分析,一、基本知识与概念 1、齿廓啮合基本定律 2、节点 3、节圆 4、共轭齿廓 5、渐开线的形成 6、渐开线的性质 7、渐开线的方程 8、渐开线函数,一、基本知识与概念 9、渐开线齿廓啮合传动的特点 10、齿轮的各部分名称 齿顶圆,齿根圆,齿厚,齿槽宽,齿距(周节),分度圆,齿顶高,齿根高,全齿高。,一、基本知识与概念 11、渐开线齿轮的基本
18、参数 齿数Z,模数m,分度圆压力角(齿形角),分度圆的另一个定义,齿顶高系数,径向间隙系数,轮齿间的径向间隙,基本齿廓,基本齿廓的主要特点。 齿顶高系数和径向间隙系数均为标准值,其值由基本齿廓规定。 正常齿标准 : 短齿标准 :,一、基本知识与概念 12、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸 可参见CAI或教材中的渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表。 13、渐开线齿廓的加工原理 1)范成法 切削过程中的运动: a)范成运动; b)切削运动及其它运动。其它运动包括让刀运动,进给运动。,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理,一、基本知识与概念
19、 13、渐开线齿廓的加工原理,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 标准齿轮及变位齿轮的加工:现以齿条形刀具为例讨论标准齿轮和变位齿轮加工问题。 a)标准齿轮加工:当齿条刀具的分度线(中线)与齿轮毛坯的分度圆相切作纯滚动时,刀具移动的线速度v等于轮坯分度圆的线速度r,即v=r时,加工出齿轮的分度圆压力角等于刀具的齿形角,分度圆齿厚s等于刀具分度线上的齿槽宽e,即s=e=m/2,其齿顶高为 ,齿根高为 ,这种齿轮称为标准齿轮,如下图中的虚线齿轮。,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 b)变位齿轮加工:当齿条刀具的分度线不与轮坯
20、的分度圆相切,而是相距(相割或拉开)xm时,如上图中的实线位置,刀具的移动速度v仍等于轮坯的分度圆线速度r,即v=r时,此时平行于刀具分度线的一条直线(节线)与轮坯的分度圆相切并作纯滚动,这种改变刀具位置,使其分度线距离轮坯分度圆为xm时加工出的齿轮称为变位齿轮,x称为变位系数。当刀具分度线远离轮坯中心,与轮坯分度圆拉开时,x为正,称为正变位;当刀具移近轮坯中心,其分度线与轮坯分度圆相割时,称为负变位,x为负值。,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 b)变位齿轮加工: 由于齿轮的分度圆与刀具上的节线相切并作纯滚动,因而齿轮的分度圆齿厚s应等于刀具节线上的齿槽宽e。有: 即有:,一、
21、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 b)变位齿轮加工: 对于正变位齿轮,x0,其分度圆齿厚比标准齿轮增大,而负变位齿轮,x0,其分度圆齿厚比标准齿轮减小。看起来,变位齿轮的齿形随变位系数的改变而有较大变化,实际上其分度圆压力角仍等于刀具节线压力角,即等于刀具的齿形角,其基圆半径不变,因此变位齿轮与标准齿轮的齿廓曲线,均应为同一基圆所产生的同一条渐开线,只是它们分别应用同一渐开线的不同段而已,如下图所示。,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 b)变位齿轮加工:,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理 2)仿形法 对同一模数和压力角的齿轮,只准备8把或15把铣刀。各号铣
22、刀的齿形都是按该组内齿数最少的齿轮齿形制作的,以便加工出的齿轮啮合时不致卡住。,一、基本知识与概念 13、渐开线齿廓的加工原理,一、基本知识与概念 14、渐开线齿轮加工中的几个问题 任意圆上的弧齿厚 :下图为外齿轮的一个轮齿,设si为轮齿任意半径ri的圆周上的弧齿厚,则有 若以不同圆的半径ri和该圆上的渐开线压力角i代入上式,即可求得相应的弧齿厚。 齿顶厚sa: 即: 式中:da 齿顶圆直径 a 齿顶压力角 a=arccos(db/da),一、基本知识与概念 14、渐开线齿轮加工中的几个问题 基圆齿厚sb : 由于基圆半径rb=rcos,基圆压力角b=0,故 任意圆上的弧齿厚 :由于弧齿厚无法
23、测量,测量弦齿厚又必须以齿顶圆作为定位基准,测量精度低,为此,必须寻求用直线长度表示齿厚的方法。如下图所示,作渐开线齿轮基圆的切线,它与齿轮不同轮齿的左右侧齿廓交于A、B两点,根据渐开线的性质(法线切于基圆)可知,基圆切线AB必为两侧齿廓的法线,因此称之为渐开线齿轮的公法线。测量时,用卡尺两卡爪跨过k个轮齿。,一、基本知识与概念 14、渐开线齿轮加工中的几个问题 任意圆上的弧齿厚 : 齿(k1,图中为k=2和3的情况),并与渐开线齿廓切于A、B两点,卡爪间的距离AB即为公法线长度,用Wk表示。 当跨k个齿测量时,其公法线长度Wk为: Wk=(k-1)pb+sb,一、基本知识与概念 14、渐开线
24、齿轮加工中的几个问题 任意圆上的弧齿厚 : 该式给出了公法线长度与基圆齿距和基圆齿厚关系,公法线长度的变化可以表示其齿厚的变化情况,这是不用定位基准测量齿厚的好方法。 将基圆齿距 pb=mcos, 基圆齿厚 sb=scos+mzcosinv代入上式得: Wk=mcos(k-1)+zinv+scos 对于标准齿轮, 其分度圆齿厚s=m/2, Wk=mcos(k-0.5)+zinv,一、基本知识与概念 14、渐开线齿轮加工中的几个问题 任意圆上的弧齿厚 : 变位齿轮分度圆齿厚 s=m/2+2xmtan, Wk=mcos(k-0.5)+zinv+2xmsin。 在测量公法线时,必须首先确定跨齿数k,
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