机械原理

本导图整理了机械原理的知识内容，包含平面机构的结构、齿轮机构、蜗杆机构、平面机构的结构运动、凸轮机构等。

机械原理

• 连杆机构
  • 优：运动形式多样，磨损少，制造方便，精度较高，应用广泛
  • 缺：只能近似实现给定运动规律，设计较复杂，结构复杂，效率低
  • 压力角：从动件受力和速度的夹角
    • 余角为传动角
• 平面机构力的分析
  • 质量代换法
    • 条件：代换前后构件质量/质心位置/对质心轴的转动惯量不变
    • 主要应用于绕非质心轴的构件和作平面复杂运动的构件
  • 自锁：不管驱动力多大，由于摩擦力作用而使机构不能运动
• 其他常用机构
  • 万向联轴节
    • 单万向联轴节
      • 两轴夹角变化时仍可继续工作，只影响瞬时角速比大小
    • 双万向联轴节
      • 两轴夹角变化时仍可继续工作，且保证等角速比
  • 螺旋机构
    • 特点：结构简单，制造方便，传递很大轴向力，工作平稳无噪音，有自锁作用
    • 应用：机械工业，仪表仪器，工装夹具，测量工具
  • 棘轮机构
    • 轮齿式
      • 有噪音，平稳性差
    • 摩擦式
      • 平稳，无噪音，运动准确性差
    • 优缺点：运动可靠，易实现有级调节，有噪声，冲击，常用于低速轻载
  • 槽轮机构
    • 结构简单，工作可靠，有冲击，应用在转速不高和要求间歇转动装置
• 轮系
  • 定轴轮系：轮系运动时，各轮轴线位置固定不动
    • 应用：实现大传动比传动，实现较远距离传动，实现换向传动，实现变速传动，实现多分路传动
  • 周转轮系：轮系运动时，至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮轴线转动
    • 差动轮系：两个自由度
    • 行星轮系：一个自由度
    • 应用：实现大传动比/运动的合成/运动的分解/变速、换向/结构紧凑的大功率传动/输出复杂运动
• 蜗杆机构
  • 优：得到很大的传动比，承载能力大，传动平稳无噪音
  • 易磨损，发热，效率低，成本高，蜗杆轴向力较大
• 产生轴向力，于传动不利
• 传动平稳承载能力高，机构更紧凑
• 变位齿轮
• 根切
  • 用展成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的交点超过被切齿轮的极限点，则刀具的齿顶会将被切齿轮之齿根的渐开线齿廓切去了一部分
  • 影响：减弱轮齿的弯曲强度，重合度下降，破坏定传动比传动，影响传动平稳性
• 无侧隙啮合条件
  • 一个齿轮节圆上的齿厚等于另一个齿轮节圆上的齿槽宽
• 正确啮合条件
  • 渐开线直齿圆柱齿轮机构：两轮模数和压力角相等
• 分度圆：齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆
• 渐开线齿廓啮合特点
  • 啮合线是直线，啮合线、公法线及两基圆的切线三线合一
  • 啮合角不变
  • 具有可分性：基圆不变，中心距略有改变，传动比保持不变
• 齿廓啮合基本定理：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点
  • 对于定传动比传动：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的固定节点
• 齿轮机构
  • 平面齿轮机构
    • 直齿圆柱齿轮机构
      • 外啮合
      • 内啮合
      • 齿轮齿条
    • 平行轴斜齿圆柱齿轮机构
    • 人字齿轮机构
    • 曲线齿圆柱齿轮机构
  • 空间齿轮机构
    • 圆锥齿轮机构
    • 交错轴斜齿轮机构
    • 蜗杆机构
    • 准双曲齿轮机构
• 凸轮机构
  • 按凸轮形状分：盘型/移动/圆柱凸轮
  • 按从动件型式分：尖底/滚子/平底从动件
  • 按锁合方式分：力/几何锁合
  • 优：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动
  • 缺：易磨损，只适用于传力不大场合，凸轮轮廓加工比较困难，从动件行程不能过大，否则使凸轮变得笨重
• 死点：曲柄摇杆机构中摇杆为主动件，传动角为零的位置
• 急回特性：曲柄作匀速运动，从动件正反两行程所需时间和平均速度不相等
  • 行程速比系数：K=180°+θ/180°-θ
• 杆长条件：最短杆+最长杆≤其余两杆之和
  • 不满足：双摇杆机构
  • 满足
    • 最短杆为机架：双曲柄机构
    • 最短杆邻边为机架：曲柄摇杆机构
    • 最短杆对边为机架：双摇杆机构
• 相对运动图解法
  • 速度/加速度影像，只能应用于同一构件上各点
  • 哥氏加速度：大小是2倍相对速度*牵连角速度*sin夹角，方向是相对速度沿角速度方向转动90°
• μ=实际/图上所画
• 速度瞬心法
  • 瞬心：两构件上相对速度为零的重合点（N=k(k-1）/2),k☞构件
    • 绝对瞬心：两构件之一是静止的
    • 相对瞬心：两构件都是运动的
• 杆组：不可再分，自由度为0的运动链
• 机构具有确定运动的条件
  • F≤0：构件不产生相对运动
  • F>0
    • 原动件数>F，机构遭到破坏
    • 原动件数<F，机构运动不确定
    • 原动件数=F，机构运动确定
• 机构示意图：着重表达机构结构特征
• 机构运动简图：准确表达机构运动特性的简单图形
• 机构：运动链出现机架
• 运动链：两个以上构件以运动副连接而形成的系统
  • 闭链:组成运动链的每个构件至少包含两个运动副元素
  • 开链：组成运动链的有的构件只包含1个运动副元素
  • 平面，空间
• 运动副：两构件直接接触形成的可动连接
  • 低副（两个约束），高副（一个约束）
  • 平面，空间
  • 转动，移动
  • 自由度：构件具有独立运动的数目，F=3n-2Pl-PH
• 平面机构的结构运动
• 平面机构的结构