第二章 平面机构的结构分析

第二章平面机构的结构分析

１．填空题：

（1）机构具有确定运动的条件是；根据机构的组成原理，任何机构都可看成是由和组成的。

（2）由M个构件组成的复合铰链应包括个转动副。

（3）零件是机器中的单元体；构件是机构中的单元体。

（4）构件的自由度是指；机构的自由度是指。

（5）在平面机构中若引入一个高副将引入个约束，而引入一个低副将引入个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。

（6）一种相同的机构组成不同的机器。

Ａ.可以 B.不可以

（7）Ⅲ级杆组应由组成。

A.三个构件和六个低副； B．四个构件和六个低副； C.二个构件和三个低副。（8）内燃机中的连杆属于。

A．机器 B.机构 C.构件

（9）有两个平面机构的自由度都等于１，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时自由度等于。

A .0 B.1 C.2

（10）图1.10所示的四个分图中，图所示构件系统是不能运动的。

2．画出图1.11所示机构的运动简图。

3．图1.12所示为一机构的初拟设计方案。试求：

（1）计算其自由度，分析其设计是否合理?如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。（2）如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。

4．计算图1.13所示机构的自由度，判断是否有确定运动；若不能，试绘出改进后的机构简图。修改的原动件仍为AC杆（图中有箭头的构件）。

5．计算图1.14所示机构的自由度。

6．计算图1.15所示机构的自由度。

7．计算图1.16所示机构的自由度。

8．判断图1.17所示各图是否为机构。

9．计算图1.18所示机构的自由度。

10．计算图1.19所示机构的自由度。

11．计算图1.20所示机构的自由度。已知CD=CE=FE=FD，且导路H,J共线，L和G 共线，H，J的方向和L，G的方向垂直。机构中若有局部自由度，虚约束或复合铰链，应指出。

12．计算图1.21所示机构的自由度。

13．计算下图所示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。若运动是确定的，进行杆组分析，并画图表示拆杆组过程，指出各级杆组的级别及机构的级别。

13题图14题图

14．计算图示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。若运动是确定的，进行杆组分析，并画图表示出拆杆组过程，指出各级杆组的级别及机构的级别。

15．计算下图所示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。

15题图 16题图

16．图示为一机构的初拟设计方案。试：计算其自由度，分析其设计是否合理? 如果此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。

（修改时应保持原设计意图，即原动件与输出构件运动形式和相对位置不变）

17． 计算图示机构的自由度；当构件1和构件5分别作为原动件时，分析组成机构的基本杆组数目及级别，并判定机构的级别；

17题图 18题图

18．如图所示为牛头刨床的一个机构设计方案简图。设计者的意图是动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3作往复摆动，并带动滑枕4往复移动以达到刨削的目的。试分析该方案能否实现设计意图？若不能实现，应如何修改？

4 3

2

1 5 6

第4章-平面机构力分析习题解答

第四章 平面机构的力分析解答 典型例题解析 例4-1 图4-1所示以锁紧机构,已知各部分尺寸和接触面的摩擦系数f ,转动副的摩擦圆图上虚线圆,在P 力作用下工作面上产生夹紧力Q,试画此时各运动副中的总反力作用线位置和方向(不考虑各构件的质量和转动惯量) 。 图4-1 解 [解答] (1) BC 杆是二力杆,由外载荷P 和Q 判断受压,总反力23R F 和43R F 的位置和方向见图。 (2) 楔块4所受高副移动副转动副的三个总反力相平衡,其位置方向及矢量见图。 (3) 杆2也是三力杆,所受的外力P 与A,B 转动副反力相平衡,三个力的位置见图。 例4-2 图示摇块机构,已知,90 =∠ABC 曲柄长度,86,200,1002mm l mm l mm l BS AC AB ===连 杆的质量,22kg m =连杆对其质心轴的转动惯量22.0074.0m kg J S =,曲柄等角速转动s rad /401=ω, 求连杆的总惯性力及其作用线。

[解答] (1) 速度分析 ,/41s m l v AB B ==ω其方向垂直于AB 且为顺时针方向 32322C C C B C B C +=+= 大小： s m /4 0 0 ？ 方向： AB ⊥ BC 取mm s m v /2 .0=μ作速度图如（b ），得 02232===B C B C l v ωω （2）加速度分析 ,/1602 21s m l a AB B ==ω其方向由B 指向A 。 32323t C2B n C2B 2 C C r C C k C B C ++=++= 大小： 160 0 ? 0 0 ? 方向：A B → B C →2 BC ⊥ BC ⊥ BC 取mm s m a 2/8=μ作加速度图如图(C) 22 2/80s m s p a a s =''=μ 222 2/100s m C C a a B C t ='''=μ 222222/76.923160s rad l l l a AB AC B C t B C =-== α,逆时针方向。 (3)计算惯性力,惯性力矩 N a m F S I 160222=-=,方向如图( )所示。 m N J M S I .836.6222-=-=α,方向为顺时针方向。 例4-3 在图示的摆动凸轮机构中,已知作用于摆杆3上的外载荷Q,各转动副的轴颈半径r 和当量摩擦系数v f ,C 点的滑动摩擦因素f 以及机构的各部分尺寸。主动件凸轮2的转向如图,试求图示位置时作用于凸轮2上的驱动力矩M 。

平面机构的力分析

第四章平面机构的力分析 4-1 选择或填空题 （1）如果作用在径向轴颈上的外力加大，那么轴颈上摩擦圆。 A．变大；B．变小；C．不变；D．不确定。 （2）两运动副的材料一定时，当量摩擦系数取决于。 A．运动副元素的几何形状；B．运动副元素间的相对运动速度大小； C．运动副元素间作用力的大小；D．运动副元素间温差的大小。 （3）机械中采用环形支承的原因是。 A．加工方便；B．避免轴端中心压强过大；C．便于跑合轴端面；D．提高承载能力。（4）移动副中总反力与其相对运动方向的夹角是____。 A．锐角；B．钝角；C．直角；D．不确定。 （5）风机发动机的叶轮受到空气的作用力，此力在机械中属于____。 A．驱动力；B．工作阻力；C．有害阻力；D．摩擦力。 （6）轴径1与轴承2组成转动副，设初始状态时轴径相对轴承静止，轴径受单外力Q作用，当外力Q的作用线与摩擦圆相交时，轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____；当外力Q的作用线与摩擦圆相切时，轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____；当外力Q的作用线与摩擦圆相离时，轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____。 A．相切；B．相交；C．相离；D．不确定。 （7）在外载荷和接触表面状况相同的条件下，三角螺纹的摩擦力要比矩形螺纹的大，是因为____。 A．当量摩擦角大；B．当量摩擦角小；C．摩擦系数大；D．不确定。 4-2图a所示导轨副为由拖板1与导轨2组成的复合移动副，拖板的运动方向垂直于纸面；图b所示为由转动轴1与轴承2组成的复合转动副，轴1绕其轴线转动。现已知各运动副的尺寸如图所示，并设G为外加总载荷，各接触面间的摩擦系数均为f。试分别求导轨副的当量摩擦系数f v和转动副的摩擦圆半径ρ。 解： a) 2θ b) 想一想：①采用当量摩擦系数f v及当量摩擦角?v的意义何在？ ②当量摩擦系数f v与实际摩擦系数f不同，是因为两物体接触面几何形状的改变，从而引起摩擦系数改变的结果对 吗？ 4-3 在图示的曲柄滑块机构中，设已知l AB=0.1m，l BC=0.33m，n1=1500r/min（常数），活塞及其附件的重量G3=21N，连杆重量G2=25N，J S2=0.0425kg·m2，连杆质心S2至曲柄销B的距离重量l BS2=l BC/3。试确定在图示位置时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。 解：（1）选取比例尺（μl=0.005m/mm）做机构运动简图 （2）运动分析：（μv=0.5(m/s)/mm），（μa=75(m/s2)/mm） （3）确定惯性力： 想一想：构件的惯性力的大小、方向及作用点和惯性力偶矩的大小及方向是怎样确定的？总惯性力的大小及作用线方向又如何确定？ 4-4 在图示楔块机构中，已知γ=β=60o，Q=1000N，各接触面摩擦系数f=0.15。如Q为有效阻力，试求所需的驱动力F。

平面机构的结构分析

一、平面机构的结构分析 1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解 1）取比例尺绘制其机构运动简图（图b）。 2）分析其是否能实现设计意图。 图 a） 由图b可知，，，，， 故： 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 图 b） 3）提出修改方案（图c）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。

图 c1）图 c2） 3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。 3－1

解3－1：，，，，C、E复合铰链。 3－2 解3－2：，，，，局部自由度

3－3解3－3：，，， 4、试计算图示精压机的自由度 c)

解：，，解：，， （其中E、D及H均为复合铰链）（其中C、F、K均为复合铰链）5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选EG为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。 解1）计算此机构的自由度 2）取构件AB为原动件时 机构的基本杆组图为

此机构为Ⅱ级机构 3）取构件EG为原动件时 此机构的基本杆组图为 此机构为Ⅲ级机构 二、平面机构的运动分析 2、在图a所示的四杆机构中，=60mm，=90mm，==120mm， =10rad/s，试用瞬心法求： 1）当=时，点C的速度； 2）当=时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及其速度的大小； 3）当=0 时，角之值（有两个解）。

平面机构的结构分析

第2章 平面机构的结构分析 2.1 基本概念 机器是由一个或多个机构组成的，而机构则是由构件和运动副组成的。 任何机械都是由许多零件组成的。零件是加工制造的基本单元体。有时，由于结构和工艺上的需要，往往把几个零件刚性地联接在一起来运动，也就是它们构成一个独立运动的单元体，这个单元体称为构件。构件可能是一个零件，也可能是若干个刚性联结在一起的零件组成的一个运动整体。 在平面内作自由运动的构件具有三个独立的相对运动；在空间作自由运动的构件具有六个独立的相对运动。构件的这种独立运动数目称为自由度。当两构件通过某种方式联接后，它们因直接接触而使某些独立运动受到限制，其自由度将减少。这种对独立运动的限制称为约束。构件的约束数目等于其减少的自由度数。 2.1.3 运动副 机构中的各个构件是以一定方式联接起来的，而且各构件间应有确定的相对运动。这种两构件直接接触，又能产生一定相对运动的联接称为运动副。构件之间的接触形式，可以是平面或圆柱面接触，如图 2.1（a ）、（b ）所示；也可以是点或线接触，如图2.1（c ）、（d ）所示。这种组成运动副的点、线或面称为运动副元素。 两构件组成运动副后，它们之间尚具有哪些相对运动，是由该运动副对这两构件的相对运动所加的限制条件来决定的。通常运动副可根据运动副的元素来分类。两构件间为面接触的运动副称为低副。根据组成低副的两构件之间相对运动性质，又可分为转动副和移动副。如图2.1（a ）中所示，两构件间为圆柱面接触，它们之间的相对运动为转动，称转动副；如图2.1（b ）所示，两构件间为平面接触，它们之间的相对运动为移动，称移动副。两构件间为点或线接触的运动副称高副，如图 2.1（c ）、（d ）所示。在平面运动副中，低副存在两个约束，具有一个自由度；高副存在一个约束，具有两个自由度。 图2.1运动副 （a ） （b ） （c ） （d ） n

平面机构的结构分析课后答案

第3章平面机构的结构分析 3.1 机构具有确定运动的条件是什么? 答：机构的主动件数等于自由度数时,机构就具有确定的相对运动。 3.2 在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？ 答：应注意机构中是否包含着复合铰链、局部自由度、虚约束。 3.3 机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？ 答：（1）能抛开机构的具体结构和构件的真实外形，简明地表达机构的传动原理，并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。 （2）绘制机构运动简图的步骤如下所述： ①认真研究机构的结构及其动作原理，分清机架，确定主动件。 ②循着运动传递的路线，搞清各构件间相对运动的性质，确定运 动副的种类。 ③测量出运动副间的相对位置。 ④选择视图平面和比例尺，用规定的线条和符号表示其构件和运动副，绘制成机构运动简图。 3.4 计算如题3.4图所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运动，需要有几个原动件？

题3.4图 答：a ）L H 9130n P P ===，，代入式（3.1）中可得 L H 323921301F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 b) B 处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则L H 332n P P ===，，，代入式（3.1）中可得 L H 32332321F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 c) L H 570n P P ===，，代入式（3.1）中可得 L H 32352701F n P P =--=?-?-= 此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。 3.5 绘制如题3.5图所示各机构的运动简图，并计算其自由度。

平面机构力分析习题解答

第四章平面机构的力分析解答 典型例题解析 例4-1 图4-1所示以锁紧机构,已知各部分尺寸和接触面的摩擦系数f ,转动副的摩擦圆图上虚线圆,在P 力作用下工作面上产生夹紧力Q,试画此时各运动副中的总反力作用线位置和方向(不考虑各构件的质量和转动惯量) 。 图4-1 解 [解答] (1) BC 杆是二力杆,由外载荷P 和Q 判断受压,总反力23R F 和43R F 的位置和方向见图。 (2) 楔块4所受高副移动副转动副的三个总反力相平衡,其位置方向及矢量见图。 (3) 杆2也是三力杆,所受的外力P 与A,B 转动副反力相平衡,三个力的位置见图。 例4-2 图示摇块机构,已知,90 ABC 曲柄长度,86,200,1002mm l mm l mm l BS AC AB 连 杆的质量,22kg m 连杆对其质心轴的转动惯量22.0074.0m kg J S ,曲柄等角速转动s rad /401 , 求连杆的总惯性力及其作用线。

[解答] (1) 速度分析 ,/41s m l v AB B 其方向垂直于AB 且为顺时针方向 32322C C C B C B C 大小： s m /4 0 0 ？ 方向： AB BC 取mm s m v /2 .0 作速度图如（b ），得 02232 B C B C l v （2）加速度分析 ,/160221s m l a AB B 其方向由B 指向A 。 32323t C2B n C2B 2 C C r C C k C B C 大小： 160 0 ? 0 0 ? 方向：A B B C 2BC BC BC 取mm s m a 2 /8 作加速度图如图(C) 22 2/80s m s p a a s 222 2/100s m C C a a B C t 222222/76.923160s rad l l l a AB AC B C t B C ,逆时针方向。 (3)计算惯性力,惯性力矩 N a m F S I 160222 ,方向如图( )所示。 m N J M S I .836.6222 ,方向为顺时针方向。 例4-3 在图示的摆动凸轮机构中,已知作用于摆杆3上的外载荷Q,各转动副的轴颈半径r 和当量摩擦系数v f ,C 点的滑动摩擦因素f 以及机构的各部分尺寸。主动件凸轮2的转向如图,试求图示位置时作用于凸轮2上的驱动力矩M 。

3平面机构力分析(包括摩擦和自锁)

A0700003机械原理试卷 一、选择题 1. 在由若干机器并联构成的机组中，若这些机器中单机效率相等均为，则机组的总效率必有如下关系：。 A、B、 C、D、 (为单机台数)。 答案：C 2. 三角螺纹的摩擦矩形螺纹的摩擦，因此，前者多用于。 A、小于； B、等于； （ C、大于； D、传动； E、紧固联接。 答案： CE 3. 在由若干机器串联构成的机组中，若这些机器的单机效率均不相同，其中最高效率和最低效率分别为和，则机组的总效率必有如下关系：。 A、B、

C、D、。 答案： A 4. 构件1、2 间的平面摩擦的总反力的方向与构件2对构件1 的相对运动方向所成角度恒为。 A、 0; - B、 90; C、钝角； D、锐角。 答案： C 5. 反行程自锁的机构，其正行程效率，反行程效 率。 A、B、 C、D、 答案： CD 6. 图示平面接触移动副，为法向作用力，滑块在力作用下沿方向运动，则固定件给滑块的总反力应是图中所示的作用线和方向。

| 答案： A 7. 自锁机构一般是指的机构。 A、正行程自锁； B、反行程自锁； C、正反行程都自锁。 答案： B 8. 图示槽面接触的移动副，若滑动摩擦系数为，则其当量摩擦系数 。 A、 B、 C、 D、 答案： B 9. 在其他条件相同的情况下，矩形螺纹的螺旋与三角螺纹的螺旋相比，前者? A、效率较高，自锁性也较好；

? B、效率较低，但自锁性较好； C、效率较高，但自锁性较差； D、效率较低，自锁性也较差。 答案： C 10. 图示直径为的轴颈1与轴承2组成转动副，摩擦圆半径为，载荷为，驱动力矩为，欲使轴颈加速转动，则应使。 A、=， B、， C、=， D、。 * 答案： D 11. 轴颈1与轴承2 组成转动副，细实线的圆为摩擦圆，轴颈1 受到外力( 驱动力 ) 的作用，则轴颈1 应作运动。 A、等速； B、加速； C、减速。

第二章 机构的结构分析要点

第一章绪论 1 何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？ 2 参照内燃机的机构分析，试对机械手进行分解，说明它是由哪些机构组成的。 3 举例说明什么是构件、零件？ 第二章机构的结构分析 1 什么是运动副、运动副元素、运动链？运动副是如何分类的？ 2 何谓“高副”和“低副”？在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束？ 3 机构具有确定运动的条件是什么？ 4 既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？ 5 杆组具有什么特点？如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构的级别有无影响？ 6 图所示机构在组成上是否合理？指出其错误所在，并针对错误处更改局部运动副和构件，使之成为合理的机构。 7 计算图示平面机构的自由度，指出复合铰链、局部自由度和虚约束，在进行高副低代后，分析机构级别。 8 计算图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出，并进行高副低代，确定该机构的级别。 9试计算图所示凸轮-连杆组合机构的自由度。

10 在图所示机构中，AB EF CD,试计算其自由度。 11试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。 12试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。 13 试确定图所示机构的自由度；并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸轮为原动件时）。

14计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别 15计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别 16根据图示机构，画出去掉了虚约束和局部自由度的等效机构运动简图，并计算机构的自由度。设标有箭头者为原动件，试判断该机构的运动是否确定，为什么？ 17计算图示机构的自由度。如有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指明所在之处。 A D E C H G F I B K 1 2 3 4 5 6 78 9 18计算图示各机构的自由度。 19计算图示各机构的自由度。

第二章机构的结构分析要点

第一章绪论 1何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？ 2参照内燃机的机构分析，试对机械手进行分解，说明它是由哪些机构组成的。 3举例说明什么是构件、零件？ 第二章机构的结构分析 1什么是运动副、运动副元素、运动链？运动副是如何分类的？ 2何谓"高副”和"低副”？在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束？ 3机构具有确定运动的条件是什么？ 4既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？ 5杆组具有什么特点？如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构的级别有无影响？ 6图所示机构在组成上是否合理？指出其错误所在，并针对错误处更改局部运动副和构件，使之成为合理 的机构。 9试计算图所示凸轮-连杆组合机构的自由度。 7计算图示平面机构的自由度 , 指出复合铰链、局部自由度和虚约束， 在进行咼副低代后， 分析机构级别。 8计算图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出, 并进行高副低代，确 定该机构的级别。

11试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。 12试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。 13试确定图所示机构的自由度；并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸 轮为原动件时）。 10在图所示机构中 , AB^EF -CD,试计算其自由度。

14计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别 16根据图示机构，画出去掉了虚约束和局部自由度的等效机构运动简图，并计算机构的自由度。设标有 箭头者为原动件，试判断该机构的运动是否确定，为什么？ 17计算图示机构的自由度。如有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指明所在之处。 18计算图示各机构的自由度。 19 计算图示各机构的自由度。15计算图示机构的自由度,

1平面机构的结构分析

第一章平面机构的结构分析 1.1 内容提要 本章主要解决用自由度计算公式来判断构件组合体运动的可能性和确定性问题。 本章主要内容是： 1．掌握机构组成要素中的一些基本概念，如构件、运动副、运动链、杆组等； 2．掌握机构运动简图的绘制方法和步骤，并可根据实际机械正确绘制机构运动简图； 3．掌握机构具有确定运动的条件； 4．掌握平面机构自由度的计算，并注意复合铰链、局部自由度和虚约束等判断； 5．掌握平面低副机构结构分析和组成原理，能根据给定的机构运动简图进行拆杆组，进行机构的结构分析，并确定机构的级别； 6．掌握平面机构中高副低代的方法，要求替代前后机构的自由度和机构的瞬时速度、瞬时加速度不变。 本章重点内容是平面机构自由度的计算；难点是复合铰链、局部自由度及虚约束问题的判断及正确处理。 1.2 要点分析 1.2.1 有关机构组成的基本概念 机构是组成机器的基础，任何一部机器都是由若干个机构组成的。 机构是由许多零件组合而成的，零件是机构的制造单元。一个零件或几个零件的刚性联接体称为构件，构件是机构的运动单元体，简称为“杆”。构件是机构中的刚性系统，机构中各构件之间保持一定的相对运动。 运动副是两构件直接接触组成的可动联接。形成运动到的可动联接限制了两构件之间的某些相对运动（称之为约束），又允许另一些相对运动存在（称之为自由度）。两构件组成运动副至少应有一个约束，也至少要保留一个自由度。组成运动副的两构件上参与直接接触的点、线或面称为运动副元素。运动副按其两构件的相对运动情况分为平面运动副和空间运动副；按其两构件的接触情况分为低副（面接触）和高副（点接触或线接触〕；按其两构件所能产生的相对运动形式分为转动副、移动副、平面滚滑副（高副）及空间运动副的螺旋副、球面副、球销副等。此外，还可以根据保持运动副两构件上运动副元素互相接触的方式分为形封闭运动副和力封闭运动副。形封闭是利用几何形状来保持运动副两元素互相接触的，也称几何封闭；力封闭是利用外力（如弹簧力）或构件本身的重力来

第二章 机构的结构分析分析

第二章机构的结构分析 §2-1 机构结构分析的内容及目的 1、研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联，以及怎样的结构才能保证机构中各构件具有确定的相对运动。 2、按结构特点对机构进行分类 不同的机构有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。 3、绘制机构运动简图 研究机构特性的工具。 4.研究机构的组成原理 研究按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。 §2-2 机构的组成 一、构件与运动副 1、构件(Link) －独立的运动单元。 零件(part)－独立的制造单元，如齿轮。 如图2—1，连杆是由多个零件组成，即一个构件可是一个零件，也可是由多个构件组成的。 2、运动副 运动副－两个构件直接接触组成的能产生某些相对运动的联接。 三个条件，缺一不可，如图2—2所示。 a)两个构件、 b) 直接接触、 c) 有相对运动 运动副元素—直接接触的部分（点、线、面） 图2—2运动副例如：滚动轴承（图2—3）、齿轮齿廓（图2—4）、活塞与缸套（图

2—5）等。 图2—3滑动轴承图2—4齿轮齿廓图2—5活塞与缸套二、运动副的分类： 1．按引入的约束数分类： I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副如图2—6所示。 图2—6按引入的约束数对运动副分类 2．按相对运动范围分类： 平面运动副－平面运动， 空间运动副－空间运动。

例如：球铰链（图2—7）、拉杆天线、螺旋（图2—8）、动物关节。 图2—7球铰链图2—8螺旋 平面机构－全部由平面运动副组成的机构，如图2—9。 空间机构－至少含有一个空间运动副的机构如图2—10。 3．按运动副元素分类： ①高副—点、线接触（应力高），例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等，如图2—11所示。 图2—11高副 ②低副—面接触，应力低，例如：转动副（回转副）通过柱面接触、 移动副通过平面接触，如图2—12所示。 常用构件和运动副的表示符号如下： 图2—12低副图2—9平面机构图2—10空间机构

平面机构的结构分析

第二章平面机构的结构分析 １．填空题： （1）机构具有确定运动的条件是；根据机构的组成原理，任何机构都可看成是由和组成的。 （2）由M个构件组成的复合铰链应包括个转动副。 （3）零件是机器中的单元体；构件是机构中的单元体。 （4）构件的自由度是指；机构的自由度是指。 （5）在平面机构中若引入一个高副将引入个约束，而引入一个低副将引入个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。 （6）一种相同的机构组成不同的机器。 Ａ.可以 B.不可以 （7）Ⅲ级杆组应由组成。 A.三个构件和六个低副； B．四个构件和六个低副； C.二个构件和三个低副。 （8）内燃机中的连杆属于。 A．机器 B.机构 C.构件 （9）有两个平面机构的自由度都等于１，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时自由度等于。 A .0 B.1 C.2 （10）图1.10所示的四个分图中，图所示构件系统是不能运动的。 2．画出图1.11所示机构的运动简图。

3．图1.12所示为一机构的初拟设计方案。试求： （1）计算其自由度，分析其设计是否合理?如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。 （2）如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。 4．计算图1.13所示机构的自由度，判断是否有确定运动；若不能，试绘出改进后的机构简图。修改的原动件仍为AC杆（图中有箭头的构件）。 5．计算图1.14所示机构的自由度。 6．计算图1.15所示机构的自由度。

7．计算图1.16所示机构的自由度。 8．判断图1.17所示各图是否为机构。 9．计算图1.18所示机构的自由度。 10．计算图1.19所示机构的自由度。 11．计算图1.20所示机构的自由度。已知CD=CE=FE=FD，且导路H,J共线，L和G共线，H，J的方向和L，G 的方向垂直。机构中若有局部自由度，虚约束或复合铰链，应指出。

2机构的结构分析习题

第二章机构的结构分析作业 学号姓名 一、填空题 1.组成机构的要素是和。 2.从机构结构观点来看，任何机构都是由、、 三部分组成。 3.两构件之间以线接触所组成的平面运动副称为副，它产生个约束，而 保留了个自由度。 4.平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。 5.机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。 6.在右图所示平面运动链中，若构件1为机架，构件5为原动件，则成为级机构；若以构件2为机架，3为原动件，则成为级机构。 二、选择题 1.一种相同的机构组成不同的机器。 A可以B不能 2.机构中的构件是由一个或多个零件所组成，这些零件间产生任何相对运动。 A可以B不能 3.有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一 个平面机构，则其自由度等于。 A0B1C2 4.原动件的自由度应为。 A-1B1C0 5.基本杆组的自由度应为。 A-1B1C0 6.高副低代中的虚拟构件及其运动副的自由度应为。 A-1B+1 C0D6

7.在机构中原动件数目机构自由度时，该机构具有确定的运动。 A小于B等于C大于 8.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会。 A增多B减少C不变 9.构件运动确定的条件是。 A自由度大于1B自由度大于零C自由度等于原动件数 10.渐开线齿轮机构的高副低代机构是一铰链四杆机构，在齿轮传动过程中，该四杆机构的。 A两连架杆的长度是变化的B连杆长度是变化的 C所有杆件的长度均变化D所有杆件的长度均不变 三、计算分析题 1.请你画出一把直柄雨伞的机构运动简图。 2.请画出下列机构的运动简图，并计算其自由度。

平面机构的结构分析

第一讲 一、教学目标 (一）能力目标 能根据实物绘制机构运动简图 (二)知识目标 1.了解机构组成原理 2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系 二、教学内容 1.运动副及其分类 2.平面机构的运动简图 三、教学的重点与难点 (一）重点 平面机构的运动简图的绘制。 (二)难点 绘制简图时构件及运动副的准确表示。 四、教学方法与手段 多媒体教学，采用动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。 3.1 机构的组成 3.1.1 运动副 运动副：两构件直接接触并能保持一定形式的相对运动的联接称为运动副。如图a)，轴承中的滚动体与内外圈的滚道、图b)啮合中的一对齿廓、图c)滑块与导槽，均保持直接接触，并产生一定的相对运动。因而它们都构成了运动副。构件上参与接触的点、线、面，称为运动副的元素。

根据运动副对构件运动形式的约束及两构件接触方式的不同，运动副可如下分类： 1、 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图所示，凸轮与从动杆及两齿轮分别在其接触处组成高副。 2、低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可分为转动副和移动副。 （1）转动副 若运动副只允许两构件作相对转动，则称该运动副为转动副，也称铰链。 如图所示各构件的联接就是转动副。如果转动副的两构件之一是固定不动的，则称该转动副为固定铰链。若转动副中两构件都是运动的，则称该转动副为活动铰链。 （2）移动副 若运动副只允许两构件沿接触面某一方向相对滑移，则称该运动副为移动副。如图所示。 3.1.2 自由度和运动副的约束 y O 1 2 x

1、构件的自由度 在平面运动中，每一个独立的构件，其运动均可分为三个独立的运动，即沿x轴和y 轴的移动及在xoy平面内的转动。构件的这三种独立的运动称为其自由度，分别用x、y及α为三个独立参数表示。由上述可知：构件的自由度等于构件的独立运动参数。 平面内自由的构件，有3个自由度，而空间内自由的构件，有6个自由度。 2、运动副的约束 当两构件通过运动副联接，任一构件的运动将受到限制，从而使其自由度减少，这种限制就称为约束。每引入一个约束，构件就减少一个自由度。 （1）转动副 2——约束，1——自由度 （2）移动副 2——约束，1——自由度 （3）平面高副 1——约束，2——自由度 3.1.3 运动链和机构 两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链，否则称为闭链。在运动链中选取一个构件固定（称为机架），当另一构件（或少数几个构件）按给定的规律独立运动时，其余构件也随之作一定的运动，这种运动链就成为机构。机构中输入运动的构件称为主动件，其余的可动构件称为从动件。由此可见，机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。

机构的结构分析

第二章机构的结构分析 教学目的：（1）明确构件、运动副、约束、自由度、运动链及机构等重要概念； （2）能绘制简单机械的机构运动简图； （3）掌握平面机构的自由度计算，并判断其具有确定运动的条件； （4）了解平面机构的组成原理。 课时安排：4h 重点难点：重点—平面机构自由度计算；难点—绘制机构运动简图、自由度计算时注意事项的处理。 §2-1 机构结构分析的内容及目的 1．研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联，以及怎样的结构才能保证机构中各构件具有确定的相对运动。 2．按结构特点对机构进行分类 不同的机构有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。 3．绘制机构运动简图 研究机构特性的工具。 4．研究机构的组成原理 研究按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。 §2-2 机构的组成 一、构件 从制造加工角度：机械由零件组成。零件——制造单元体 从运动功能角度：机械由机构组成，而机构由构件组成。构件——独立运动的单元体 注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接。 二、运动副 1．定义：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。 2．运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。 3．构件的自由度：指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度，作平面运动时有3个自由度。 4．约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数最多为5个。 5．运动副分类 1）按运动副相对运动形式分 转动副、移动副、螺旋副、球面副等 2）按运动副引入的约束数分 Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副 3）按运动副接触形式分 低副：两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副；