导图社区 机械原理
机械原理课程机构设计部分的笔记，主要内容有机构的组成和结构分析、连杆机构、凸轮机构、轮系、间歇运动机构、其它常用机构。
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总结了循环神经网络RNN的基本内容，如RNN基本结构原理、RNN计算训练的BPTT算法、长短期记忆模型LSTM和门控循环单元GRU的基本原理等
总结了卷积神经网络的主要内容，如基本概念，卷积运算，基本结构，参数学习方法以及一些卷积神经网络实例结构。
总结了最基本的神经网络结构——多层感知机MLP和前馈网络FNN，在此基础上总结了神经网络的目标函数和优化技术，反向传播算法计算目标函数对网络权系数的梯度问题，以及神经网络优化的辅助技术如初始化、正则化等。
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机械原理
机构的组成和结构分析
机构的组成
机构
具有确定运动的实物组合体
构件
独立影响机构功能，且能独立运动的单元体
组成机器的最小运动单元
零件
单独加工的制造单元体
一个构件可以由一个或多个零件组成
运动副
两个构件之间直接接触所形成的可动联接
强调：两个构件直接接触在一起，又能产生一定的相对运动
接触形式
点、线、面
机构中每个构件至少与另外一个构件通过运动副联接
自由度
构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目
自由构件
空间
6
平面
3
平面构件有3个公共约束
约束
运动副一旦存在，就会引入约束
分类
相对运动形式
平面运动副
空间运动副
按接触部分的几何形状分类
转动副
移动副
低副
面面
接触部分压强较低
高副
点线
不能承受太大的力，易磨损
引入的约束数目
n级副
按空间中引入的约束
6-自由度
举例

运动链
两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
闭式运动链
首末封闭
开式运动链
未首末封闭
具有确定运动的运动链
问题：运动链满足什么条件能够成为机构？ 如何才能更快地判断出“确定运动”？
组成
机架
被固定的构件
原动件
按给定规律相对固定构件运动
从动件
有确定的相对运动
机构运动简图
概念及用途
机构示意图
应用
构件与转动副的表达方法
偏心轮：可用曲柄代替
绘制方法
步骤
1.分析整个机构的工作原理
2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相 对运动关系，确定运动副的类型和数目
3.选择适当的视图平面
4.选择比例尺，采用标准的符号和线条绘图
1
2
4
易错点
机架斜线
原动件箭头符号
运动链成为机构的条件
平面运动链的自由度计算
平面运动副只有四、五级副
根据引入约束确定自由度
n个活动构件，有3n个自由度
5级副引入2个约束，4级副引入1个约束
平面运动链的自由度计算公式
注意问题
复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副
解决方案
k个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了(k-1)个转动副
一共7个转动副，而不是6个
局部自由度
某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运 动的自由的，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。
局部自由度常见于变滑动摩擦为滚动摩擦时 添加的滚子、轴承中的滚珠等场合
计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子 的构件固接为一个整体，成为一个构件 或在计算结果中去除局部自由度
此部位固接，相当于直接是一个轮和一个杆
2个自由构件、2个五级副、1个四级副
虚约束
计算自由度时，不考虑虚约束的作用
假定：两构件之间只形成一个运动副
两构件间构成多个运动副
两构件组成的多个平面高副， 各接触点之间的距离为常数
两构件上某两点之间的距离保持不变
 
理论上，杆5的加入会引起自由度减少1， 即3*1-2*2=-1，但实际上，杆5对机构的 运动并不起实际的约束作用
杆式联轴器上的3个杆对机构的约束也是虚约束， 不起实际的作用。
联接构件和被联接构件上联接点的轨迹重合
上图显示的结构也会引起自由度减少1， 即3*1-2*2=-1，但实际上，此结构对机构的 运动并不产生影响
机构中存在对运动不起作用的对称部分
虚约束小结
虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递效率等需求。 计算自由度时，不考虑虚约束的作用。
如果采用虚约束，必须保证设计、加工、装配的精度， 以确保满足虚约束存在的条件。
虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件， 如果这些条件被破坏，将转化为实约束。
计算大筛机构的自由度
C点
滚子9
活塞与缸体连接处可以用一个移动副代替
自由构件n=7，五级副P5=9，四级副P4=1 自由度F=3×7-2×9-1=2
原动件数目与自由度数目相同，故运动链有确定的运动，可以成为机构
条件
运动链相对于机架的自由度必须大于零
原动件数等于自由度数目，运动可以确定，运动链是机构
思考题
运动链成为机构的条件是什么?
原动件等于自由度数目
当一个运动链中的原动件数目与其自由度数目不一致时，会出现什么情况？
原动件数目小于自由度数目时，运动不确定
原动件数目大于自由度数目时，运动被破坏
计算运动链自由度时应注意哪些事项？
复合铰链处的运动副个数
滚轮处的局部自由度
虚约束应除去不计
机构的组成原理和结构分析
机构的组成原理
若干基本杆组，作为从动件
从动系统自由度为0
若干自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上构成机构；机构的自由度等于原动件的数目。
基本杆组
最简单的不可再拆
自由度为零
II级杆组
两构+三副
III级杆组
三副构件+3个双副构件
机构的结构分析
原则
从远离原动件的部分开始拆分
每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构
先试拆低级别杆组，如II级杆组
机构的命名
以机构中包含的基本杆组的最高级别
平面机构的高副低代
流程
结构分析举例
机构是怎样组成的？结构分析的目的是什么？它们分别用于什么场合？
杆组有何特点？如何确定杆组的级别？试举例说明
怎样确定机构的级别？影响机构级别变化的因素是什么？
高副低代的目的、原则和方法是什么？
试叙述对机构进行结构分析时，拆杆组的原则和步骤
连杆机构
概念
固定不动的杆
连架杆
和机架相连的杆
连杆
不和机架相连的杆
曲柄
整转副
摇杆
摆转副
基本型式
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
演化
转动副->移动副
曲柄摇杆机构->偏置曲柄滑块机构->对心曲柄滑块
取不同构件作机架
低副运动的可逆性：运动副特性不变
双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构
变换构件的形态
曲柄滑块机构->曲柄摇块机构->摆动导杆机构
扩大运动副尺寸
曲柄滑块机构->偏心轮机构
工作特性
运动特性
具有整转副的条件 格拉霍夫定理
最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和
最短杆两端的转动副为整转副
若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄
不满足杆长条件则没有整转副，不存在曲柄，则是双摇杆机构
型式类型判断流程
急回特性
原因
极位：当曲柄(原动件)与连杆两次共线时，从动件位于两个极限位置
极限位置，曲柄是否存在极位夹角
或比较从极限位置之间转过的角度
行程速度变化系数K
传力特性
压力角α
从动件受力方向与力作用点速度方向所夹的锐角
压力角越大，轴向压力越大，压力角越小对机构工作越有利
传动角γ
传动角γ是压力角的余角
力与杆的夹角是传动角
传动角越大对机构工作越有利
最小传动角
发生在曲柄与机架拉直共线和重叠共线时
比较二者大小，可求得最小传动角
死点位置
判断有无”死点“的方法：从动件是否与连杆共线
传动角=0的位置
比如摇杆作为原动件，出现”顶死“现象
通过死点位置
利用构件惯性
多套机构交错排列
利用死点位置
飞机起落架
利用死点夹紧工件
运动分析
位移分析
速度分析
加速度分析
方法
图解法：速度瞬心法、矢量方程图解法
解析法：杆组法、多体运动分析方法
速度瞬心法
绝对速度瞬心、相对速度瞬心
三心定理
作平面运动的三个构件有三个瞬心，它们位于同一直线上
三杆机构和四杆机构的速度瞬心位置
设计方法
刚体导引机构

函数生成机构
刚化反转法

急回机构
轨迹生成机构
解析法
实验法
凸轮机构
凸轮
类型
盘形、移动、圆柱凸轮
尖端、曲面从动件
滚子、平底从动件
移动、摆动从动件
力锁合、型锁合
运动规律
等速运动
等加速等减速（抛物线）运动
简谐运动
摆线运动
3-4-5次多项式运动
将常用运动规律组合起来，保证位移、速度和加速度曲线连续
凸轮轮廓的设计
基本原理
反转法
图解法
轮系
轮系的类型
定轴轮系
周转轮系
混合轮系
传动比计算
定轴轮系的传动比计算
周转轮系的传动比计算
例题
w1与w3的方向
混合轮系的传动比计算
周转轮系齿数的确定
传动比条件
同心条件
装配条件
邻接条件
间歇运动机构
棘轮机构
槽轮机构
凸轮式间歇运动机构
不完全齿轮
其它常用机构
摩擦传动
打滑
i不准确
过载保护
挠性传动
带传动
组成：主动轮、从动轮、传动带、机架
类型：摩擦型、啮合型
摩擦型特点：打滑、定期张紧
打滑可起到过载保护的作用
链传动
组成：主动链轮、从动链轮、链条、机架
特点：平均传动比准确
可展机构
并联机构
柔顺机构
柔性铰链运动精度可达纳米级
