首页 > 专利信息

机械原理知识总结

绪论

构件机器中的各运动单元

零件不能再分拆的单个物体(独立的制造单元)

机构已知运动变换成其他构件所需要运动的构件组合体。机构，是两个以上的构件通过可动联接形成的构件系统。各构件之间具有确定的相对运动

机器是一种能实现预期运动的构件组合系统,用以代替人工完成能量、信息的转换或作出有用的机械功

运动链两个以上构件通过运动副的连接而构成的构件系统

如何从运动链得到机构运动链中其余构件都能得到确定的相对运动

构件是机械运动的最小单元，零件是机械制造的最小单元。作空间和平面运动的独立构件，其自由度数分别为3和 6 。运动副是两个构件以一定形状的运动副元素直接接触，限制了某些自由度，而又保留了某些自由度的一类可动连接，运动副是以它们所提供的数来

划分其级别的，因此共有I到V级运动副。

一个封闭运动链，若已知其构件数为 N，运动副数为 p，则其闭合回路数 k=p+1-N

基本杆组是不可再分的自由度为零的构件组。常用的基本杆组有 RRR 组、RRP 组和 RPR 组

第一章机构的结构设计

一．自由度计算

F = 3n - 2PL – PH

n 为活动构件

PL 为低副

PH为高副

计算自由度时应注意的问题：

1. 复合铰链二个以上构件在同一轴线上构成的多个转动副时，称为复合铰链

若有m个构件，则有m-1个转动副

2. 虚约束对机构的运动不起独立限制作用的重复约束。计算自由度时要去除掉

出现场合：

1）两构件构成多个运动副

两构件构成多个移动副导路重合或平行

两构件组成多个转动副，同轴

两构件构成高副，两处接触，法线重合

目的：改善构件的受力情况

2）运动过程中，两构件上的两点距离始终不变

3）联接点与被联接点轨迹重合

4）对运动不起作用的对称部分

3. 局部自由度

处理方法：钉死

目的：减少高副的磨损

二．高副低代

方法：

1. 在高副两个曲率中心之间画出替代构件

2. 替代构件分别与组成高副的两个构件相联

3. 组成高副的两个构件应去掉高副、简化成杆

三．基本杆组的拆分（拆分时提前高副低代）

杆组： F=0

1） II级组 n=2 PL=3

RRR RRP RPR PRP PPR

R为转动副 P为移动副

结构特征：两个含有外接副的构件直接（用运动副）联接

2） Ⅲ级组 n=4 PL=6

结构特征：三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接

3） Ⅳ级组(n=4，PL=6)

结构特征：两个含有外接副的构件通过两个构件间接相联

拆分步骤

1．计算F；确定原动件；去掉虚约束、局部自由度；注意复铰。

2．如果机构中有高副，应高副低代

3．拆出机构的原动件和机架，剩下从动件组合

4．根据杆组的结构特征对从动件组合依次拆组

5．验证：每拆出一个杆组后，余下部分必须是一个自由度为零的构件组合或杆组

机构的级别

机构所含基本组的最高级别为机构的级别，不含基本组的机构为І级机构

数字标签PS:外界副为移动副时，用点画线原动件注意标出运动方向

第二章平面连杆机构及其分析与设计

一．曲柄存在的条件

若最长杆与最短杆的长度之和≤其余两杆长度之和(称为杆长条件)，则最短杆的两个转动副为整转副。其余为摆转副。

铰链四杆机构曲柄存在条件

满足杆长条件：最短杆为连架杆，得到曲柄摇杆机构；最短杆为机架，得到双曲柄机构；最短杆为连杆，得到双摇杆机构

不满足杆长条件：无论以何杆为机架, 均为双摇杆机构

曲柄滑块机构曲柄存在的条件

对心式：L1<=L2

偏心式：L1+e<=L2

L1是连架杆 L2是连杆

导杆机构曲柄存在的条件

L1≥L4

1吸音降噪

二．判断各种平面连杆机构

曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构

曲柄滑块机构（图1 为教材P39d图）

摇杆滑块机构（图1 2杆长度大于1杆）

摆动导杆机构（机架在图1滑块对面）

转动导杆机构（机架在图1滑块对面）

摇块机构（机架在图1连杆）

定块机构（机架在滑块）

焦化废水双滑块机构

三．极位夹角

曲柄摇杆机构

极位夹角：输出构件在两个极限位置时，主动曲柄的二个位置之间所夹的锐角（是不是锐角学术上存在争议）

行程速比系数K

预埋螺母曲柄滑块机构

对心：θ= 0，K=1，无急回特性

偏式：θ>0，K > 1，有急回特性

摆动导杆机构

θ>0，K > 1，有急回特性

特殊性：极为夹角=最大摆角

四．传动角和压力角

压力角：输出构件受力方向与受力点速度方向之间所夹锐角。α

传动角：压力角的余角。γ

会画三种机构压力角和传动角见教材P66

三种机构γmin出现的位置

1. 曲柄摇杆机构：当以曲柄为原动件，γmin 出现在曲柄与机架共线或重合的两个位置之一

2. 曲柄滑块机构：当以曲柄为原动件，γmin 出现在曲柄与机架垂直的两个位置之一

死点

条件：往复运动构件为主动件，曲柄为输出构件

位置特征：γ=0或连杆与曲柄共线或重合

五．瞬心法解析法

瞬心数目：N=n(n-1)/2

瞬心求法：

转动副：转动副中心点就是其瞬心

移动副：瞬心在垂直于导路的无穷远处

高副：两高副接触的公法线

PS：两构件组成纯滚动高副接触点就是其瞬心

三心定理：作平面运动的3个构件的3个瞬心在一条直线上

解析法：只有一种考法，见PPT第64张例2-6

六．平面连杆机构运动设计

按连杆预定位置设计4杆结构

已知活动铰链中心位置求固定铰链位置

方法：作四个垂直平分线得两交点0.000000.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。0000000000000000000000000000000000000000000000000000.。B’C’

1. 已知固定铰链中心位置求活动铰链中心位置

方法：取一已知活动铰链位置为新机架机架连接另外两位置得两4边形，将其旋转平移至新机架得A’ A’’ D’ D’’ 作出A’ A’’ A D D’’ D’的中垂线交点得B’ C’ 则AB’C’D为所求四杆机构

已知行程速比系数设计四杆机构

1. 曲柄摇杆机构

已知摇杆长度cd 摆角行程速比系数

方法：先算出极位夹角根据CD和摆角得摇杆两极位C1D C2D 作C2P垂直于C1C2且 ∠C2C1P=90-θ 作C1C2P外接圆，圆上任一点（不能选在劣弧上）为机架另一点A 令曲柄长度为a 连杆为b则AC1=b+a AC2=b-a

东方人体2. 曲柄滑块机构

已知行程速比系数K 冲程H 偏距e

方法：先算θ，作C2C1=H 作∠OC1C2=∠OC2C1=90-θ以O为圆心C1C2为半径作圆圆上一点A到C1C2的距离为e，A为曲柄轴心的位置令曲柄长度为a 连杆为b则AC1=b+a AC2=b-a

3. 摆动导杆机构

已知机架长度d 行程速比系数K

方法：先计算θ，则摆角也为θ，作∠mDn=θ，作AD=d 且AD平分∠mDn 过A作AC2 AC1分别垂直于mD nD，即得结果。

按两连架杆对应位置设计

1. 已知两连架杆对应三个位置

例：已知机架原动件从动件两次转动对应角度a1b1，a2b2

方法：先定出机架AD，作任意连架杆AB1，AB1顺时针旋转a1 a2，得B2 B3，连接B2D B3D，逆时针旋转B2D B3Db1，b2得B2’,B3’，得B1 B2’与B2’ B3’中垂线交点C1，AB1C2D即为所求

2. 已知两连架杆四个对应位置

例：已知机架原动件从动件两次转动对应角度a1b1，a2b2，a3b3

方法：先定出机架AD，延长DA至x，作∠xAB4=(a3-a2)/2 ∠xDB4=(b3-b2)/4，将AB4顺时针旋转a3得B1，将AB1逆时针转旋转a1，a2，得B2 B3，将B2D B3D B4D分别顺时针旋转b1 b2 b3 得B2’ B3’ B4’ 由B1 B2’ B3’ B4’中垂线交点可得C1。AB1C1D即为所求

七．试卷上的一些问题

平面连杆机构的综合内容：实现刚体给定位置的设计、实现预定运动规律的设计和实现预定轨迹的设计

第三章凸轮机构及其设计

一．从动件运动规律

运动规律	特点	应用场合
等速运动	刚性冲击	低速轻载
等加等减速运动	柔性冲击	中速轻载
简谐（余弦加速）运动	柔性冲击	中速中载
摆线（正弦加速）运动	无冲击	高速轻载
洗头床3-4-5次多项式运动	无冲击	高速中载