机械原理笔记

机械原理自我总结及之前笔记遗漏的知识点

第一章绪论

学什么：研究对象是机械（机器和机构的总称），重点研究对象是机构。

为何学：学习设计机构，巧妙地应用机构。现代机械与机械原理内容密不可分。

如何学：具有理论系统性，注重理论联系实际，逐步建立工程观念。具有全面考虑问题的习惯。

第二章机构的结构分析

机器运动的观点：任何机器都是由若干个构件组合而成的。

机架也是一个构件。

运动副中的自由度f和约束度s的关系：f=6-s 点接触或线接触为高副，面接触为低

副。

类似于螺旋副的运动副，转动和移动运动不是相互独立的，而是通过螺旋引入约束，所以不是Ⅳ级副，而是Ⅴ级副。

具有固定构件的运动链就变成了机构。同一运动链当取不同构件为机架的时候可以获得不同的机构的类型。

机械原理课程体系就是从工作原理入手，然后研究性能和设计问题。

运动简图绘制时，有些齿轮和曲轴是同一构件，需要用焊接号把它们连接起来，这样才能表达成同一构件。

阻力最小定律：机构优先沿阻力最小的方向运动。转动副的摩擦一般小于移动副的摩擦。此定律可以增加机构的灵巧性和运动的自适应性。

计算运动副数目的时候，要特别注意是否是复合铰链，注意是否是同一运动副（转动副轴线重合，移动副移动方向平行，平面高副接触点公法线重合），注意是否是复合高副。

计算自由度时，要除去局部自由度、虚约束。常发生虚约束的情况：轨迹重合、距离恒定不变、结构重复。

平面机构组成时，不能将同一杆组的各个外接运动副接于同一构件上，否则起不到增加杆组的作用。

第三章平面机构的运动分析

较常用图解分析，要求方法方便、快捷、直观。对于简单的机构，用速度瞬心法作其速度图解分析十分方便快捷。

结构复杂的机构的话，就采用综合法。

采用速度瞬心法时，待求的瞬心位置在两条下脚标中去掉公共号剩下的两个数字组合恰好和速度瞬心相同的延长线上的交点。就比如说，速度瞬心P13在线段P12P23的延长线与线段P14P34的延长线的交点处。

利用瞬心法求解时，相对瞬心P24在两绝对瞬心P12、P14的延长线上时，与同向相对瞬心P24在两绝对瞬心P12、P14之间时，与向。

利用好速度瞬心对求解关于速度问题十分关键。

解析法关键是建立封闭矢量位置方程，然后对x轴、y轴分别投影，再然后求导得到速度及加速度，进而完成机构

的分析。平面机构的力分析

第四章

对于高速及重型机械，因其惯性力很大，所以不可忽略惯性力。这时采用动态静力分析。设计新的机械时，先分

析，后设计，再改正，重复以上过程，直至满足设计为止。

在机构考虑惯性力作动态静力分析的时候，对构件来说，要用总惯性力来描述。

动代换中代换点K点位置不能任意选择，对工程上计算带来不便，在允许的误差范围内，可以采用静代换。我们在

学习时是采用理论方法解决问题，而实际工程上允许存在误差，此误差能为一般工程所接受，故理论学习时无需过

度追求精确。

计算转动副摩擦力时，总力的方向是：总力对轴心之矩的方向与相对角速度的方向相。

轴端常做成空心的，是因为由压强规律得知，轴端中心部分的压强非常大，极易压溃。

一般来说，滚动摩擦远小于滑动摩擦，所以在工程上机构力分析通常只考虑滑动摩擦力。

基本杆组都满足静定条件，也就是可解。

对机构进行动态静力分析就是把惯性力视为一般外力加于相应的构件上，再按静力分析的方法进行分析。

第五章机械的效率和自锁

串联机组功率传递的特点：前一机器的输出功率即后一台机器的输入功率。只要串联机组任一机器的效率很低，就

会使整个机组的效率极低。

设计机械时，为使机械能够实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁有些机械的工作又需要具有自锁的特性。

机械自锁的实质是机械中的运动副发生了自锁。

在移动副中，只要作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内就发生自锁。在转动副中，作用在轴颈上的驱动力为单力F，且作用于摩擦圆之内就发生自锁。

判断是否发生自锁：1）当驱动力任意增大，生产阻抗力小于等于0即自锁。2）当驱动力任意增大恒有机械效率小于等于0即发生自锁。

一个单自由度的机械系统，只要其中的一个运动副发生了自锁，这个机械也就发生了自锁。

机械的自锁只是在一定的受力条件和受力方向下发生的，而在另外的情况下却是可动的。即机械自锁具有方向性，自锁机械一般行程自锁，而正行程是可动的。

一般来说，从运动副的自锁条件来确定是否自锁较为简单，因为这抓住了自锁的实质。

第六章机械的平衡

机械平衡很关键，是现代机械的一个重要问题，对于高速、高精密机械尤为重要。

静平衡称为单面平衡，无论静不平衡转子有多少的偏心质量，只需在其平衡面上增加或除去一个平衡质量就得以平衡。

转子动平衡计算，将一个动平衡计算问题转化为两个静平衡计算问题。只要保证两个平衡基面上的两个静平衡达到平衡，那么就得以达到动平衡。

由理论力学的知识，将一个力分解为与其相平行的两个分力，分力的合力偶等于零即可。

对于动不平衡的转子，它是两个面，先计算出质心的面上的许用不平衡量和许用不平衡度，然后将许用不平衡量分解到转子的两个支撑面上，分解时保证两个支撑面上质径积大小相等，方向相同。应在图纸上分别标出两支撑平面上的许用不平衡量。

完全平衡特点是机构的平衡效果好，但体积大为增加，重量加倍，而且还会带来一些其他的问题。只有在特殊的要情况下、求精度特别高的地方使用，在工程上尽量使用部分平衡。

第七章机械的运转及其速度波动的调节

利用机械系统的等效力学模型，可以将一个系统的研究转化到对系统中的一个构件运动的研究。该构件称为等效构件。这种等效方法是需要掌握的。选哪个构件为等效构件，具体情况具体分析。

工程上对一般机械建立等效动力模型，求解转动惯量时，变量的转动惯量所占比例较小，一般可以不考虑，只考虑常数转动惯量。

机械动能的增量的值就等于驱动功减去阻抗功。当驱动功大于阻抗功时，动能的增量大于0，称为盈功，此时角速度上升。当驱动功小于阻抗功时，动能的增量小于0，称为盈=亏功，此时角速度下降。

机械产生周期性速度波动的条件：当在等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内，机器的总驱动功等于总阻抗功，则机械等效构件的角速度将发生相同周期的周期性速度波动。

机械周期性速度波动调节：机械的运动不均匀系数不得超过许用值。

机械周期性速度波动调节方法：安装飞轮（具有很大转动惯量的回转构件）飞轮的储能调速作用：当机械出现盈功时，它将多余的能量吸收储存起来，使其角速度减缓上升当机械出现亏功时，将其储存的能量释放，以弥补能量的不足，使其角速度减缓下降，从而达到调节速度波动幅度的目的。

只要在等效构件上添加的飞轮的转动惯量足够大，就可以使机械的运动不均匀系数减小，且满足机械的运动不均匀系数小于许用值。

飞轮转动惯量J F计算的关键：1）求最大盈亏功。判断最大盈亏功时，如果是复杂情况，则需要借助能量指示图确定。2）飞轮结构尺寸的确定。G A D²称为飞轮矩。

过分追求机械运动均匀性，就会使飞轮过于笨重。只需要满足工程上使用即可。安装飞轮不可能将机械速度被动消除，而只能使其幅度减小而已。在获得同样的调节效果的情况下，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。

利用飞轮的储能作用，在选用较小功率原动机的情况下，能帮助克服很大的尖峰工作载荷。

第八章连杆机构及其设计

通过演化可以建立移动副与转动副的联系。

机构的命名需要注意以两个连架杆（一个是输入运动，一个是输出运动）这两个构件来命名，才能映出机构的运动特征和组成特征。

把选运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法称为机构的倒置。

铰链四杆机构的类型取决于其运动链满足杆长条件的情况和机架的选择。

摇杆摆回平均速度大于摆出平均速度的性质称为急回运动。