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1、华中科技大学机机 械械 原原 理理复复 习习题型题型 ：设计设计 （创新设计）（创新设计）计算计算 （自由度（自由度 齿轮齿轮 轮系）轮系）慨念慨念 （是非（是非 简答，连杆简答，连杆 凸轮凸轮 齿轮齿轮 机构平衡机构平衡 飞轮）飞轮）华中科技大学0 绪论绪论：机构的组成要素（构件和运动副）构件与零件的区别构件与零件的区别运动副的概念及分类运动副的概念及分类1 平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束机构自由度数机构自由度数 F1F1原动件数目等于机构自由度数原动件数目等于机构自由度数F.F.机构自由度的计算：F=3n-2Pl-Ph机
2、械、机器、机构定义机械系统特点，设计的原则华中科技大学2 连杆机构及其设计连杆机构及其设计有曲柄的条件有曲柄的条件有急回特性的条件有急回特性的条件压力角、传动角、死点压力角、传动角、死点铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄滑块机构、曲柄滑块机构、导杆机构导杆机构已知连杆位置已知连杆位置有急回特性的要求有急回特性的要求已知连架杆位置已知连架杆位置K，无急回的机构最大压力角的位置存在死点的机构刚化反转法*已知圆周上的点找圆心基本机构基本机构设计的共性问题设计的共性问题设计方法设计方法类型判断条件圆周角与圆心角华中科技大学3 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计从动件运动规律从动件运动规律基本尺寸设计基本尺寸设
3、计凸轮轮廓设计（图解法）凸轮轮廓设计（图解法）四种基本运动规律特性偏置方位的确定、压力角、滚子半径反转法设计偏置滚子从动件凸轮机构的压力角和位移分析华中科技大学4 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计渐开线的性质直齿轮、斜齿轮重合度的概念变位齿轮机构的三种类型变位系数的选择及尺寸计算与标准齿轮的异同齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算直齿轮啮合传动直齿轮啮合传动斜齿轮斜齿轮正确啮合的条件正确啮合的条件连续传动的条件连续传动的条件变位齿轮变位齿轮与直齿轮的区别与直齿轮的区别当量齿轮当量齿轮华中科技大学5 齿轮系及其设计齿轮系及其设计定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系复合
4、轮系复合轮系分清轮系所有主动轮齿数连乘积所有主动轮齿数连乘积所有从动轮齿数连乘积所有从动轮齿数连乘积=i1k1kwwn1nk分列方程联立求解华中科技大学6 其他机构其他机构运动系数间歇机构的种类及特点锁止弧的作用锁止弧的作用槽轮机构机构的组合的概念螺旋机构与万向联轴节的特点棘轮机构动停比的调节方法华中科技大学执行机构运动规律设计方法及机构的运动循环图的作用举例说明：采用不同的功能原理，必然导致采用不同的工艺动作工艺动作设计的 不相同，设计出的机构运动方案也就不相同；不同的机构可实现同一工艺动作，满足同样的使用要求；采用不同的工艺动作，可满足相同的功能原理。7 机构系统运动方案设计机构系统运动方
5、案设计华中科技大学机构选型机构选型1）满足工艺动作及其运动规律的要求。高副机构、低副机构、注意约束在机构中的作用、适当设置调整环节。2）机构的运动链要短。3）机构的传力性能要好。传动角（压力角）、防止自锁、惯性力平衡。4）动力源的选择应有利于简化机构和改善运动质量。电机（交流电机、直流电机、伺服电机、步进电机、交流变频电机）、内燃机、液压马达、气动马达。8 机构创新设计华中科技大学机构构型的创新设计方法机构构型的创新设计方法机构构型的变异创新设计机构的扩展机构局部结构的改变机构的移植与模仿华中科技大学基于组成原理的机构创新设计基于组成原理的机构创新设计基本杆组：把机构中最后不能再拆的自由度为零
6、的构件组称为机构的基本杆组。平面机构的高副低代平面机构的高副低代平面机构的高副低代平面机构的高副低代拆分基本杆组方法拆分基本杆组方法除去局部自由度、虚约束，计算机构的自由度，指定主动件。拆杆组。先试拆级杆组，如不可能，再试拆杆组。杆组的增减不应改变机构的自由度。根据所拆杆组的最高级别，确定该机构的级别。机构的结构分析就是将已知机构分解为主动件、机架和基本杆组。华中科技大学9 机机构构系系统的的动力学设计动力学设计 绕定轴转动的构件绕定轴转动的构件绕定轴转动的构件绕定轴转动的构件，在运动中所产生的惯性力和惯性力矩可以在构件本身加以平衡。而对机构中作往复运动和平面复合运动往复运动和平面复合运动的构
7、件，在运动中产生的惯性力和惯性力矩则不能 在构件本身加以平衡，必须对整个机构设法平衡。机构平衡的原理：在对机构进行平衡时，就是运用增加平衡质量的方法使机构的质心 S落在机架上并且固定不动。完全平衡是使机构的总惯性力恒为零完全平衡是使机构的总惯性力恒为零。为此需使机构的质心恒固定不动，而达到完全 平衡的目的。措施措施 ：利用机构对称平衡利用机构对称平衡;利用平衡质量平衡完全平衡与部分平衡的特点与应用完全平衡与部分平衡的特点与应用机构平衡机构平衡华中科技大学飞轮转动惯量的计算飞轮转动惯量的计算 Nmax m JF=2或或 JF=900Nmax nm 22当 过小时，JF很大，飞轮过于笨重当Nmax
8、及 一定时，JF与 2m成反比，因此飞轮应尽量安装在高速轴上，以减小JF。最大盈亏功的求法周期性速度波动的调节方法（安装飞轮）机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量；机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。机构具有确定运动机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数因为主动件数等于机构自由度数F。局部自由度局部自由度虚约束虚约束第一章机构确定运动条件第一章机构确定运动条件F=3 7 2 9 1=2复合铰链复合铰链ABF EDCG题题1-2(a)局部自由度局部自由度虚约束虚约束 机构具有确定运动机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数因为主动件数等于机构自由度数F。EABCDO FGHF
9、=3 6 2 8 1=1题题1-2(b)F=3 92 12 2=1题题1-3：（a）凸轮齿轮凸轮齿轮同一构件同一构件 局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链ABCDEF（b）F=3 52 7=1F=3 92 12 2=1局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链题题1-3：EABCDFGHIJK（c）ABCDEFGHCD=EF=GH（d）虚约束虚约束复合铰链复合铰链F=3 52 7=1题题1-3：F=3 82 11 1=1(f)F=3 52 7=1ABCDFGH EIJKM(e)FGH虚约束虚约束DCD D D C C C E E E EBA（f）D D D C C C E E E 虚约束虚约束D D
10、 D C C C E E E 虚约束虚约束FGH虚约束虚约束复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链第二章连杆机构第二章连杆机构2-2（1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构AB的尺寸范围的尺寸范围:0lAB 15mm,（2）双曲柄机构）双曲柄机构AB的尺寸范围的尺寸范围:45 lAB 55mm,（3）双摇杆机构）双摇杆机构AB的尺寸范围的尺寸范围:15lAB45mm,55 lABa=rcos/r1 =22.42(1)采用正传动采用正传动;r1 =20.33mm,r2 =40.67mm(2)采用标准斜齿轮传动采用标准斜齿轮传动,a=(z1+z2)=61mmmn2cos =10.38 1 2N1N2o2o1rb
11、2rb1ra2B2B1ra1实际啮合线实际啮合线 a=1.72=1.72B1B2 Pn解解 a=180mm,rb1=56.38mm,rb2=112.76mm,ra1=64mm,ra2=124mm题题4-9B1B2=20mmPb=mcos=11.8mm题题4-14（1）L=r=32mm，=v刀刀/r=1/16=0.0625 rad/s；（2）L=36.8mm，=1/16=0.0625 rad/s；rf=31.8mm，rb=30.07mm,ra=40.8mm（3）r=v刀刀/=mz ,z=2412中线xm分度圆分度圆(中线)节线节线Oa=(z1+z2)=231.9mm mn2cos 题题4-18
12、=0.31 bsin mnP127,4-19:a=(z1+z2)=44mm mn2cos =12.24第五章齿轮系第五章齿轮系5-1图图2 1235 44 566 1 2 4 zz42 z5 z6z1z2z z z z4 5 6 1=65题5-1滚刀左旋滚刀左旋5-2图图3 12455 66 滚刀滚刀2 33 5 zz53 z6 z刀刀z2z3z z z1z5 6 2=2516解解题5-2解解31H23 45-4图图n1nHn4nH=(1)2 z3 z4z1z318 11024 28 16556=16556n4=0，代入上式，代入上式n1nH=1 =i1H 10956iH1=nHn1 5610
13、9题5-42 213H5-6图：图：122 3=+n1nHn3nH z2 z3z1z230 3040 20 98=n3=0，代入上式，代入上式 98n1nH=1 =i1H 18解解iH1=8 nHn1题题5-61H23 451 2 35-9图：图：解解=(1)1 n2nHn4nH z3 z4z2z330 10050 20=3 (1)n2n1 z1z2=503053(2)=n5n1z1z5206013(3)解得：解得：=+9=i14 n1n4由由2、3、3、4组成组成F=2的行星轮系，的行星轮系，由由1、2组成定轴轮系，组成定轴轮系，由由1、5组成定轴轮系，组成定轴轮系，题题5-9典型例题分析典
14、型例题分析例例 计算图示轮系的传动比计算图示轮系的传动比iH1，并确定哪个构件是输出杆并确定哪个构件是输出杆H 及其转向。已知各轮齿数及其转向。已知各轮齿数z1=1，z2=40，z z2 2=2424，z3=72，z z3 3=1818，z4=114，蜗杆左旋，转向蜗杆左旋，转向n1如图示。如图示。图7-2图7-2解：解：(1)定轴轮系定轴轮系(2)周转轮系周转轮系 B 为系杆为系杆H(3)混合轮系混合轮系例例 图示轮系中，已知图示轮系中，已知z1=z3=z 4=z 4=20，z2=80，z5=60，求：求：i1B，并确定并确定B 的转向。的转向。图7-3(2)解：解：(1)(3)B 的转向为
15、的转向为。例例如图所示，已知n3=200r/min，nH=12r/min，z1=80，z2=25，z2=35，z3=20和n1的转向，试计算图示的周转轮系中轴1与轴3的传动比。例例 已知各轮齿数，求传动比i1H1、分析轮系的组成 1，2，2，3定轴轮系 1，4，3，H周转轮系 2、分别写出各轮系的传动比 定轴轮系：周转轮系：3、找出轮系之间的运动关系 4、联立求解：例例：电动卷扬机减速器Z1=24，Z2=48，Z2=30，Z3=90,Z3=20，Z4=30，Z5=80,求i1H（H，5为一整体）（一）1，2-2，3，H周转轮系 3，4，5定轴轮系（二）（三）（四）联立 得解：解：将各已知量代入
16、式有 上式中，负号表明上式中，负号表明n1与与n3的转向相反。的转向相反。例图示为组合机床动力滑台中使用的差动轮系，已知：zl=20、z2=24、z2=20、z3=24，转臂H沿顺时针方向的转速为16.5 r/min。欲使轮1 的转速为940 r/min，并分别沿顺时针或反对针方向回转，求轮3的转速和转向。解：解：（1）当转臂H与轮1均为顺时针回转时：将nH=16.5，n1=940；代入式有 解得n3=657.82 r/min。（2）当转臂H为顺时针回转，轮1为逆时针回转时：将nH=16.5，n1=-940；代入式有解得n3=-647.74 r/min。例例所示为一搅拌器中使用的一齿差行星减速器，其中内齿轮2固定不动，动力从偏心轴H输人，而行星轮的转动则通过十字滑块联轴器4从轴3输出。已知zl=99，z2=100。试求iH3。图 一齿差行星减速器 解：因n2=0，由式写出 式中，负号表示n1与nH的转向相反。又因为n1=n3，从而有