机械设计基础 第9章 机器动力学
机械设计基础习题答案第9章
机械设计基础习题答案第9章第一篇：机械设计基础习题答案第9章9-1 仔细观察自行车，写出下列各处采用什么联接，（1）车架各部分；（2）脚踏轴与曲拐；（3）曲拐与链轮；（4）曲拐与中轴；（5）车轮轴与车架。
答：（1）焊接；（2）螺纹联接；（3）成形联接；（4）成形联接或销联接；（5）螺纹联接 9-2 螺栓联接、螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接四种联接的结构特点有什么不同？各用于什么场合？答：1.螺栓联接普通螺栓联接的通孔为过孔，加工精度低，被联接件不切制螺纹，用于能从被联接件两边进行装配的场合，使用不受被联接件材料的限制，构造简单，装拆方便，成本低，应用最广。
铰制孔螺栓联接，螺栓杆与孔之间紧密配合，有良好的承受横向载荷的能力和定位作用。
2.双头螺柱联接双头螺柱的两端都有螺纹，其一端紧固地旋入被联接件之一的螺纹孔内，另一端与螺母旋合而将两被联接件联接。
用于被联接件之一太厚不便穿孔或受结构限制而不能用螺栓联接且需经常装拆的场合。
3.螺钉联接不用螺母，直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，应用与双头螺栓联接相似，但不能用在经常装拆或受力太大的场合。
4.紧定螺钉联接将紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，并以其末端顶住另一零件的表面或嵌入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并传递不大的力或扭矩。
9-3 在实际应用中，绝大多数螺纹联接都要预紧，预紧的目的是什么？答：预紧的目的是增加联接刚度、紧密性和提高防松能力。
9-4 某圆柱形压力容器的端盖采用8个M20的普通螺栓联接。
已知工作压力p=3 MPa，螺栓位于D0 = 280mm的圆周上，试问该联接的紧密性是否满足要求？解：计算螺栓间距t=πD0Z=π⨯2808=109.9mm 查表9-7，p=3 MPa，t0＜4.5d=4.5×20=90mm，因此，不能慢紧密性的要求。
9-5 某气缸的蒸汽压强p=1.5MPa，气缸内径D=200mm。
气缸与气缸盖采用普通螺栓联接，螺栓分布在直径D0 =300mm的圆周上。
1机械原理课件_东南大学_郑文纬_第七版第09章_平面机构的力分析111解析
惯性力：是一种虚拟加在有变速运动的构件上的力。
惯性力是是阻力还是驱动力？ 当构件减速时，它是驱动力；加速时，它是阻力 特点：在一个运动循环中惯性力所作的功为零。低速机械的惯性力 一般很小，可以忽略不计。
二、研究机构力分析的目的
确定运动副反力。
因为运动副中反力的大小和性质对于计算机构各个零 件的强度、决定机构中的摩擦力和机械效率、以及计 算运动副中的磨损和确定轴承型式都是有用的已知条 件。
选定一点B， 再选定另一点为K
可以任意选择两个代换点
B b B
S k S
K
mB mK m mB (b) mK k 0
mk mB bk
K
mb mK bk
动代换
两质量点动代换： 选定一点B； 则另一点为K。
不能同时任意选择两个代换点
mB mK m
K k
mB (b) mK k 0
例 9－ 6
例9－6 p367
5 E Aω 1
1
Fi5 G5
6 Fr
D B 2 3
4
在如图所示的牛头刨床机构 中,已知：各构件的位置 和尺寸、曲柄以等角速度 w1顺时针转动、刨头的重 力G5、惯性力Fi5及切削 阻力(即生产阻力)Fr。
C
试求：机构各运动副中的反力及需要施于曲柄1上的平 衡力偶矩(其他构件的重力和惯性力等忽略不计)。
π
Fi 2 Fi 2b Fi 2k
5、动静法应用
不考虑摩擦时机构动静法分析的步骤：
1. 求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生 该惯性力的构件上； 2. 根据静定条件将机构分解为若干个杆组和平衡力 作用的构件； 3. 由离平衡力作用最远的杆组开始，对各杆组进行 力分析； 4. 对平衡力作用的构件作力分析。
昆明理工大学机械设计基础四版学习概要及作业集(下册)0825
《机械设计基础》学习概要及作业集（下册）姓名：学号：专业年级：学院：昆明理工大学目录第二章平面连杆机构--------------------------------------------------------------3第四章齿轮机构--------------------------------------------------------------------7第九章机械零件设计概论--------------------------------------------------------11 第十一章齿轮传动--------------------------------------------------------------------------------- 12第十三章带传动和链传动-----------------------------------------------------------16第十六章滚动轴承--------------------------------------------------------------------20第二章平面连杆机构教学目标1、知道何谓平面连杆机构？它有哪些优、缺点？2、清楚平面连杆机构有哪些运动和动力特性？3、知道铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么？4、对机构演变的方法有所了解。
5、掌握四杆机构设计的几种方法。
6、了解常用四杆机构的特点及实际应用。
具体内容 1、平面连杆机构的特点2、铰链四杆机构的基本类型和特性3、铰链四杆机构曲柄存在条件4、平面四杆机构的演变方法5、平面四杆机构的设计基本要求平面连杆机构的优缺点及应用；急回特性、极位夹角、行程速比系数、压力角、传动角、最小传动角及其出现位置、死点；曲柄存在条件，图解法设计四杆机构。
重点铰链四杆机构的基本形式；铰链四杆机构的运动特性；曲柄存在条件；四杆机构的应用难点平面四杆机构的演化习题2—１试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构。
机械设计基础：第9章机械零件设计概论ppt课件
3.铜合金 种类 青铜 -含锡青铜、不含锡青铜 黄铜 -铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金（巴氏合金）
特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。
零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。
二、非金属材料 1. 橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。 常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。
自用盘编号JJ321002
2. 塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件， 而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热 性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。 设计机械零件时，选择合适的材料是一项复杂的技术经济问题设计者应根据零件的用 选材因素： 途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。 用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。
当载荷重复作用时常会出现表层金属呈小片状剥落而在零件表面形成小坑这种现象称为疲劳磨损或疲劳点蚀在摩擦过程申与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损称为腐蚀磨硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸峰在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为磨粒磨损
机械设计基础： 第9章机械零件 设计概论
§9－1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本 低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修 简单和造型美观等。 机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全 工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上 又称为：承载能力。 零件的失效形式: 断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤 ; 发生强烈的振动；联接 的松弛; 摩擦传动的打滑等。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。
机械设计基础教程ppt第九章
二、机械零件的强度
① 应力法
应力法是判断危险截面处的最大应力(σ，τ)是否小于或等于 许用应力([σ]，[τ])。计算公式为
lim
S
lim
一、机械零件设计概述
机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。 在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为
工作能力。此限度对载荷而言时，又称为承载能力。 机械零件可能的失效形式归纳起来主要有以下几种：
断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的 过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛； 摩擦传动的打滑等。
变应力下的许用应力
疲劳曲线
变应力下的许用应力
疲劳曲线的左半部（N＜
N。），可近似地用下列方
程式表示：
m 1N
N
N m
1 0
C
rN
r m
N0 N
KNr
疲劳曲线
变应力下的许用应力
变应力下，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的
切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影响，为此引入有效
环变应力和非对称循环变应力。
静应力
对称循环变应力
脉动循环变应力 非对称循环变应力
变应力的计算
变应力的平均应力σm及应力幅σa分别为
m a
max max
min
2 min
2
（9 2）
循环特性——变应力的最小应力与最大应力之比，用r表示，它可用
来描述变应力的变化情况。
r min max
挠度 y ≤ [y] 偏转角 θ≤ [θ]
机械设计基础第9章
9.1.2 链传动的特点和应用
与带传动相比，链传动的主要优点如下。 （1） 链传动无打滑及弹性滑动现象，故能获得准确的平均 传动比。 （2） 链传动所需的张紧力小，作用在轴和轴承上的压力小， 减小了轴承的磨损。 （3） 功率损失小，传动效率高，可达98%。 （4） 对环境的适应性较强，能在高温、油污或粉尘多、湿 度大等恶劣场合工作，耐用，易维护。 链传动的主要缺点如下。 （1） 工作时不能保证恒定的瞬时传动比，故传动平稳性差， 有一定的冲击和噪声，不宜在高速或载荷变化大的场合中 工作。 （2） 与带传动相比，无过载保护作用，安装精度要求高。 （3） 只能用于两平行轴间的传动。
第9章 链传动
链传动是一种应用十分广泛的机械传动 形式，兼有带传动和齿传动的一些特点。 本章主要以滚子链传动为对象，重点分析 讨论链传动和设计方法、运动特点及使用 与维护的基本知识。
9.1 链传动的组成、工作原理、类 型和特点
9.1.1链传动的组成、工作原理和类型
链传动是由主动链轮1、从动链轮3和绕在链轮上的环 形链条2组成的，如图9.1所示。链传动通过中间挠性元件， 靠链条与链轮轮齿相互啮合传递运动和动力，它属于啮合 传动。 按用途不同，链条主要分为传动链、起重链和拽引链 3大类。传动链主要用于一般机械中；起重链和拽引链常 用于起重机械和运输机械中，如链斗式提升机（如图9.2 所示）及链式运输机（如图9.3所示）等。 传递动力的传动链主要有滚子链和齿形链等类型，齿 形链如图9.4所示。
9.2 滚子链和链轮
9.2.1 套筒滚子链的结构和标准
1. 套筒滚子链的结构 套筒滚子链的结构如图9.5所示，它是由内链板1、外 链板2、套筒3、销轴4、滚子5组成。零件之间的配合关系 是：内链板与套筒之间、外链板与销轴之间采用过盈配合； 滚子与套筒之间、套筒与销轴之间采用间隙配合，这样构 成了一个铰链，使内、外链板可相对转动。滚子活套在套 筒上可以减少链条与链轮间的摩擦和磨损，提高使用寿命。 为了减少轮齿的磨损，内、外链板之间应留有少量的间隙， 以便润滑油渗入套筒与销轴的摩擦面间。为了减轻链条重 量并使链条各横面的抗拉强度近似相等，内、外链板通常 制成“8”字形。
机械动力学
分类
水力机械
热力发动机
有水车、水磨、水轮机等。20世纪以来，利用水轮机发电的水电站日益增多，因为水电站具有运行费用低、 无污染、取用不竭等优点。但是兴建水库、水坝，初始投资较大、建设时间较长，而且对生态平衡、地质力态平 衡也有影响。中国水能蕴藏量约为 680兆瓦，居世界之首，很有开发和利用的余地。
目的
研究目的：分析和综合两个方面，分析：研究现有的机械； 综合：设计新机械使之达到给定的运动学,动力学要求。
问题
机械动力学 正问题：给定机械的输入力合阻力的变化规律，求解机器的实际运动规律； 反问题：已知机构的运动和阻力，求解应施加于原动构件上的平衡力，以及各运动副的反力。
阐述
为简化问题，常把机械系统当作具有理想、为稳定约束的刚体系统处理。对单自由度的机械系统，用等效力 和等效质量的概念，可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题；对多自由度机械系统动力学问 题一般用拉格朗日方程求解。
机械动力学研究的内容包括6个方面：（1）在已知外力作用下求机械系统的真实运动规律 ；（2）分析机械 运动过程中各构件之间的相互作用力；（3）研究回转构件和机构平衡的理论和方法；（4）研究机械运转过程中 能量的平衡和分配关系；（5）机械振动的分析研究；（6）机构分析和机构综合。
简介
相关书籍 机械动力学是研究机械在力的作用下的运动和机械在运动过程中产生的力，并从力和运动相互作 用的角度进行机械的设计与改进的科学。
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平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不 同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力。但振颤力矩的全部平衡较难实现。
理论及应用
1.分子机械动力学的研究：作为纳米科技的一个分支，分子机械和分子器件的研究工作受到普遍。如何针对 纳机电系统(NEMS)器件建立科学适用的力学模型，成为解决纳米尺度动力学问题的瓶颈。分子机械是极其重要的 一类NEMS器件．分为天然的与人工的两类。人工分子机械是通过对原子的人为操纵，合成、制造出具有能量转化 机制或运动传递机制的纳米级的生物机械装置。由于分子机械具有高效节能、环保无噪、原料易得、承载能力大、 速度高等特点，加之具有纳米尺度，故在国防、航天、航空、医学、电子等领域具有十分重要的应用前景，因而 受到各发达国家的高度重视。已经成功研制出多种分子机械，如分子马达、分子齿轮、分子轴承等。但在分子机 械实现其工程化与规模化的过程中，由于理论研究水平的制约，使分子机械的研究工作受到了进一步得制约。分 子机械动力学研究的关键是建立科学合理的力学模型。分子机械动力学采用的力学模型有两类，第一类是建立在 量子力学、分子力学以及波函数理论基础上的离散原子作用模型。在该模型中，依据分子机械的初始构象，将分 子机械系统离散为大量相互作用的原子，每个原子拥有质量，所处的位置用几何点表示。通过引入键长伸缩能， 键角弯曲能，键的二面角扭转能，以及非键作用能等，形成机械的势能面，使系统总势能最小的构象即为分子机 械的稳定构象。采用分子力学和分子动力学等方法，对分子机械的动态构象与运动规律进行计算。从理论上讲， 该模型可以获得分子机械每个时刻精确的动力学性能，但计算T作量十分庞大，特别是当原子数目较大时，其计算 工作量是无法承受的。第二类模型为连续介质力学模型。该模型将分子机械视为桁架结构，原子为桁架的节点， 化学键为连接节点的杆件，然后采用结构力学中的有限元方法进行动力学分析。
机械设计基础机械动力学的基本原理
机械设计基础机械动力学的基本原理机械设计基础：机械动力学的基本原理机械动力学是机械工程学的重要分支，研究物体的运动学和动力学规律，是进行机械设计与分析的基本理论。
了解机械动力学的基本原理对于进行机械设计和优化具有重要意义。
本文将介绍机械动力学的基本概念、运动学和动力学的基本原理、常见力学定理以及动力学方程的建立与计算方法。
一、机械动力学基本概念机械动力学是研究机械系统运动规律的一门学科，主要包括运动学和动力学两个方面。
运动学研究物体的运动状态，包括位置、速度、加速度等。
动力学则研究物体的运动原因及其与力的关系。
二、运动学的基本原理运动学描述了物体的运动状态和变化规律，主要包括位移、速度和加速度等概念。
1. 位移: 位移是描述物体在某一段时间内从初始位置到达最终位置之间的路径长度。
通常用位移向量表示，记作Δs。
2. 速度: 速度是物体在某一瞬时的位移变化率，是位移对时间的导数。
速度的大小为位移的改变幅度除以时间间隔。
速度的方向与位移的方向一致。
速度通常用向量表示，记作v。
3. 加速度: 加速度是物体在某一瞬时的速度变化率，是速度对时间的导数。
加速度的大小为速度的改变幅度除以时间间隔。
加速度的方向与速度的变化方向一致。
加速度通常用向量表示，记作a。
三、动力学的基本原理动力学研究物体的运动原因及其与力的关系，主要包括牛顿三定律和功与能量等概念。
1. 牛顿三定律:a. 第一定律（惯性定律）: 任何物体都保持静止或匀速直线运动，除非有外力作用。
b. 第二定律（运动定律）: 物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体质量成反比。
F = m*a，其中F是物体受力，m是物体质量，a是物体加速度。
c. 第三定律（作用与反作用定律）: 任何作用力都有相等大小、反向的反作用力。
2. 功与能量:a. 功（work）: 功是力对物体的作用所产生的效果。
功的大小等于力的大小乘以物体在力的作用方向上的位移。
功可以改变物体的能量状况。
机械设计基础机械系统的动力学原理
机械设计基础机械系统的动力学原理机械设计是工程领域中至关重要的一个分支，它涉及到机械系统的设计、分析和优化。
在机械设计中，动力学原理是一项重要的基础知识。
本文将深入探讨机械系统的动力学原理，以帮助读者更好地理解和应用于实际工程设计中。
一、机械系统的动力学基础知识机械系统的动力学是研究机械运动规律和相互作用力的学科。
它主要涉及到质点、刚体和弹性体的力学性质和运动学特性分析。
在机械系统的动力学研究中，以下几个方面是我们需要了解的基础知识。
1. 质点的运动学与动力学：质点的运动学研究了质点的位置、速度和加速度等物理量之间的关系。
而质点的动力学研究了质点受到的作用力与质点的运动状态之间的关系，其中牛顿第二定律是质点动力学研究的基础。
2. 刚体的运动学与动力学：刚体是指绝对刚性的物体，它的形状和大小在运动过程中不会发生变化。
刚体的运动学研究了刚体的平动和转动规律，包括质心运动和刚体自转运动。
而刚体的动力学研究了刚体受到的力和力矩等作用力与刚体的运动状态之间的关系。
3. 弹性体的运动学与动力学：弹性体是能够发生形变和恢复原状的物体，包括弹簧、弹性杆等。
弹性体的运动学研究了弹性体的形变和位移规律，而弹性体的动力学研究了弹性体受到的力和力矩等作用力与弹性体形变和位移之间的关系。
二、机械系统的运动规律机械系统的运动规律是机械系统动力学研究的核心内容。
根据运动形式的不同，机械系统的运动可以分为平动、转动和振动三种形式。
1. 平动运动：平动是指物体在空间内直线运动的过程。
当一个物体受到合外力的作用时，如果合外力的方向与物体的运动方向一致，物体将会做匀速直线运动；如果合外力的方向与物体的运动方向相反，物体将会做减速直线运动；如果合外力的方向与物体的运动方向垂直，物体将会保持匀速直线运动。
2. 转动运动：转动是指物体围绕一个固定轴线旋转的过程。
当一个物体受到合外力的作用时，如果合外力的力矩为零，物体将会保持静止或匀速转动；如果合外力的力矩不为零，物体将会产生加速度，加速度的大小与合外力矩成正比，与物体的转动惯量成反比。
机械动力学基础
如果有 k 个偏心质量，则有：mb rb + k mi ri =0 i 1
所以静平衡的条件是：分布在该转子回转平面内的各个偏 心质量的质径积的矢量和为零。
根据转子的结构情况选定 rb 值后，平衡质量 mb 的大小就
随之而定，其方位则由 rb 确定。
为使转子平衡，我们可以在平衡矢径 rb 方向添加mb或在
2 min
)
= (J e J F ) m2
所以，有：
对于绕固定轴线回转的构件，其惯性力可以通过在该构件 上增加或取出质量的方法予以平衡。这类构件我们称作转子。
转子可以分为两大类：挠性转子和刚性转子。对于挠性 转子的平衡属于专门学科研究的内容。所以，刚性转子的平 衡问题使本章主要讨论的内容之一。
对于刚性转子的平衡，如果只要求其惯性力达到平衡，称 作静平衡；如果不仅要求其惯性力达到平衡，而且要求由惯性 力引起的力偶矩也达到平衡，则称作动平衡。
1、周期速度性波动调节
为了调节周期性波动,可以在机械中安装一个转动惯量很
大的回转构件——飞轮，来调节周期性速度的波动。根据等 效构件的方法原理和力学定律，我们可以得到式：
Je
d
dt
2
2
dJ e
d
Me
可知，在 M e 一定的条件下，加大 J e 可以使等效构件
的角加速度d 减小，从而使机械的运转趋于平稳。
分别为：
Wd ()
a M d ( )d
Wr ( ) a M r ( )d
也就是等效构件从起始位置 a转过角 时，等效力矩
Me所作的功为：
W a M ed a [M d () M r ()]d
机械设计基础第三版第九章课件
5
1 1 0 3 /P 6
1
6级公差
轴 承 内 径 d = 17 m m
1（ 特 轻 ） 系 列
推力球轴承
4．滚动轴承的固定
（1）轴承内圈的固定
（2）轴承外圈的固定
5．滚动轴承轴向间隙的调整
为了补偿受热后的伸长，保证轴承不致卡死，轴承端面 与轴承盖之间应留有一定的间隙。间隙的大小影响轴承 的旋转精度、使用寿命和转动零件工作的平稳性。
④ 轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较 好，因此重要的、大尺寸的轴，常用锻造毛坯。
⑤ 轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表 面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。
9.1.3 轴的加工工艺性要求
① 螺纹轴段要有退刀槽。 ② 磨削段要有砂轮越程槽，退刀槽和越程槽尽可能采用
对应于轴承，轴瓦的形式也做成整体式和剖分式两种结构。 剖分式轴瓦有承载区和非承载区，一般载荷向下，故上瓦为非
⑤ 选轴承时要注意经济性，一般球轴承比滚子轴承便宜。
7．滚动轴承的失效和计算准则
（1）滚动轴承的失效 根据工作情况，滚动轴承的失效形式主要有两种。 ① 点蚀。滚动轴承承受载荷后，各滚动体的受力大小不
同，对回转的轴承，滚动体与套圈间产生变化的接触应 力，工作若干时间后，各元件接触表面上都可能发生接 触疲劳磨损，出现点蚀现象，有时由于安装不当，轴承 局部受载较大，更促使点蚀早期发生。 ② 塑性变形。在一定的静载荷或冲击载荷作用下，滚动 体或套圈滚道上将出现不均匀的塑性变形凹坑。这时， 轴承的摩擦力矩、振动、噪声都将增加，运转精度也降 低。
万数转 ，时 球， 轴承L10==1）3，；滚为子寿轴命承指 = 10/3
（6）滚动轴承的静载荷计算
机械设计基础第五版第九章
刚度准则 寿命准则
振动稳定性 0.85f >fp 或 1.15f<fp 可靠性准则 R=N/N0
强度准则：
零件危险截面的计算应力：
[ ] =
lim
S
τ [τ ] =
τ lim
S
lim τ lim [ ]
极限正应力 极限切应力 许用应力 许用应力 安全系数
[τ]
S
一、应力的种类
点蚀是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式
最大接触应力 H 的计算：
当两个轴线平行的圆柱体
F
n
相互接触并受压时，由于
材料的弹性变形，其接触 面积为一狭长的矩形，最 大应力发生在接触区中线 上。
2
1
b
b 1 2 H = 2 1 12 1 2 E E 2 1
静应力：不随时间变化的应力 变应力：随时间变化的应力 1、循环变应力：应力按一定规律周期性变化。 对称循环变应力：变应力中最大应力和最小 应力绝对值相等，符号相反。
max
= min
脉动循环变应力：变应力中的 σmin=0 。
非对称循环变应力：变应力中最大应力和最小
应力绝对值不相等。
2、变应力的特征参数：
计算应力：按计算载荷求得的应力。
机械零件的计算准则
设计准则 强度准则 计算公式 失效形式 典型零部件
齿轮、带 lim/S 断裂、疲劳 轴、 破坏、残余 轮等 变形 弹性变形 轴、蜗杆等 y[y] 满 足 额 定 寿 腐 蚀 、 磨 滚动轴承等 损、疲劳 命 共振产生的 滚 动 轴 承 、 工作失常 齿轮、滑动 轴承
m 1N
机械设计基础第九章
《机械设计基础》电子教案第九章轮系课题机械设计基础概论授课日期授课类型理论课课时教学目标了解轮系及其分类熟悉定轴轮系的传动比计算熟悉周转轮系的传动比计算了解混合轮系了解轮系的应用教学内容轮系及其分类定轴轮系的传动比计算周转轮系的传动比计算混合轮系轮系的应用教学方法教师讲解与学生领悟、练习相结合。
教学资源多媒体教室，多媒体课件教学步骤及主要内容备注教学环节教学内容讲授新知第一节轮系及其分类一、轮系的分类根据轮系传动时各齿轮的几何轴线在空间的相互位置是否固定，可分为定轴轮系和周转轮系两大类。
（一）定轴轮系（二）周转轮系二、轮系的应用在实际机械传动中，轮系的应用非常广泛，轮系的应用场合有：（1（2（3（4第二节定轴轮系的传动比计算一、定轴轮系的传动比大小的计算二、定轴轮系中主、从动轮转向的确定表示轮系中主、从动轮转向的方法有两种：1.传动比的正负号表示方法传动比的正负号表示主、从动轮的转向关系，并规定当主、从动轮转向相同时，传动比为正号，相反则为负号。
2.用箭头表示各轮的转向第三节周转轮系的传动比计算由相对运动原理可知，对整个行星轮系加上一个与转臂的转速大小相等而方向相反的公共转速（-n H）后，轮系中各构件之间的相对运动关系并不因之改变，但此时转臂变为固定不动，齿轮2的轴线O2也随之固定，行星轮系转化为定轴轮系。
这种经转化得到的假想定轴轮系，称为该行星轮个系的转化轮系，转化轮系的传动比可用定轴轮系传动比的计算公式求得。
第四节混合轮系复合齿轮系：既包含定轴轮系又包含行星轮系的齿轮系。
一、复合齿轮系的传动比计算（112）分别列出定轴轮系部分和周转轮系部分的传动比公式，并3）找出定轴轮系部分与周转轮系部分之间的运动关系，并联立求解即可求出混合轮系中两轮之间的传动比（2）复合齿轮系的传动比计算。
第五节轮系的应用一、实现分路传动利用齿轮系可使一个主动轴带动若干从动轴同时转动，将运动从不同的传动路线传动给执行机构的特点可实现机构的分路传动。
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mi'ri' mb' rb' 0 平面2
mi''ri'' mb''rb'' 0
机械设计基础——机器动力学
动平衡结论
• 产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零 （特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零）
• 动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的 合力及合力偶均为零
FI1
m1
FI m
FI3
FI2
m3
m2
机械设计基础——机器动力学
4 机械平衡的方法
(1) 平衡设计 • 设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计 (2) 平衡试验 • 通过试验的方法加以平衡
机械设计基础——机器动力学
二、回转构件的平衡计算
F
F2
条件：b /D 1/5, 所有惯性力可认 为在同一个平面上
工程中符合这种条件的构件有:多缸发动机的曲轴、汽轮机 转子、电机转子、机床主轴等。
螺杆泵转子动平衡
低速风机转子动平衡
汽轮机转子动平衡
机械设计基础——机器动力学
动平衡实验机
1. 电机
2. 带传动
3. 万向联轴节
4. 试件
5-6. 传感器
7. 解算电路
8. 选频放大器
9. 仪表
10. 整形放大器
2
11. 鉴相器
三、回转构件的的动平衡计算
• 条件：b /D> 1/5，不能认为质量分布在同一平面 • 实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴…
m3
F
m1
m2
m
c
不能认为质量分布在同一平面
m
静平衡而动不平衡
F
机械设计基础——机器动力学
动平衡设计
• 动平衡条件
F 0
M 0
F1’
F1
m1’, r1’
F1’’
Fb
即对静不平衡的转子，需加平衡质量的
W3 W4
最少数目为1，故动平衡又称单面平衡
W
2
a
Wb
W1
b
机械设计基础——机器动力学
工程中符合这种条件的构件有: 齿轮、带轮、车轮、风扇叶 轮、飞机的螺旋桨、砂轮等等
机械设计基础——机器动力学
静平衡实验 导轨式实验台
滚轮式实验台
机械设计基础——机器动力学
静平衡结论:
• 产生静不平衡的原因是惯性合力不为零
• 静平衡的条件：分布于转子上的各个F1
m1
r1
偏心质量的离心惯性力的合力为零，或
F F2
m2
r2 m3 F3 r3
质径积的向量和为零
rb r4 m4
• 对于静不平衡的刚性转子，无论它有
mb
多少个偏心质量，只要适当增加（或减
F4
小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。
• 对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各 加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动 平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双 面平衡
• 由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子一 定静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的
机械设计基础——机器动力学
惯性力为平面汇交力系：
Fi
mi
ri
2
F1 m1 r1
m2
r2 m3 F3 r3
rb r4 m4
பைடு நூலகம்
其合力
mb
F Fi 0
F4
Fb
平F衡b 方法F：在合力则F的反F向 加mFib,
使
Fb
0
m1r1
2
m2r2
2
m3r3
2
m4
r4
2
mbrb
2
0
m'e'mbeb 0
平衡：去重或配重
机械设计基础——机器动力学
=314 rad/s
则：
惯性力：F = me2=101x10-33142=986 N
重量： G = mg=10 9.8=98 N
可见 ：F>>G, F
惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化
F
e
机械设计基础——机器动力学
2 机械平衡的目的
研究惯性力分布及其变化规律，并采取相应的 措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产 生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作 性能和提高使用寿命。 不平衡利用：利用振动工作，如振实机、按摩 机、打桩机等，需要研究合理利用问题。
1. 作用在机械上力的的种类
内 力 ——反力、摩擦力
m1’’, r1’’
• 将所有质量向另外两个平面投 影(等效替换), 最后在两个平面 内加上平衡质量使之静平衡
m1' m1 l1'' l1
m1'' m1 l1' l1
m1
m2’,r2’ F2’
m2
m2’’, r2’’
F2
F2’’
m2' m2 l2'' l2 m2'' m2 l2' l2
平面1
9-1 机械的平衡
一、机械平衡的目的及内容 二、回转构件的平衡计算 三、回转构件的平衡实验
机械设计基础——机器动力学
一、机械平衡的目的及内容
1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法
机械设计基础——机器动力学
1 惯性力及其影响
运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件
12. 光电头
13. 整形放大器
14. 相位标记
15. 相位表
13
4 12
14
13
11
6
5
7 89
10 15
机械设计基础——机器动力学
9-2 机械速度波动及其调节
一、作用在机械上的力 二、机械运转过程 三、速度波动的分类 四、周期性速度波动的衡量指标 五、飞轮的设计
机械设计基础——机器动力学
一、作用在机械上的力
机械设计基础——机器动力学
第9章 机器动力学
9-1 机械的平衡 9-2 机械速度波动及其调节
基本要求: 了解机械平衡的目的及分类 掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法 了解机械功、能和原动件运动速度的特点 掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法 了解非周期性速度波动的基本概念和方法
机械设计基础——机器动力学
机械设计基础——机器动力学
3 机械平衡的分类
转子的平衡 转子—绕固定轴回转的构件。 刚性转子：转速低于（0.6~0.75）nc1 挠性转子：转速高于（0.6~0.75）nc1 （nc1为转子的第一阶临界转速） 机构的平衡 必须对整个机构加以研究
机械设计基础——机器动力学
3 机械平衡的分类
• 回转构件的静平衡 对长径比＜1/5的构件，作单面平衡 • 回转构件的动平衡 对长径比＞1/5的构件，作双面平衡
2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 • 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音... • 影响机械的工作精度、可靠性、寿命... • 造成破坏性事故
机械设计基础——机器动力学
例：
设偏心质量m=10kg，偏心距e =1mm，