1、機械原理復習全解（含習題答案解析）一、機械原理重要概念零件：獨立的制造單元構件：機器中每一個獨立的運動單元體運動副：由兩個構件直接接觸而組成的可動的連接運動副元素：把兩構件上能夠參加接觸而構成的運動副表面運動副的自由度和約束數的關系f=6-s運動鏈：構件通過運動副的連接而構成的可相對運動系統平面運動副的最大約束數為2，最小約束數為1；引入一個約束的運動副為高副，引入兩個約束的運動副為平面低副機構具有確定運動的條件：機構的原動件的數目應等于機構的自由度數目；根據機構的組成原理，任何機構都可以看成是由原動件、從動件和機架組成高副：兩構件通過點線接觸而構成的運動副低副：兩構件通過面接觸而構成的運動副

2、由M個構件組成的復合鉸鏈應包括M-1個轉動副平面自由度計算公式：F=3n-(2Pl+Ph)局部自由度：在有些機構中某些構件所產生的局部運動而不影響其他構件的運動虛約束：在機構中有些運動副帶入的約束對機構的運動只起重復約束的作用虛約束的作用：為了改善機構的受力情況，增加機構剛度或保證機械運動的順利基本桿組：不能在拆的最簡單的自由度為零的構件組速度瞬心：互作平面相對運動的兩構件上瞬時速度相等的重合點。若絕對速度為零，則該瞬心稱為絕對瞬心相對速度瞬心與絕對速度瞬心的相同點：互作平面相對運動的兩構件上瞬時相對速度為零的點；不同點：后者絕對速度為零，前者不是三心定理：三個彼此作平面平行運動的構件的三個瞬

3、心必位于同一直線上速度多邊形：根據速度矢量方程按一定比例作出的各速度矢量構成的圖形驅動力：驅動機械運動的力阻抗力：阻止機械運動的力矩形螺紋螺旋副：擰緊：M=Qd2tan(+)/2放松：M=Qd2tan(-)/2三角螺紋螺旋副：擰緊：M=Qd2tan(+v)/2放松：M=Qd2tan(-v)/2質量代換法：為簡化各構件慣性力的確定，可以設想把構件的質量按一定條件用集中于構件上某幾個選定點的假想集中質量來代替，這樣便只需求各集中質量的慣性力，而無需求慣性力偶距，從而使構件慣性力的確定簡化質量代換法的特點：代換前后構件質量不變；代換前后構件的質心位置不變；代換前后構件對質心軸的轉動慣量不變機械自鎖：

4、有些機械中，有些機械按其結構情況分析是可以運動的，但由于摩擦的存在卻會出現無論如何增大驅動力也無法使其運動判斷自鎖的方法：1、 根據運動副的自鎖條件，判定運動副是否自鎖 移動副的自鎖條件：傳動角小于摩擦角或當量摩擦角轉動副的自鎖條件：外力作用線與摩擦圓相交或者相切螺旋副的自鎖條件：螺旋升角小于摩擦角或者當量摩擦角2、 機械的效率小于或等于零，機械自鎖3、 機械的生產阻力小于或等于零，機械自鎖4、 作用在構件上的驅動力在產生有效分力Pt的同時，也產生摩擦力F,當其有效分力總是小于或等于由其引起的最大摩擦力，機械自鎖機械自鎖的實質：驅動力所做的功總是小于或等于克服由其可能引起的最大摩擦阻力所需要的

5、功提高機械效率的途徑：盡量簡化機械傳動系統；選擇合適的運動副形式；盡量減少構件尺寸；減小摩擦鉸鏈四桿機構有曲柄的條件：1、 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和2、 連架桿與機架中必有一桿為最短桿在曲柄搖桿機構中改變搖桿長度為無窮大而形成的曲柄滑塊機構在曲柄滑塊機構中改變回轉副半徑而形成偏心輪機構曲柄搖桿機構中只有取搖桿為主動件是，才可能出現死點位置，處于死點位置時，機構的傳動角為0急回運動：當平面連桿機構的原動件（如曲柄搖桿機構的曲柄）等從動件（搖桿）空回行程的平均速度大于其工作行程的平均速度極為夾角：機構在兩個極位時原動件AB所在的兩個位置之間的夾角 =180°（K-

6、1）/(K+1)壓力角：力F與C點速度正向之間的夾角傳動角：與壓力角互余的角（銳角）行程速比系數：用從動件空回行程的平均速度V2與工作行程的平均速度V1的比值K=V2/V1=180°+/(180°)平面四桿機構中有無急回特性取決于極為夾角的大小試寫出兩種能將原動件單向連續轉動轉換成輸出構件連續直線往復運動且具有急回特性的連桿機構：偏置曲柄滑塊機構、擺動導桿加滑塊導軌（牛頭刨床機構）曲柄滑塊機構：偏置曲柄滑塊機構、對心曲柄滑塊機構、雙滑塊四桿機構、正弦機構、偏心輪機構、導桿機構、回轉導桿機構、擺動導桿機構、曲柄搖塊機構、直動滑桿機構機構的倒置：選運動鏈中不同構件作為機架以獲得

7、不同機構的演化方法剛性沖擊：出現無窮大的加速度和慣性力，因而會使凸輪機構受到極大的沖擊柔性沖擊：加速度突變為有限值，因而引起的沖擊較小在凸輪機構機構的幾種基本的從動件運動規律中等速運動規律使凸輪機構產生剛性沖擊，等加速等減速，和余弦加速度運動規律產生柔性沖擊，正弦加速度運動規律則沒有沖擊在凸輪機構的各種常用的推桿運動規律中，等速只宜用于低速的情況；等加速等減速和余弦加速度宜用于中速，正弦加速度可在高速下運動凸輪的基圓半徑是從轉動中心到理論輪廓的最短距離，凸輪的基圓的半徑越小，則凸輪機構的壓力角越大，而凸輪機構的尺寸越小齒廓嚙合的基本定律：相互嚙合傳動的一對齒輪，在任一位置時的傳動比，都與其連心

8、線O1O2被其嚙合齒廓在接觸點處的公法線所分成的兩線段長成反比漸開線：當直線BK沿一圓周作純滾動時直線上任一一點K的軌跡AK漸開線的性質：1、 發生線上BK線段長度等于基圓上被滾過的弧長AB2、 漸開線上任一一點的發線恒于其基圓相切3、 漸開線越接近基圓部分的曲率半徑越小，在基圓上其曲率半徑為零4、 漸開線的形狀取決于基圓的大小5、 基圓以內無漸開線6、 同一基圓上任意弧長對應的任意兩條公法線相等漸開線函數：invK=k=tank-k漸開線齒廓的嚙合特點：1、 能保證定傳動比傳動且具有可分性傳動比不僅與節圓半徑成反比，也與其基圓半徑成反比，還與分度圓半徑成反比I12=1/2=O2P/O1P=r

9、b2/rb1二、復習重點1. 什么叫機械？什么叫機器？什么叫機構？它們三者之間的關系機械是機器和機構的總稱機器是一種用來變換和傳遞能量、物料與信息的機構的組合。講運動鏈的某一構件固定機架，當它一個或少數幾個原動件獨立運動時，其余從動件隨之做確定的運動，這種運動鏈便成為機構。零件構件機構機器（后兩個簡稱機械）2. 什么叫構件？機械中獨立運動的單元體3. 運動副：這種由兩個構建直接接觸而組成的可動聯接稱為運動副。高副：凡兩構件通過單一點或線接觸而構成的運動副稱為高副。低副：通過面接觸而構成的運動副統稱為低副。4. 空間自由運動有6歌自由度，平面運動的構件有3個自由度。5. 機構運動簡圖的繪制6.

10、自由度的計算7. 為了使機構具有確定的運動，則機構的原動件數目應等于機構的自由度數目，這就是機構具有確定運動的條件。當機構不滿足這一條件時，如果機構的原動件數目小于機構的自由度，則將導致機構中最薄弱的環節損壞。要使機構具有確定的運動，則原動件的數目必須等于該機構的自由度數目。8. 自由度計算：F=3n -（2p1+pn）n：活動構件數目 p1：低副 pn：高副9. 在計算平面機構的自由度時，應注意那些事項？1. 要正確計算運動副的數目 2.要除去局部自由度 3.要除去虛約束10. 由理論力學可知，互作平面相對運動的兩構件上瞬時速度相等的重合點，即為此兩構件的速度瞬心，簡稱瞬心。11.因為機構中

11、每兩個構件間就有一個瞬心，故由N個構件（含機架）組成的機構的瞬心總數K=N(N-1)/212.三心定理即3個彼此做平面平行運動飛構件的3個瞬心必位于同一直線上。對于不通過運動服直接相連的兩構件的瞬心位置，可可借助三心定理來確定。13.該傳動比等于該兩構件的絕對瞬心與相對瞬心距離的反比。14.平面機構力分析的方法：1靜力分析：在不計慣性力的情況下，對機械進行的分析稱為機構的靜力分析。使用于慣性力不大的低速機械。2動態靜力分析：將慣性力視為一般外力加于產生該慣性力的構件上，就可以將該結構視為處于靜力平衡狀態，仍采用靜力學方法對其進行受力分析。15.構件組的靜定條件是什么？3n=2P1+Pn 基本桿

12、組都是靜定桿組。16.Wd=WF+Wf（輸入功=輸出功+損耗功）機械效率=WF/Wd=1-Wf/Wd=理想驅動力/實際驅動力=實際生產阻力/理想生產阻力18.串聯機組的效率：=123k（等于各級效率的連乘積）并聯機組的效率:（p11+p22+p33）/（p1+p2+pk）19.對于有些機構，由于摩擦的存在，致使無論驅動力如何增大均不能使靜止的機構產生運動，這種現象稱為自鎖。自鎖的條件：在移動副中，如果作用于滑塊上的驅動力在其摩擦角之內（）。在轉動副中，作用在軸頸上的驅動力為彈力F，且作用于摩擦圓范圍之內即。21.通過對串聯機組及并聯機組的效率的計算，對設計機械傳動系統有何重要啟示：串聯機器越多

13、，機組的效率越低，提高串聯機組的效率：減少串聯機器的數目和提高min。22.機械平衡的目的：設法將構件的不平衡慣性力加以平衡，以消除或減小其不良影響。25.機械運轉的三個階段：起動階段、穩定運轉階段、停車階段26.在什么情況下機械才會作周期性速度波動？速度波動有何危害？如何調節作用在機械上的機械驅動力矩？將導致運動副中動壓力增加，引起機械振動 用飛輪調節27.飛輪為什么可以調速？能否利用飛輪來調節非周期性速度波動？為什么？28.四桿機構的基本形式：曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構29.四桿機構中有周轉副的條件是最長桿與最短桿的長度之和其余兩桿的長度之和構成該轉動副的兩桿之一為四桿中的最短桿30

14、.四桿機構中有曲柄的條件：各桿的長度應滿足桿長條件其最短桿為連架或機架當最短桿為連架時，則為曲柄搖桿機構當最短桿為機架時，則為雙曲柄機構當最短桿為連桿時，則為雙搖桿機構31.行動速比系數：K=偏置的曲柄滑塊有急回特性32.壓力角和傳動角互余壓力角d：從動件受力的方向與受力點的速度之間所夾的銳角傳動角 ：壓力角的余角33.死點位置往復運動機械構件作主動件時d=90°，y=0°Ft=0F無論多大都不能使機構運動34.凸輪機構的最大優點是只要適當地設計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規律。35.按凸輪的形狀分：盤形凸輪、圓柱凸輪。按推桿的形狀分:尖頂推桿、滾子推桿

15、、平底推桿。按從動件的運動形式：擺動從動件、移動從動件。按從動件形式：尖頂從動件、滾子從動件、平底從動件。36什么叫剛性沖擊和柔性沖擊？推桿在運動開始和終止的瞬間，因速度有突變，所以這是推桿在理論上將出現無窮大的加速度和慣性力，因而會使凸輪機構受到極大的沖擊，稱為剛性沖擊，a=>慣性力=>極大的沖擊力，三點的加速度有突變，不過這一突變為有限值，因而引起的沖擊較小，稱為柔性沖擊。37.用于平行軸間的傳動的齒輪機構直齒輪用于相交軸間的傳動的齒輪機構錐齒輪用于交錯軸間的傳動的齒輪機構斜齒輪38.齒廓嚙合基本定律：相互嚙合傳動的一對齒輪，在任一位置的傳動比，都與其連心線O1O2被其嚙合齒廓

16、在接觸點外的公法線所分為的兩線段長成反比。39.漸開線的特性發生線上的BK線段等于基圓上被滾過的弧長AB，即BK=AB：漸開線上的任意一點的法線恒切與基圓漸開線愈接近基圓部分的曲率半徑愈小，在基圓上其曲率半徑為零，漸開線的形狀取決與基圓的大小。基本以內無漸開線。40.一對漸開線齒輪正確嚙合的條件：直齒輪：兩齒輪的模數和壓力角應分別相等，m1=m2=m ,d1=d2=d斜齒輪：兩齒輪的模數和壓力角應分別相等，還有他們的螺旋角必須滿足：外嚙合B1=-B2, 內嚙合B1=B2.錐齒輪：當量齒輪的模數和壓力角與錐齒輪斷面的模數和壓力角相等。蝸輪蝸桿：Mx1=Mt2=M Dx1=Dt2=D當蝸桿和渦輪的

17、軸線交錯角為90°時，還需保證蝸桿的導程角等于渦輪的螺旋角，即使y1=B2,并且螺旋線的方向相等。3、 機械原理試卷（一）（附答案）一、簡答和作圖題(共22分) 1、計算圖示運動鏈的自由度，要求：1、列出公式、代入數據、得出結果。2、明確指出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。解答：復合鉸鏈、局部自由度、虛約束如圖所示分;活動構件數n = 8 低副數pL = 11 高副數 pH = 1分 F = 3n - 2pL - pH = 3×8 - 2×11 - 1 = 1分虛約束2、在圖示偏置曲柄滑塊機構中標出圖示位置的壓力角和傳動角（4分）每個標注角度正確得分。3. 標出圖論

18、機構在圖示位置所有瞬心。（6分）每個瞬心標注正確得分4.圖中已知蝸桿的轉向，試標出渦輪的轉向。（4分）每個正確標注分，計分。二、（10分）機構（一）：LBC+LAD=20+80=100mm LAB+LCD=60+70=130mm LBC+LADLAB+LCD 滿足桿長之和條件，由于以最短桿的對邊為機架，所以是雙搖桿機構。 分有周轉副存在，B、C為周轉副。分機構（二）：LBC+LAD=38+80=118mm LAB+LCD=70+46=116mm LBC+LADLAB+LCD 不滿足桿長之和條件，是雙搖桿機構 分沒有周轉副存在。分三、在圖示鉸鏈機構中，鉸鏈處各細線圓為摩擦圓，為驅動力矩，為生產阻

19、力。在圖上畫出下列約束反力的方向與作用位置：、 、 、 。（12分） 每個力正確畫出得分。四、在圖示四桿機構中，已知各構件尺寸及原動件的角速度1=常數，試用圖解法確定圖示機構位置時，從動件3的角速度3及角加速度3。（列方程，畫速度、加速度多邊形）（12分） ， 方向順時針 分 , 分 方向逆時針 分b3b2pb3b2pkn32分3分五、（14分）已知一標準直齒圓柱齒輪的基本參數為: z=30,m=4mm,=20°,h*a=1，c*=0.25,試計算下列尺寸： 分度圓半徑 r、基圓半徑rb、齒頂圓半徑 ra、齒根圓半徑rf、分度圓齒距p、基圓齒距pb和分度圓齒厚s；解：1r=mz/2=

20、4×30/2=60mm； 分 rb=rcos=60×0.94=56.40mm； 分 ra=r+h*am=60+1×4=64mm； 分 rf=r-(h*a+c*)m=60-(1+0.25)×4=55mm； 分 p=m=3.14×4=12.56mm； 分 pb=pcos=12.56×0.94=11.81mm； 分 s=m/2=3.14×4/2=6.28mm。 分1六、（12分）正確區分輪系得分分分分分七、（8分）已知一滾子移動從動件盤形凸輪的部分輪廓,如圖所示,滾子中心位于BO點時為此機構的起始位置。試用圖解法求出： （1） 滾

21、子中心位于B1點時，所對應的凸輪轉角；（2） 當凸輪轉動90°時，標出凸輪機構的壓力角和位移s。 評分標準：（1）畫出偏距圓得分， 畫出凸輪理論輪廓線得； 畫出凸輪轉角得分（只要最終畫出，即得分）；（2）標出壓力角得分，標出位移S得分。八 機械系統的等效驅動力矩和等效阻力矩的變化如圖所示。等效構件的平均角速度為，系統的許用運轉速度波動系數，不計其余構件的轉動慣量。求所需飛輪的轉動慣量。（10分）等效力矩圖解：由圖中的幾何關系可以求出各個盈、虧功的值如下 分分其中“+”表示盈功，“”表示虧功。能量指示圖分畫出能量指示圖，如上圖所示，先畫出一條水平線，從點a開始，盈功向上畫,虧功向下畫。

22、示功圖中的最低點對應，最高點對應。由圖13-9 (b)可以看出，點b最高，則在該點系統的角速度最大；點c最低，系統的角速度最小。則的積分下限和上限應為圖13-9 (a)中的點b和點c。 分 分4、 機械原理試卷（二）（附答案）一、判斷題（10分）對者畫，錯者畫× 1、對心曲柄滑塊機構都具有急回特性。（ ） 2、漸開線直齒圓柱齒輪的分度圓與節圓相等。（ ） 3、當兩直齒圓柱齒輪的安裝中心距大于標準中心距時，為保證無側隙嚙合，應采用正傳動。（ ） 4、凸輪機構中當從動件的速度有有限量突變時，存在柔性沖擊。（ ） 5、用飛輪調節周期性速度波動時，可將機械的速度波動調為零。（ ） 6、動平衡

23、的轉子一定滿足靜平衡條件。（ ） 7、斜齒圓柱齒輪的法面壓力角大于端面壓力角。（ ） 8、加工負變位齒輪時,齒條刀具的分度線應向遠離輪坯的方向移動。( ) 9、在鉸鏈四桿機構中，固定最短桿的鄰邊可得曲柄搖桿機構。（ ）10、平底直動從動件盤狀凸輪機構的壓力角為常數。（ ）二、填空題（10分） 1、機構具有確定運動的條件為_。 2、平面八桿機構共有_瞬心。 3、漸開線齒廓上最大壓力角在_圓上。 4、當行程速比系數K=1.5時，機構的極位夾角q=_。 5、舉出兩種可實現間歇運動的機構。_。 6、偏置滾子（尖頂）直動從動件盤狀凸輪機構的壓力角表達式tga=_。 7、漸開線齒輪的齒廓形狀與哪些參數有關

24、？_。 8、機械中安裝飛輪的目的是_。 9、直齒圓錐齒輪的當量齒數Zv=_。 10、在連桿機構中處于死點位置的g=_；a=_。三、簡答題（10分） 1、為了實現定傳動比傳動，對齒輪輪廓曲線有什么要求？ 2、計算機構自由度時有哪些注意事項？ 3、計算混合輪系傳動比有哪些步驟？ 4、鉸鏈四桿機構中存在雙曲柄的條件是什么？ 5、機構等效動力學模型中的四個等效量有哪些?分別是根據何種原理求得？1234657n7n1圖 8.3圖四、計算如圖8.1發動機配氣機構的自由度。（8分）1234圖 8.2圖 8.1五、在圖示8.2的回歸輪系中，已知：Z1=20，Z2=48， m1= m2=2mm，Z3=18，Z4

25、=36， m3= m4=2.5mm該兩對齒輪均為標準漸開線直齒圓柱齒輪，且安裝中心距相等。a=200，h*=1，c*=0.25。求：1）兩對齒輪的標準中心距分別為多少？2）當以1與2齒輪的標準中心距為安裝中心距時，3與4齒輪應采取何種傳動能保證無側隙嚙合？其嚙合角a 34´=？ r 3´=？ 3）仍以1與2齒輪的標準中心距為安裝中心距，當3與4齒輪采用標準斜齒圓柱齒輪傳動時，其法面模數mn3= mn4=2.5mm，齒數不變，其b=？此時分度圓半徑r3=？r4 =？（10分） 六、已知圖示8.3輪系中各輪齒數為：Z1=40，Z2=20，Z3=Z4=Z5=30，Z6=60，Z7

26、=1（右旋），n1=100rpm，n7=200rpm。求：n5=？方向？（12分） 七、如圖8.4,機器主軸在穩定運動循環中，等效阻力矩Mr曲線如圖所示，等效驅動力矩Md為常數。當測得機械的最大盈虧功Wmax =942（Nm），wm=80（1/s），d=0.05。求：1）裝在主軸上的飛輪轉動慣量JF=？2）主軸的wmax =？3）等效驅動力矩Md=？等效阻力矩Mrmax=？（10分）圖 8.4jp /2Mmax0Mr2p Mp（Nm）123w14圖 8.5八、如圖8.5所示的機構，已知機構位置和各構件尺寸及原動件的等角速度w1。在圖中找出機構的全部瞬心，且求出圖示位置構件3的角速度w3=？（10分） 九、已知圖示8.6所示的凸輪機構，在圖上標出以下各項：1）畫出基圓半徑ro ；2)標出 從動件圖示位置的位移