清華大學機械原理復習綱要

waqh5210 · 發表于 2011-8-21 13:23

                                       清華大學機械原理各章重點、難點總結
第1章機構的組成和結構
   機構運動簡圖的繪制、運動鏈成為機構的條件和機構的組成原理是本章學習的重點。
1. 機構運動簡圖的繪制
   機構運動簡圖的繪制是本章的一個重點，也是一個難點。初學者一般可按下列步驟進行。
① 分析機械的實際工作情況，確定原動件(驅動力作用的構件)、機架、從動件系統(包括執行系統和傳動系統)及其最后的執行構件。
② 分析機械的運動情況，從原動件開始，循著運動傳遞路線，分析各構件間的相對運動性質，確定構件的總數、運動副的種類和數目。
③ 合理選擇投影面。
④ 測量構件尺寸，選擇適當比例尺，定出各運動副之間的相對位置，用表達構件和運動副的簡單符號繪出機構運動簡圖。在機架上加上陰影線，在原動件上標上箭頭，按傳動路線給各構件依

次標上構件號1，2，3，…將各運動副標上字母A，B，C，…
⑤ 為保證機構運動簡圖與實際機械有完全相同的結構和運動特性，對繪制好的簡圖需進一步檢查與核對。運動鏈成為機構的條件"
   判斷所設計的運動鏈能否成為機構，是本章的重點。運動鏈成為機構的條件是：運動鏈相對于機架的自由度大于零，且原動件數目等于運動鏈的自由度數目。
   機構自由度的計算錯誤會導致對機構運動的可能性和確定性的錯誤判斷，從而影響機械設計工作的正常進行。因此機構自由度計算是本章學習的重點之一。準確識別復合鉸鏈、局部自

由度和虛約束，并做出正確處理，是自由度計算中的難點，也是初學者容易出現錯誤的地方。
(1) 復合鉸鏈
   復合鉸鏈是指兩個以上的構件在同一處以轉動副相聯接時組成的運動副。準確識別復合鉸鏈的關鍵是要分辨哪幾個構件在同一處形成了轉動副。復合鉸鏈的正確處理方法是：若有k個構

件在同一處形成復合鉸鏈，則其轉動副的數目應為(k-1)個。
(2) 局部自由度
   局部自由度是機構中某些構件所具有的自由度，它僅僅局限于該構件本身，而并不影響其他構件的運動。局部自由度常發生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子

處。正確的處理方法是：在計算自由度時，從機構自由度計算公式中將局部自由度減去，也可以將滾子及與滾子相連的構件固結為一體，預先將滾子除去不計，然后再利用公式計算自由度。
(3) 虛約束
   虛約束是機構中所存在的不產生實際約束效果的重復約束。正確的處理方法是：在計算自由度時，首先將引入虛約束的構件及其運動副除去不計，然后用自由度公式進行計算。虛約束

都是在一定的幾何條件下出現的，這些幾何條件有些是暗含的，有些則是明確給定的。對于暗含的幾何條件，需通過直觀判斷來識別虛約束；
對于明確給定的幾何條件，則需通過嚴格的幾何證明才能識別。
3. 機構組成原理與結構分析
   機構的組成過程和機構的結構分析過程正好相反，前者是研究如何將若干個自由度為零的基本桿組依次聯接到原動件和機架上，以組成新的機構，它為設計者進行機構創新設計提供了

一條途徑；后者是研究如何將現有機構依次拆成基本桿組、原動件及機架，以便對機構進行結構分類。
   機構結構分析的過程又稱為拆桿組，它是本章的難點之一。為了有助于正確拆除桿組，初學者應遵循下述拆桿組原則：
(1) 由離原動件最遠的部分開始試拆；
(2) 每試拆一個桿組后，機構的剩余部分仍應是一個完整的機構；
(3) 試拆桿組時，最好先按Ⅱ級組來試拆；如果無法拆除(指拆除之后剩余部分不能構成一個完整機構)，意味著拆除有誤，再試拆高一級桿組；
(4) 拆桿組結束的標志是只剩下原動件和機架所組成的Ⅰ級機構。
   這里需要特別注意兩點：其一，所謂離原動件“最遠”，主要不是指在空間距離上離原動件最遠，而是指在傳動關系和傳動路線上離原動件最遠；其二，每拆除一個桿組，剩余的部分

應該仍為一個完整的機構，這是判別拆除過程是否正確的準則，必須遵守。
第2章連桿機構
本章內容包括平面連桿機構和空間連桿機構兩部分，其中平面連桿機構是本章的重點。
平面四桿機構的基本型式及其演化方法
   鉸鏈四桿機構可以通過4種方式演化出其他形式的四桿機構。即①取不同構件為機架； ②變轉動副為移動副； ③桿狀構件與塊狀構件互換； ④銷釘擴大。
   四桿機構通過選擇不同構件為機架可以演化出其他型式。這種演化方式也稱為“運動倒置”。
   以上所述的各種演化方法是通過基本機構變異產生新機構型式的重要方法，故掌握這些演化方法很重要。
22. 平面連桿機構的工作特性
1) 急回特性
   有時某一機構本身并無急回特性，但當它與另一機構組合后，此組合后的機構并不一定亦無急回特性。機構有無急回特性，應從急回特性的定義入手進行分析。
2）壓力角和傳動角
   壓力角是衡量機構傳力性能好壞的重要指標。因此，對于傳動機構，應使其α角盡可能小(γ盡可能大)。
   連桿機構的壓力角(或傳動角)在機構運動過程中是不斷變化的。從動件處于不同位置時有不同的α值，在從動件的一個運動循環中，α角存在一個最大值αmax。在設計連桿機構時，應

注意使αmax≤[α］。
3）死點位置
   此處應注意：“死點”、“自鎖”與機構的自由度F≤0的區別。自由度小于或等于零，表明該運動鏈不是機構而是一個各構件間根本無相對運動的桁架；死點是在不計摩擦的情況下機

構所處的特殊位置，利用慣性或其他辦法，機構可以通過死點位置，正常運動；而自鎖是指機構在考慮摩擦的情況下，當驅動力的作用方向滿足一定的幾何條件時，雖然機構自由度大于零，

但機構卻無法運動的現象。死點、自鎖是從力的角度分析機構的運動情況，而自由度是從機構組成的角度分析機構的運動情況。
-3. 平面連桿機構的設計
   平面連桿機構運動設計常分為三大類設計命題：剛體導引機構的設計、函數生成機構的設計和軌跡生成機構的設計，其基本設計過程如下：
(1) 確定設計要求，即對實際要求進行提煉，以便得到與具體設計有關的具體要求，并將這些具體要求加以分類；
(2) 初步選定滿足以上具體要求的連桿機構型式；
(3) 選用合適的設計方法，確定機構參數；
(4) 校驗與評價，即校核所設計的機構是否滿足設計要求及性能要求。
   在函數生成機構的設計中，當要求實現幾組對應位置，即設計一個四桿機構使其兩連架桿實現預定的對應角位置時，可以用所謂的“剛化反轉法”求解此四桿機構。這個問題是本章的

難點之一。讀者應徹底弄懂教程中所述的分析思路及求解方法。
第3章凸輪機構
本章的重點是凸輪機構的運動設計。
1. 凸輪機構的型式選擇
   根據使用場合和工作要求選擇凸輪機構的型式，是凸輪機構設計的第一步，又稱為凸輪機構的型綜合。       在選擇凸輪機構型式時，簡單性總是首要考慮的因素。因此在滿足運

動學、動力學、環境、經濟性等要求的情況下，選擇的凸輪機構型式越簡單越好。
2. 從動件運動規律的選擇或設計
   將不同規律的運動曲線拼接起來組成新的運動規律是本章的難點之一。拼接后所形成的新運動規律應滿足下列3個條件：滿足工作對從動件特殊的運動要求；滿足運動規律拼接的邊界條

件，即各段運動規律的位移、速度和加速度值在連接點處應分別相等；使最大速度和最大加速度的值盡可能小。
3. 凸輪基圓半徑的確定
   基圓半徑的選擇是一個既重要又復雜的問題。
   移動滾子從動件盤形凸輪機構凸輪的最小基圓半徑，主要受3個條件的限制，即 ①凸輪的基圓半徑應大于凸輪軸的半徑； ②保證最大壓力角αmax不超過許用壓力角[α］； ③保證凸

輪實際廓線的最小曲率半徑ρa min=ρmin-rr≥3~5 mm，以避免運動失真和應力集中。
   對于移動平底從動件盤形凸輪機構而言，因其壓力角始終為零(從動件導路與平底垂直)，所以凸輪的最小基圓半徑主要受到以下兩個條件的限制： ①凸輪的基圓半徑應大于凸輪軸的半

徑； ②凸輪廓線的曲率半徑ρmin≥[ρ］=3~5 mm，以避免運動失真和應力集中。
4. 凸輪廓線的設計
   凸輪廓線設計的反轉法原理是本章的重點內容之一。
   無論是用圖解法還是解析法設計凸輪廓線，所依據的基本原理都是反轉法原理。該原理可歸納如下：在凸輪機構中，如果對整個機構繞凸輪轉動軸心O加上一個與凸輪轉動角速度ω大小

相等、方向相反的公共角速度(-ω)，這時凸輪與從動件之間的相對運動關系并不改變。
5. 凸輪機構的分析
   在設計移動滾子從動件盤形凸輪機構時，若發現其壓力角超過了許用值，可以采取以下措施：
   (1) 增大凸輪的基圓半徑rb。
   (2) 選擇合適的從動件偏置方向。在設計凸輪機構時，若發現采用對心移動從動
件凸輪機構推程壓力角過大，而設計空間又不允許通過增大基圓半徑的辦法來減小壓力角時，可以通過選取從動件適當的偏置方向，以獲得較小的推程壓力角。即在移動滾子從動件盤形凸輪

機構的設計中，選擇偏置從動件的主要目的，是為了減小推程壓力角。
   當出現運動失真現象時，可采取以下措施：
   (1) 修改從動件的運動規律。
   (2) 當采用滾子從動件時，滾子半徑必須小于凸輪理論廓線外凸部分的最小曲率半徑ρmin，通常取rr≤0.8ρmin。若由于結構、強度等因素限制，rr不能取得太小，而從動件的運動規

律又不允許修改時，則可通過加大凸輪的基圓半徑rb，從而使凸輪廓線上各點的曲率半徑均隨之增大的辦法來避免運動失真。
   對于移動平底從動件盤形凸輪機構來說，偏距e并不影響凸輪廓線的形狀，選擇適當的偏距，主要是為了減輕從動件在推程中過大的彎曲應力。
第4章齒輪機構
漸開線直齒圓柱齒輪機構的傳動設計是本章的重點。
1. 易混淆的概念
   本章的特點是名詞、概念多，符號、公式多，理論系統性強，幾何關系復雜。學習時要注意清晰掌握主要脈絡，對基本概念和幾何關系應有透徹理解。以下是一些易混淆的概念。
(1) 法向齒距與基圓齒距
(2) 分度圓與節圓
(3) 壓力角與嚙合角
(4) 標準齒輪與零變位齒輪
(5) 變位齒輪與傳動類型
(6) 齒面接觸線與嚙合線
(7) 理論嚙合線與實際嚙合線
(8) 齒輪齒條嚙合傳動與標準齒條型刀具范成加工齒輪
2. 關于齒側間隙問題
   教程中在分析一對齒輪的嚙合傳動時，是以無齒側間隙為出發點的。實際應用的一對齒輪嚙合傳動是存在齒側間隙的，不過這種齒側間隙很小，是通過規定齒厚和中心距等的公差來保

證的。齒輪嚙合傳動時存在微小側隙的目的主要是為了便于在相互嚙合的齒廓之間進行潤滑，以及避免輪齒由于摩擦發熱膨脹而引起擠壓現象。在進行齒輪機構的運動設計時，仍應按照無齒

側間隙的情況進行設計。
第5章輪系
本章的重點是輪系的傳動比計算和輪系的設計。
清1. 輪系的傳動比
   根據結構組成和運動特點，輪系可分為定軸輪系、周轉輪系和混合輪系三大類。
1) 定軸輪系
   雖然定軸輪系的傳動比計算最為簡單，但它卻是本章的重點內容之一。
   定軸輪系傳動比的大小，等于組成輪系的各對嚙合齒輪中從動輪齒數的連乘積與主動輪齒數的連乘積之比，關于定軸輪系中主、從動輪轉向關系的確定有3種情況。
   (1) 輪系中各輪幾何軸線均互相平行的情況
   在這種情況下，可用(-1)m來確定輪系傳動比的正負號，m為輪系中外嚙合的對數。若計算結果為正，則說明主、從動輪轉向相同；為負則說明主、從動輪轉向相反。需要注意的一個問

題是惰輪的作用。當定軸輪系中有惰輪時，雖然其齒數對傳動比數值的大小沒有影響，但它的存在對末輪的轉向將產生影響。
   (2) 輪系中所有齒輪的幾何軸線不都平行，但首末兩輪的軸線互相平行的情況
   由于首末兩輪的幾何軸線依然平行，故仍可用正、負號來表示兩輪之間的轉向關系：二者轉向相同時，在傳動比計算結果中標以正號；二者轉向相反時，在傳動比計算結果中標以負號

。需要特別注意的是，這里所說的正負號是用在圖上畫箭頭的方法來確定的，而與(-1)m無關。
   (3) 輪系中首末兩輪幾何軸線不平行的情況
   當首末兩輪的幾何軸線不平行時，首末兩輪的轉向關系不能用正、負號來表示，而只能用在圖上畫箭頭的方法來表示。
   周轉輪系的傳動比計算是本章的重點內容之一。
(1) 周轉輪系傳動比計算的基本思路
   周轉輪系與定軸輪系的根本區別在于：周轉輪系中有一個轉動著的系桿，由于它的存在使行星輪既自轉又公轉。為了解決周轉輪系傳動比的計算問題，可假想給整個輪系加上一個公共

的角速度(-ωH)，使系桿固定不動，這樣，周轉輪系就轉化成了一個假想的定軸輪系。
   周轉輪系的類型很多，若僅僅為了計算其傳動比，一般來說，可以不必考慮它屬于哪種類型的周轉輪系，只要透徹地理解了周轉輪系轉化機構傳動比計算的基本公式，再掌握一定的解

題技巧，就能熟練解決各種周轉輪系的傳動比計算問題。
3) 混合輪系
   混合輪系傳動比的計算既是本章的重點，也是本章的難點。
(1) 混合輪系傳動比計算的基本思路
   計算混合輪系傳動比的正確方法是：首先，將各個基本輪系正確地劃分開來，分別列出計算各基本輪系傳動比的關系式，然后找出各基本輪系之間的聯系，最后將各個基本輪系傳動比

關系式聯立求解。
(2) 混合輪系傳動比的計算步驟清華考研!
① 首先正確地劃分各個基本輪系。
② 分別列出計算各基本輪系傳動比的關系式。
③ 找出各個基本輪系之間的聯系。
④ 將各個基本輪系傳動比關系式聯立求解，即可得到混合輪系的傳動比。
2. 輪系的設計
   輪系的設計是本章的重點內容之一。
1) 輪系類型的選擇
   輪系類型選擇的主要出發點是工作所提出的功能要求和使用場合。當設計的輪系主要用于傳遞運動時，首先要考慮所選擇的輪系能否滿足工作所要求的傳動比，其次兼顧效率、結構復

雜程度、外廓尺寸和重量等；當設計的輪系主要用于傳遞動力時，首先要考慮所選擇的輪系能否滿足效率要求，其次兼顧傳動比、結構復雜程度、外廓尺寸和重量等。
2) 各輪齒數的確定
   為了確定定軸輪系中各輪的齒數，關鍵在于合理地分配輪系中各對齒輪的傳動比。
   與定軸輪系相比，周轉輪系中各輪齒數的確定要復雜一些，它不僅要滿足傳動比條件，還需滿足同心條件、裝配條件和鄰接條件。
第6章間歇運動機構
本章的重點是掌握各種常用間歇運動機構的工作原理、運動特點和功能，并了解其適用的場合，以便在進行機械系統方案設計時，能夠根據工作要求正確地選擇執行機構的型式。教材主要介

紹了棘輪機構、槽輪機構、凸輪式間歇運動機構和不完全齒輪機構。
第7章其它常用機構
本章簡要介紹螺旋機構、摩擦傳動機構、撓性傳動機構和其他物理效應的機構的工作原理、運動特點和適用場合。目的在于通過學習，開闊眼界和思路，擴大知識面，為進行機械系統方案設

計提供一些基礎知識。本章的重點是了解上述機構的類型、工作原理、運動特點及其適用場合。
第8章組合機構
本章學習的重點在于掌握機構組合的方式和特點，以及組合機構的基本原理和設計思路。
1. 機構的組合方式和特點
   機構的組合方式有多種，教程中介紹了常見的4種。
   (1) 串聯式組合。
   (2) 并聯式組合。
   (3) 反饋式組合。
   (4) 復合式組合。
2. 組合機構的概念、類型、特點和功能
   組合機構的類型很多，教程中給出了最常用的三大類組合機構。
   1) 凸輪-連桿組合機構
   2) 齒輪-連桿組合機構
   齒輪-連桿組合機構是由定傳動比的齒輪機構和變傳動比的連桿機構組合而成。按照其用途的不同，可分為兩類：
   (1) 實現復雜運動軌跡的齒輪-連桿組合機構。
   (2) 實現復雜運動規律的齒輪-連桿組合機構。
   需要指出的是，利用齒輪-連桿組合機構雖能實現復雜的運動軌跡和運動規律，但這種實現往往是近似的。當需要精確實現工作所要求的運動軌跡和規律時，通常需采用具有凸輪的凸輪

-連桿組合機構或凸輪-齒輪組合機構。
   3) 凸輪-齒輪組合機構:
.    組合機構的設計
   組合機構的設計是本章的難點，這是因為組合機構的結構較復雜，各子機構運動參數間關系牽連較多，設計方法比較繁復。
   工程實際中常用的組合機構，以并聯式組合和復合式組合為多。對于這兩類組合機構，設計的基本思路如下：首先選擇一個合適的兩自由度機構作為基礎機構，并規定其中一個原動件

的運動規律；然后使基礎機構的從動件按工作要求的運動軌跡或規律運動，以此得到給定運動規律的原動件與另一個原動件之間的運動關系；按此運動關系來設計單自由度的附加機構，即可

得到滿足工作要求的組合機構。
第9章開式鏈機構
本章學習的重點是了解開式鏈機構的主要特點及功能，以及分析開式鏈機構的基本方法。
1. 開式鏈機構的特點及功能
   與閉式鏈機構相比，開式鏈機構的最大特點是其具有更多的自由度，因此其末端構件的運動與閉式鏈機構中任何構件的運動相比，也就更為任意和復雜多樣。
   利用開式鏈機構的這一特點，結合伺服控制和計算機的使用，開式鏈機構在各種機器人和機械手中得到了廣泛應用。
2. 開式鏈機構的正向運動學問題
   開式鏈機構的正向運動學問題又稱為直接問題。它指的是給定操作器的一組關節參數，要求確定末端執行器的位置和姿態。它包括位置分析、速度分析和加速度分析。
   關于操作器的正向運動學問題，需要注意以下兩點：
   (1) 雅可比矩陣。雅可比矩陣是關節速度與操作器臂端直角坐標速度之間的轉換矩陣，該矩陣中的各元素是臂端坐標對關節坐標的偏導數。
   (2) 對于由開式鏈所組成的操作器，其正向運動學分析可以得到末端執行器的位置、速度和加速度的一組惟一確定的解。
3. 開式鏈機構的反向運動學問題
   開式鏈機構的反向運動學問題又稱為間接問題。它指的是給定了操作器末端執行器在直角坐標系中的位置和姿態，要求確定一組關節參數來實現這一位置和姿態。
   關于操作器的反向運動學問題，需注意以下幾點：
   (1) 解的存在性問題。在對操作器進行反向運動學分析時，需要討論解的存在性問題。若解不存在，則說明所給定的臂端的目標點位置過遠，已經超出了操作器的工作空間。
   (2) 多重解問題。所謂多重解，是指對應于工作所要求的末端執行器的一個給定的位置和姿態，可能存在著多組關節參數，每一組關節參數都可以使末端執行器達到這一給定的位置和

姿態。
   (3) 奇異位置問題。對應于雅可比矩陣的逆矩陣不存在的位置，稱為操作器的奇異位置。在奇異位置，有限的關節速度不可能使臂末端獲得規定的速度。
   操作器的反向運動學問題既是本章的重點，也是本章的難點。
第10章機械系統動力學
本章主要研究兩個問題：一是確定機械真實的運動規律；二是研究機械運轉速度的波動調節。
1. 機械的運轉過程
   機械在外力作用下的運轉過程分為啟動、穩定運轉和停車等3個階段。在機械運轉過程的3個階段中，系統的功、能量和機械運轉速度具有以下特點：
1)啟動階段
Wd>Wr+Wf,E2>E1,ω2>ω1
2)穩定運轉階段
在穩定運轉階段，原動件速度保持常數（稱勻速穩定運轉）或在平均工作速度基礎上的做周期性速度波動（稱變速穩定運轉）
(1)勻速穩定運轉
Wd=Wr+Wf,E2=E1,ω2=ω1,Je=常數,無速度波動
(2)變速穩定運轉
① Med和Mer的變化是有規律的周而復始,Je為常數或有規律的變化
② 任一時間間隔Wd≠Wr+Wf,但在一個運動循環中Wd=Wr+Wf3n*I
③ 循環開始和終了角速度相等,其他時間角速度在ωm上下波動
3)停車階段
Wd<Wr+Wf,E2<E1,ω2<ω1
2. 機械的等效動力學模型
(1) 對于單自由度的機械系統，只要能確定其中某一個構件的真實運動規律，其余構件的運動規律也就確定了。因此，研究機械的運轉情況時，可以就某一選定的構件(即等效構件)來分析。

在機構中取一構件為等效構件，要將機械中所有構件的質量、轉動慣量都等效地轉化到這一構件上，把各構件上所作用的力、力矩也都等效地轉化到等效構件上，然后列出等效構件的運動方

程式，研究其運動規律。這就是建立所謂的等效動力學模型的過程。
(2) 建立機械系統等效動力學模型時應遵循的原則是：使機械系統在等效前后的動力學效應不變，即
① 動能等效：等效構件所具有的動能，等于整個機械系統的總動能。
② 外力所做之功等效：作用在等效構件上的外力所做之功，等于作用在整個機械系統中的所有外力所做之功的總和。
(3) 根據動能定理，可建立兩種形式的等效動力學模型的運動方程，即用積分方程表示的能量形式運動方程和用微分方程表示的力矩形式運動方程。由這些運動方程可描述機械系統的運動規

律，并解出所需要的運動參數。
   上述兩種運動方程的一般形式雖然并不復雜，但是當其中的Med，Mer或Je的表達式不是簡單函數關系時，運動方程式的求解過程則可能很復雜，有時甚至難以精確求解，這是本章的難

點。對于這部分內容，只要求掌握當等效力矩、等效轉動慣量是機構的位置函數時運動方程的求解方法。
3. 機械速度波動的調節方法
(1) 有周期性速度波動的機械系統，可以利用飛輪儲能和放能的特性來調節機械速度波動的大小。飛輪的作用就是調節周期性速度的波動范圍和調節機械系統能量。
(2) 對于非周期性速度波動的機械系統，不能用飛輪進行調節。當系統不具有自調性時，則需要利用調速器來對非周期性速度波動進行調節。
4. 飛輪設計
(1) 飛輪設計的基本問題，是根據等效力矩、等效轉動慣量、平均角速度，以及機械運轉速度不均勻系數的許用值來計算飛輪的轉動慣量。無論等效力矩是哪一種運動參數的函數關系，最大

盈虧功必然出現在ωmax和ωmin所在兩位置之間，且在這兩個位置時Med與Mer相等。
(2) 飛輪設計中應注意以下3個問題：
① 為減小飛輪轉動慣量(即減小飛輪的質量和尺寸)，應盡可能將飛輪安裝在系統的高速軸上。
② 安裝飛輪只能減小周期性速度波動，但不能消除速度波動。
③ 有的機械系統可不加飛輪，而以較大的皮帶輪或齒輪起飛輪的作用。
第11章機械的平衡
機械平衡的目的是要盡可能地消除或減小慣性力對機械的不良影響。為達到此目的，通常需要做兩方面的工作：首先，在機械的設計階段，對所設計的機械在滿足其工作要求的前提下，應在

結構上保證其不平衡慣性力最小或為零，即進行平衡設計；其次，經過平衡設計后的機械，由于材質不均、加工及裝配誤差等因素的影響，生產出來的機械往往達不到設計要求，還會有不平

衡現象，此時需要用試驗的方法加以平衡，即進行平衡試驗。
   本章的重點是剛性轉子的平衡設計和用質量靜替代法對平面機構進行機構慣性力的平衡設計。
1. 剛性轉子的平衡設計
   根據直徑D與軸向寬度b之比的不同，剛性轉子可分為兩類：
   (1) 當D/b≥5時，可以將轉子上各個偏心質量近似地看作分布在同一回轉平面內，其慣性力的平衡問題實質上是一個平面匯交力系的平衡問題。平衡質量mb的求解方法既可用圖解法，

也可用解析法。
   (2) 當D/b<5時，轉子的軸向寬度較大，首先應在轉子上選定兩個可添加平衡質量的、且與離心慣性力平行的平面作為平衡平面，然后運用平行力系分解的原理將各偏心質量所產生的離

心慣性力分解到這兩個平衡平面上。這樣就把一個空間力系的平衡問題轉化為兩平衡平面內的平面匯交力系的平衡問題。
   需要指出的是：在求解出平衡質量之后，設計工作并未完成，還需要在該零件圖的相應位置上添加上這一平衡質量，或在其相反方向上減去這一平衡質量，才算完成了平衡設計的任務

。
2. 剛性轉子的平衡試驗
   當D/b≥5時，可在平衡架上進行靜平衡試驗。
   當D/b<5時，則需要在動平衡機上進行動平衡試驗。
   絕對平衡的轉子是不存在的，在實際工作中過高的要求也是不必要的。實際運轉中的轉子在通過平衡設計及平衡試驗后，它的偏心距或質徑積應小于其許用偏心距或許用質徑積。這時

，即可保證轉子安全運轉。
3. 機構的平衡
   對于存在有平面運動和往復運動構件的一般平面機構，它們的慣性力和慣性力矩不能在構件內部平衡，只能在機架上對整個機構進行平衡。本部分重點掌握采用質量靜替代法計算平衡

質量，進行機構慣性力的平衡設計。
第12章機械的效率
效率是衡量機械性能優劣的重要指標，而一部機械效率的高低在很大程度上取決于機械中摩擦所引起的功率損耗。研究機械中摩擦的主要目的在于尋找提高機械效率的途徑。機械的自鎖問題

及移動副自鎖條件的求解是本章的難點之一。
1.總反力方向的確定
   根據兩構件之間的相對運動(或相對運動趨勢)方向，正確地確定總反力的實際作用方向是本章解題的難點之一。
   由于摩擦力總是與相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反，因此，對移動副來說，總反力Rxy總是與相對速度vyx 之間呈90°+φ的鈍角；對轉動副來說，總反力Rxy總是與摩擦圓相切，

它對鉸鏈中心所形成的摩擦力矩Mfxy=Rxy?ρ的方向總是與相對角速度ωyx的方向相反。Rxy的確切方向需從該構件的力平衡條件中得到。
2. 移動副中摩擦問題的分析方法
   移動副中平面摩擦問題的分析方法是研究摩擦問題的基礎，而斜面摩擦問題的分析方法是本章的重點之一。槽面摩擦問題可通過引入當量摩擦系數及當量摩擦角的概念，將其簡化為平

面摩擦問題。運動副元素的幾何形狀不同，引入的當量摩擦系數也不同，其原因不是摩擦系數發生了變化，而是由于法向反力不同，由此使得運動副元素之間的摩擦力不同。
3. 自鎖現象及自鎖條件的判定
   無論驅動力多大，機械都無法運動的現象稱為機械的自鎖。其原因是由于機械中存在摩擦力，且驅動力作用在某一范圍內。
   一個自鎖機構，只是對于滿足自鎖條件的驅動力在一定運動方向上的自鎖；而對于其他外力，或在其他運動方向上則不一定自鎖。因此，在談到自鎖時，一定要說明是對哪個力，在哪

個方向上自鎖。自鎖條件可用以下3種方法求得：
(1) 對移動副，驅動力位于摩擦角之內；對轉動副，驅動力位于摩擦圓之內。
(2) 令工作阻力小于零來求解。對于受力狀態或幾何關系較復雜的機構，可先假定該機構不自鎖，用圖解解析法或解析法求出工作阻力與主動力的數學表達式，然后再令工作阻力小于零，解

此不等式，即可求出機構的自鎖條件。
(3) 利用機械效率計算式求解，即令η<0。這種方法比方法(2)復雜，當機構由多個子機構組成時，若用整個機構的機械效率求解時，可能會出現“負負得正”的問題，而得出錯誤的結果。
第13章機械系統總體方案設計
本章要重點掌握機械總體方案設計階段的設計內容和設計思想。
1. 機械總體方案設計階段的設計內容
   機械總體方案設計是機械產品設計中十分重要的一環，它主要包括以下內容：
   (1) 執行系統的方案設計。執行系統的方案設計是機械總體方案設計的核心。
   (2) 傳動系統的方案設計。傳動系統方案設計是機械總體方案設計的重要組成部分。
   (3) 在方案評價的基礎上，進行方案決策，繪制機械總體方案運動簡圖，并編寫設計計算說明書。
2. 機械總體方案設計階段的設計思想
   要創造性地完成總體方案的設計工作，設計者的設計思想至關重要。本章簡要介紹了現代設計思想、系統工程思想和工程設計思想的概念和內涵，讀者特別要注意掌握現代設計與傳統

設計的區別，以避免陷入傳統的經驗性、狹窄的專業范圍、定型的思維方式、主觀的直接決策和過早地進入封閉的常規設計。需要指出的是，現代設計的觀念是隨著科學技術的發展不斷變化

的，讀者應在學習和工作過程中密切注視有關科學技術的發展動向，不斷拓寬自己的知識視野。
第14章機械執行系統的方案設計
機械執行系統的方案設計，包括功能原理設計、運動規律設計、執行機構的型式設計、執行系統的協調設計、執行機構的尺度設計、方案的評價與決策等內容。執行系統方案設計是機械系統

總體方案設計的核心，也是本課程學習的重點章節。
   掌握執行系統方案設計的具體方法，通過學習培養創新意識和創新設計能力，是本章學習的重點。
1. 功能原理設計
   實現同一功能要求，可以有許多不同的工作原理。選擇的工作原理不同，執行系統的方案也必然不同，必有優、劣、繁、簡之分。功能原理設計的任務，就是根據預期實現的機械功能

，構思出所有可能的功能原理，加以分析比較，從中選擇出既能很好地滿足功能要求，工藝動作又簡單的工作原理。
2. 運動規律設計
   實現同一工作原理，可以采用不同的運動規律。選擇的運動規律不同，執行系統的方案也必然不同。運動規律設計的任務，就是根據工作原理所提出的工藝要求，構思出能夠實現該工

藝要求的各種運動規律，然后從中選取最為簡單適用的運動規律，作為機械的運動方案。
3. 執行機構的型式設計
   執行機構的型式設計的任務，就是根據各基本動作或功能的要求，選擇或構思出所有能實現這些動作或功能的機構，從中找出最佳方案。
   這部分內容既是本章的重點，也是本章的難點。
   1) 執行機構型式設計的原則
   執行機構型式設計的原則，教程中列出了8條，這8條原則大體可分為兩類：第一類是設計時必須滿足的要求，這類原則是硬指標，必須予以考慮、不能打折扣。第二類是機構型式設計

的一般原則，這類原則通常對各種機械產品的設計都適用，但不可能在每次設計中都面面俱到，使每條原則都達到其高標準。
   上述原則中，有些是互相制約的，有時甚至是互相矛盾的。所以，在對某一具體的執行系統進行機構型式設計時，應根據設計對象的具體情況，綜合考慮，統籌兼顧，抓住主要矛盾，

有所側重。
   2) 執行機構型式設計的方法
   執行機構型式設計的方法有兩大類，即機構的選型和機構的構型。他們既有區別，又有聯系。
(1）機構的選型
   這是目前進行執行機構型式設計最常采用的方法，也是要求讀者熟練掌握的內容。關于選型的方法，教程中介紹了兩種：其一，是按照執行構件所需的運動特性進行機構選型。這種方

法是通過發散思維，方便、直觀，使用普遍。其二，是按照動作功能分解與組合原理進行機構選型。這種方法為設計者尋求多種可供分析和選擇的方案提供了一條有效的途徑。由于該方法的

表達模式有利于用計算機存儲、分析和選擇，因此具有廣闊的應用前景。
(2）機構的構型
   同選型相比，構型更具創造性。機構的構型方法很多，教程中介紹了擴展、組合和變異3種常用方法。構型是一種拓寬思路的創新設計，具有相當大的靈活性，但這種創新決不是憑空想

像。構型是指重新構筑機構的型式，既然是重構，就必然有依據。其依據之一就是以通過選型所得到的基本機構為基礎，去重新構筑機構型式，創造新機構。
執行系統的協調設計
   執行系統的協調設計是一個系統工程，在目前的學習階段，主要要求讀者能對這類機械的執行系統進行協調設計，即進行運動循環圖的設計，掌握運動循環圖的繪制依據、繪制方法，

掌握運動循環圖的功能。  機械的運動循環圖是將機械中各執行機構的運動循環按照同一時間或轉角比例尺來繪制的。由于機械在主軸或分配軸轉動一周或若干周內完成一個運動循環，所以

運動循環圖通常以主軸或分配軸的轉角為坐標來編制。雖然運動循環圖的主要功能是表示出機械中各執行機構之間的相互配合關系，以保證各執行構件動作的相互協調，使機械順利實現預期

的工藝動作，但同時它也為進一步設計各執行機構的運動尺寸以及機械系統的安裝和調試提供了重要依據。因此，它在機械執行系統的方案設計中占有重要地位。
   這部分內容是本章的重點之一。
5. 方案評價與決策
   評價就是從多種方案中尋求一種既能實現預期功能要求，又結構簡單、性能優良、價格低廉的設計方案。機械執行系統的方案設計是一個多解性問題。面對多種設計方案，設計者必須

經過科學的評價和決策，才能獲得最滿意的方案。
   要進行方案評價，首先需要建立合理的評價指標和科學的評價體系。進行評價還需要選擇合適的評價方法。
第15章機械執行系統的方案設計和原動機選擇
本章的重點在于傳動系統的方案設計。
   傳動系統介于原動機和執行系統之間，傳動系統的方案設計通常是在確定了執行系統和原動機的預選方案后進行。它主要包括傳動類型的選擇、傳動路線的擬定和傳動鏈中機構順序的

安排以及各級傳動比的合理分配。
1傳動類型的選擇
   傳動類型的選擇是本章的難點。傳動類型選擇的好壞，是決定傳動方案是否可行，能否達到令人滿意的效果的重要因素之一。要做好傳動類型的選擇，特別要注意以下兩個問題。
1) 盡可能多地了解傳動類型
   減速是傳動系統的主要功能之一，在進行傳動系統減速部分的方案設計時，若只要求起減速作用，則可優先選擇定型的標準減速器，只有在選不到合適的標準減速器時，才自行設計減

速裝置。
2) 根據實際情況靈活運用傳動類型的選取原則
   教程中給出了傳動類型選擇的基本原則，僅僅熟記這些原則是遠遠不夠的，還必須逐漸學會根據實際情況靈活運用這些原則。具體地說，具體地說，在選擇傳動類型時應考慮初選的執

行系統方案的工作情況、初選的原動機的工作情況以及機械的工作環境和場地情況等。
2傳動路線的擬定和傳動鏈中各機構順序的安排
   選擇不同的傳動路線，傳動鏈中各機構順序安排的不同，將會產生不同的傳動方案，直接影響傳動系統的傳動性能和成本。因此，傳動路線的擬定和傳動鏈中各機構的安排順序，也是

傳動系統設計的一個重點。
3合理分配傳動比
   將傳動系統的總傳動比合理地分配至各級傳動裝置，是傳動系統方案設計中的重要一環。
   要合理分配傳動比，首先要保證所分配的傳動比不超過各類傳動機構允許的最大值。其次，要考慮設計對象的具體設計要求，這是傳動比分配中的難點。

		自動登錄	找回密碼
密碼			注冊

清華大學機械原理復習綱要

NEW最新資料推薦