《南理工机械原理课件》

南京理工大学机械原理欢迎学习南京理工大学机械工程专业的核心课程《机械原理》本——课程深入研究机构的组成、分析与设计方法，全面覆盖连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等重要内容作为机械工程专业的基础课程，机械原理将为您打开机械设计的大门，帮助您掌握机械系统的分析与设计方法，为今后的专业发展奠定坚实基础课程概述基础课程设计原理分析方法机械原理是机械工程领本课程重点研究常用机学习机构组成分析、运域的重要基础课程，为构的设计原理，包括结动分析与设计的系统方后续专业课程学习提供构、运动特性和设计方法，培养机械分析能力必要的理论基础法考研必考作为机械类专业考研初试的必考科目，对未来深造具有重要意义学习目标创新设计培养机械创新设计能力设计计算熟悉常用机构的设计计算理论掌握掌握机构的基本理论和分析方法通过本课程的学习，您将系统掌握机构的基本理论和分析方法，能够熟练应用这些知识进行常用机构的设计计算课程旨在培养学生的机械创新设计能力，为后续的机械设计课程打下坚实的理论基础第一章绪论研究对象研究内容机械原理主要研究各类机构课程内容包括机构的组成分的组成、运动和动力学特性，析、运动学分析、动力学分是理解机械系统工作原理的析以及常用机构的设计原理基础学科与方法学科地位机械原理是机械工程中承上启下的关键学科，连接力学基础和机械设计，是机械工程人才培养的核心课程绪论部分主要介绍机械原理的基本概念、研究对象与内容，帮助学生理解机械与机构的基本概念，认识到课程在机械工程中的重要地位和作用机械与机构的概念机械的定义机构的定义两者区别机械是指机构和机器的总称，是由多机构是能实现确定运动的构件组合，机械与机构的主要区别在于变换和传个构件按一定规律组合而成的能完成是机械的核心部分机构由构件、运递的对象不同机构主要变换和传递特定功能的装置机械可以实现能量动副和支架组成，能够按照预定的运运动，而机械不仅可以变换和传递运转换、信息处理或物质加工等功能动规律运行动，还可以变换和传递能量、信息或物质机构是机械系统中实现运动变换和传机械系统通常包含动力部分、传动部递的关键部件，决定了机械的运动特简而言之，机构是机械的一个组成部分、执行部分和控制部分，能够协同性和功能分，而机械是更广泛的概念，包含机工作完成预定任务构在内的完整系统研究对象与方法研究对象运动学分析机械原理主要研究各类机运动学分析是机械原理的构，包括连杆机构、齿轮核心研究方法之一，主要机构、凸轮机构、间歇运研究机构的运动特性，包动机构等，这些是构成复括位置、速度和加速度分杂机械系统的基本单元析，不考虑产生运动的力通过理解这些基础机构的通过运动学分析，可以确工作原理，可以设计出功定机构各构件的运动参数能更加复杂的机械系统和轨迹动力学分析动力学分析考虑力与运动的关系，研究机构在外力作用下的运动规律，以及运动过程中的力和能量传递动力学分析对于机构的平衡设计、减振和能量优化具有重要意义第二章机构的组成分析构件与运动副机构的基本组成元素，构件是刚体部件，运动副是构件间的连接平面机构组成原理研究平面机构的构成规律和组成方法自由度计算确定机构独立运动参数的数目，是机构设计的重要依据机构的组成分析是机械原理的基础内容，通过学习构件、运动副和自由度的概念，我们可以理解机构的基本组成原理本章将重点讲解平面机构的组成原理和自由度计算方法，为后续的机构分析和设计奠定基础构件与运动副构件概念运动副定义低副与高副构件是机构中的刚体部件，是组成机运动副是限制构件相对运动的连接，按照接触方式，运动副可分为低副和构的基本单元在理论分析中，我们它决定了构件之间可能的相对运动方高副低副是面接触的运动副，如转通常将构件视为理想刚体，忽略其变式运动副是机构中实现确定运动的动副、移动副等；高副是点接触或线形构件可以是单个零件，也可以是关键元素接触的运动副，如齿轮啮合、凸轮机几个零件的组合构等每个运动副都会对构件的相对运动施机构中的构件根据其运动特性可分为加一定的约束，减少自由度运动副低副磨损小，承载能力大，但制造精机架（固定构件）和活动构件两类的类型和数量直接影响机构的自由度度要求高；高副结构简单，但接触应机架是与观察者固连的构件，通常作和运动特性力大，磨损较快为参考系运动副的类型转动副转动副允许构件绕一个固定轴线作相对转动，限制了5个自由度，只保留1个转动自由度转动副在机械中应用极为广泛，如铰链、轴承等都是典型的转动副实现移动副移动副允许构件沿一条直线作相对移动，同样限制了5个自由度，只保留1个平移自由度活塞和气缸、导轨和滑块等都是常见的移动副实例其他类型运动副除了基本的转动副和移动副外，还有螺旋副（允许螺旋运动）、球面副（允许球面上的转动）、圆柱副（允许沿轴线移动和绕轴线转动）等多种类型，它们在不同的机械系统中发挥着重要作用机构的自由度自由度定义自由度计算公式12机构的自由度是指确定机构平面机构的自由度计算公式位置所需的独立坐标数，也为，其中F=3n-2PL-PH n就是机构独立运动参数的数为活动构件数，为低副数，PL目自由度是机构最基本的为高副数这个公式被称PH特性之一，它决定了机构的为库茨巴赫公式，是机构自运动特性和控制方式由度计算的基础自由度的意义3自由度为的机构只需一个驱动即可实现确定运动，是最常用的机构1类型自由度为表示机构是静定结构，无法运动自由度大于的01机构需要多个驱动才能实现确定运动机构自由度的计算和分析是机构设计的第一步，通过合理设计构件和运动副的配置，可以实现所需的自由度，满足特定的运动要求平面四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构输入杆可做完全回转，输出杆作摇两个活动杆均可做完全回转摆运动格拉索夫条件双摇杆机构根据四个杆长关系判定机构类型两个活动杆均只能做摇摆运动平面四杆机构是最基本、应用最广泛的平面连杆机构，由四个构件和四个转动副组成根据格拉索夫条件，可以判定四杆机构的类型，从而预测其运动特性四杆机构在机械设计中有着广泛的应用，如汽车雨刷器、缝纫机等第三章平面连杆机构机构类型速度分析加速度分析不同类型的平面四杆机构及其特性机构各点速度计算的多种方法机构各点加速度的计算方法平面连杆机构是机构学的核心内容，本章将深入探讨平面四杆机构的类型和运动特性，学习速度和加速度分析的基本方法通过掌握这些分析工具，我们可以预测机构的运动行为，为机构设计提供理论基础平面四杆机构类型平面四杆机构根据其运动特性可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型曲柄摇杆机构中，曲柄可以完全回转，摇杆只能摇摆；双曲柄机构中，两个活动杆均可完全回转；而在双摇杆机构中，两个活动杆都只能做摇摆运动机构类型的判定可以通过格拉索夫条件进行，即根据四个杆件的长度关系来确定不同类型的四杆机构有着不同的应用场景，设计时需要根据具体要求选择合适的类型机构的运动简图识别构件确定机构中的构件数量和类型，区分机架和活动构件机架通常用特殊符号标注•活动构件用数字编号•标识运动副识别构件间的连接方式，确定运动副类型转动副用圆圈表示•移动副用矩形表示•高副用特殊符号表示•绘制简图按照标准符号和比例绘制机构简图，确保清晰表达机构结构保持构件的几何比例•标注关键尺寸和角度•指明机构运动方向•机构的速度分析瞬心法矢量方程法速度多边形法瞬心法是基于平面运动可以看作绕瞬矢量方程法是利用刚体上任意两点的速度多边形法是矢量方程法的图解形时转动中心的转动这一原理进行速度速度之间的关系建立矢量方程，求解式，通过作图方式直观地求解速度问分析的方法瞬心是平面运动中瞬时未知速度的方法基于刚体平面运动题特别适合于教学和理解速度关系速度为零的点的基本定理确定瞬心位置后，其他点的速度大小矢量方程通常表示为在绘制速度多边形时，需要按照矢量VA=VB+ω×与该点到瞬心的距离成正比，方向垂，其中和分别是点和点的方程中各矢量的关系依次作图，最终rBA VAVB AB直于连线瞬心法在某些情况下可以速度，是角速度，是从到的形成一个闭合的多边形，从而求得未ωrBA BA大大简化计算位置矢量知速度机构的加速度分析加速度组成加速度多边形法矢量方程法平面运动中的加速度由切向加速加速度多边形法是一种图解方法，矢量方程法是利用加速度传递关度和法向加速度组成切向加速通过绘制矢量多边形来求解加速系建立方程组进行求解的方法度反映速度大小的变化，法向加度问题它与速度多边形法类似，其基本方程为aA=aB+ε×rBA-速度反映速度方向的变化在机但需要考虑法向加速度和切向加，其中是角加速度，是ω²×rBAεω构分析中，理解这两种加速度的速度两个部分这种方法直观形角速度这种方法适用于复杂机区别和计算方法非常重要象，有助于理解加速度的组成和构的计算分析传递平面连杆机构的应用直线机构导向机构直线机构是一种能够产生近似直线导向机构用于引导某一构件按照特运动的连杆机构，如瓦特直线机构、定轨迹运动，如四杆导向机构可以切比雪夫机构等这类机构在不使实现复杂的平面轨迹这类机构在用导轨的情况下实现直线运动，广机械手、门窗开关等方面有广泛应泛应用于蒸汽机、印刷机等设备中用间歇运动机构间歇运动机构能够将连续旋转运动转换为间歇运动，如日内瓦机构、棘轮机构等这类机构在自动化设备、包装机械等需要精确定位的场合有重要应用平面连杆机构因其结构简单、工作可靠、成本低廉等特点，在现代机械中仍有广泛应用通过合理的设计和组合，可以实现各种复杂的运动要求第四章凸轮机构组成与类型凸轮机构的基本结构和不同类型的凸轮运动规律从动件的基本运动规律及其特点轮廓设计凸轮轮廓曲线的设计方法制造与加工凸轮的制造工艺和精度控制凸轮机构是一种常用的运动转换机构，能够将旋转运动转换为具有特定规律的直线往复运动或摇摆运动本章将详细介绍凸轮机构的组成、分类、运动规律和设计方法，为凸轮机构的实际应用奠定基础凸轮机构的基本概念组成部分凸轮机构主要由凸轮、从动件和支架三部分组成凸轮是主动件，通常做旋转运动；从动件跟随凸轮轮廓运动，可以是推杆、摇臂等形式；支架为整个机构提供支撑工作原理凸轮机构的工作原理是利用凸轮的特殊轮廓，在凸轮旋转过程中带动从动件按照预定的运动规律运动凸轮轮廓与从动件的接触点沿着凸轮旋转，产生从动件的运动凸轮类型按照形状分类，凸轮主要有盘形凸轮、圆柱凸轮和端面凸轮三种基本类型盘形凸轮最为常见，结构简单；圆柱凸轮和端面凸轮适用于特殊的空间布置要求凸轮机构是实现复杂运动规律的理想选择，广泛应用于内燃机配气机构、自动机床、纺织机械等领域通过合理设计凸轮轮廓，可以实现几乎任意的运动规律从动件的运动规律各运动规律的特点等速运动等速运动特点是从动件以恒定速度运动，加速度为零其优点是运动简单直观，但在运动开始和结束时速度突变，产生较大冲击，导致机构振动和噪声增大，仅适用于低速场合等加速等减速运动等加速等减速运动特点是加速度分为等加速和等减速两段，中间有加速度突变速度曲线为折线，起始和终点速度为零，避免了速度突变，但加速度仍有突变，在高速场合仍会产生一定冲击简谐运动简谐运动特点是位移曲线为正弦曲线，速度曲线为余弦曲线速度和加速度都连续变化，避免了突变，但加速度最大值较大，对机构的动态负荷要求较高，适用于中高速场合余弦加速度运动余弦加速度运动特点是加速度曲线为余弦曲线，速度和加速度都连续变化，且最大加速度比简谐运动小，综合性能较好，是高速凸轮机构的理想选择，能有效减小冲击和振动凸轮轮廓曲线设计确定运动规律根据工作要求选择适当的从动件运动规律，如等速运动、简谐运动或余弦加速度运动等这一步决定了凸轮机构的动态特性设计基本参数确定基圆半径、从动件类型、偏置量等基本参数基圆半径对凸轮尺寸和压力角有重要影响，需要根据空间限制和负载要求合理选择绘制理论轮廓根据从动件运动规律和基本参数，通过逆向法绘制凸轮理论轮廓曲线这一步需要将从动件的位移转换为凸轮轮廓上的点坐标检查与修正检查设计的轮廓曲线是否存在尖点、凹陷或过大的压力角等问题，必要时进行修正这一步确保凸轮的可制造性和使用可靠性凸轮机构的压力角压力角定义压力角的影响控制方法压力角是从动件运动方向与接触点法过大的压力角会导致从动件与凸轮之控制最大压力角的主要方法包括增线方向之间的夹角，是衡量凸轮机构间的侧向力增大，产生卡滞现象，增大基圆半径、选择合适的从动件运动传动性能的重要参数压力角越大，加摩擦和磨损，降低传动效率同时，规律、使用偏心从动件等其中，增接触点处的侧向力越大，导致磨损加大压力角也会引起从动件的跳动和振大基圆半径是最简单有效的方法，但剧和效率降低动，影响机构的平稳运行会增加凸轮的整体尺寸在盘形凸轮中，压力角的计算公式另外，可以通过分段设计不同的运动α为，其中为从动件在实际设计中，通常将最大压力角限规律，在最大速度区域采用压力角较tanα=s/rb±e s的速度，为基圆半径，为偏心距制在以内，以确保机构的可靠运小的运动规律，以达到控制最大压力rb e30°行角的目的凸轮的制造与测绘凸轮的制造方法主要包括铣削、线切割和精密铸造等数控铣削是最常用的加工方法，能够精确加工复杂轮廓；线切割适用于平面凸轮的加工，精度高但效率较低；精密铸造适用于批量生产，但需要精密模具凸轮轮廓的测绘是质量控制的重要环节，常用的测绘方法包括坐标测量机、光学轮廓仪等测绘数据与理论设计值的比较可以评估凸轮的加工精度和质量凸轮制造的精度直接影响机构的运动精度和使用寿命，因此需要严格的精度控制和检验第五章齿轮机构齿轮啮合特性齿轮啮合的运动特性和精度分析标准齿轮参数齿轮设计的关键参数和计算方法传动基本原理齿轮传动的基础理论和渐开线特性齿轮机构是机械传动中最重要的机构之一，能够精确传递旋转运动和转矩本章将系统介绍齿轮传动的基本原理、标准齿轮参数和齿轮啮合特性，为齿轮设计和分析奠定基础通过本章学习，学生将理解渐开线齿形的几何特性和传动原理，掌握标准齿轮的参数计算方法，了解齿轮啮合过程中的运动学和动力学特性，为后续的齿轮设计和分析打下坚实基础齿轮传动的基本原理渐开线齿形啮合基本定理标准齿轮与变位齿轮渐开线是圆上一点在该圆上绷紧的线啮合基本定理（又称公法线定理）是标准齿轮是指刀具切齿时，分度圆与段绕圆滚动时所形成的轨迹渐开线齿轮传动理论的基础，它指出一对基准齿条的节线重合的齿轮而变位齿轮是目前最广泛使用的齿轮类型，齿轮啮合时，在啮合点处的公法线必齿轮则是刀具相对于标准位置有一定具有设计制造简单、传动平稳等优点须始终通过两齿轮中心连线上的一个偏移的齿轮固定点（节点或分度点）变位齿轮可以改善齿轮的啮合性能，渐开线齿形的主要特点是啮合线为直这一定理确保了齿轮传动的恒速比传增强承载能力，避免根切，是现代齿线，且压力角恒定，这确保了传动比动，是渐开线齿轮能够实现平稳传动轮设计中常用的技术手段的恒定，实现了平稳传动的理论基础渐开线齿形的特点啮合线为直线压力角恒定渐开线齿轮啮合时，啮合点始终渐开线齿轮啮合过程中，啮合点位于一条固定的直线上，这条直处的压力角始终保持恒定压力线称为啮合线啮合线是两基圆角是啮合线与垂直于齿轮中心连的共同外切线，固定不变，这一线的方向之间的夹角，恒定的压特性确保了传动比的恒定和传动力角确保了传动过程中力的方向的平稳性在啮合过程中，齿轮稳定，减小了齿轮的振动和噪声之间的接触点沿着这条直线移动中心距变化不影响传动比渐开线齿轮的一个重要特性是中心距在一定范围内变化时，传动比仍保持不变这一特性使得渐开线齿轮在装配和使用过程中具有良好的适应性，即使由于制造误差或热膨胀导致中心距变化，也不会影响传动的准确性渐开线齿形的这些特点使其成为现代机械传动中最常用的齿形，特别适合于需要精确传动的场合此外，渐开线齿轮还具有制造简单、互换性好等优点，进一步增强了其实用价值标准齿轮参数参数名称符号计算公式说明模数m m=d/z标准系列值齿数z—整数值分度圆直径d d=m·z基本参数压力角α—标准值20°齿高h h=

2.25m全齿高变位系数x—标准齿轮x=0齿轮设计中，模数是最基本的参数，它决定了齿轮的大小和强度齿数与分度圆直径共同决定了齿轮的几何尺寸压力角是渐开线齿形的特征参数，标准值为20°，也有15°和25°等齿高包括齿顶高和齿根高，标准齿轮的齿顶高为模数，齿根高为

1.25倍模数变位系数用于变位齿轮设计，表示刀具偏移量与模数的比值这些参数的合理选择对齿轮传动的性能有决定性影响齿轮传动精度齿轮的根切与限制根切现象最小齿数限制根切是指在齿轮加工过程中，刀具切削为避免根切，标准齿轮的齿数必须大于齿根部位过多，导致齿根厚度减小甚至某个最小值对于标准压力角20°的直齿形成尖角的现象根切会严重降低齿轮轮，最小齿数为17；对于斜齿轮，最小的强度，是齿轮设计中必须避免的问题齿数取决于当量齿数•直齿轮zmin=2h*a/sin²α（约17）•减小齿根厚度，降低抗弯强度•斜齿轮zmin=2h*a/sin²αn·cos³β•产生应力集中，影响疲劳寿命（更小）•严重时导致齿轮无法正常工作•内齿轮最小齿数要求更小避免根切的方法在实际设计中，常用的避免根切的方法包括增大齿数、采用变位齿轮设计和使用特殊齿形等变位齿轮是最常用的方法，通过正变位可以有效避免根切•增大压力角（如使用25°压力角）•采用正变位齿轮设计•使用长短齿或其他特殊齿形变位齿轮正变位齿轮正变位齿轮是指刀具向外偏移（远离齿轮中心）的齿轮，变位系数x为正值正变位可以增加齿根厚度，提高齿轮强度，有效避免根切，特别适用于小齿数齿轮同时，正变位也会增加齿顶厚度，可能导致顶隙减小负变位齿轮负变位齿轮是指刀具向内偏移（靠近齿轮中心）的齿轮，变位系数x为负值负变位会减小齿根厚度，降低齿轮强度，但可以减小齿顶厚度，增大顶隙负变位通常用于大齿数齿轮或需要避免顶尖现象的场合变位系数的确定变位系数的确定需要综合考虑齿数、压力角、中心距要求和齿轮性能要求等因素对于标准压力角20°的齿轮，当齿数小于17时，必须采用正变位以避免根切对于啮合的一对齿轮，通常采用对称变位或总变位系数为零的设计斜齿轮传动斜齿轮的特点当量齿数计算与直齿轮的比较斜齿轮是齿线与轴线成一定角度（螺斜齿轮在计算时需要引入当量齿数的与直齿轮相比，斜齿轮的主要优点包旋角）的齿轮与直齿轮相比，斜概念，当量齿数，其中括啮合重叠系数大，传动平稳；接βzv=z/cos³βz齿轮具有啮合平稳、承载能力高、噪为实际齿数，为螺旋角当量齿数触应力小，承载能力高；噪声低，适β声低等优点，但制造和安装要求更高，反映了斜齿轮在法面上的等效齿数合高速传动缺点是制造和装配精度且会产生轴向力要求高，且存在轴向力斜齿轮啮合时，接触从一端逐渐扩展由于当量齿数大于实际齿数，斜齿轮到整个齿宽，实现了渐进啮合，大大比同齿数的直齿轮更不容易发生根切，在现代机械中，特别是对噪声和平稳提高了传动的平稳性和噪声性能因此可以使用更小的实际齿数，有利性要求高的场合，如汽车变速箱、精于减小齿轮尺寸密机床等，广泛采用斜齿轮传动第六章轮系3轮系概念与类型定轴轮系传动比周转轮系传动比轮系的基本概念、分类及应用场景定轴轮系的传动比计算方法及应用周转轮系的特点及传动比计算方法轮系是机械传动中的重要组成部分，通过多个齿轮的组合，可以实现复杂的传动功能本章将详细介绍轮系的基本概念、类型及传动比计算方法，帮助学生掌握轮系设计的基本理论和方法通过本章学习，学生将理解定轴轮系和周转轮系的区别与联系，掌握各类轮系的传动比计算方法，为后续的机械传动设计打下基础本章内容是理解复杂机械传动系统的关键轮系的基本概念轮系定义轮系是由多个齿轮组成的传动系统，用于传递运动和动力轮系可以改变转速、转向和转矩，是机械传动中的重要组成部分轮系中的齿轮通过啮合连接，形成运动和动力的传递链轮系功能轮系在机械传动中的主要功能包括改变转速比，实现减速或增速；改变运动方向，实现正反转换；分配动力，将一个动力源分配给多个执行机构；合成运动，将多个输入合成为一个输出轮系分类按照齿轮轴线的运动特性，轮系可分为定轴轮系和周转轮系两大类定轴轮系中所有齿轮轴线均固定不动；周转轮系中至少有一个齿轮的轴线做平面运动，如行星轮系和差动轮系轮系是现代机械中不可或缺的部分，广泛应用于各类机械设备中通过合理设计轮系结构和参数，可以实现复杂的传动要求，满足不同的工作需求理解轮系的基本概念和分类是学习机械传动的基础定轴轮系定轴轮系是指所有齿轮轴线均固定不动的轮系，是最常见的轮系类型定轴轮系可分为简单轮系和复合轮系两种简单轮系中，每个轴上只有一个齿轮；复合轮系中，至少有一个轴上安装了两个或两个以上的齿轮定轴轮系的特点是结构简单、传动稳定、易于制造和维护在传动比计算时，定义为末轮与首轮转速之比，通常使用符号表示转向判定遵循奇数个外啮合齿轮，首末轮反向转动；偶数个外啮合齿轮，首末轮同向转动的规则i_1n定轴轮系传动比计算传动比定义定轴轮系的传动比定义为输入轮（首轮）转速与输出轮（末轮）转速之比i_1n=n_1/n_n，其中n_1为首轮转速，n_n为末轮转速•传动比大于1表示减速传动•传动比小于1表示增速传动•传动比为负值表示方向改变计算公式对于齿轮传动，传动比可以表示为齿数之比对于简单轮系，传动比计算公式为i_1n=±z_2·z_4·...·z_n/z_1·z_3·...·z_n-1•公式中±号取决于外啮合齿轮对的数量•奇数个外啮合对，取负号；偶数个外啮合对，取正号•内啮合不改变转向转向判定定轴轮系中齿轮转向的判定规则相啮合的两个外啮合齿轮反向转动，内啮合齿轮同向转动•外啮合两轮反向转动•内啮合两轮同向转动•通过轮系中齿轮对的数量判断首末轮转向周转轮系周转轮系的特点典型结构周转轮系是指至少有一个齿轮的周转轮系的典型结构包括行星轮轴线做平面运动的轮系这类轮系和差动轮系行星轮系通常由系的最大特点是结构紧凑，传动太阳轮、行星轮、内齿圈和行星比大，且能实现复杂的传动功能架组成，是最常见的周转轮系周转轮系中，做平面运动的齿轮差动轮系是一种特殊的行星轮系，称为行星轮，支撑行星轮的构件能够合成两个输入，实现复杂的称为行星架或系杆运动合成功能应用场合周转轮系广泛应用于需要大传动比、小体积或运动合成的场合典型应用包括汽车差速器，能够允许左右车轮以不同速度转动；自动变速箱，实现多级变速功能；风力发电机组，将低速大转矩转换为高速小转矩周转轮系因其独特的结构和功能特点，在现代机械中占有重要地位理解周转轮系的工作原理和传动特性，对于设计高性能的机械传动系统具有重要意义周转轮系传动比计算相对运动法基本计算公式转化传动比计算周转轮系传动比的计算通常采用相对周转轮系传动比的基本计算公式为转化传动比的计算可按定轴i_mn^H运动法，其基本思想是将周转轮系转，其轮系的方法进行若将周转轮系转化i_mn^H=n_m-n_H/n_n-n_H化为定轴轮系进行分析具体方法是中、和分别是轮、轮为定轴轮系后，轮与轮之间有个n_m n_n n_H m n m n k给整个系统施加一个与系杆转速大和系杆的转速这个公式是周转轮中间轮，则转化传动比为H Hi_mn^H=小相等、方向相反的角速度，使系杆系传动比计算的核心±z_m·z_2·...·z_k/z_1·z_3·...·z_n静止，然后按定轴轮系计算传动比H当轮或轮固定不动时，上述公式mn可以简化例如，若轮固定公式中号的确定与定轴轮系相同，n±转化后的传动比称为转化传动比，用（），则有取决于外啮合齿轮对的数量对于常n_n=0i_mH^n=n_m/n_H表示，意为系杆静止时，轮见的简单行星轮系，转化传动比通常i_mn^H H=1-i_mn^H对轮的传动比为，其中表示太阳mni_sn^H=-z_s/z_n s轮，表示内齿圈n周转轮系传动比注意事项符号规则构件选择在周转轮系传动比计算中，公式中±号的确使用传动比公式i_mn^H=n_m-n_H/n_n-定取决于转化轮系中齿轮的转向若轮m与n_H时，必须确保轮m、轮n和系杆H是同一轮n之间有奇数个外啮合齿轮对，则取负号；周转轮系中的构件选择构件时需考虑系统若有偶数个外啮合齿轮对，则取正号的具体结构和传动路径•外啮合齿轮对相啮合的两个外齿轮•轮m通常为输入轮或驱动轮•内啮合齿轮对外齿轮与内齿轮啮合•轮n通常为输出轮或从动轮•内啮合不改变转向，不计入奇偶判断•系杆H为支撑行星轮的构件轴线要求周转轮系传动比计算公式适用于轴线平行或重合的轮系对于轴线相交或扭转的轮系，需要采用不同的计算方法•轴线平行平面周转轮系•轴线重合同轴周转轮系•特殊轮系可能需要分解计算正确理解和应用周转轮系传动比的计算规则，是分析和设计复杂传动系统的基础在实际应用中，还需考虑效率、承载能力、平衡等因素，以确保系统的可靠运行行星轮系的应用汽车自动变速器汽车自动变速器是行星轮系最重要的应用之一现代自动变速器通常包含多套行星轮系，通过不同的制动器和离合器组合，实现多档位变速行星轮系的紧凑结构和多样化的传动比组合，使得自动变速器能够实现平顺的换挡和优异的传动效率工业减速器行星减速器在工业领域广泛应用，特别是在需要大传动比、高承载能力和紧凑结构的场合行星减速器的传动比可达到几十甚至上百，且载荷分布在多个行星轮上，大大提高了承载能力同时，行星轮系的同轴输入输出特性，简化了设备的布置风力发电机组风力发电机组中，行星轮系作为主传动系统，将风轮的低速大转矩转换为发电机所需的高速小转矩行星轮系的高传动比和高效率特性，使其成为风力发电传动系统的理想选择此外，行星轮系的负载分担特性也有助于延长齿轮寿命和提高系统可靠性第七章机械的平衡往复运动件平衡2分析往复运动产生的惯性力及其平衡技术刚性转子平衡研究旋转机械的不平衡原因与解决方法平衡测试与调整学习机械平衡的测试方法与实施技术机械平衡是指通过合理设计和调整，使机械系统在运动过程中的各种力和力矩达到平衡状态，减少振动和噪声本章将重点介绍刚性转子的平衡、往复运动件的平衡以及平衡测试与调整方法，帮助学生理解机械平衡的基本原理和实现方法良好的机械平衡对于提高机械系统的运行平稳性、降低噪声、减少磨损和延长使用寿命具有重要意义，是机械设计中不可忽视的重要内容刚性转子不平衡原因不平衡产生原因刚性转子不平衡主要由质量分布不均匀引起这可能是由于材料不均匀性、制造误差、装配误差或使用过程中的磨损、变形、腐蚀等导致的质量分布变化不平衡影响转子不平衡会导致振动、噪声、轴承负荷增加和过早磨损严重时可能导致机械故障、结构损坏，甚至安全事故不平衡还会降低机械的工作精度和产品质量不平衡分类转子不平衡可分为静不平衡、偶不平衡和动不平衡三种类型静不平衡指质心偏离旋转轴线；偶不平衡指主惯性轴与几何轴不平行；动不平衡是静不平衡和偶不平衡的组合理解刚性转子不平衡的原因、影响和类型，是进行有效平衡设计和调整的基础在实际工程中，需要根据不平衡类型选择合适的平衡方法，以确保机械系统的平稳运行转子平衡方法静平衡原理动平衡技术平衡精度与标准静平衡是指使转子的质心位于旋转轴动平衡是指在转子旋转状态下进行的平衡精度是指允许的剩余不平衡量，线上，消除静不平衡静平衡的基本平衡，能够同时消除静不平衡和偶不通常用单位质量的不平衡力矩表示原理是在转子上添加或减少质量，使平衡动平衡通常需要专用的平衡机（）不同类型的机械对平g·mm/kg不平衡力矩为零进行测量和校正衡精度要求不同静平衡方法包括重力法（将转子置动平衡的基本方法是在两个校正面上国际标准规定了不同类型旋ISO1940于光滑支架上，重的一侧会自然下垂）添加或减少质量，使得转子在工作转转机械的平衡等级，从（最高精G

0.4和滚动法（在水平轨道上滚动，观察速下的振动最小动平衡是现代精密度）到（最低精度）高速精G4000停止位置）静平衡只能消除静不平机械不可或缺的技术，对于高速旋转密设备如陀螺仪需要级；普通电G

0.4衡，无法解决偶不平衡设备尤为重要机一般为级；汽车轮毂为级G

6.3G40往复运动件的平衡往复运动惯性力多缸机平衡设计平衡机构设计1往复运动部件产生的惯性力主要包括一多缸往复式机械如内燃机，通过合理的为平衡往复运动件的惯性力，常采用平次惯性力和二次惯性力一次惯性力与气缸布置和曲柄配置可以实现惯性力的衡块、平衡轴和平衡机构等方法平衡转速的平方成正比，方向与曲柄旋转方平衡例如，直列四缸发动机可以完全块用于平衡一次惯性力，通常安装在曲向相反；二次惯性力与转速的四次方成平衡一次惯性力，但二次惯性力仍需通柄上；平衡轴用于平衡二次惯性力，转正比，频率为曲柄转速的两倍这些惯过平衡轴来平衡V型发动机和星型发速为曲柄的两倍；平衡机构则是通过特性力如不平衡，会导致机械振动和噪声动机通过特殊的缸数和夹角设计，可以殊的连杆组合，实现复杂的平衡效果获得更好的平衡性能往复运动件的平衡是发动机、压缩机等往复式机械设计中的关键问题良好的平衡设计可以显著降低振动和噪声，提高机械的运行平稳性和使用寿命在高速或大型往复式机械中，平衡设计尤为重要第八章机械的运动控制机械运动控制系统实现精确控制的综合系统速度波动调节平稳机构运行的关键技术飞轮设计能量存储与释放的基础元件机械的运动控制是机械系统设计中的重要内容，旨在使机械按照预定的运动规律运行，保持运动的稳定性和准确性本章将重点介绍飞轮设计、机构运动速度波动调节和机械运动控制系统等内容通过本章学习，学生将理解机械运动控制的基本原理和方法，掌握飞轮设计和不等速机构设计的基本技能，为设计高性能的机械系统奠定基础机械运动控制技术对于提高机械系统的稳定性、精确性和可靠性具有重要意义飞轮设计基础飞轮作用转动惯量计算尺寸与材料选择飞轮是一种能量储存装置，通过储存飞轮的关键参数是转动惯量，它决定飞轮的尺寸和材料选择需要综合考虑动能来减小机械系统运行过程中的速了飞轮储能能力转动惯量，转动惯量需求、空间限制、强度要求J=∫r²dm度波动当负载增加或动力减小时，其中是质点到旋转轴的距离，是质和成本因素增大飞轮直径比增加质r m飞轮释放储存的能量以维持系统运行；量对于实际工程中常用的圆盘形飞量更有效地提高转动惯量，因为转动当负载减小或动力增加时，飞轮吸收轮，转动惯量，其中是惯量与半径的平方成正比J=1/2mR²m多余能量，防止系统速度过高飞轮质量，是飞轮半径R材料方面，传统飞轮多用铸铁或钢材，飞轮的主要作用是平衡机械系统中周具有密度高、成本低的特点现代高期性的功率波动，使系统运行更加平飞轮的转动惯量与不均匀系数和系统性能飞轮可能采用复合材料，虽然密δ稳在内燃机、往复式压缩机等周期平均转速有关不均匀系数度低，但可以承受更高的转速，从而ωδ=性工作的机械中，飞轮是不可或缺的，表示最大速度获得更高的能量密度飞轮设计时必ωmax-ωmin/ωavg部件与最小速度之差与平均速度的比值须确保在最高工作转速下具有足够的根据能量平衡原理，可以计算所需的强度裕量飞轮转动惯量不等速机构设计非圆齿轮机构非圆齿轮是轮廓为非圆形的齿轮，能够实现变速传动与普通圆齿轮不同，非圆齿轮的传动比随着转角变化而变化，可以按照预定的规律改变输出轴的转速非圆齿轮机构在需要周期性变速的机械中有重要应用，如纺织机械、包装设备等曲柄滑块变速特性曲柄滑块机构是一种基本的平面连杆机构，其输出运动具有固有的不等速特性滑块的速度与曲柄角度有关，在曲柄转动过程中呈现明显的变化规律这种自然的变速特性可以被利用来设计特定的运动规律，满足一些特殊的工艺要求凸轮变速应用凸轮机构是实现复杂运动规律的理想选择，可以通过精心设计凸轮轮廓来实现几乎任意的速度变化规律凸轮机构的灵活性使其在自动化设备中得到广泛应用，特别是在需要精确控制运动轨迹和速度的场合，如包装机械、自动装配设备等机械系统调速调速原理基于反馈控制实现速度稳定调速器设计2结构设计与参数优化调速性能静态精度与动态响应分析机械调速系统是通过自动调节输入功率或输出负载，使机械系统在不同工况下保持稳定转速的装置传统的机械调速器主要有离心式调速器和惯性式调速器两种离心式调速器利用离心力原理，当转速增加时，飞球向外摆动，通过连杆机构减小动力输入；当转速降低时，飞球向内收缩，增加动力输入离心式调速器的设计需要考虑灵敏度、稳定性和调速精度等因素灵敏度与飞球质量、臂长和弹簧刚度有关；稳定性与系统阻尼有关；调速精度则与静态特性和动态响应相关现代机械系统中，机械调速器已逐渐被电子调速系统取代，但了解机械调速原理对理解控制系统仍有重要意义综合设计实例综合设计实例是将机械原理课程中学习的各种知识点应用到实际工程问题中的重要环节以自动化生产线为例，其设计涉及连杆机构、凸轮机构、齿轮传动和轮系等多种基本机构的综合应用，需要进行系统的动态分析和优化设计包装机构是另一个典型的综合设计实例，它通常包含间歇运动机构、同步机构和定位机构等，要求机构运动平稳、定位准确、动态性能良好在设计过程中，需要综合考虑机构的运动学特性、动力学性能、制造工艺和经济性等多方面因素，进行系统的设计计算和优化分析课程总结与展望理论回顾方法掌握机构组成分析、运动学分析和动力学分析构成常用机构的设计方法和步骤是解决实际工程问了机械原理的理论体系题的基础应用前景创新思路机械原理在机械工程各领域有广阔的应用空间机械创新设计思维方法是培养工程创新能力的和发展前景关键机械原理课程系统地介绍了机构的基本理论和分析方法，包括机构组成、运动学分析和动力学分析等内容通过本课程的学习，我们掌握了连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系等常用机构的设计方法和计算步骤，为机械设计奠定了坚实的理论基础展望未来，机械原理在智能制造、机器人技术和先进装备制造等领域有着广阔的应用前景机械创新设计将越来越依赖于机构学的基本原理和方法，同时也将融合更多的现代技术，如计算机辅助设计、仿真分析和优化算法等希望同学们能够将所学知识灵活应用于工程实践，为机械工程的发展做出贡献。