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。

闭链开链

3.2 平面机构的运动简图

机构的运动简图：撇开那些与运动无关的构件的外形和运动副的具体结构，仅用简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的相对位置，表达机构的各

3

4子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。

3.2.2 机构运动简图的绘制步骤

机构简图的绘制步骤如下：

1、认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，确定主动件。

2、沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。

3、测量出运动副间的相对位置。

4、选择运动简图的视图平面和比例尺

μ (μ=实际尺寸(m)/图示长度(mm))，绘制机构

运动简图。并从运动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。

以发动机配气机构为例，具体步骤如下：

1、明确机构的组成 从主动件开始(按运动传递的顺序依次进行)，即主动件(凸轮)1按顺时针方向转动，从动件(滚子)2绕转动副C 转动，从动件3绕转动副D 摆动，构件4作往复运动。故配气机构由5个构件，3个转动副A 、C 、D ，一个移动副F 和两个高副B 和E 组成。

2、选择视图平面 一般选择与各构件运动平面相互平行的平面作为绘制机构简图的视图平面。

3、绘制机构简图 选择适当的比例，从主动件开始依次绘图，则就可以得到配气机构的机构运动简图。

作图时，要选用一定的长度比例尺l ，它是机构中任一实际尺寸与代表该尺寸的图形

线段长度之比，单位m ／mm 。

小结：

1. 运动副及其分类

2. 平面机构的运动简图 作业与思考：

1、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。约束数与自由度数的关系是( )。

2、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；而为( )或( )接触的运动副称为高副。

3、机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？

4、何谓自由度和约束？

第二讲

一、教学目标

(一）能力目标

熟练掌握机构自由度计算，并能准确判断机构运动是否确定 (二)知识目标

能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并做出正确处理 二、教学内容

平面机构的自由度的计算

三、教学的重点与难点

(一）重点

平面机构的自由度的计算。

(二)难点

机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的判断。

四、教学方法与手段

多媒体教学，注重举引典型实例进行分组讨论、归纳总结。

3.3 平面机构的自由度

3.3.1 平面机构的自由度

如图所示的曲柄滑块机构，如给定任一活动件一个确定的运动，例如给定滑块一个独立运动规律s = f（t），则其余构件的运动规律即可完全确定。

这说明曲柄滑块机构只有一个独立运动，或者说只有一个自由度。要使该机构具有确定的运动，必须给定该机构中一个构件的运动规律。

又如铰链四杆机构，如机构有两个独立运动，或者说有两个自由度，要使该机构具有确定的运动，必须同时给定两个独立运动规律。

机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。

机构的自由度可能是一个、两个，甚至两个以上。

若某机构由N个构件组成，除去机架，机构中共有n=N－1个活动件。构件在连接之前，

全部活动件共有3n个自由度。而在联接后，构件的自由度由于运动副的约束而减少。设在机构中有P L个低副，P H个高副，则该机构全部运动副的约束数目共有2P L+P H个。则机构自由度

F＝3n－2P L－P H

3.3.2 机构具有确定相对运动的条件

机构具有确定运动的条件：原动件数目W应等于机构的自由度F。即

W＝F＝3n－2P L－P H

原动件数＜自由度数，机构无确定运动

原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏

3.3.3 计算机构自由度时应注意的事项

1、复合铰链

定义：若两个以上的构件在同一处组成几个转动副，且各转动副轴线重合，则称该处联接为复合铰链。

计算自由度时，若复合铰链由m个构件组成，则联接处有(m—1)个转动副。

例3.2 试计算如图所示的自由度。

解：该机构当原动件1等速回转时，滑块5作往复直线运动。机构中有一个原动件，由

6个构件、7个低副组成，即n=6－1=5，P L=7，P H=0。

机构自由度 F=3n－2P L－P H＝3×5－2×7=1

2、局部自由度

定义：机构中某些构件所具有的不影响其余构件运动的自由度，称为局部自由度。

计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。

例3.3 试计算凸轮机构的自由度。

解：滚子与推杆间的自由度是局部自由度。如将此局部自由度除去不计，即将滚子与推杆视为一个构件，则n＝3―1=2，P L=2，P H=1。此机构的自由度：

F=3n－2P L－P H=3×2―2×2―1 = 1

（3）虚约束机构中重复的约束，称为虚约束。

计算机构自由度时，应将虚约束除去不计。

例3—4 试计算凸轮机构的自由度。

解：机构中n=3－1＝2，P L=2，P H=1，机构自由度为

F=3×2－2×2－1=1

即只需一个原动件。

虚约束常见情况及处理：

（1）轨迹重合：连接构件上的轨迹和机构上连接点的轨迹重合时, 引入虚约束。计算时将虚约束去掉。

（2）导路平行或重合的移动副：两构件构成多个导路相互平行的移动副时, 会出现虚约束。计算中只计入一个移动副。

（3）轴线重合的转动副：两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。计算中只计入一个转动副。

（4）传动对称：机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。计算中应将对称部分除去不计。

例3.3 计算大筛机构的自由度

解：C处为复合铰链；E和E′其中之一为虚约束；F处滚子为局部自由度。机构的可动构件数n=7, 低副数P l＝9, 高副数P h=1。

F＝3n－2P l－P h＝3×7－2×9－1＝2

此机构自由度数等于2, 与原动件数相等，即W=F，机构具有确定的相对运动。

小结：

平面机构的自由度的计算

作业与思考：

1、一个平面运动链的原动件数目小于此运动链的自由度数时，则此运动链( )。

A．具有确定的相对运动 B. 只能作有限的相对运动

C．运动不能确定 D. 不能运动

2、机构具有确定运动的条件是什么？

3、在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？

机械原理教案平面机构的结构分析

第二章平面机构的结构分析 §2-1机构结构分析的内容及目的 机构结构分析的内容 1）研究机构的组成及其具有确定运动的条件 2）根据结构特点进行机构的分类 3）研究机构的组成原理 §2-2机构的组成 1、构件 零件：制造的单元。 构件：运动单元体。 （注意：零件与构件的区别） 2、运动副及其约束 1）两构件间自由度：两构件间具有的独立相对运动的数目。 2）运动副：由两构件直接接触而组成的可动联接。 3）运动副元素：参与接触的运动副表面（平面、圆柱面、球面、其它曲面等） 4）约束：两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，使某些相对运动的数目减少，这种限制作用称为约束。 5）运动副的分类： 平面运动副：低副：面接触：转动副（铰链）、移动副。（提供了两个约束，保留了一个自由度） 高副：点、线接触：齿轮副、凸轮副。（约束了一个沿法线方向的自由度，保留了两个自由度） 空间运动副：球面副、球销副、螺旋副、圆柱副、高副 另外，还可按运动副进入的约束进行分类分成：Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。 运动副和构件的的表示方法（见教材p15:表2-1）。 3、运动链(Kinematic Chain ) 由若干个构件通过运动副联接组成的构件系统称为运动链。如果运动链中的各构件构成首末封闭的系统则称为闭式链，否则称为开式链。在一般机构中，大多采用闭式链，而机器人机构大多采用开式链。根据运动链中各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动，可以把运动链分为平面运动链和空间运动链两类。 4、机构(Mechanism) 如果运动链中的一个构件固定作为机架时则这种运动链称为机构。 机构中各构件的名称：机架、原动件、从动件。 §2-3机构运动简图绘制 1、机构运动简图

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-结构的几何构造分析(龙驭球第三版)

第2章结构的几何构造分析 本章内容：§2-1 几何构造分析的几个概念 §2-2 平面几何不变体系的组成规律 §2-3 平面杆件体系的计算自由度 §2-4 在求解器中输入平面结构体系(略) §2-5 用求解器进行几何构造分析(略) §2-6 小结 主要内容： 第三讲 §2-1 几何构造分析的几个概念 1. 几何不变体系和几何可变体系 一般结构必须是几何不变体系 几何不变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是不能改变的。 几何可变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是可以改变的。 2. 自由度 平面内一点有两种独立运动方式，即一点在平面内有两个自由度。 一个刚片在平面内有三种独立运动方式，即一个刚片在平面内有三个自由度。 自由度个数=体系运动时可以独立改变的坐标数 3. 约束 一个支杆相当于一个约束，如图(a)；一个铰相当于两个约束，如图(b)；一个刚性结合相当于三个约束，如图(c)

4. 多余约束 如果在一个体系中增加一个约束，而体系的自由度并不减少，此约束称为多余约束。 有一根链杆是多余约束 5. 瞬变体系 特点：从微小运动的角度看，这是一个可变体系；经微小位移后又成为几何不变体系；在任一瞬变体系中必然存在多余约束。 可变体系 瞬变体系：可产生微小位移 常变体系：可发生大位移 6. 瞬铰 O为两根链杆轴线的交点，刚片I可发生以O为中心的微小转动，O点称为瞬时转动中心。 两根链杆所起的约束作用相当于在链杆交点处的一个铰所起的约束作用，这个铰称为瞬铰。 7. 无穷远处的瞬铰

两根平行的链杆把刚片I与基础相连接，则两根链杆的交点在无穷远处。两根链杆所起的约束作用相当于无穷远处的瞬铰所起的作用。 无穷远处的含义 （1）每一个方向有一个∞点； （2）不同方向有不同的∞点； （3）各∞点都在同一直线上，此直线称为∞线； （4）各有限点都不在线∞上。 §2-2 平面几何不变体系的组成规律 1. 三个点之间的连接方式 规律1 不共线的三个点用三个链杆两两相连，则所组成的铰接三角形体系是一个几何不变的整体，且没有多余约束。 2. 一个点与一个刚片之间的连接方式 规律2 一个刚片与一个点用两根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成几何不变的整体，且没有多余约束。 3. 两个刚片之间的连接方式 规律3 两个刚片用一个铰和一根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成几何不变的整体，且没有多余约束。

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

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。

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。