第一篇:机械原理连杆机构设计和分析5
内部讲义,请勿流传
第五讲
平面连杆机构及其设计
连杆机构的传动特点:
1.因为其运动副一般为低副,为面接触,故相同载荷下,两元素压强小,故可承受较大载荷;低副元素便于润滑,不易磨损;低副元素几何形状简单,便于制造。2.当原动件以同样的运动规律运动时,若改变各构件的相对长度,可使从动件得到不同的运动规律。3.利用连杆曲线满足不同的规矩要求。4.增力、扩大行程、实现远距离的传动(主要指多杆机构)。
缺点:
1.较长的运动链,使各构件的尺寸误差和运动副中的间隙产生较大的积累误差,同时机械效率也降低。2.会产生系统惯性力,一般的平衡方法难以消除,会增加机构动载荷,不适于高速传动。
平面四杆机构的类型和应用
一、平面四杆机构的基本型式
1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构 3.双摇杆机构
二、平面四杆机构的演化型式
1.改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构-----曲柄滑块机构 2.改变运动副的尺寸
偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大,使之超过曲柄的长度演化而成的。3.选用不同的构件为机架
(a)曲柄滑块机构(b)AB
平面四杆机构的基本知识
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件(1)存在周转副的条件是:
最长杆长度其余两杆长度之和①最短杆长度,此条件称为杆长条件。
②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。(意即:连架杆和机架中必有一杆是最短杆)2满足杆长条件下,不同构件为机架时形成不同的机构
①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时,则最短杆为曲柄,而与机架相连的另一构件为摇 杆,即该机构为曲柄摇杆机构。
②以最短构件为机架,则其相邻两构件为曲柄,即该机构为双曲柄机构。③以最短构件的对边为机架,则无曲柄存在,即该机构为双摇杆机构。3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。注:曲柄滑块机构有曲柄的条件:a + e ≤ b
导杆机构:a < b时,转动导杆机构;
a > b时,摆动导杆机构。
例题:
(中矿)
(山科)
6.图示导杆机构中,已知LAB=40mm,偏距e=10mm,试1)欲使其为曲柄摆导杆机构,LAC的最小值为多少; 2)若LAB不变,而e=0,欲使其为曲柄摆动导杆机构,LAC最小值为多少;
3)若LAB为原动件,试比较在e > 0和e=0两种情况下,柄摆动导杆机构的传动角,哪个是常数,哪个是变数,哪种传力果好?
解答:
问: 的曲效1)LACLABe(4010)50mm,即LAC的最小值为50mm。
2)当e=0时,该机构成为曲柄摆动导杆机构,必有LAC 3)对于e=0时的摆动导杆机构,传动角=90º、压力角0均为一常数,对于e>0时的摆动导杆机构,其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆,且随曲柄的转动而变化,而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆,故压力角不为零,而传动角0< 90且是变化的。从传力效果看,e=0的方案好。 二、急回运动和行程速比系数 1.极位与极位夹角 (1)极位:机构的极限位置(即摇杆两极限位置,曲柄与连杆两次共线位置)。(2)极位夹角:摇杆处于两极限位置时,曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角。(会作图求极位夹角)(3)摆角:摇杆两极限位置之间的夹角。2.急回运动 在一周中,曲柄等速转动,但摇杆是不等速的:工作行程v1空回行程v2,摇杆的这种运动性质称为急回运动。 3.行程速比系数K:衡量急回运动的程度。 v2t11180Kv1t221804.结论: 180 K1K1 (1)K1,即v2v1,即机构有急回特性。可通过此判定曲柄的转向。 (2)当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时,机构便具有急回运动特性。(注:对心曲柄滑块机构:无急回特性; b:偏心曲柄滑块机构:有急回特性。)(3),K,机构急回运动也越显著。所以可通过分析及的大小,判断机构是否有急回运动及急回运动的程度。雷达天线的俯仰传动的曲柄摇杆机构无急回特性。 (4)急回运动的作用:在一些机械中可以用来节省动力和提高劳动生产率。三、四杆机构的传动角与死点 1.压力角和传动角(会作图)5(1)压力角:从动杆件受力方向和受力作用点速度方向之间所夹的锐角。 90。实际就是连杆与从动杆件之间所夹的锐角。(2)传动角:压力角的余角,(3)结论:越小,机构的传力性能越好。可见是判断机构传力性能是否良好的标志。相应有越大,机构的传力性能越好。 最小传动角出现的位置 b2c2(da)21arccos2bc 222bc(da)2arccos2bc或: b2c2(da)22180arccos2bc或:。1和2中小者为min 即min出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一。注: 90①导杆机构的传动角: 传动角,且恒等于90 ②曲柄滑块机构的min 2.死点 在曲柄摇杆机构中,摇杆CD为主动件,连杆与从动曲柄共线时,曲柄AB不能转动而出现顶死的现象。这个位置称为死点。 (1)原因:连杆作用曲柄的力通过回转中心A,对A点无矩,不能驱使其转动。传动角0(2)改善方法:目的:使机构能够顺利通过死点而正常运转。1.错列2.装飞轮加大惯性 已知图示六杆机构,原动件AB作等速回转。试用作图法确定:(1)滑块5的冲程 H; (2)滑块5往返行程的平均速度是否相同?行程速度变化系数K值;(3)滑块处的最小传动角min(保留作图线)。(北交2008年) 解: (1)Hl(F1F2)0.002170.034m(2)不相等。 K18018042180180421.61 (3)min69 题8-5图解 用作图法设计四杆机构 1.按连杆预定的位置设计四杆机构(1)已知活动铰链中心的位置 当四杆机构的四个铰链中心确定后,其各杆长度也就相应确定了,所以根据设计要求确定各杆的长度,可以通过确定四个铰链中心的位置来确定。 例:要求连杆占据三个位置B1C1,B2C2,B3C3,求所对应的四杆机构。 分析:该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A,D点的位置。由于B,C两点的运动轨迹是圆,该圆的中心就是固定铰链的位置。 B,B中垂线b23-------------A 解:连B1,B2中垂线b12 连23 连C1,C2中垂线c12 连就可得四杆机构。 (2)已知固定铰链中心位置 C2,C3中垂线c23------------D 10 (河北工业) 2.按给定的行程速比系数K设计四杆机构:原理: K180K1180K1,已知K,则180,等于已知,那么,利用机构在极位时的几何关系,再结合其它辅助条件即可进行设计。 (1)曲柄摇杆机构:(中矿2011) 例题:图示为一用于雷达天线俯仰传动的曲柄摇杆机构。已知天线俯仰的范围为30°,lCD=525mm,lAD=800mm。 试求: (1)曲柄和连杆的长度lAB和lBC ; (2)校验传动角是否大于等于40度(北交2007)解: K1,0(1)由于雷达天线俯仰传动时不应有急回作用,故有: (2)选取比例尺μl=1mm/mm,并利用已知条件作图如下: 四、(20分)图4所示,现欲设计一铰链四杆机构,设已知摇杆CD的长度为lCD75mm,行程速度变化 系数K1.5,机架AD的长度为lAD100mm,摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为45。试求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。 CBD A (2)曲柄滑块机构 已知: K,H,e 要求:设计一曲柄滑块机构。 分析:关键求;认识到H相当于曲柄摇杆机构中的。 设计一曲柄滑块机构,已知曲柄长度lAB15mm,偏距e10mm,要求最小传动角min60。 (1)确定连杆的长度lBC;(2)画出滑块的极限位置;(3)标出极位夹角及行程H;(4)确定行程速比系数K。 题8-10图 三、(20分)在图示插床机构中,滑块5的移动导路ee通过铰链中心C,且垂直于AC。B、C、D三点共线。导杆机构ABC的两连架杆可作整周转动,AB为原动件,以1等速转动。 (1)在机构简图上绘出滑块上E点的二极限位置E1、E2,并作出曲柄的对应转角 1、2;(2)若要求滑块的行程s154 mm,行程速比系数K1.5,B点轨迹与导路ee的交点B1、B2之间距B1B22s。试计算AB,AC的长度; 10(3)若压力角max,试计算连杆DE的长度。 (1)曲柄滑块机构CDE中,当C、D、E共线时,滑块处在极限位置,即AB转至AB1时,则CD转至CD1,此时滑块处于右边极限位置E1。 当AB继续转至AB2时,则CD逆时针转至CD2,此时滑块处于左边极限E2。曲柄AB对应转角 1、2如图所示。(6分)(2)对心曲柄滑块CDE中: 2l lCDsCDs277 mm 极位夹角K118036K1 1180144 lACCB1tg7250.04 mm lABlACcos72162 mm(7分) (3)在对心曲柄滑块机构CDE中,当曲柄与导路ee垂直时,出现max,sinmaxll77CDCD l443.4 mmDElsinsin10DEmax(7分) (3)导杆机构 已知:d,K。19 练习题: 答:汽车前轮转向使用了双摇杆机构,两前轮分别和AB和CD相连。直线运行时两轮轴线平行,转向后两轮轴线不平行,其交点P理论上应落在后轮轴轴的延长线上。汽车后轮驱动桥采用采用汽车差速器,它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时,允许两边半轴以不同的转速旋转,满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦。1轮着地而3轮悬空时汽车能前进,四轮全驱动又称全轮驱动,是指汽车前后轮都有动力。可按行驶路面状态不同而将发动机输出扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上,以提高汽车的行驶能力。四轮驱动最大的好处就是动力分布比较均匀,可以减少车身打滑,相对两轮驱动比较安全。 内部讲义,请勿流传 机械基础电子教案 6.2 平面连杆机构 【课程名称】平面连杆机构 【教材版本】 栾学钢主编。机械基础(多学时)。北京:高等教育出版社,2010 栾学钢主编。机械基础(少学时)。北京:高等教育出版社,2010 【教学目标与要求】 一.知识目标 1.了解铰链四杆机构的组成和三种基本型式的运动特性与应用。2.熟悉曲柄存在条件的判别方法。3.了解含有一个移动副的四杆机构。 4.了解铰链四杆机构的运动特性―急回特性和死点。二.能力目的 1. 能够判断四杆机构是否存在曲柄?并根据已知条件确定四杆机构的具体型式。2. 熟悉含有一个移动副的四杆机构和三种基本型式的运动特性及应用场合。三.素质目标 1. 了解四杆机构的运动是将连续匀速的转动转变成变速的摇动或其他型式的运动机构,实现运动型式的转化。 2. 熟悉三种常见的四连杆运动的基本型式的特点。 3. 能够根据曲柄存在条件及取不同构件作为机架来判断出不同的四杆机构。 四.教学要求 1. 熟悉低副接触四杆机构的运动特点和的组成条件。 2. 能够判断四杆机构是否存在曲柄和该机构的基本型式。掌握三种机构的应用场合。【教学重点】 1. 四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆型式的确定。2. 熟悉三种基本型式的运动特点及应用场合。【难点分析】 1. 高、低运动副的区分和四杆机构基本型式的判断。 2. 急回特性的形成,要借助于教具或实物演示,最好请同学上台自己体验。3. 死点的形成条件是曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动件才可能出现,如果学生有自己使用过缝纫机请他谈谈使用的感受最好。在理论上要用力矩的大小等于力与力臂的乘积来决定,如果力臂为0,则无论力有多大,则力矩仍为0。【教学方法】 讲授为主,配合教具课件演示,最后归纳总结。【学生分析】 从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容,是一个由静向动的变化过程,要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点,这也是要改变学生思路的方式。在讲课时,一定要把这些特点先告诉学生,以便更快地适应新的教学内容。【教学资源】 1. 机械基础网络课程。北京:高等教育出版社,2010。 2. 吴联兴主编。机械基础练习册。北京:高等教育出版社,2010。【教学安排】 4学时(180分钟)【教学过程】 一. 开始常用机构一章的学习,机构的特点是运动的,所以要从运动的角度出发来研究和分析机构,这样就比较容易理解掌握。要习惯于机构简图的表示内涵及它表示的构件运动特点。如书中图6-3所示。机构的种类很多,本书只介绍平面连杆机构,凸轮机构和间歇运动机构,其共同特点是将主动件连续的匀速转动通过机构转化成断续或不均运的各种运动型式,以满足实际工作场合的需求。二. 新课讲授 1.平面连杆机构 首先要和学生共同回忆机构的定义,即构件的组合与构件之间具有相对的运动,如果没有相对的运动,就不成机构。接着要讲明连杆的含义,即长度与横截面之比值较大才成为杆,杆之间用运动副(如销轴或滑道)连接。然后再介绍何为平面,即四个杆件的运动都在一个平面内或者在相互平行的平面内才称之为平面连杆机构。开始讲授时,一定要把基本概念阐述严密完整。高低运动副的区别在于是面或是点线接触,多举例说明,如板擦与黑板之间是面接触,而粉笔与黑板是点接触;滚动轴承是点线接触的高副连接,滑动轴承的曲面接触的低副连接。2.铰链四杆机构 凡是由四个杆件组成的机构即是四杆机构,它必定有固定不动的机架和两个与机架相连的连架杆,另一个不与机架相接触的杆件即为连杆。由于杆件的长度不一,但总能找出其中最短的杆件,将最短杆与其中最长杆的长度之和与其它两杆长度之和的比较,一定能得出如果大于其它两杆长度之和,则此机构取不同的杆件作为机架,将会出现曲柄摇杆机构,双曲柄机构和双摇杆机构等三种不同型式。曲柄即能绕机架的固定转轴作整周转动,而摇杆只能绕机架作某个角度范围内的摆动。3. 双曲柄机构如果双曲柄的长度相等,又可以根据双曲柄的运动方向是否相同或相反分成二种运动特性。 讲课中重点要结合中职学生的职业特点讲述机构的应用实例,理论要贴近实际,应用到生产实践中,加深学生的记忆,也使学生学以致用,为用而学,才能调动学生的学习主动性。 4. 含有一个移动副的四杆机构 常用曲柄滑块机构,把转动转化成移动,如冲压机。 5. 铰链四杆机构的运动特性 急回特性 从演示中先让学生得出结论入手再按书中图6-28来分析,着重注意虽然摇杆的行程往返一样长,但曲柄转过的圆心角都不相等,由于曲柄作等角速运动,走过的圆心角所需要的时间就长,反之所需要的时间就短,在相同的行程中,时间长的其移动的速度必然就慢,反之必然就快,这就导致在摇杆的往返两个行程产生了不同的行走速度,即一快一慢,出现了快速的回程,这正是机械中空行程所需要的,它可以缩短非工作时间。称为回程的急回特性。 压力角 压力角的大小影响到从动件的运动受力状况,压力角与传动角互成90度,传动角的大小由连杆和摇杆的夹角组成,在运动中容易观察,所以常用传动角的大小来控制。 死点 死点形成的前提是在曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动构件,而当摇杆在两端极限位置时,极位夹角成0°或180°时,曲柄的力臂为0,此时无论施加多大的作用力,曲柄都不可能转动,称之为死点位置。解决死点位置的方法是加惯性轮,靠惯性的作用冲过死点,或者采用机构错位排列的方法,如图6-17所示。反之也可以利用死点来作有用的工作,如作夹具或飞机起落架。三.小结 1.平面连杆机构的功能是将连续匀速的转动转化为非匀速的断续或其它运动型式,满足不同的工作环境要求。 2.平面连杆机构主要由低副联接而成的四杆机构,根据组成条件,可以分为曲柄连杆机构,双曲柄机构和双摇杆机构,这主要取决于四杆机构中是否存在曲柄,并取何杆件作为机架来决定。 3. 双曲柄还可以根据两曲柄的特点进一步细分,但不必讲的过深,简单了解就可以。4. 急回特性是曲柄摇杆机构运动的特点,具有一定的实用价值。死点产生于以摇杆作主动构件的前题。四.作业布置 【课后分析】 游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆,以曲柄,连杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连结构。1.1四连杆机构运动分析: 图1 复数矢量法: 为了对机构进行运动分析,先建立坐标系,并将各构件表示为杆矢量。结构封闭矢量方程式的复数矢量形式: l1ei1l2ei2l3ei3l(1)应用欧拉公式eicosisin将(1)的实部、虚部分离,得 l1cos1l2cos2l4l3cos3 (2)l1sin1l2sin2l3sin3由此方程组可求得两个未知方位角2,3。 解得 tan(3/2)(BA2B2C2)/(AC) (4)当要求解3时,应将2消去可得 222l2l3l4l122l3l4cos32l1l3cos(31)2l1l4cos 1(3)2arctanBl3sin 3(5)Al3cos3Al4l1cos1其中:Bl1sin12A2B2l32l2C2l3 (4)式中负号对应的四连杆机构的图形如图2所示,在求得3之后,可利用(5)求得2。 图2 由于初始状态1有个初始角度,定义为10,因此,我们可以得到关于110t,是曲柄的角速度。而通过图形3分析,我们得到OA的角度3因此悬点E的位移公式为s|OA|,速度vdvd2sd2a2|OA|2。 dtdtdt210。 dsd|OA|,加速度dtdt 图3 已知附录4给出四连杆各段尺寸,前臂AO=4315mm,后臂BO=2495mm,连杆BD=3675mm,曲柄半径O’D=R=950mm,根据已知条件我们推出|OO'||O'D||OB||BD|违背了抽油系统的四连结构基本原则。为了合理解释光杆悬点的运动规律,我们对四连结构进行简化,可采用简谐运动、曲柄滑块结构进行研究。 1.2 简化为简谐运动时的悬点运动规律 一般我们认为曲柄半径|O’D|比连杆长度|BD|和游梁后臂|OA|小很多,以至于它与|BD|、|OA|的比值可以忽略。此时,游梁和连杆的连接点B的运动可以看为简谐运动,即认为B点的运动规律和D点做圆周运动时在垂直中心线上的投影的运动规律相同。则B点经过时间t时的位移sB为 sBr(1cos)r(1cost)其中是曲柄转角; 曲柄角速度; t时间。 因此,悬点A的位移sA|OA||OA|'sB|OD|(1cost)|OB||OB| A点的速度为 AA点的加速度为 dsA|OA|'|OD|sint dt|OB|aAdA|OA|'|OD|2cost dt|OB| 图4 图5 图6 1.3 简化为曲柄滑块结构的选点运动规律 由于简谐运动只能在不太精确的近似计算和分析中应用,而在实际中抽油机的曲柄/杆长值不能忽略不计,特别是冲程长度较大时,忽略会引起很大误差。把B点绕游梁支点的弧线运动看做直线运动,则四杆运动可被简化为图所示的曲柄滑块运动。 0时,游梁与连杆的连接点B在B’点,为距曲柄轴心最远的位置,相应于悬点A的下死点。180时,游梁与连杆的连接点B在B’’点,为距曲柄轴心最远的位置,相应于悬点A的上死点。因此,我们有|O'B'||BD||OD'|,|O'B''||BD||OD'|,B点的最大位移sB2|O'D|。 B点在任意时刻的位移sB为 sB|BB'||O'B'||O'B|1|O'D||O'B| 在O'DB中有: '|O'B||OC||BC||O'D|cos|BD|cos 则 sB|BD||O'D||O'D|cos|BD|cos |OD|[1cos'1(1cos)] |O'D|式中。 |BD|通过转化分析,我们得到B点的位移: sB|O'D|(1cos2sin2) 则sA为 sAsB|OA||OA||O'D|(1cossin2)|OB|2|OB|速度A为 AdsA|OA||O'D|(sinsin2)dt2|OB|加速度aA为 aA dA|OA| 2|O'D|(coscos2)dt|OB| 22u(x,t)u(x,t)2u(x,t)ac 22txta是波动速度英尺/秒; c是阻尼系数,1/秒; t是时间,单位是秒; x是在无限制杆离光杆之间的距离,单位是英尺; u(x,t)抽油杆离平衡位置的位移。 c2L 无因次阻尼; Lx1x2...xm杆的总长度(英尺)。 4.42102L(PRhpHhp)T2 2(A1x1A2x2...Amxm)SPRhp光杆马力; Hhp液压泵马力; T抽运周期; A1,A2,...,An每个杆的面积; x1,x2,...,xm杆的区间长度; S杆的负载。 D(t)L(t)Wr02ncosntnsinnt n1和 U(t)02vncosntnsinnt n1是角速度; D(t)动态光杆负载函数; L(t)总负载函数; Wr流动的杆重; U(t)光杆的位移函数。 2D(t)cosntdt,n0,1,2,...,n0 2D(t)sinntdt,n0,1,2,...,n1n01n把t得 1n2D()cosndt,n0,1,2,...,n 02p,p0,1,2,...,K KD2pDD K对于一个数学例子,是个离散变量 采用简单的标记 我们可以用梯形公式写出 2n02n12n12n2DcosDcosDcosDcos1120KKKK...12221nK2n(K1)2nKDcosDcosK1KKK2 因此,我们可以得出 1nDKcos(2n)2D0cos02n2n2。DcosDcos...12K22KK对于周期函数,由于cos0cos2n,则我们得到D0Dk,即 2K2npDcos,n0,1,...,n 1npKp1K同样得到其他傅里叶展开系数 2K2npDsin,n1,2,...,n 1npKp1K2K12npUsin,n0,1,...,n 1npK1p1K12K12npUsin,n1,2,...,n p1nK1p1K1通过分离变量法求解,得到特征根的形式 nnin 其中 2ncn11 a2n和 2ncn11 a2n通过变化分析,我们得到 D(t)EA(knnnn)cosnt(knnnn)sinnt n1n1因此,我们有充分的利用定义新的常数 nEA(knnnn),n0,1,2,...nEA(knnnn),n1,2,...02EA 通过上述方程我们得到 knnnnn,n1,2,3,...2EA(nn2)n通过上面一系列的推导,我们得到 nnnn,n1,2,3,...2EA(nn2)u(x,t)02EA02(On(x)cosntPn(x)sinnt) n1其中 On(x)(kncoshnxnsinhnx)sinnx(ncoshnxnsinhnx)cosnx Pn(x)(knsinhnxncoshnx)sinnx(nsinhnxncoshnx)sinnx 根据胡可定理,力F(x,t)可以被计算为 F(x,t)EA因此,我们得到 u(x,t)x0'F(x,t)EA(On(x)cosntPn'(x)sinnt) 2EAn1其中 'On(x)nsinhnx(nnnn)coshnxsinnxEA ncoshx()sinhxnnnnnncosnxEA和 Pn'(x)ncoshnx(nnnn)sinhnxcosnxEA nsinhx()coshxnnnnnnsinnxEA工程量的递归计算 j10vj0xjEAjj0 j1nj1vjOn(xj) njPn(xj)j1j1j10j0'nEAjjOn(xj) nEAjjPn'(xj) j1j1knnnj1nn2EAj1(nn2)j1nnj1nnj1n2EAj1(nn2) j1On(xj1)(j1kncoshnxj1j1nsinhnxj1)sinnxj1(j1nsinhnxj1j1ncoshnxj1)cosnxj1j1Pn(xj1)(j1knsinhnxj1j1ncoshnxj1)cosnxj1(j1ncoshnxj1j1nsinhnxj1)sinnxj1 j1nsinhnxj1(j1nnj1nn)coshnxj1sinnxj1j1O(xj1)EAj1'nj1n coshnxj1(j1nnj1nn)sinhnxj1cosnxj1EAj1'j1nj1nP(xj1)coshnxj1(j1nnj1nn)sinhnxj1cosnxj1EAj1 j1nsinhnxj1(j1nnj1nn)coshnxj1sinnxj1EAj1此处,j1,2,...,m1,n1,2,...,n。因此,泵的位移和负载用下列公式计算 u(xm,t)m02EAmxmm02(mOn(xm)cosntmPn(xm)sinnt) n1nnm0'F(xm,t)EAm(mOn(xm)cosntmPn'(xm)sinnt) 2EAmn1上冲程悬点静载荷 由于游动阀关闭,悬点静载荷主要包括柱塞上、下流体压力及抽油杆柱重力。 1)抽油杆柱在空气中的重力: WrArgLpr 式中: Wr抽油杆柱在空气中的重力,KN; Ar抽油杆截面积,m2; r抽油杆密度,t/m3; g重力加速度; Lp抽油杆柱长度 2)泵排出压力 p0ptLPLg 式中: pt井口压力,kpa L液体密度 3)吸入压力 上冲程时的沉没压力导致井内液体流入泵中,此时液流所具有的压力即吸入 压力,此压力作用在柱塞底部,产生的载荷方向向上: ptpspr 式中: ps沉没压力,kpa; pr流体通过泵入口设备产生的压力降,m。 将以上三个力综合可得出上冲程的静载荷: WupWrp0(ApAr)ptA WrW(ptpc)ApptAr''L 由于上冲程时井口回压与套压造成的悬点载荷方向相反,故可近似为相互抵消,因此上冲悬点载荷可简化为下式 WupWr'WL' 下冲程悬点载荷 下冲程时,游动阀打开使得柱塞上下的液体连通,抽油杆柱受到向上的浮力作用。因此,下冲程时抽油杆柱在液体中的重力等于自身重力减去浮力。而液柱荷载通过固定阀作用在油管上,不作用在悬点上。所以下冲程悬点载荷为: WdownWr'ptAr 迭代计算 通过分析我们知道,计算阻尼系数必须预先知道泵功图,但是要知道泵功图必须预先知道阻尼系数,故采用迭代法解决这个问题,首先,先给一个任选一个初值c0,根据c0求泵功图,再用式子求c0。 1、用平面低副联接的二构件间,具有相对运动数为(b)A.1 B.2 C.3 D.≥ 22、某平面机构共有5个低副,1个高副,机构的自由度为1,则该机构具有几个活动构件?(b) A.3 B.4 C.5 D.6 3、某机构中有6个构件,则该机构的全部瞬心数目为(d) A.3 B.6 C.9 D.15 4、机构发生自锁是由于(c) A.驱动力太大 B.生产阻力太大 C.效率小于零 D.摩擦力太大 5、对结构尺寸为 b/D ≥ 0.2 的不平衡刚性转子,需进行(a) A.动平衡 B.静平衡 C.不用平衡 6、对于周期性速度波动,应如何调节(b) A.用调速器 B.用飞轮 C.用解调器 D.用弹簧 7、等效转动惯量的值(d) A.一定是常数 B.一定不是常数 C.可能小于零 D.一定大于零 8、在曲柄滑块机构中,如果增大曲柄的长度,则滑块的行程(a) A.增大 B.不变 C.减小 D.减小或不变 9、在铰链四杆机构中,若满足“最短杆长度+最长杆长度 ≤ 其余两杆长度之和”的条件,使机构成为双摇杆机构,则应(d) A.固定最短杆 B.固定最短杆的邻边 C.固定最长杆 D.固定最短杆的对边 10、凸轮转速的大小将会影响(d) A.从动杆的升距 B.从动杆的压力角 C.从动杆的位移规律 D.从动杆的速度 11、在凸轮机构中,下列从动件的运动规律,哪种无冲击?(d) A.等速运动 B.等加速等减速运动 C.余弦加速度运动 D.正弦加速度运动 12、渐开线直齿外啮合正传动的一对齿轮,可满足的中心距条件是(a) A.a’ = a B.a’ > a C.a’ < a 13、加工负变位齿轮,刀具应如何移位?(c) A.刀具中线与分度圆相切 B.刀具中线与分度圆相离 C.刀具中心与分度圆相割 14、斜齿圆柱齿轮的当量齿数公式为(a) A.C.15、正变位齿轮的齿距P(a)A.= 16、一对标准渐开线直齿圆柱齿轮传动中,若实际中心距大于标准中心距,则其传动比将(b) A.变大 B.不变 C.变小 D.变小或不变 ZvZ/cos3 B.ZvZ/cos2 ZvZ/cos D.ZvZ/cos3 m B.> m C.< m D.≥ m 1.构具有确定运动的条件是什么?若此条件不满足,将会产生什么结果? 机构具有确定运动的条件是F>0,且F等于原动件数。F>0时,如原动件数目少于自由度数,则运动不能确定;如原动件数目多于自由度数,则机构不能满足所有原动件的给定运动。F=0时,构件之间不可能存在相对运动,是一个刚性桁架。F<0时,构件之间所受约束过多,成为超静定桁架。 2.何谓平面连杆机构?何谓平面四杆机构?何谓铰链四杆机构? 平面连杆机构是许多构件用低副(转动副和移动副)连接组成的平面机构,有时也称为低副机构。由四个构件组成的平面连杆机构称为平面四杆机构。全部四个运动副都是转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构。 3.平面连杆机构有哪些优缺点? 优点:面接触,承载能力高,耐磨损;制造简便,易于获得较高的制造精度。缺点:不易精确实现复杂的运动规律;设计较为复杂;构件数和运动副数较多时,效率较低。 4.刚性转子的静平衡条件和动平衡条件是什么? 静平衡:偏心质量产生的惯性力平衡,离心惯性力的合力为零;动平衡:偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡,离心惯性力系的合力及合力矩为零。 5.飞轮是如何调节周期性速度波动的? 飞轮实质是一个能量储存器。当机械出现盈功速度上升时,飞轮的角速度只做微小上升,他将多余的能量储存起来;当机械出现亏功速度下降时,他将能量释放出来,飞轮的角速度只做微小下降。 6.造成转子动不平衡的原因是什么?如何平衡? 转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡。平衡方法:增加或减少配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时平衡。 7.造成转子不平衡的原因?平衡目的是什么? 原因:转子质心与其回转中心存在偏距。平衡目的:使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。 8.何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以避免? 凸轮理论廓线的曲率半径ρ等于滚子半径时,实际廓线的曲率半径为零。于是工作廓线将出现尖点,尖点变尖现象。应在满足滚子强度条件下,减小其半径大小。当ρ 9.铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么?以不同构件为机架时,各为何种机构? ⑴最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和;⑵取最短杆或最短杆相邻杆为机架。取最短杆为机架时,为双曲柄机构。取最短杆相邻杆为机架时,为曲柄摇杆机构。 10.何谓压力角?何谓传动角?它们的大小对连杆机构工作有何影响? 在不计各杆质量和运动副中的摩擦的情况下,作用在从动件上的驱动力和该力作用点处从动件的绝对速度之间所夹的锐角,称为压力角,用α表示。压力角的余角,称为传动角,用γ表示。α越小,γ越大,传动越省力,机构传力性能越好,传动效率越高。反之,α越大,γ越小,传动越费力,机构传力性能越差,传动效率越低,并有可能自锁。 11.凸轮轮廓曲线设计的基本原理是什么?如何选择推杆滚子半径?。 1)反转法原理。2)在满足强度条件下,保证凸轮实际轮廓曲线不出现尖点和失真,即小于凸轮理论轮廓的最小曲率半径。 12.凸轮机构有哪些优缺点? 优点:只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线,就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动,而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触,故难以保持良好的润滑,容易磨损;加工制造较复杂。 13.何谓凸轮机构的压力角?压力角的大小与凸轮机构的传力性能有何关系? 压力角是不计摩擦时,凸轮对从动件的作用力(法向力)与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。压力角越小,凸轮机构的传力性能越好。 14.判定机械自锁的条件有哪些? 1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内;2)机械效率小于等于0;3)工作阻力小于或等于0。 15.齿轮机构有哪些主要优缺点? 齿轮机构的优点有:使用的圆周速度和功率范围广;效率较高;能保证恒定的传动比;寿命长;工作平稳,可靠性高;能传递任意夹角两轴间的运动。缺点有:制造、安装精度要求较高,因而成本也较高;不宜作远距离传动。 16.机构运动分析当中的加速度多边形具有哪些特点? 1)极点p’的速度为零;2)由极点向外放射的矢量代表绝对加速度,而连接俩绝对加速度矢端的矢量代表该两点的相对加速度;3)加速度多边形相似于同名点在构件上组成的多边形。 17.要使一对齿轮传动时保持定角速比,则齿廓曲线应满足什么条件? 欲使两齿轮瞬时角速比恒定不变,则无论齿廓在何处啮合,过接触点所作的齿廓公法线必须与连心线交于一个定点。 18.什么是齿轮的节圆?标准直齿轮在什么情况下其节圆与分度圆重合? 经过节点、分别以两啮合齿轮回转中心为圆心的两个相切的圆称为节圆。当两标准齿轮按标准中心距安装时其节圆与分度圆重合。 19.圆的渐开线是怎样形成的?有哪些主要性质? 当一直线在一圆周上纯滚动时,此直线上任意一点的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆,该直线称为发生线。 渐开线的性质有:1)发生线在基圆上滚过的一段长度等于基圆上相应被滚过的一段弧长。2)渐开线上任意一点的法线必与基圆相切。3)渐开线齿廓上各点的压力角不等。离轮心越远,压力角越大。4)渐开线的形状取决于基圆的大小。5)基圆内无渐开线。 20.渐开线齿廓啮合的特点? 1)定传动比;2)可分性;3)轮齿的正压力方向不变 21.渐开线齿轮有哪些传动特性? 1)渐开线齿廓满足定角速比要求。2)渐开线齿轮传动啮合角不变,正压力的大小和方向也不变,传动过程比较平稳。3)渐开线齿廓具有中心距的可分性。 22.什么是标准中心距?一对标准齿轮的实际中心距大于标准中心距时,其传动比和啮合角分别有无变化? 一对标准齿轮安装时他们的分度圆相切即各自分度圆与节圆重合时的中心距为标准中心距。当实际中心距大于标准中心距时,传动比不变,啮合角增大。 23.渐开线直齿圆柱齿轮/外啮合斜齿圆柱齿轮轮传动/直齿锥齿轮传动/蜗杆传动的正确啮合条件是什么? 两轮的模数和压力角分别相等/两斜齿轮的法面模数相等;两斜齿轮的法面压力角相等;两斜齿轮的螺旋角大小相等,方向相反。/两轮大端模数相等,两轮压力角相等,两轮外锥距相等/蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数,蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角,蜗杆中圆柱上螺旋线的导程角等于蜗轮分度圆上的螺旋角,且螺旋线方向相同。 24.何谓渐开线齿轮的重合度?它对传动有何影响?齿轮连续传动的条件是什么? 实际啮合线长度与基圆齿距的比值称为重合度,以ε表示。重合度大对提高齿轮传动的平稳性和承载能力都有重要意义齿轮连续传动的条件是ε>1。 25.什么叫根切?有何危害? 用展成法加工齿轮时,若刀具的齿顶线(或齿顶圆)超过理论啮合线极限点N时,被加工齿轮齿根附近已加工出的渐开线齿廓将被切去一部分,这种现象称为根切。根切使齿轮的抗弯强度削弱、承载能力降低、啮合过程缩短、传动平稳性变差,因此应避免根切。 26.什么是机械的自锁?移动副和转动副自锁的条件分别是什么? 自锁:无论驱动力多大,机构都不能运动的现象。移动副条件:驱动力作用在摩擦锥里;转动副条件:驱动力作用在摩擦圆里。 27.直齿圆柱齿轮传动存在哪些主要缺点?斜齿圆柱齿轮传动有何优缺点? 直齿圆柱齿轮传动在高速重载的情况下,会出现传动不平稳和承载能力差的情况。斜齿圆柱齿轮传动运转平稳,噪声小;承载能力较高;不根切最少齿数小于直齿轮。主要缺点是有轴向力。 28.什么是周转轮系?什么是周转轮系的转化轮系? 至少有一个齿轮的轴线的位置不固定,而绕其他固定轴线回转的轮系称为周转轮系。在周转轮系加上公共角速度-ωH后,行星架相对静止,此时周转轮系转化成定轴轮系,这个假想的定轴轮系即为转化轮系。 29.螺旋角β对斜齿轮的传动性能有何影响?其取值范围如何? 螺旋角β对斜齿轮的传动性能影响很大。β较小,优点不突出;β太大,则轴向力太大。设计时一般取β=8°-20°。第二篇:平面连杆机构机械基础电子教案
第三篇:四连杆机构运动分析
第四篇:机械原理习题
第五篇:机械原理问答题