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第二章机械原理

第一节平面机构概述

在现代生产和日常生活中，机器已成为代替或减轻人类劳动、提高劳动生产率的主要手段。机器的先进程度是衡量一个国家现代化程度的重要指标之一。

一、几个基本概念。

机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。将其他形式的能量转换为机械能的机器成为原动机。如内燃机、电动机等。用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器成为工作机。如发电机、起重机等。

机器一般包含四个基本组成部分：动力部分、传动部分、控制部分、执行部分。传动部分和执行部分由各种机构组成，是机器的主体部分。

机器的主要特征：(1)由许多运动构件组成的；(2)能进行功能转换或代替人做功。一台机器可以包含一个或几个机构。如电动机就只有一个机构，而内燃机则包含曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构等。

图2-1-1所示为单缸四冲程内燃机，它是由气缸体、活塞、进气阀、排气阀、连杆、曲轴、凸轮、顶杆、齿轮、等组成。

机构是由运动构件组成的一个构件系统。

图2-1-1内燃机图2-1-2 连杆

机器与机构的区别：机构只用于传递运动和力，机器除了传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能。但是，在研究构件的运动和受力情况时，机器和机构之间并无差别，因此，习惯上将机器与机构统称为“机械”。

78 构件是组成机构的运动单元。它可以是一个整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。如图2-1-2连杆，就是由连杆体1、连杆盖4、螺栓2及螺母3等零件组成的一个构件。

零件是制造的单元。机械零件分为两类：通用零件，在各种机械中都要用到，如齿轮、螺钉、轴、弹簧等；专用零件，只在某些机械中用到，如内燃机中的曲轴、活塞等。

二、运动副及其分类 1．构件的自由度

组成机构的所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。本章只讨论平面机构。

构件具有的独立运动称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。如图2-1-3，构件AB 可沿x 轴、y 轴方向移动和绕任意点A 转动。

2．运动副的分类

构件组成机构要通过一定的方式联接。构件之间直接接触并且能产生一定的相对运动的联接称为运动副。

两构件组成的运动副，不外乎通过点、线、面的接触形式来实现。按运动副元素接触形式,可将运动副分为低副和高副。运动副是约束运动的，构件组成运动副后，其独立运动将受到约束，自由度便随之减少。

(1)低副

两构件通过面接触组成的运动副，约束两个自由度。由于是面接触，故接触应力低,磨损低。平面低副有转动副和移动副两种。

转动副两构件间只能产生相对旋转的运动副。如图2-1-4a ，又称回转副或铰链。移动副两构件间只能产生相对移动的运动副。如图2-1-4b 。

a)回转副或铰链 b) 移动副

图2-11-4

(2)高副

两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副，约束一个自由度。高副接触应力大,磨损大。如图2-1-5中的滚动副、凸轮副、齿轮副等。用简图表示高副时，应将两构件接触处的几何形状绘出。

a) 滚动副 b) 凸轮副 c) 齿轮副

图2-1-5

此外，机械中还常用到螺旋副和球面副。如图2-1-6所示。

a) 螺旋副 b) 球面副

图2-1-6

3．运动副的符号

(1)转动副画法用圆圈表示，如图2-1-7a)、b)、c)。圆心代表转动中心。若其中一个构件为机架，在代表机架的构件上加阴影线。

d) e)

图2-1-7运动副的符号及高副的画法

(2)移动副画法移动副的导路必须与相对移动方向一致。如图2-1-7d)。

(3)高副画法必须画出接触处的曲线轮廓。如图

三、平面机构的运动简图绘制

(1)分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数

目，确定主动件与机架；

(2)确定所有运动副的类型和数目；

(3)选择合理的位置（要能充分反映机构的运动特

性）；

(4)确定比例尺

；图2-1-8 内燃机主机构运动简图

(5)用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画）

机构运动简图不仅能充分表示出机构的传动原理，而且还能表示出机构上各有关点的运动特性，它是分析和设计机构常用的一种简便而又科学的图形。

例1-1绘制图2-1-1内燃机主机构运动简图。如图2-1-8。

例1-2如图2-1-9a)所示为一偏心轮机构模型图，其机构运动简图如图2-1-9b)。

图2-1-9a) 一偏心轮机构模型图，图2-1-9b)机构运动简图

四、平面机构自由度的计算

1．平面机构自由度的计算公式

平面机构的自由度就是该机构中，各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目。平面

机构自由度与组成该机构的构件数目、运动副的数目及运动副的类型有关。如前述可知：一个低副将约束两个自由度，保留一个自由度；一个高副将约束一个自由度，保留两个自由度。如果一个平面机构共有n个活动构件。在未用运动副联接前，则活动构件自由度总数为3n。当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度数就少了。若机构中有P L个低副，P H个高副，则机构中全部运动副所引入的约束总数为2P L+P H。因此，机构活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，就是该机构的自由度。以F表示。即

F=3n-2PL-PH

由上式可知，机构要能运动，它的自由度必须大于零。

机构的自由度表明机构具有的独立运动数目。由于只有原动件可从外界接受独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动），因此，当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有两个原动件。因此，机构的自由度必定与原动件数相等。

综上所述，机构具有确定运动的条件是：F >0,且F 等于原动件数。 2．计算机构自由度的注意事项 (1)复合铰链

两个以上的构件同时在一处用转动副相联接就构成复合铰链。

图2-1-10(a)为构件2与构件1、3组成一个复合铰链，由图(b)所示的侧视图可见，这三个构件组成2个转动副。依次类推，m 个构件交汇而成的复合铰链，应具有(m-1)个转动副。

(2)局部自由度

与机构整体运动无关的自由度称为局部自由度。计算机构自由度时应去除不计。图2-1-12(a)中，构件3是滚子，它能绕A 点作独立转动，但不论该滚子转与不转，不影响从动件2的运动，故滚子属于局部自由度。计算机构自由度时，可设想将滚子3与杆2固接在一起，如图(b)所示。

局部自由度虽然不影响整个机构的运动关系，但可以减少高副处的摩擦和磨损。例如滚子、滚动轴承、滚轮等都是机械中常用的局部自由度。

(3)虚约束

在机构中，有时为了增加构件的刚性和使构件受力均衡，要引入一些对构件运动不起实际限制作用约束，这种约束称为虚约束。计算机构自由度时应去掉。

虚约束通常在如下情况出现：

图2-1-11局部自由度图2-1-12 虚约束

a ．构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同如图2-1-12；

b ．两构件组成多个导路平行的移动副；如图2-1-13。去掉右侧虚线框内的约束不影响机构的运动。

c ．在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。如图2-1-图2-1-10复合铰链

14。构件5在点E，F处的铰接，为虚约束，计算机构自由度时应去掉。

图2-1-13 导路平行的移动副图2-1-14两动点间的距离保持不变

计算平面机构自由度的意义应在于判断机构运动的可能性和确定性，以及修改不合理的机构运动设计方案。为分析改造原有机器，创造新机器打下基础。

例1-3计算图2-1-15中各机构的自由度。

图2-1-15

图a)中，活动构件有1、2、3三个，转动副（低副）有四个，自由度F

F=3n-2P L-P H=333-234=1

图b)中，活动构件有1、2、3三个，三个转动副，一个移动副，即四个低副

F=3n-2P L-P H =333-234=1

图c)中，活动构件有1、2、3、4四个，四个转动副，一个移动副，即五个低副，其自由度为

F=3n-2P L-P H =334-235=2

第二节平面连杆机构

平面连杆机构就不由许多构件用低副(转动副和移动副) 连接组成的平面机构，又称为低副机构。

平面连杆机构广泛应用于内燃机、鹤式起重机、火车轮、机械手、汽车开关门机构、折叠伞、折叠床、自行车制动操作机构等方面。它在机械中用以传递动力和改变运动形式。

一、平面四杆机构的类型

最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平面四杆机构。机构中固定不动的构件AD 称为机架；与机架相连的构件AB 和DC 称为连杆架；不与机架直接相连的构件BC 称为连杆。如果连杆架能绕某个转动副作整周转动，称为曲柄；摇杆仅能在小于360°的某角度内往复摆动，则称为摇杆。铰链四杆机构按有无曲柄分为三种基本型式：曲柄摇杆

机构、双曲柄机构和双摇杆机构。图2-2-1

1.曲柄摇杆机构

铰链四杆机构中，两个连杆架，一为曲柄，另一位为摇杆，这样的机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可以实现回转运动与往复摆动运动的转换。可以曲柄为原动件，也可以摇杆作为原动件。图2-2-2a 是雷达天线俯仰机构，曲柄为主动件；图2-2-2b 缝纫机踏板机构，摇杆为主动件；图2-2-2b 汽车前窗刮雨器机构也是一个曲柄摇杆机构。

图2-2-2a 雷达天线俯仰机构图2-2-2b 缝纫机踏板机构图2-2-2b 汽车前窗刮雨器

图2-2-3 惯性筛图2-2-4 平行四边形机构

84 2.双曲柄机构

两连杆架均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

不等长双曲柄机构通常原动曲柄作匀角速运动，从动曲柄作变速运动。如图所示惯性筛

是其应用实例。

若双曲柄机构的相对两杆相互平行，则成为平行双曲柄机构(或平行四边形机构)。平行四边形的两曲柄长度相同，转向相同，连杆作平面运动。平行双曲柄机构具体应用有如图2-2-5所示a) 摄影平台、b) 天平、c) 机车车轮联动机构等。

a) b)

图2-2-5 a) 摄影平台、b) 天平、c) 机车车轮联动机构图2-2-6运动不确定状态这种机构当连杆与曲柄两次共线时，从动曲柄的回转方向可能与主动曲柄转动方向相同，也可能相反,运动处于不确定状态，图2-2-6。为消除这种不确定状态，可以多组机构错开布置，利用虚约束如图2-2-5c)；或利用附加飞轮的惯性，如内燃机曲轴上的飞轮；或加辅助连杆等办法来实现。

图2-2-7 图2-2-8 c)

⑵反向双曲柄机构

当两曲柄旋向相反时，平行双曲柄机构变成反向双曲柄机构，图2-2-7。公共汽车车门启闭机构。图2-2-8所示

3.双摇杆机构

两连杆架均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。

图2-2-9a)所示为钻井平台常用的鹤式起重机，两连架杆AB 、CD 均为摇杆，是一个双摇杆机构。当CD 摇杆摆动时，连杆BC 上的悬挂物E 点作近似水平直线移动，从而避免重物平移时因不必要的升降而发生事故。图2-2-9b)所示的飞机起落机轮收藏机构也是典型双摇杆机构的应用实例。

若两摇杆长度相等，则形成等腰梯形机构。如图2-2-10所示汽车前轮转向机构，即为其应用实例。

图2-2-9a) 鹤式起重机图2-2-9b) 飞机起落机轮收藏机构

图2-2-10所示汽车前轮转向机构

二、平面四杆机构的演化

平面连杆机构的形式多种多样，但均是在铰链四杆的基础上发展和演化而成。平面四杆机构的演化方法有以下几种基本方式：

① 回转副转化成移动副；② 扩大转动副；③变更机架。 1. 曲柄滑块机构

如图2-2-11，变一个转动副为移动副，将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构，如图2-2-11，曲柄作连续回转运动，滑块作往复移动。主动件可以是曲柄，也可以是滑块。曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、往复泵等机械中。

如图2-2-11 曲柄滑块机构

2.导杆机构

如图2-2-12所示，将曲柄滑块机构的杆1作为固定构件，即得导杆机构。杆4称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动。通常杆2为原动件。

图2-2-12 导杆机构、摇块机构和定块机构

⑴转动导杆机构当L1

⑵摆动导杆机构当L1>L2时，杆4只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构，或摆动导杆机构。

3.摇块机构

将曲柄滑块机构的杆2为固定构件，即可得到摆动滑块机构（摇块机构），如图2-2-12。摇块机构这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。如图2-2-13所示卡车车厢自动翻转卸料机构。

图2-2-13 卡车车厢自动翻转卸料机构图2-2-14 抽水唧筒

4.定块机构

将曲柄滑块机构的滑块3为固定件，即可得固定滑块机构（定块机构），如图2-2-14，这种机构常用于抽水唧筒和抽油泵中。

5.含两个移动副的四杆机构

⑴双滑块机构

双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。如图2-2-15。其应用见图2-2-16 所示十字滑块联轴器。

图2-2-15双滑块机构

图2-2-16 双滑块机构图2-2-17 偏心轮机构

6.偏心轮机构

曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构通过扩大转动副尺寸，可得到偏心轮机构。如图2-2-17。

曲柄滑块机构中曲柄的转动副B的半径扩大至超过曲柄的长度时，得到的偏心轮机构。

偏心距e即是曲柄的长度。当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，且能使结构简化。偏心轮广泛应用于传力较大的采油机械、颚式破碎机、内燃机等机械中。

三、平面四杆机构的基本特性

1.存在曲柄的条件

平面四杆机构三种基本形式的主要区别取决于机构内是否有曲柄存在，而机构中有无曲柄又与各构件相对长度、机架的选择有关。

曲柄是连架杆，只有能做整转转动的构件才能成为曲柄。所以曲柄存在的条件是：

①连架杆和机架中，必有一个是最短杆；

②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。(格拉肖夫条件)

2.综合推论

⑴若满足格拉肖夫条件，以最短杆的邻边为机架，则为曲柄摇杆机构；以最短杆为机架，则为双曲柄机构；以最短杆为连杆，则为双摇杆机构。

⑵不满足格拉肖夫条件，即若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则不论以何杆作为机架，都为双摇杆

机构。

3.急回特性

如图所示2-2-18所示。当曲柄为原动

件等角速度回转时,从动件摇杆将由C

摆动

到C

2，再由C

摆回到C

如此往复摆动。

当摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角θ。实践表明，摇

杆由C

2摆回到C

的平均速度大于摇杆将由

C 1摆动到C

的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。

急回的程度可用行程速度变化系数K表示，

即

图2-2-18

θ??-+=

180180//2

212121

2t t t C C t C C v v K 或者

11180

+-=k k θ

①当k ＝1时，θ＝0°，机构无急回特性；即存在急回特性的条件是θ≠0°。 ②当k>1，θ>0°，机构有急回特性；

③k 值愈大，机构急回特性愈明显(但机构平稳性就越差)； ④通常k ≤2，θ常为锐角。

平面四杆机构设计时，通常行程速比系数K 为已知；可据此求解极位夹角θ。再确定各构件的尺寸。

3.压力角

在生产实际中，不仅要求机构能实现给定的运动规律，而且要求机构有良好的传动性能。如图2-2-19。从动件受力F 方向与受力点绝对速度V c 之间所夹的锐角α称为机构在此位置的压力角。F 在C 点速度 V c 方向的有效分力F t =Fcos α ，是推动摇杆摆动的有效分力；而法向力F n =Fsin α的作用线通过摇杆的摆动轴心，不仅不起推动作用，还使运动副中产生有害的摩擦阻力。由此可知，压力角即压力角愈小，有效分力愈大，对机构的传动愈为有利。压力角是衡量机构传力效果的一个标志。机构运转时，压力角是变化的，为了保证机构具有较好的传动特性，在设计四杆机构时，要求最

大压力角小于许用压力角，即αmax ≤[α]， [α]通常取50°,此条件称为机构的传力条件。

压力角的余角γ=90°-α，称为机构在此位置的传动角。在连杆机构中，传动角往往表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以有时用传动角来反映机构的传力性能较为方便。即压力角α越小，传动角γ越大，机构的传力性能越好；反之， α越大，γ越小，机构传力越费劲，传动效率越低。机构的γ ，α随机构的位置变化。

铰链四杆机构的最小传动角γmin 可通过连杆与从动件之间的夹角δ来求。当曲柄与机架两次共线的位置，传动角γ有两个值，当δ=δmin 时，γmin1=δmin ；当δ=δmax 时，γmin2=180°-δmax 。比较γmin2、γmin1，其中较小者即为该机构的最小传动角γmin 。对于一般机械，通常取γmin ≥40o 。

3．死点位置

当摇杆为原动件, 连杆与从动件曲柄两次共线时，摇杆经连杆对从动曲柄AB 的作用力

F 通过曲柄AB 的回转中心A ，即对曲柄AB 的力矩为零。因此，不论驱动力有多大，曲柄也

图2-2-19

不会转动。此时机构所处位置被称为机构的死点位置。这时的传动角γ＝0(即压力角α＝90°)。可见机构的死点位置出现在曲柄为从动件、且曲柄与连杆共线时。

死点位置常使机构从动件无法运动的现象。例如家用缝纫机在死点位置出现踏不动的现象。对于传动而言，死点位置显然是不利的。为了克服死点，以保证机构传动的连续性.在机构设计时，一般采用安装飞轮加大惯性或采用相同机构错位排列的方法如图2-2-20，使机构越过死点。

图2-2-20 机构错位排列图2-2-21飞机的起落架

在工程中上，机构的死点位置并不都是有害的，有些机构正是利用死点实现某些工作要求。如飞机的起落架、夹紧机构（图2-2-22）以及折叠椅都是应用死点的实例。

第三节凸轮机构

一、概述

凸轮机构是一种常用机构，在自动化和半自动化机械中应用非

常广泛。

图2-3-1所示，凸轮机构由凸轮、从动件和机架组

成。通常作将主动件的连续匀速转动转变成从动件的往复

摆动或移动，使从动件获得预先给定的运动规律。图示内

燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角速度回转，驱动从动件

2按预期的运动规律启闭阀门。

二、凸轮机构的分类

图2-2-22夹紧机构

图2-3-1 内燃机配气凸轮机构

凸轮机构的类型很多，常就凸轮和从动杆的端部形状及其运动形式的不同来分类。 1．按凸轮的形状分，如图2-3-2。

盘形凸轮如图2-3-1。盘形凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较短。

图2-3-2移动凸轮、圆柱凸轮和圆锥凸轮

移动凸轮如图2-3-2，移动凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动的构件，可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。

圆柱凸轮如图2-3-2，圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷在圆柱体上形成的，利用它可使从动件得到较大的行程。

圆锥凸轮如图2-3-2。

2．按从动杆的端部形状分，如图2-3-3。

尖顶从动件从动件的端部呈尖点，能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，构造简单，

但尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的场合，如用于仪表等机构中。

滚子从动件从动件的端部装有滚子，滚子从动杆与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。

平底从动件从动件端部为一平底。凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好；凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，常用于高速传动中。缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。

图2-3-3

图2-3-4

92 三、常用的从动件运动规律 1．从动件位移曲线图

所谓从动件的运动规律是指从动件在运动时，其位移s 、速度v 和加速度a 随时间t 或凸轮转角δ变化的规律。现以一对心移动尖顶从动件盘形凸轮机构为例加以说明。如图2-3-4以凸轮的转动中心O 为圆心，以凸轮轮廓最小向径r 0为半径所作的圆称为凸轮基圆。r 0称为凸轮的基圆半径。

当凸轮以等角速度ω顺时针转动时，从动件在凸轮廓线的推动下，将由最低位置被推到最高位置的这一过程。它所上升的距离称为行程，以h 表示。对应的凸轮转角δt 称为推程运动角。凸轮继续转动，从动件将处于最高位置而静止不动时的这一过程。对应的凸轮转角δs 称为远休止角。凸轮继续转动，从动件在凸轮轮廓的作用下由距凸轮轴心最远位置回到距凸轮轴心最近位置的过程称为从动件的回程，回程中凸轮转过的角度δh 称为回程运动角。凸轮继续转动，从动件与凸轮廓线上最小向径的圆弧段接触，在距凸轮转动中心心最近位置处静止不动的这一过程，对应的凸轮转角δs'称为近休止角。以直角坐标系的横坐标代表凸轮的转角δ(时间)，纵坐标代表从动件的位移s ，则可画出从动件的位移与凸轮转角之间的对应关系，该曲线即称为从动件位移曲线，图2-3-4所示。位移曲线图直观地反映了从动件的位移变化规律，它是设计凸轮轮廓的依据。

2．几种常用的运动规律

(1)等速运动规律推程运动方程：位移方程 δ

δ0

S = 速度方程 ω

δν

加速度方程 0=a

如图2-3-5所示，等速运动的特点从动件在推程始末两点处，速度有突变，瞬时加速度理论上为无穷大，其惯性力将引起强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。因等速运动规律存在刚性冲击，这种运动规律不宜单独作为从动件的运动规律，一般应在运动的始点、转折点、终点采用其它运动规律过渡。

(2)等加速等减速运动规律

位移方程 2

2δ

δh

速度方程 δ

δων

4h =

加速度方程 2

4δω

h a

如图2-3-6所示，等加速等减速运动规律是指从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。由运动线图可以看出，从动件在起点、h/2和h 处加速度将出现有限值的突变，此时由于惯性力引起机构的冲击，称为柔性冲击。柔性冲击在高速下仍将导致机构产生振动、噪声和磨损。因此，这种运动规律只适用于中、低速的场合。

3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律

)

图2-3-7

简谐运动位移方程

???

???? ???-=

δδπ0

2cos 12h S 简谐运动速度方程

???

? ???=

δδπδωπ0

12sin 2h v 简谐运动加速度方程

???

? ???=

δδπδωπ0

2cos 2h a 如图2-3-7，简谐运动是指当一点在圆周上等速运动时，其在直径上投影所构成的运动即简谐运动。由其加速度曲线图可以看出，从动件的加速度按余弦规律变化，故简谐运动规

94 律又称余弦加速度运动规律。这种运动规律的运动线图如图所示。由图可知，这种运动规律的从动件在行程的始点和终点有柔性冲击，只有当加速度曲线保持连续时，才能避免冲击。由于在推程的始末点加速度产生有限数值的突变，即有柔性冲击，故适用于中低速场合。但当从动件作无间歇的升－降－升往复运动时，则加速度曲线为光滑连续的余弦曲线，即可避免冲击，故可用于高速。

第四节螺纹联接

螺纹联接是利用具有螺纹的零件构成的一种可拆卸联接。其结构简单，拆卸方便，工作可靠，成本低廉和结构和尺寸均已经标准化，因此获得广泛应用。

一、螺纹联接的类型及主要参数

将一倾斜角为ψ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。按平面图形的形状，螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等，如图2-4-1。其中三角形螺纹主要用于联接，其余则多用于传动；按螺纹的旋向，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般多采用右旋螺纹；按照螺旋线的数目，螺纹分为单线螺

纹和等距排列的多线螺纹，其中单线螺纹主要用于联接，多线螺旋则多用于传动；为便于制造，线数一般不超过4。

在圆柱外表面形成的螺纹称为外螺纹，在圆柱孔的内表面形成的螺纹称为内螺纹，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。用于联接的螺纹称为联接螺纹；用于传动的螺纹称为传动螺纹，相应的传动称为螺旋传动。

现以图2-4-3所示的圆柱螺纹为例介绍螺纹的主要几何参数。

图2-4-1 螺纹联接的类型

图2-4-2

⑴大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。普通螺纹以大径d 为公称直径。M 20就是指公称直径d =20mm 。

⑵小径d 1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。也是螺纹危险剖面直径，又称强度计算直径。

⑶中径d 2 一个假想圆柱体的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和牙厚相等。主要用于几何计算用。

⑷螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。粗牙螺纹应用最广。

⑸导程S 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。设螺旋线数为n ，则S=nP 。

⑹螺纹升角ψ 中径d 2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。

d nP

tg πψ=

⑺牙型角α 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。普通三角螺纹的牙型角α=60°

⑻牙侧角β 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。梯形螺纹的β=15o；锯齿形螺纹的β=3o；普通三角螺纹的β=α/2＝30o。

二、螺纹联接的类型及联接件 1．常用螺纹的特点

⑴三角形螺纹三角形螺纹牙型角大，α＝60°，当量摩擦角也大，自锁性好，故常用于作联接螺纹。同一公称直径下，根据螺距不同又分有粗牙和细牙螺纹（图2-4-4）。细牙螺纹螺距小，而小径和中径较大，升角和导程也随之减小，自锁性能比粗牙好，强度高；缺点就是不耐磨，易滑扣。细牙螺纹多用于强度要求高、自锁性能好的薄壁细小零件，或受变载、冲击及振动的联接和微调机构中。粗牙螺纹主要用于联接。

⑵管螺纹牙型角α＝55°，属英制细牙螺纹，公称直径为管子的内径。管联接螺纹一般有四种，除了用普通细牙螺纹外，还有非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密封的管螺纹和60°圆锥管螺纹。用于有紧密性要求的管件联接。

图2-4-3 螺纹的主要几何参数

图2-4-4

⑶矩形螺纹牙型角α＝0°，当量摩擦系数小，传动效率高。但精加工困难，对中性差，牙根强度弱，常用于传力或传导螺旋，工程上逐渐被梯形螺纹所代替。

⑷梯形螺纹牙型角α=30°，效率稍低于矩形螺纹，加工容易，对中性好，牙根强度高，采用剖分螺母时，磨损后的轴向间隙可以调整，是广泛应用的一种螺纹。如车床丝杠等传导螺旋及各种传力螺旋中。

⑸锯齿形螺纹牙型半角的工作一侧为3°，便于铣削，另一侧为30°，以保证螺纹牙具有足够的强度，对中性好，它兼有矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，但只能作单向受力传动。如起重螺旋及螺旋压力机中，常用锯齿形螺纹。

2．标准螺纹联接件

螺纹联接件如螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等大多已标准化，如图2-4-6所示。设计时可按螺纹公称直径从标准中选用。

(1)螺栓（图2-4-5、图2-4-6）螺栓的头部有多种形状，常用六角形。六角头螺栓按制造精度分级A、B、C 三级， A级精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的联接；B精度多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接； C级精度最低，多用于一般的螺纹联接。螺栓杆部可制出一段螺纹或全螺纹。

(2)双头螺柱双头螺柱两端都有螺纹，一端拧紧在一被联接件的螺孔中，另一端则用于安装螺母以固定其他零件。

(3)螺钉螺钉有不同形状的头部，以适应不同的使用场合。其中内六角圆柱头螺钉可置放在被联接件的沉孔内，故改善了结构外形。十字槽式螺钉头拧紧时对中性好，不易拧滑，安装效率高，故被广泛采用。

(4)紧定螺钉紧定螺钉的常用的末端形状有锥端、平端和圆柱端。平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。

(5)螺母螺母有六角螺母、六角开槽螺母、圆螺母等，六角螺母根据厚度不同，分为标准的、厚的和薄的三种，六角厚螺母用于装拆频繁易磨损之处，六角薄螺母用于铰制孔用螺栓上或空间尺寸受限制的场合。螺母的制造精度和螺栓相同，分为三级，分别与相同级别的螺栓配用。

图2-4-5 标准螺纹联接件

图2-4-6 螺栓

西北工业大学机械原理课后答案第4章

第四章平面机构的力分析题4-7 机械效益Δ是衡量机构力放大程度的一个重要指标，其定义为在不考虑摩擦的条件下机构的输出力（力矩）与输入力（力矩）之比值，即Δ=d r d r F F M M //=。试求图示各机构在图示位置时的机械效益。图a 所示为一铆钉机，图b 为一小型压力机，图c 为一剪刀。计算所需各尺寸从图中量取。（a ） (b) (c) 解：(a)作铆钉机的机构运动简图及受力见下图（a ）由构件3的力平衡条件有：02343=++R R r F F F 由构件1的力平衡条件有：04121 =++d R R 按上面两式作力的多边形见图（b ）得 θcot ==?d r F F （b ）作压力机的机构运动简图及受力图见（c ）由滑块5的力平衡条件有：04565=++R R F F G 由构件2的力平衡条件有：0123242 =++R R R 其中 5442R R = 按上面两式作力的多边形见图（d ），得t F G = ? (c) 对A 点取矩时有 b F a F d r ?=? a b =? 其中a 、b 为F r 、F d 两力距离A 点的力臂。t F G = ?

(d) (a)(b) d r R41 F R43 F d G 题4-8 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（为常数），活塞及其附件的重量G3=21N，连杆质量G2=25N，J S2=0.0425kg·m2，连杆质心S2至曲柄销B的距离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) 选定比例尺, mm m l 005 .0 = μ绘制机构运动简图。(图(a) ) 2）运动分析：以比例尺vμ作速度多边形，如图(b) 以比例尺 a μ作加速度多边形如图4-1 (c) 2 44 . 23 s m c p a a C ='' =μ2 2 2 2100 s m s p a a S = '' =μ 2 2 2 1 5150 s BC c n l a l a BC t B C= '' = = μ μ α 3) 确定惯性力活塞3：) ( 3767 3 3 3 3 N a g G a m F C S I = - = - =方向与c p''相反。连杆2：) ( 5357 2 2 2 2 32 N a g G a m F S S I = - = - =方向与 2 s p'相反。 ) (8. 218 2 2 2 m N J M S I ? = - =α（顺时针）总惯性力：) ( 5357 2 2 N F F I I = = ') ( 04 .0 2 2 2 m F M l I I h = =(图(a) )

机械原理题库

第七版机械原理复习题第2章机构的结构分析一、填空题 8.两构件之间以线接触所组成的平面运动副称为高副，它产生一个约束，而保留了两个自由度。 10.机构具有确定的相对运动条件是原动件数等于机构的自由度。 11.在平面机构中若引入一个高副将引入1个约束，而引入一个低副将引入2个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是F=3n-2pl-ph。 12.平面运动副的最大约束数为2，最小约束数为1。 13.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为2，至少为1。 14.计算机机构自由度的目的是判断该机构运动的可能性（能否运动〕及在什么条件下才具有确定的运动，即确定应具有的原动件数。 15.在平面机构中，具有两个约束的运动副是低副，具有一个约束的运动副是高副。三、选择题 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 B 。(A)0; (B)1; (C)2 4.原动件的自由度应为B。(A)-1; (B)+1; (C)0 5.基本杆组的自由度应为 C 。(A)-1; (B)+1; (C)0。 7.在机构中原动件数目B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。 9.构件运动确定的条件是C。(A)自由度大于1；(B)自由度大于零；(C)自由度等于原动件数。七、计算题 1.计算图示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，需明确指出。 1.解E为复合铰链。F n p p =--=?-?= 3392131 2 L H 6.试求图示机构的自由度（如有复合铰链、局部自由度、虚约束，需指明所在之处）。图中凸轮为定径凸轮。

机械原理-郭宏亮-孙志宏-第二章标准答案

第2章机构的结构分析 1．判断题 (１)机构能够运动的基本条件是其自由度必须大于零。 ? （错误 ) (2)在平面机构中，一个高副引入两个约束。 (错误 ) （3）移动副和转动副所引入的约束数目相等。? (正确 ) （4)一切自由度不为一的机构都不可能有确定的运动。 (错误 ) （5）一个作平面运动的自由构件有六个自由度。（错误 ) 2.选择题 (1) 两构件构成运动副的主要特征是( D ）。Ａ.两构件以点线面相接触Ｂ.两构件能作相对运动Ｃ.两构件相连接 D ．两构件既连接又能作一定的相对运动 (2) 机构的运动简图与( D ）无关。 A.构件数目 B.运动副的类型Ｃ．运动副的相对位置Ｄ.构件和运动副的结构 (3) 有一构件的实际长度0.5m L =，画在机构运动简图中的长度为20mm,则画此机构运动简图时所取的长度比例尺l μ是( D ）。Ａ.25 B.25mm ／m C.１:２5 Ｄ.０．025m/mm (4) 用一个平面低副连接两个做平面运动的构件所形成的运动链共有（Ｂ)个自由度。 A ．3 ? B ．4?? C.５? Ｄ.6 (5) 在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（A)。 A.虚约束? B ．局部自由度 ?C ．复合铰链 D ．真约束 (6) 机构具有确定运动的条件是（Ｄ )。 A.机构的自由度0≥F Ｂ．机构的构件数4≥N C ．原动件数W >1 D.机构的自由度F >０, 并且=F 原动件数 W (7) 如图2-34所示的三种机构运动简图中，运动不确定是( C ）。 A ．(a)和(b) B.(ｂ)和（c ） C.(ａ）和(ｃ) D.(a ）、(ｂ)和（c) (a) (b)

机械原理题库第二章教学内容

2 平面机构的运动分析 1.图示平面六杆机构的速度多边形中矢量 ed → 代表，杆4 角速度 ω4的方向为时针方向。 2.当两个构件组成移动副时，其瞬心位于处。当两构件组成纯滚动的高副时，其瞬心就在。当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用来求。 3.3 个彼此作平面平行运动的构件间共有个速度瞬心，这几个瞬心必定位于上。含有6 个构件的平面机构，其速度瞬心共有个，其中有个是绝对瞬心，有个是相对瞬心。 4.相对瞬心与绝对瞬心的相同点是，不同点是。 5.速度比例尺的定义是，在比例尺单位相同的条件下，它的绝对值愈大，绘制出的速度多边形图形愈小。 6.图示为六杆机构的机构运动简图及速度多边形，图中矢量 cb → 代表，杆3 角速度ω3 的方向为时针方向。 7.机构瞬心的数目N 与机构的构件数 k 的关系是。 8.在机构运动分析图解法中，影像原理只适用于。

9.当两构件组成转动副时，其速度瞬心在处；组成移动副时，其速度瞬心在处；组成兼有相对滚动和滑动的平面高副时，其速度瞬心在上。 10..速度瞬心是两刚体上为零的重合点。 11.铰链四杆机构共有个速度瞬心，其中个是绝对瞬心，个是相对瞬心。 12.速度影像的相似原理只能应用于的各点，而不能应用于机构的的各点。 13.作相对运动的3 个构件的3 个瞬心必。 14.当两构件组成转动副时，其瞬心就是。 15.在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为动，牵连运动为动时，两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为；方向与的方向一致。 16.相对运动瞬心是相对运动两构件上为零的重合点。 17.车轮在地面上纯滚动并以常速 v 前进，则轮缘上 K 点的绝对加速度 a a v l K K K KP ==n /2 。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -( ) 18.高副两元素之间相对运动有滚动和滑动时，其瞬心就在两元素的接触点。- - - ( ) 19.在图示机构中，已知ω1 及机构尺寸，为求解C 2 点的加速度，只要列出一个矢量方程 r r r r a a a a C B C B C B 222222=++n t 就可以用图解法将 a C 2求出。- - - - - - - - - - - - - - - - - - ( ) 20.在讨论杆2 和杆3 上的瞬时重合点的速度和加速度关系时，可以选择任意点作为瞬时重合点。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ( )

机械原理第八版复习 ()

概念类1、在平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为低副，它引入2个约束；具有两个约束的运动副是转动副和移动副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副，也可以说具有一个约束的运动副是高副。 2、两构件构成高副时，其瞬心在过接触点的公法线上。 3、最简单的自由度为1的平面连杆机构由多少个构件组成？ 4、平面连杆机构是构件用低副连接而成的机构，当平面四杆机构的运动副都是转动副 ,则称为铰链四杆机构。 5、铰链四杆机构的三种基本形式为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 6、机构中传动角?和压力角?之和等于900。 7、从传力效果来看，传动角越大越好，压力角越小越好。 8、在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其它两构件长度之和时，只能获得双摇杆机构。 9、机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于0且自由度数等于原动件数； 10、杆长不等的铰链四杆机构，在满足杆长和的条件下若以最短杆为机架，则为双曲柄机构，若不满足杆长和的条件下，则只能为双摇杆机构。 11、有一对心曲柄滑块机构，曲柄长为100mm,则滑块的行程是200mm，对吗？ 12、在曲柄滑块机构的两种基本形式，即对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构中，具有急回运动特性的是偏置曲柄滑块机构。 13、摆动导杆机构的行程速比系数K=2,则该机构的摆角为600。 14、在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该增大传动角?； 15、当平面四杆机构处于死点位置时，其传动角? =00； 16、曲柄摇杆机构中有无急回运动的性质，取决于极位夹角?，?>0，有急回运动； 17、当曲柄位于与机架共线位置时，曲柄摇杆机构有可能出现最小或最大传动角。 18、平面铰链四杆机构中，当行程速比系数K=1时，机构没有急回运动特性，此时极位夹角?= 0 。 19、铰链四杆机构中，能实现急回运动的有曲柄摇杆机构。 20、在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，为双摇杆机构； 21、滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线有2个，分别称为理论廓线和实际廓线。

机械原理第八版答案

机械原理课后答案西北工业大学机械原理及机械零件教研室编第八版

第2章 2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。 2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征? 答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。 2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 答：参考教材12~13页。 2-4 何谓最小阻力定律?试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。 2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。 2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么? 答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。 2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。 2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上的弹簧合页；4)可调臂台灯机构；5)剥线钳；6)磁带式录放音机功能键操纵机构；7)洗衣机定时器机构；8)轿车挡风玻璃雨刷机构；9)公共汽车自动开闭门机构；10)挖掘机机械臂机构；…。 2-10 请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可

机械原理习题-整理

第二早 4 .在平面机构中，具有两个约束的运动副是移动副或转动副；具有一个约束的运动副是高副。 5. 组成机构的要素是构件和转动副；构件是机构中的_运动—单元体。 6. 在平面机构中，一个运动副引入的约束数的变化范围是 1-2。 7 ?机构具有确定运动的条件是 _（机构的原动件数目等于机构的自由度）。 8 .零件与构件的区别在于构件是运动的单元体，而零件是制造的单元体。 9 .由M 个构件组成的复合铰链应包括 m-1个转动副。 10 .机构中的运动副是指两构件直接接触所组成的可动联接。 1?三个彼此作平面平行运动的构件共有 3个速度瞬心，这几个瞬心必定位于同一直线上。 2 .含有六个构件的平面机构，其速度瞬心共有15个，其中有5个是绝对瞬心，有10个是相对瞬心。 3 .相对瞬心和绝对瞬心的相同点是两构件相对速度为零的点，即绝对速度相等的点，不同点是绝对瞬心点两构件的绝对速度为零，相对瞬心点两构件的绝对速度不为零。 4.在由N 个构件所组成的机构中，有（N-1）（N/2-1）个相对瞬心，有 N-1个绝对瞬心。 5?速度影像的相似原理只能应用于同一构件上_的各点，而不能应用于机构的不同构件上的各点。 6 ?当两构件组成转动副时，其瞬心在转动副中心处；组成移动副时，其瞬心在移动方向的垂直无穷远处处；组成纯滚动的高副时，其瞬心在高副接触点处。 7 .一个运动矢量方程只能求解 _____ 2 个未知量。速度。哥氏加速度的大小为 a*kc2c3 ,方向与将 vc2c3沿3 2转90度的方向一致。 1. 从受力观点分析，移动副的自锁条件是驱动力位于摩擦锥之内转动副的自锁条件是驱动力位于摩擦圆之内。 2 .从效率的观点来看，机械的自锁条件是 n< 0。 3 .三角形螺纹的摩擦力矩在同样条件下大于矩形螺纹的摩擦力矩，因此它多用于联接。 4 .机械发生自锁的实质是无论驱动力多大，机械都无法运动。 5. 在构件1、2组成的移动副中，确定构件 1对构件2的总反力F R12方向的方法是与2构件相对于1构件的相对速度 V12成90度+fai 。 6 .槽面摩擦力比平面摩擦力大是因为槽面的法向反力大于平面的法向反力。 7 .矩形螺纹和梯形螺纹用于传动，而三角形（普通）螺纹用于联接。 8 .机械效率等于输出功与输入功之比，它反映了输入功在机械中的有效利用程度。 9 .提高机械效率的途径有尽量简化机械传动系统，选择合适的运动副形式，尽量减少构件尺寸，减少摩擦。 1.机械平衡的方法包括、平面设计和平衡试验，前者的目的是为了在设计阶段，从结构上保证其产生的惯性力最小，后者的目的是为了用试验方法消除或减少平衡设计后生产出的转子所存在的不 8.平面四杆机构的瞬心总数为 _6__。 9 .当两构件不直接组成运动副时，瞬心位置用 10.当两构件的相对运动为移动，牵连运动为三心定理确定。转动动时，两构件的重合点之间将有哥氏加

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机械原理课后答案西北工业大学机械原理及机械零件教研室编第八版

感谢你的观看第2章 2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。 2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征? 答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。 2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 答：参考教材12~13页。 2-4 何谓最小阻力定律?试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。 2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。 2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么? 答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。 2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。 2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上的弹簧合页；4)可调臂台灯机构；5)剥线钳；6)磁带式录放音机功能键操纵机构；7)洗衣机定时器机构；8)轿车挡风玻璃雨刷机构；9)公共汽车自动开闭门机构； 10)挖掘机机械臂机构；…。 2-10 请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可视为何种运动副?试画出仿腿部机构的机构运动简图，并计算其自由感谢你的观看

机械原理题库第一章、机构结构分析(汇总)汇总

00002、具有、、等三个特征的构件组合体称为机器。 00003、机器是由、、所组成的。 00004、机器和机构的主要区别在于。 00005、从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。 00006、运动副元素是指。 00007、构件的自由度是指；机构的自由度是指。 00008、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。 00009、机构中的运动副是指。 00010、机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。 00011、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。 00012、平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。 00013、当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为，至少为。 00014、 00015、计算机机构自由度的目的是 __________________________________________________________。 00016、在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的运动副是副。 00017、计算平面机构自由度的公式为F ，应用此公式时应注意判断：(A)

铰链，(B) 自由度，(C) 约束。 00018、机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；虚约束是指。 00019、划分机构的杆组时应先按的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的级别确定。 00020、机构运动简图是的简单图形。 00021、在图示平面运动链中，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；若以构件4为机架，5为原动件，则成为级机构。 00022、机器中独立运动的单元体，称为零件。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ( ) 00023、具有局部自由度和虚约束的机构，在计算机构的自由度时，应当首先除去局部自由度和虚约束。( ) 00024、机构中的虚约束，如果制造、安装精度不够时，会成为真约束。( ) 00025、任何具有确定运动的机构中，除机架、原动件及其相连的运动副以外的从动件系统的自由度都等于零。( ) 00026、六个构件组成同一回转轴线的转动副，则该处共有三个转动副。- - - - - - - - ( ) 00027、当机构的自由度F 0，且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。 ( ) 00028、运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目大于或等于自由度。- - - - ( )

机械原理期末题库附答案

机械原理期末题库（本科类）一、填空题： 1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。 2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。 3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。 4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。 5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。 6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。 7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36o，则行程速比系数等于。 8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。 9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程作运动。 10.增大模数，齿轮传动的重合度；增多齿数，齿轮传动的重合度。 11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。 12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。 13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。 14.铰链四杆机构中传动角γ为，传动效率最大。 15.连杆是不直接和相联的构件；平面连杆机构中的运动副均为。 16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。 17.机械发生自锁时，其机械效率。 18.刚性转子的动平衡的条件是。 19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。 20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k 1。 21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。 22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为β的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。 23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。 24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。

机械原理答案

机械原理答案文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

第二章平面机构的结构分析题2-1 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），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(图2-1a) 2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件，故 3=n 3=l p 1=h p 原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。 3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。 (1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。 (2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。 (3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-1d)。

一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。题2-2 图a 所示为一小型压力机。图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。试绘制其机构运动简图，并计算自由度。解：分析机构的组成：此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副，滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、凸轮(槽)5与滚子6组成高副。故解法一：7=n 9=l p 2=h p 解法二：8=n 10=l p 2=h p 局部自由度 1='F 题2-3如图a 所示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。其偏心轮1绕固定轴A 转动，与外环2固连在一起的滑阀3在可绕固定轴心C 转动的圆柱4中滑动。当偏心轮1按

机械原理课后答案第2章

第2章 2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。 2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征? 答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 答：参考教材12~13页。 2-4 何谓最小阻力定律?试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。 2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。 2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么? 答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。 2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。 2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上的弹簧合页；4)可调臂台灯机构；5)剥线钳； 6)磁带式录放音机功能键操纵机构；7)洗衣机定时器机构；8)轿车挡风玻璃雨刷机构；9)公共汽车自动开闭门机构；10)挖掘机机械臂机构；…。 2-10 请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可视为何种运动副?试画出仿腿部机构的机构运动简图，并计算其自由度。 2-11图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j输入，使轴A连续回转；而固装在轴^上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头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)，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。 1)取比例尺绘制机构运动简图 2)分析是否能实现设计意图解： f=，可改为 332410 f=?-?-=不合理∵0

哈工大机械原理考研第2章例题精解

2.3 试题精解和答题技巧例2-1 如例2-1图所示，已知四杆机构各构件长度：a =240mm ，b =600mm ，c =400mm ， d =500mm 。试问： 1．当取构件4为机架时，是否存在曲柄？如存在则哪一构件为曲柄？ 2．如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆机构？如果可以，应如何得到？解题要点：根据铰链四杆机构曲柄存在条件进行分析。在铰链四杆机构中，其杆长条件是机构有曲柄的根本条件。即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和；这时如满足杆长条件，以最短或与最短杆相邻的杆为机架，机构则有曲柄；否则无曲柄；如不满足杆长条件，无论取那个构件为机架，机构均无曲柄，机构为双摇杆机构。解： 1. 现在a+b =840mm

机械原理第八版课后练习答案

<机械原理>第八版西工大教研室编第2章 2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。 2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征? 答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。 2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 答：参考教材12~13页。 2-4 何谓最小阻力定律?试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。 2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。 2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么? 答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。 2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。 2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅； 2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上 2-11图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j输入，使轴A连续回转；而固装在轴^上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头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)，分析是否能实现设计意图，并提出修改方

机械原理第八版答案与解析

机械原理第八版答案与解析 Prepared on 22 November 2020

机械原理第八版西北工业大学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l μ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，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 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） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

图a ）解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 图 b ）解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 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3－1：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F ，C 、E 复合铰链。 3－2 解3－2：8=n ，11=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F ，局部自由度 3－3 解3－3：9=n ，12=l p ，2=h p ，123=--=h l p p n F 4、试计算图示精压机的自由度解：10=n ，15=l p ，0=h p 解：11=n ，17=l p ，0=h p （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

机械原理考试试题及答案

试题 1 一、选择题（每空2分，共10分） 1、平面机构中，从动件的运动规律取决于 D 。 A、从动件的尺寸 B、机构组成情况 C、原动件运动规律 D、原动件运动规律和机构的组成情况 2、一铰链四杆机构各杆长度分别为30mm ，60mm，80mm，100mm，当以30mm的杆为机架时，则该机构为 A 机构。 A、双摇杆 B、双曲柄 C、曲柄摇杆 D、不能构成四杆机构 3、凸轮机构中，当推杆运动规律采用 C 时，既无柔性冲击也无刚性冲击。 A、一次多项式运动规律 B、二次多项式运动规律 C、正弦加速运动规律 D、余弦加速运动规律 4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是 B 。 A、只要在一个平衡面内增加或出去一个平衡质量即可获得平衡 B、动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来 C、静不平衡针对轴尺寸较小的转子（转子轴向宽度b与其直径D之比b/D<0.2） D、使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡 5、渐开线齿轮齿廓形状决定于 D 。

A、模数 B、分度圆上压力角 C、齿数 D、前3项二、填空题（每空2分，共20分） 1、两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。 2、作相对运动的三个构件的三个瞬心必在同一条直线上。 3、转动副的自锁条件是驱动力臂≤摩擦圆半径。 4、斜齿轮传动与直齿轮传动比较的主要优点：啮合性能好，重合度大，结构紧凑。 5、在周转轮系中，根据其自由度的数目进行分类：若其自由度为2，则称为差动轮系，若其自由度为1，则称其为行星轮系。 6、装有行星轮的构件称为行星架（转臂或系杆）。 7、棘轮机构的典型结构中的组成有：摇杆、棘爪、棘轮等。三、简答题（15分） 1、什么是构件？答：构件：机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件；从运动角度讲是不可再分的单位体。 2、何谓四杆机构的“死点”？答：当机构运转时，若出现连杆与从动件共线时，此时γ=0，主动件通过连杆作用于从动件上的力将通过其回转中心，从而使驱动从动件的有效分力为零，从动件就不能运动，机构的这种传动角为零的位置称为死点。

机械原理习题(附解析)

第二章一、单项选择题： 1．两构件组成运动副的必备条件是。 A．直接接触且具有相对运动； B．直接接触但无相对运动； C．不接触但有相对运动； D．不接触也无相对运动。 2．当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时，该机构将确定的运动。 A．有； B．没有； C．不一定 3．在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为。 A．虚约束； B．局部自由度； C．复合铰链 4．用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有个自由度。 A．3； B．4； C．5； D．6 5．杆组是自由度等于的运动链。 A．0； B．1； C．原动件数 6．平面运动副所提供的约束为 A．1； B．2； C．3； D．1或2 7．某机构为Ⅲ级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是。 A．含有一个原动件组； B．至少含有一个基本杆组； C．至少含有一个Ⅱ级杆组； D．至少含有一个Ⅲ级杆组。 8．机构中只有一个。 A．闭式运动链； B．原动件； C．从动件； D．机架。 9．要使机构具有确定的相对运动，其条件是。 A．机构的自由度等于1； B．机构的自由度数比原动件数多1； C．机构的自由度数等于原动件数二、填空题： 1．平面运动副的最大约束数为_____，最小约束数为______。 2．平面机构中若引入一个高副将带入_______个约束，而引入一个低副将带入_____个约束。3．两个做平面平行运动的构件之间为_______接触的运动副称为低副，它有_______个约束；而为_______接触的运动副为高副，它有_______个约束。 4．在平面机构中，具有两个约束的运动副是_______副或_______副；具有一个约束的运动副是_______副。 5．组成机构的要素是________和________；构件是机构中的_____单元体。 6．在平面机构中，一个运动副引入的约束数的变化范围是_______。 7．机构具有确定运动的条件是____________________________________________。 8．零件与构件的区别在于构件是的单元体，而零件是的单元体。 9．由M个构件组成的复合铰链应包括个转动副。 10．机构中的运动副是指。三、判断题： 1．机构的自由度一定是大于或等于1。 2．虚约束是指机构中某些对机构的运动无约束作用的约束。在大多数情况下虚约束用来改善机构的受力状况。 3．局部自由度是指在有些机构中某些构件所产生的、不影响机构其他构件运动的局部运动的自

机械原理第二章习题答案

习题解： (a)11329323,0,13,9=?-?=--====H L H L p p n F p p n (b)31229323,0,12,9=?-?=- -====H L H L p p n F p p n （（c ）手摇打气筒（b ）题2.1图（a ）（b ）

(c)1423323,0,4,3=?-?=--====H L H L p p n F p p n (d)1725323,0,7,5=?-?=--====H L H L p p n F p p n 解：(a) 11027323,0,10,7=?-?=--====H L H L p p n F p p n (b)121424323,2,4,4=?-?-?=--====H L H L p p n F p p n (c)1111128323,1,11,8=?-?-?=--====H L H L p p n F p p n （c ）手摇打气筒（d ）汽车发动机罩壳机构

(d)111524323,1,5,4=?-?-?=--====H L H L p p n F p p n (e)131726323,3,7,6=?-?-? =--====H L H L p p n F p p n (f)121927323,2,9,7=?-?-?=--====H L H L p p n F p p n (g)11027323,0,10,7=?-?=--====H L H L p p n F p p n (h) 11027323,0,10,7=?-?=- -====H L H L p p n F p p n (d ) (e ) (f ) 8