机械基础课程知识要点梳理

机械基础课程知识要点梳理

（一）绪论

1、机械、机器、机构、构件、零件的基本概念

机械：机器和机构的总称。

机器：是执行机械运动的装置，用来传递或变换能量、物料和信息。一般具有以下特征：①由若干个机构和构件组成的人为组合体，②具有确定相对运动，③可用来变换、传递能量完成有用的机械功。一般包括四个部分：动力部分、传动部分、作业部分和控制部分。

机构：由若干个构件组成的具有确定相对运动的人为组合体，在机器中起着改变运动速度、运动方向和运动形式的作用。

构件：机器中的运动单元体，具有相同的运动速度、运动方向和运动形式。

零件：机器中的制造单元体。

2、机器的共同特征、机构的共同特征、机器和机构的区别

（二）平面机构的运动简图及其自由度

1、运动副的概念及其分类

（1）定义

机构中，两构件直接接触而又能产生—定相对运动的联接称为运动副。

运动副的三要素：两构件组成；直接接触；有相对运动。

（2）分类

2、自由度、约束等基本概念

（1）自由度

一个自由构件在未与其他构件组成运动副前，在平面中有3个自由度：

①沿x轴的移动。

②沿y轴的移动。

③绕垂直于Oxy平面的z轴转动。

（2）约束

作平面运动的自由构件有3个自由度。当它与另一构件组成运动副后，构件间直接接触使从动件运动受到限制，自由度便减少。这种对独立运动所加的限制称为约束。

①低副：两个约束，一个自由度。

②高副：一个约束，两个自由度。

3、平面机构自由度计算

（1）定义

机构的自由度是机构所具有的独立运动的数目。

（2）公式

F＝3n-2P L-P H

式中，n――机构中活动构件数；P L――低副数；P H——高副数。

4、机构自由度计算中几种特殊情况的掌握

复台铰链、局部自由度和虚约束

（1）复合铰链

定义：两个以上机构在同一处以转动副相连接构成的运动副称为复合铰链。

处理方法：由K个构件汇成的复合铰链应包含K－1个转动副。

（2）局部自由度

定义：若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其他构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。

应用场合或目的：局部自由度常发生在为减小高副摩擦而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。

处理方法：可将滚子与安装滚子的构件视为一体进行计算，或在计算公式中减去局部自由度数。

（3）虚约束

定义：不产生实际约束效果的重复约束称为虚约束。

应用场合或目的：①两构件构成多个移动副且其导路互相平行。②两构件构成多个转功副是其轴线互相重合。③轨迹重合（或两构件上某两点间距离在运动中保持不变）。

机构中对运动不起作用的对称部分。

计算示例：计算平面机构的自由度，并指出机构中复合铰链、局部自由度、虚约束情况。

5、机构具有确定运动的条件及判断

机构具有确定运动的条件：

（1）机构自由度F＞0；

（2）原动件数＝机构自由度数。

（三）平面连杆机构

1、铰链四杆机构曲柄存在条件

（1）平面四杆机构的基本形式

平面连杆机构是由若干个构件用低副（转动副、移动副）连接，且各构件在相互平行的平面内运动的机构，又称为平面低副机构。

平面四杆机构的基本形式为铰链四杆机构。

机架

曲柄－能作整周回转

铰链四杆机构连架杆

摇杆－不能作整周回转

连杆

铰链四杆机构的基本类型如下：

①曲柄摇杆机构：两连架杆中，其一为曲柄，另一个是摇杆。

②双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。

③双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。

（2）曲柄存在的条件

①最短杆为连架杆或机架（简称短杆条件）；

②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和（简称杆长条件）。

2、铰链四杆机构形式断定方法

（1）当铰链四杆机构满足杆长条件时

最短杆为连架杆――曲柄摇杆机构。

最短杆为机架――双曲柄机构(含平行四边形机构)。

最短杆为连杆――双摇杆机构。

（2）当铰链四杆机构不满足杆长条件时――双摇杆机构。

具体示例：

a.根据图中注明的尺寸，判别各四杆机构的类型。

b.如图示的铰链四杆机构中，已知L 2＝50mm ，L 3＝35mm ，L 4＝30mm ，L 1为变值。试讨论：

①L 1值在什么范围内可得到曲柄摇杆机构； ②L 1值在什么范围内可得到双曲柄机构； ③L 1值在什么范围内可得到双摇杆机构。

3、急回特性的概念，铰链四杆机构存在急回特性的判断

（1）急回特性

当原动件（曲柄）作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动(摆动或移动)时，从动件正、反两个行程的平均速度不相等的现象称为机构的急回特性。

（2）行程速比系数

从动件的急回运动程度用行程速比系数K 表示：

00

180180K θ

θ

=从动件快行程平均速度＋＝从动件慢行程平均速度－ 式中，θ—极位夹角，是指当机构的从动件分别位于两个极限位置时，原动件曲柄的两个相应位置之间所夹的锐角。

（3）铰链四杆机构存在急回特性的判断

机构具有急回特性必有K ＞1，极位夹角θ＞0。所以，可以通过分析机构中是否存在极位夹角θ及极位夹角θ的大小来判定是否存在急回运动及急回运动的程度。θ越大，急回特性越明显。

4、压力角和传动角

（1）压力角α

不计摩擦力、惯性力和重力时，通过连杆作用于从动件上的力与力作用点绝对速度间所夹的锐角。

（2）传动角γ

压力角的余角。γ＝90°－α