机械原理

机械原理课程梳理，包括平面机构的运动分析、平面机构的力分析、机械效率和自锁、机构运动简图、自由度等内容。

机械原理

• 理论
  • 什么是机械machinery
    • 机械是机器与机构的总称
    • 机器 machine
      • 机器是根据某种使用要求而设计的执行机械运动装置
        • 是由机构组合而成的
    • 机构 machanism
      • 用来传递与变换运动和力的可动装置
• 机构
  • 构件 link
    • 零件或刚性连接在一起的零件
  • 运动副 kinematic pair
    • 两个构件直接接触而组成的可动连接
    • 运动副元素pairing element：两构件参与接触的表面
    • 运动副自由度f和约束度s的关系：f=6-s
      • 在没有构成运动副前，每一个构件一共有6个相对自由度degree of freedom
    • 分类1
      • 高副 higher pair：通过单一点或线接触
      • 低副 lower pair：通过面与面的接触
    • 分类2
      • 按照相对运动进行分类
      • 平面运动副
        • 转动副
        • 移动副
        • 平面高副
      • 空间运动副
        • 点高副
        • 线高副
        • 球面副
        • 圆柱副
  • 运动链 kinematic chain
    • 定义：构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统
    • 分类1
      • 闭式运动链/闭链 closed kinematic chain
      • 开式运动链/开链 open kinematic chain
    • 分类2
      • 平面运动链 planar kinematic chain
        • 平面机构
      • 空间运动链 spatial kinematic chain
        • 空间机构
  • 组成
    • 机架 fixed link
    • 原动件 driving link
      • 按给定的已知运动规律独立运动的构件
    • 从动件 drived link
      • 其余活动构件
  • 分类
    • 根据运动副的组成情况
      • 低副机构
      • 高副机构
    • 根据机构的运动情况
      • 平面机构
      • 空间机构
    • 根据机构的构件情况和机构的工作原理
      • 连杆机构
      • 凸轮机构
      • 齿轮机构
      • 螺纹机构
      • 。。。。
    • 根据组成机构的构件性质
      • 刚性机构
      • 柔性机构
      • 挠性机构
      • 气动机构
      • 液压机构
      • 其他广义机构
• 机构运动简图
  • 在分析和设计机械时，需要首先绘出机构运动简图
  • 根据机构的运动尺寸，按比列绘出表示机构组成结构及运动传递情况的简图
  • 绘图时使用规定的表示符号
    • 常用运动副的符号
    • 常用机构运动的简图符号
    • 一般构件的表示方法
  • 步骤
    • 分析机构组成
    • 选定视图平面
    • 选取比例尺作图
    • 完成必要标注
• 自由度
  • 定义：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目 用F表示
    • 机构由确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于其自由度的数目 若原动件数＞F，则机构最薄弱环节损坏 若原动件数＜F，则机构运动将不确定，此时机构运动将遵循最小阻力定律
  • 公式：F=3n-（2pl+ph-p'）-F'
    • 平面机构共有n个活动构件，在构件尚未用运动副连接时，共有3n个自由度。各构件用运动副连接之后，设有pl个低副和ph个高副，它们将提供（2pl+ph）个约束。F'为局部自由度，p'为虚约束。
  • 局部自由度
    • 某些机构所产生的并不影响其他构件运动的局部运动，如凸轮机构中滚子的滚动副
  • 虚约束
    • 某些运动副带入的约束对机构的运动起重复约束的作用
• 重点机构
  • 平面连杆机构
  • 凸轮机构
  • 齿轮机构
• 机械效率和自锁
  • 机械效率 mechanical efficiency
    • 机械的输出功与输入功之比称为机械效率，它反映输入功在机械中的有效利用程度，用h表示。
      • 用功比较：
      • 用功率表示：
      • 用力矩表示：
    • 或可综合简化得到
    • 损失率x：机械的损失功与输入功之比
    • 机组的效率计算
      • 串联机组
        • • 串联机组中任一机器效率很低，整个机械效率就会极低；且串联的机器数目越多，机械效率就越低
      • 并联机组
        • • 并联机组的总效率与各机器的效率和传动功率大小均有关；其总效率主要取决于传动功率大的机器的效率；要提高并联机组的总效率，应着重提高传动功率大的路线的效率
  • 机械自锁 self locking
    • 某些机械由于摩擦的存在，会出现无论驱动力如何增大，也无法使它运动的现象
    • 机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生了自锁
    • 移动副自锁条件 P78
    • 转动副自锁条件 P79
• 平面机构的力分析
  • 力的类型
    • 驱动力 driving force
    • 阻抗力 work of resistance
      • 有效阻抗力 effective resistance
      • 有害阻抗力 detrimental resistance
  • 力的分析内容（步骤）
    • 确定运动副中的反力Fr
    • 确定机械上的平衡力Fb及平衡力矩Mb
    • 确定构件的惯性力
    • 确定运动副中的摩擦力
  • 方法
    • 低速机械—静力分析
    • 高速及重型机械—动态静力分析
    • 图解法和解析法 P64
• 平面机构的运动分析
  • 方法
    • 图解法
      • 速度瞬心法
        • 先找瞬心，后根据瞬心列式求解
      • 矢量方程图解法
        • 先建立封闭矢量方程，后求解
    • 解析法
• 浮动主题