实验1 典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘
1.1 实验目的
1. 通过对典型机械的分析，了解：主动件和从动件的运动型式，主动件与从动件之间的运动传递和变换方式，机构组成及其类型，机构中构件的数目和构件间所组成运动副的数目、类型、相对位置等；
2. 掌握机构运动简图的测绘方法；
3. 针对实物机械，熟练掌握机构自由度的计算；
4. 实验验证机构具有确定运动的条件；
5. 加深对机构组成及其结构分析的理解。
1.2 实验设备和工具
1. 典型实物机械若干台；
2. 量具。
1.3 实验原理和方法
1. 原理
由于机构的运动仅与机构中构件的数目和构件所组成运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，以此表示机构的运动特征。 2. 方法
(1) 测绘时使被测绘的机械缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。
(2) 根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的类型。 (3) 在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接顺序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3、…分别标注各构件，用字母A 、B 、C 、…分别标注各运动副。
(4) 仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副某点导路的方位线等，选定原动件的位置，并按下式选择一定的比例尺画出正式的机构运动简图。
比例尺)
m m ()m (图上长度实际长度=
l μ
1.4 实验步骤和要求
1. 对于指定的几种机器或机构，要求其中至少有两种需按比例尺绘制机构运动简图，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。
2. 计算机构自由度，并将结果与实际机构的自由度对照，观察计算结果与实际是否相符。
3. 对上述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确定杆组和机构级别等）。
1.5 思考题与实验报告
1. 思考题
(1)通过本实验，阐述机构运动简图的内涵。机构运动简图应准确反映实际机构中的哪些项
目？
(2)绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选择？会不会影响简图的正确性？
(3)机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？机构具有确定运动的条件是什么？
(4)对所测绘的机构能否改进和创意新的机构运动简图？
2. 实验报告基本内容
(1) 填写完成下表内容
(2) 思考题讨论
(3) 实验心得和建议
实验2 齿轮传动效率测定与分析
2.1 实验目的
1. 了解机械传动效率的测定原理，掌握用扭矩仪测定传动效率的方法；
2. 测定齿轮传动的传递功率和传动效率；
3. 了解封闭加载原理。
2.2 实验设备和工具
1. 齿轮传动效率试验台；
2. 测力计；
3. 数据处理与分析软件；
4. 计算机、打印机。
2.3 实验原理和方法
1. 齿轮传动的效率及其测定方法
齿轮传动的功率损失主要在于：(1)啮合面的摩擦损失；(2)轮齿搅动润滑油时的油阻损失；(3)轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。对于采用滚动轴承支承的齿轮传动，满负荷时计入上述损失后，平均效率如表3.1所示。
测定效率的方式主要有两种：开放功率流式与封闭功率流式。前者借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。其优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验），消耗能力尤其严重。而后者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗，因此这种实验方案采用较多。 2. 封闭式试验台加载原理
图3.1表示一个加载系统，电机功率通过联轴器1传到齿轮2，带动齿轮3及同一轴上的齿轮6，齿轮6再带动齿轮5。齿轮5的轴与齿轮2的轴之间以一只特殊联轴器和加载器相联接。
设齿轮齿数6532,z z z z ==，齿轮5的转速为5n (r/min)、扭矩为)m N (5?M ，则齿轮5处的功率为
)kW ( 9550
5
55n M N =
若齿轮2、5的轴不作封闭联接，则电机的功率为
)kW ( 9550/5
551η
η?=
=n M N N
式中η为传动系统的效率。
而当封闭加载时，在5M 不变的情况下，齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力产生封闭力矩4M )m N (?，其封闭功率为
)kW ( 9550
4
44n M N =
该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为
)kW ( /441
N N N -='η 由此可见，11
N N <<'，若%95≈η，则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的1/20。
图2.1 加载系统 图2.2 试验台结构
3. 效率计算
要计算效率，应先决定被试齿轮2处于主动还是被动。在齿轮传动中，主动轮的转向与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相反，而从动轮的转向则与轮齿啮合作用力形成的扭矩方向相同。如图3.1所示，由电机联轴器1决定的方向与齿轮2所受扭矩方向相反，所以持论2为主动轮。设齿轮2、3间的传动效率为32-η，齿轮6、5间的传动效率为56-η（均含支承轴承效率及搅油损失，以便于计算），则电机供给功率可计算如下
)kW ( 45
6324
1N N N -=
'--ηη 电机力矩
45
6324
1M M M -=
--ηη
当设==--5632ηη平均效率η时，由上式可得
1
44
M M M +=
η
若电机转向与图3.1中所示的由联轴器力矩1表示的方向相反（本实验所采用的试验台便是这种情况），砝码形成的负荷将保持捏合面不变。从齿轮2的转向来判断，转向与所承受轮齿啮合力的扭矩方向相同，所以齿轮2即为被动轮，而齿轮3和5就成为主动轮，功率流的方向变为5→6→3→2。此时功率流功率4N 大于传出的功率，则电机供给的摩擦功率为
)1()1(24652346523441ηηηηη-=-=-=----N N N N N
所以 )1(2
41η-=M M 则平均效率为
4
1
4M M M -=
η
4. 试验台结构
试验台结构如图3.2所示。其中电机1悬挂式安装，2是重锤式测力计，3是两套相同传动比的齿轮减速器，通过联轴器和加载器4组成封闭加载回路，5是机架，6是电器控制箱。
若测力计的读数为f (mN)，测力矩臂长为l =195mm ，则功耗力矩为
)m N ( 10195.01000195.01000
3
2
??===
-f f lf M f 减速器采用了螺旋槽加载机构，如图3.3所示。其螺旋角?=14.11β。当砝码1的重量
G (N)经动滑轮2施加于滑架3时，滑架即在滑轨4上移动。由于螺旋槽的作用，此时销轴5不动，而槽体产生旋转，带动轴6旋转而产生加载力。加载受力情况如图3.3的上图所示。Q 为螺旋槽压在销轴上的载荷，其分力Q '与加载砝码重量相平衡，即G Q 2='；分力Q ''则为圆周力，它乘以作用半径r 即为作用在封闭系统内的封闭力矩B M 。
图2.3 螺旋槽加载机构
)m N ( 1000
14.112 /???='=''tg r
G
M tg Q Q B β
当mm 5.21=r 时，)m N (22.0?=G M B 。 测力计的结构和作用原理见实验12。
2.4 实验步骤和要求
1. 脱开测力计挂钩并调零。判断电机转向应为测力杆向下回转。
2. 卸去所有砝码，使加载器销轴处于轴向移动起点附近约2~3mm 处。
3. 手扶测力杆，启动电机，空转一分钟。
4. 将测力杆挂上测力计挂钩，读出空载下功耗力矩的力。（该力矩是与载荷无关的因素所引起的损失，如轴承的空载阻力，密封件阻力，箱体内的搅油损失等）。
5. 逐步加载到砝码重250N ，每次加载后运转5~10min 使趋于稳定状态，记录砝码重及测力计读数，同时注意此两数之间是否大致保持相应关系。如有明显不正常，则应查明原因采取措施后重做一遍。数据正常则停机。
6. 将数据输入计算机，打印出加载力矩B M 、功耗力矩f M 及传动效率η诸值，并作出
B f M M -曲线和B M -η曲线图。
2.5 思考题与实验报告
1. 思考题
(1) 为什么B f M M -基本为直线关系，而B M -η则为曲线关系？ (2) 油温对传动效率将有何影响？
(3) 加载力矩的测量值介入了哪些误差？
2. 实验报告基本内容 (1) 填写完成下表内容
实验3 典型机械结构展示及拆装与测绘
3.1 实验目的
1.了解典型机械的功用和传动机构的组成情况以及运动、动力的传递路线和变换形式；
2.了解典型机械中各零部件的结构特点、装配关系及其调整方法；
3.通过拆装进一步熟悉和掌握典型机械零部件结构设计的一般原则；
4.了解零部件的测绘方法，培养机械结构设计和反求设计的能力。
3.2 实验设备和工具
1.各种典型传动装置；
2.各种常用拆装工具和测量工具。
3.3 实验步骤和要求
1.打开传动装置的机盖，仔细观察传动装置的运动与动力输入、输出件、传递路线和变换
形式，分析其功用和所含传动机构类型，绘制传动系统示意图。
2.观察各零部件的结构特点、装配关系及其调整方法，用手感觉配合松紧程度和间隙大小，
考虑合理的拆装顺序。
3.按顺序拆下各零部件并作记录，将拆下的零部件按一定顺序放置，以免丢失、损坏，以
便于装配。
4.选择其中的代表性结构（如轴系）徒手绘制其装配草图。
5.选择2个关键零件，绘制其结构草图，并通过实测，标注全部尺寸，推测配合处的配合
制、名义尺寸和配合精度等级与公差，从功能要求考虑，选择合理的形位公差和表面粗糙度。
6.将传动装置按一定顺序安装并调整好，使其运转灵活。
3.4 思考题与实验报告
1. 思考题
(1)传动装置中为实现零部件周向和轴向定位与固定采用了哪些方法？
(2)传动装置中哪些零件需要对安装间隙进行调整，采用什么方法进行调整？
(3)机械结构设计时应注意和考虑哪些问题？
(4)结构测绘时如何才能获得较为精确的测量结果？
2. 实验报告基本内容
(1) 填写完成下表内容
传动装置名称：
所含传动机构类型及名称：传动系统示意图：
(2) 思考题讨论
(3) 实验心得和建议
实验4 渐开线直齿圆柱齿轮几何参数测定与分析
4.1 实验目的
1. 掌握运用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法；
2. 通过测量和计算，熟练掌握齿轮各参数之间的相互关系和渐开线性质。
4.2 实验设备和工具
1. 一对齿轮（齿数为奇数和偶数的各一个）；
2. 游标卡尺（游标读数值不大于0.05mm ）；
3. 渐开线函数表、计算工具（学生自备）。
4.3 实验原理和方法
单个渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有：齿数z 、模数m 、压力角α、齿顶高系数*
a h 、顶隙系数*
c 、变位系数x ；一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合的基本参数有：啮合角α'、中心距a 。
本实验用游标卡尺来测量轮齿，并通过计算得出一对直齿圆柱齿轮的基本参数。其原理如下：
1. 确定齿轮的模数和压力角
图4.1 齿轮公法线长度的测量
标准直齿圆柱齿轮公法线长度的计算如下：如图7.1所示，若卡尺跨n 个齿，其公法线长度为
b b n s p n l +-=)1( 同理，若卡尺跨1+n 个齿，其公法线长度则应为
b b n s np l +=+1
所以 b n n p l l =-+1 (4.1) 又因απαcos cos m p p b ==
所以 α
πcos b
p m =
(4.2)
式中b p 为齿轮基圆齿距，它由测量得到的公法线长度n l 和1+n l 代入式(7.1)求得。α可能是
15，也可能是 20，故分别用 15和 20代入式(7.2)算出模数，取模数最接近标准值的一组m 和α，即为所求齿轮的模数和压力角。
为了使卡尺的两个卡脚能保证与齿廓的渐开线部分相切，所需的跨齿数n 按下式计算 5.0180
+=z n α
(4.3)
或直接由表7.1查出。
2. 确定齿轮的变位系数 根据齿轮的齿厚公式
αααπααinv 2cos )tg 22/(inv 2cos b b b r x m r s s ++=+=
得 α
α
π
αtg 2inv 2cos z m s x b --= (4.4)
式中b s 可由以上公法线长度公式求得，即
b n b np l s -=+1 (4.5) 将式(7.5)代入式(7.4)即可求出变位系数x 。 3. 确定齿轮的齿顶高系数和顶隙系数
根据齿轮齿根高的计算公式 2f
f d mz h -=
(4.6)
又 )(x c h m h a f -+=*
* (4.6a)
式(7.6)中齿根圆直径f d 可用游标卡尺测定，因此可求出齿根高f h 。在式(7.6a)中仅*
a h 和*
c
未知，由于不同齿制的*a h 和*c 均为已知标准值，故分别用正常齿制1=*a h 、25.0=*
c 和
短齿制8.0=*a h 、3.0=*
c 两组标准值代入，符合式(7.6a)的一组即为所求的值。
4. 确定一对互相啮合的齿轮的啮合角和中心距 一对互相啮合的齿轮，用上述方法分别确定其模数m 、压力角α和变位系数1x 、2x 后，可用下式计算啮合角α'和中心距a ：
αααinv tg )
(2inv 2121+++=
'z z x x (4.7)
αα
'
+=cos cos )(221z z m a (4.8)
实验时，可用游标卡尺直接测定这对齿轮的中心距a '，测定方法如图7.2所示。首先使该对齿轮作无齿侧间隙啮合，然后分别测量齿轮的孔径1k d 、2k d 及尺寸b ，由此得
2/)(21k k d d b a ++=' （4.9)
图4.2 中心距的测量
4.4 实验步骤和要求
1. 数出齿轮的齿数z 。
2. 由式(7.3)计算或查表确定跨齿数n 。
3. 测量公法线长度n l 和1+n l 及齿根圆直径f d 、中心距a '，读数精度至0.01mm 。注意，每个尺寸应测量三次，记入实验报告附表，取其平均值作为测量结果。
4. 逐个计算齿轮的参数，记入实验报告附表。最后将计算的中心距与实测中心距进行比较。
4.5 思考题与实验报告
1. 思考题
(1) 通过两个齿轮的参数测定，试判别该对齿轮能否互相啮合。如能，则进一步判别其传动
类型是什么？
(2) 在测量齿根圆直径f d 时，对齿数为偶数和奇数的齿轮在测量方法上有何不同？ (3) 公法线长度的测量是根据渐开线的什么性质？ (4) 如何分析跨齿数n 的计算公式(7.3)？
2. 实验报告基本内容 (1) 填写完成下表内容
(2) 思考题讨论
(3) 实验心得和建议
实验5 渐开线直齿圆柱齿轮范成
5.1 实验目的
1. 通过实验掌握用范成法制造渐开线齿轮齿廓的基本原理；
2. 了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；
3. 分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
5.2 实验设备和工具
1. 齿轮范成仪；
2. 圆规、三角尺、绘图纸、剪刀、两支不同颜色的铅笔或圆珠笔（学生自备）；
3. “齿轮范成实验”电教片、放像机。
5.3 实验原理和方法
范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工轮齿的一种方法。加工时，其中一齿轮（或齿条）为刀具，另一轮为轮坯，二者对滚，同时刀具还沿轮坯的轴向作切削运动，最后轮坯上被加工出来的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线，其过程好像一对齿轮（或齿轮齿条）作无齿侧间隙啮合传动一样。为了看清楚齿廓形成的过程，可以用图纸做轮坯。在不考虑切削和让刀运动的情况下，刀具与轮坯对滚时，刀刃在图纸上所印出的各个位置的包络线，就是被加工齿轮的齿廓曲线。
图8.1所示齿轮范成仪，圆盘2（相当于待切齿轮）绕固定于机架1上的轴心O 转动，在圆盘的周缘刻有凹槽，槽内嵌两根钢丝3，其中心线（图中圆盘2上虚线为钢丝3的中心线）形成的圆相当于被加工齿轮的分度圆。两根钢丝的一端分别固定在圆盘2上B 、B '，另一端分别固定在拖板4的A 、A '处，拖板在机架上沿水平方向移动时，钢丝便拖动圆盘转动。这与被加工齿轮相对于齿条刀具的运动相同。
图5.1 齿轮范成仪
在拖板4上还装有带齿条刀具6的小拖板5，转动螺旋7可使其相对于拖板4垂直移动，从而可调节齿条刀具中线至轮坯中心的距离。
在齿轮范成仪中，已知的齿条刀具参数为：压力角α；齿顶高系数*
a h ；径向间隙系数*
c ；模数m ；被加工齿轮的分度圆直径)(mz
d =。
5.4 实验步骤和要求
1. 根据已知的刀具参数和被加工齿轮分度圆直径，计算被加工齿轮的基圆、不发生根切的最小变位系数与最小变位量、标准齿轮的齿顶圆与齿根圆直径以及变位齿轮的齿顶圆与齿根圆直径。然后根据计算数据将上述六个圆画在同一张纸上，并沿最大圆的圆周剪成圆形纸片，作为本实验用的“轮坯”。
2. 把“轮坯”安装到范成仪的圆盘上，必须注意对准中心。
3. 调节齿条刀具中线，使其与被加工齿轮分度圆相切。刀具处于切制标准齿轮时的安装位置上。
4. “切制”齿廓时，先把刀具移向一端，使刀具的齿廓退出轮坯中标准齿轮的齿顶圆；然后每当刀具向另一端移动2~3mm 距离时，描下刀刃在图纸轮坯上的位置，直到形成两个完整的轮齿齿廓曲线为止。此时应注意轮坯上齿廓的形成过程。
5. 观察根切现象（用标准渐开线齿廓检验所绘得的渐开线齿廓或观察刀具的齿顶线是否超过被加工齿轮的极限点）。
6. 重新调整刀具，使刀具中线远离轮坯中心，移动距离为避免根切的最小变位量，再“切制”齿廓。此时也就是刀具齿顶线与变位齿轮的根圆相切。按照上述的操作过程，同样可以“切制”得到两个完整的正变位齿轮的齿廓曲线。为便于比较，此齿廓可用另一种颜色的笔画出。
5.5 思考题与实验报告
1. 思考题
(1) 实验得到的标准齿轮齿廓与正变位齿轮齿廓（如图8.2所示）形状是否相同？为什么？ (2) 通过实验，你所观察到的根切现象发生在基圆之内还是基圆之外？是什么原因引起的？
如何避免根切？
(3) 比较用同一齿条刀具加工出的标准齿轮和正变位齿轮的以下参数尺寸：m 、α、r 、b r 、
a h 、f h 、h 、p 、s 、a s 、，其中哪些变了？哪些没有变？为什么？
(4) 通过实验对范成齿廓和变位齿廓的创意有何体会？
2. 实验报告基本内容 (1) 填写完成下表内容
齿轮几何尺寸计算
(2) 思考题讨论
(3) 实验心得和建议
机械运动简图的测绘 一、目的 1. 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图； 2. 解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法； 3. 加深对机构结构分析的了解。 二、设备和工具 1. 机械实物（如：牛头刨床、插齿机等）； 2. 机构的模型（如：简易冲床、颚式破碎机、内燃机模型、油泵模型等）； 3. 测量工具：刚尺、内外卡钳、刚皮尺、量角器（根据需要选用）； 4. 绘图工具：三角板、铅笔、圆规、橡皮、草稿纸（自备）。 三．原理和方法 1 ．原理： 由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的类型、数目及相对位置有关，因此，在绘制 机构运动简图时，可撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中国家标 准 GB4460-84 “机械制图机构运动简图符号”的规定）来代替机构和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位 置，以此表明机构的运动特征，以便于进行机构运动系和动力系方面的分析。 2 ．测绘方法、步骤： ① 首先仔细观察机器实物或模型，了解机器中各构件的相对运动关系，并正确地区分各个运动机构及各运动副的 特征，从而确定组成机构的构件数目及运动副类别。对于两个构件的相对运动非常微小而不易感觉到地方应特别加以注 意且不可误认为刚性联接。 ② 适当选择视图，并在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的联接次序逐步画出机构运动简图的草图。然后用数字 1 ， 2 ， 3 ……，分别标注各构件，用字母 A ， B ， C ……分别标注各运动副。 ③ 计算机构的运动度并籍此检查所绘机构运动简图的草图是否正确。应当指出，在计算自由度时应除去虚拟约束 条件及局部自由度。自由度检查无误后再任意假定原动件的位置，并测量机构各运动副间的相对位置及机构尺寸，最后
实验一机械运动简图的测绘 一、实验目的 1、掌握从实际机构中测绘机构运动简图的基本技能和正确标注运动尺寸。 2、巩固和熟练机构自由度的计算。 3、掌握运动链的运动是否确定的判别方法。 4、分析一些四杆机构的演化过程和验证其曲柄存在的条件。 二、实验设备和工具 各种机器模型 此外自备三角板、铅笔、橡皮、草稿纸。 三、实验原理 由于机构的运动仅与机构的类型、机构中构件的数目、运动副的数目、种类及其相对位置有关。因此在分析机构运动时，可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的符号来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，即机构运动简图，并以此分析，说明实际机构的特征。 四、实验步骤 l、缓慢地使被测绘的机构或模型运动，由原动件开始仔细观察其运动传递过程，按相对运动情况分清各个运动构件，确定组成该机构的构件的数目、运动副的种类和数目。 2、在草稿纸上，按运动传递顺序，根据规定的符号(见附录)，徒手绘出机构运动简图，用1、2……标注各构件，用A、B……标注各运动副。 3、仔细测量机构中各运动副之间的相对位置，即转动副间的中心距和移动副导路的位置尺寸或角度等，标在徒手绘制的机构运动简图中。 4、根据所测绘的机构运动简图，计算该机构自由度，并与实际机构核对是否正确。 五、实验报告要求 1、写上被测机构的名称及机构的自由度数。 2、写上被测机构中原动件数目及判断运动是否确定。 将草图画成正规的运 3、任意假定原动构件的位置，并按一定的比例尺寸u 1 动简图。 =实际长度(毫米mm)/图上长度(毫米mm) 比例尺寸u 1 六、思考题 l、一个正确的"机构运动简图"应能说明哪些内容? 2、绘制机构运动简图时，原动构件的位置为什么可以任意选定?会不会影响简图的正确性? 3、机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助?
实验一机构运动简图测绘与分析实验 一、实验目的 1．根据机构模型，掌握正确绘制平面机构运动简图的方法和技能。 2．验证和巩固机构自由度的计算，进一步理解机构自由度的概念。 3．应用机构自由度的计算方法，分析平面机构运动的确定性。 4．掌握平面机构的组成原理，能够对平面机构进行结构分析。 二、实验设备 1、机构模型（铆钉机构B1、简易冲床B 2、装订机机构B 3、鄂式破碎机B 4、步进输送机B 5、假肢膝关节机构B 6、机械手腕部机构B 7、抛光机B 8、牛头刨床B 9、制动机构B10等）； 2．所用工具：钢板尺、游标卡尺、三角板、铅笔、圆规、橡皮、纸（除钢板尺和游标卡尺外，其余学生自备）。 三、实验内容 1. 选择5种机构模型进行测量，绘制机构运动简图； 2. 计算机构自由度，并注明其活动构件数、低副数、高副数，然后代入公式进行计算。 3．对所选择的机构进行结构分析，确定机构的级别。 四、实验原理、方法和手段 在对现有机械设备进行分析或设计新的机械设备时，都需要运用其机构运动简图。而机构各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的数目、类型，运动副相对位置和构件的数目来确定的，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及运动副的具体构造等无关。所以，只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，就可以用运动副的代表符号和简单的线条把机构的运动简图画出来。
常用符号见下表： 1、机构运动简图的概念 抛开构件的复杂外形和运动副的具体结构，利用简单的线条和规定的符号来代表每一个构件和运动副，并按一定的比例将机构的运动特征表达出来的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性，因而可以根据该图对机构进行运动分析和动力分析。 2、测绘方法 （1）分析运动情况。绘制机构运动简图时，首先要把该机器或模型的实际构造和运动情况搞清楚。为此，先应确定出原动件和从动件，再使被测机器或模型缓慢运动，然后按照运动的传递路线，把原动件和从动件之间的各构件的运动情况观察清楚，尤其应注意有微小
《机械运动图像题》中考汇编 1．【上海毕业】小华乘水上游船进入世博园的过程中，若以游船为参照物，浦江两岸的建筑物是 的。如图所示的s-t 图像反映了游船在某段江面时的运动情况，由图像可得该游船行驶的速度为 米/秒，它在30秒内通过的路程为 米。 2．【10淮安】小华同学根据实验记录数据．描绘出 玩具小车路程随时间变化的关系图象．如图所示．由 图象可知，计时s 后小车开始运动；1s 至5s 小车通 过的路程是m ，速度是m ／s ． 3．【10沈阳】．一个骑自行车的人与一个跑步者在 平直路面上运动，他们通过的路程随时间变化的图象 如图所示。分析图象可知，跑步者的速度为 ________m/s 。在运动过程中，若以跑步者为参照物， 骑车者是________的。 4.（2011哈尔滨）甲、乙两辆汽车在水平路面上同 时向东行驶，路程一时间图像如图所示，则甲车的速度是_______m ／s ；两车行驶过程中，若以甲车为参照物，乙车向________运动. 5．【10济宁】甲、乙两物体从同一地点出发沿同—方向运动其路程S 跟时间t 的关系图像如图所示。仔细观察图像，你能获得什么信息？ (写出一条即可) 6．（江苏徐州市）小刚从家中出发到达彭城广场后，沿原路返回家中，其中一半路程步行．一半路程骑自自行车。路程与时间图像如图所示。则步行的是图中_______段，小刚家到彭城广场的路程为__________m ，小刚骑车的速度为______m ／s 。 7．（2011攀枝花）一只兔子和一条小狗从同一地点出发，同时开始向东运动，兔子的运动距离与时间关系图象如图中实线部分ABCD 所示，小狗的运动距离与时间关系图象如图中虚线部分AD 3s 内，小狗相对于兔子将向_______运动（选填“东”或“西”）。 s/m t /s 8 6 4 2 0 8 2 4 6 A B C D
<机械原理>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
绪论 、研究对象 1、机械：机器和机构的总称 机器（三个特征）：①人为的实物组合（不是天然形成的）；②各运动单元具有确定的相对；③必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。 机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机 机构：有①②两特征。 很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。 2、概念 构件：运动单元体 零件：制造单元体 构件可由一个或几个零件组成。 机架：机构中相对不动的构件 原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。T输入构件 从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。T输出构件 机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。 二、研究内容： 1、机构的结构和运动学： ①机械的组成；②机构运动的可能性和确定性；③分析运动规律。 2、机构和机器动力学：力运动的关系? F=ma 功——能 3、要求：解决二类问题： 分析：结构分析，运动分析，动力分析
综合（设计）：①运动要求，②功能要求。新的机器 第一章平面机构的结构分析（一）教学要求 1、了解课程的性质与内容，能根据实物绘制机构运动简图 2、熟练掌握机构自由度计算方法。了解机构组成原理 （二）教学的重点与难点 1、机构及运动副的概念、绘机构运动简图 2、自由度计算，虚约束，高副低代 （三）教学内容 § 1-1 机构结构分析的目的和方法研究机构的组成原理和机构运动的可能性以及运动确定的条件 § 1-2 机构的组成机构是由构件组成的。 、运动副： 构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生 咼副：点线接触 低副：面接触 运动副元素 自由度：构件含有独立运动的数目 约束：对独立运动的限制 低副：2个约束，1个自由度 X — 斗 A' A J4 定的相对运动） - 7 —— x - y y (c) y x
实验一机构运动简图的测绘及分析 一、实验目的： 1、掌握机构运动简图测绘的基本方法； 2、巩固机构自由度的计算。并验证机构具有确定运动的条件； 3、通过对机构进行结构分析，了解结构的组成原理 二、设备和工具 机器和机构模型量具铅笔橡皮和草稿纸 三、实验原理 机构运动与机构中的构件的数目、构件组成运动副的形式以及各运动副的相对位置有关，而与构件的复杂外形和运动副的具体结构无关，因此，在工程上对 机构进行结构分析、运动分析和力分析时可以用机构运动简图来进行。 机构运动简图既简单又能正确地反映一部机器的运动特征，因此，正确地测量和绘制机构运动简图是机械设计的重要组成部分、 四、实验方法与步骤 1、观察机构的运动，弄清构件的数目 缓慢移动被测的及其或机构模型，从原动件开始，根据运动传递路线，仔细观察相连接的两构件是否有相对运动，特别要注意那些运动很微小的构件，从而弄清楚组成机构的构件数目。 2、判别运动副类型 一般，从原动件开始，遵循运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动性质。由此确定机构中运动副的类型、数目 3、合理选择视图 一般选择与机构的多数构件运动平面平行的平面作为投影面。必要时也可以
就机构的不同部分选择两个或者两个以上的投影面，然后展开到一张图面上。或者把主运动简图上难于表示清楚的部分，另绘一张局部简图。 对于齿轮机构则可选择与运动平面相垂直的平面作为投影面。总之，以简单清楚的把机构的运动情况表示出来为原则。 4、画出机构运动简图的草图，计算机构的自由度。 将原动件转到某一位置（即可看清多数活动构件和运动副的位置）。在草稿纸上按照规定的符号，目测尺寸使实物与图形大致成比例，徒手画出机构运动简图的草图，然后计算机构的自由度，并将草图与实物对照，观察是否和实物相符合。 5、画正式的机构运动简图。 确定尺寸比例尺，认真测量机构各运动副之间的相对位置参数，在实验报告纸上用三角板和圆规，将上述草图按照选定的比例尺卩1（构件的真实长度与图示长度的比值，单位为m/mn或mm/mn画出正式的机构运动简图。 注：对于某些不便直接测定的机构尺寸，可首先分析其机构的性质，采用间接测量的办法。
第一章 平面机构及其运动简图 案例导入：通过硬纸片是否钉在桌面上及常见的推拉门、活页等例子，引入自由度、铰链、铰接、约束条件和运动副、运动链、机构等概念，介绍运动副的分类；以牛头刨床为例子导入运动简图，介绍用简单的符号和图形表示机器的组成和传动原理。 第一节 平面运动副 一、平面运动构件的自由度 平面机构是指组成机构的各个构件均平行于同一固定平面运动。组成平面机构的构 件称为平面运动构件。 两个构件用不同的方式联接起来，显然会得到不同形式的相对运动，如转动或移动。为便于进一步分析两构件之间的相对运动关系，引入自由度和约束的概念。如图1-1所示，假设有一个构件2，当它尚未与其它构件联接 之前，我们称之为自由构件，它可以产生3个独立 运动，即沿x 方向的移动、沿y 方向的移动以及绕 任意点A 的转动，构件的这种独立运动称为自由度。 可见，作平面运动的构件有3个自由度。如果我们 将硬纸片（构件2）用钉子钉在桌面（构件1）上， 硬纸片就无法作独立的沿x 或y 方向的运动，只能 绕钉子转动。这种两构件只能作相对转动的联接称 为铰接。对构件某一个独立运动的限制称为约束条件，每加一个约束条件构件就失去一个自由度。 二、运动副的概念 机构是具有确定相对运动的若干构件组成的，组成机构的构件必然相互约束，相邻 两构件之间必定以一定的方式联接起来并实现确定的相对运动。这种两个构件之间的可动联接称为运动副。例如两个构件铰接成运动副后，两构件就只能绕轴在同一平面内作相对转动，称为转动副，见图1-2a)、b)所示。又如图1-2d)所示，一根四棱柱体1穿入另一构件2大小合适的方孔内，两构件就只能沿轴线X 作相对移动，称之为移动副；图1-2c)所示为车床刀架与导轨构成的移动副。我们日常所见的门窗活叶、折叠椅等均为转动副，推拉门、导轨式抽屉等为移动副。 图1-1 自由构件 图1-2 平面低副
机械运动方案设计 机械系统通常由原动机、传动部分、执行机构和控制部分等组成。机械运动方案设计的主要内容是：根据给定机械的工作要求，确定机械的工作原理，拟定工艺动作和执行构件的运动形式，绘制工作循环图；选择原动机的类型和主要参数，并进行执行机构的选型与组合，随之形成机械系统的几种运动方案，对运动方案进行分析、比较、评价和选择；对选定运动方案中的各执行机构进行运动综合，确定其运动参数，并绘制机构运动简图，在此基础上，进行机械的运动性能和动力性能分析。 一、机械运动方案设计的步骤 机械运动方案设计的一般过程如下：构思机械工作原理，针对设计任务书中的规定的机械功能，构思实现该功能所采用的科学原理和技术手段，即机械的工作原理；由工作原理进一步确定机械所要实现的工艺动作，复杂的工艺动作可分解为几种简单运动的合成，选用适当的机构实现这些运动就是机械运动方案设计的主要任务。 二、绘制机械工作循环图（又称运动循环图） 针对机械要实现的工艺动作，确定执行构件的数目，为了实现机械的功能，各执行构件的工艺动作之间往往有一定的协调配合要求，为了清晰地表述各执行构件运动协调关系，应绘制机械的工作循环图。机械工作循环图也是进行机构的选型和拟定机构的组合方案的依据。 三、选择执行机构类型 根据执行构件的运动形式和运动参数，选定实现执行构件工艺动作的执行机构，并将各执行机构有机的组合在一起，以实现机械的整体工艺动作。在进行执行机构选型时，应首先满足执行构件运动形式的要求，然后通过对所选机构进行综合、组合、变异和调整等，以满足执行构件的运动参数和运动特性等要求。一般来说，满足执行构件工艺动作的执行机构往往不是一种，而是多种，故应该进行综合评价，择优选用。 四、绘制机械运动示意图 依据机械工作性质和工作环境等，合理选取原动机类型；原动机的运动和动力经传动系统的传递和转化后，驱动执行机构的主动件，使执行机构实现预期的工艺动作。根据机械的工作原理、执行构件运动的协调配合要求，和所选定的各执行机构，拟定机构的组合方案，画出机械运动示意图，这种示意图就表示可机械运动配合情况和机构组成情况，代表机械运动系统的方案，对于运动情况比较复杂的机械，机械运动示意图还可
实验一机构运动简图的测绘和分析 一.实验目的 1.学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图； 2.分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法； 3.加深对机构结构分析的了解。 二.设备和工具 1.各类典型机械的实物（如：缝纫机等） 2.各类典型机械的模型（如：内燃机模型、牛头刨床等）； 3.钢皮尺，内外卡钳，量角器（根据需要选用）； 4.三角板，铅笔，橡皮，稿纸（自备）。 三.原理和方法 1.原理 由于机构和运动仅与机构中所有的构件的数目的构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（如教科书和机械设计手册中有关“常用构件的运动副简图符号”的规定）来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表1－1为常用符号示例。 2.方法 （1）确定组成机构的构件数目 测绘时使被测绘机械缓慢运动，仔细观测机构的运动，区分各个运动单元，从而确 定组成机构的构件数目，找出原动件。 （2）测绘运动副的种类、数目 根据相联接两构件的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。（3）合理选择投影面，坐标和原动件位置 选与机构的各个构件上的点运动平面皆平行的平面，或选能反映机构运动特征的其 他平面做投影面。 转动（或移动）原动件，找出每个构件都能表达清楚的原动件位置。 （4）绘机构运动简图的示意图 徒手按规定的符号，凭目测，使图与实物大致成比例（转动副位置、移动副导路方
位，高副接触点及曲率），从原动件开始，依构件的连接次序，逐渐画出机构运动 简图的示意图。用数字1、2、3……区分构件，用字母A、B、C……区分运动副。（5）绘正式机构运动简图 仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动导路的方向等，按适 当的比例尺画出正式机构运动简图。 四．步骤和要求 1.对指定绘制的几种机器或机构运动简图，其中至少有一种需按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。
实验一 机构运动简图的测绘及分析 一、目的要求 1. 学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图，了解运动副及构件的实际结构； 2. 分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法； 3. 加深对机构组成原理、机构结构分析的理解。 二、设备和工具 1. 各类典型机械的实物（如：牛头刨床、缝纫机头、插齿机等）； 2. 课本，三角板，铅笔，橡皮，草稿纸（自备）。 三、原理和方法 1．机构运动简图是表征机器和机构传动原理及运动特征的简单的图形，由于机构的运动特性主要与机构的构件数目、构件与构件组成的运动副数目、运动副的类型和同一构件上各运动副的相对位置有关，因此在对机构进行分析时可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造。 2．测绘机构运动简图的方法： （1）使被测机械缓慢运动，从原动件开始仔细观察机构运动的传递路径，了解其工作原理，从而确定组成机构的构件数目。 （2）根据相联接的两构件间的接触情况及相对运动的性质，确定各个运动副的类型。 （3）选择最能描述各构件相对运动关系的运动平面作为投影面，让机械停止在便于绘制简图的位置。从原动件开始，用规定符号及构件的联接次序（一个构件至少与二个构件用运动副相联接）逐步画出机构示意图，然后用数字（1、2、3……）分别标注各构件，用英文字母A 、B 、C ……分别标注各运动副。 (4)仔细测量机构的运动学尺寸(如构件上两回转副的中心距和移动副导路的位置等),按适当的比例尺将示意图画成正规的机构运动简图。 长度比例尺 ()l μ=构件实际长度米图中表示该构件的长度(毫米) (5)按公式 L H 32F n P P =-- 式中： n ——机构活动构件数 P L ——平面低副个数 P H ——平面高副个数 计算机构的自由度,注意局部自由度、复合铰和虚约束。 (6)除去原动件(原动件和机架)、去除虚约束、注意复合铰链中回转副的数目、高副低代后,观察经整理后的机构运动简图中有无IV 级或III 级基本杆组(表4),若没有,则按II 级基本杆组的5种形式将机构拆分.最后根据所含基本杆组的最高级别确定机构的级别。 四、实验步骤 1. 先在草稿纸上徒手绘制机构示意图,标注出必要的运动学尺寸,再按适当比例画成正规的机构运动简图,如果只要求画机构示意图可不进行测量,这时可凭目测使简图中构件的尺寸与实物大致成比例. 2. 计算机构的自由度,并将计算结果与实际机构对照,观察是否相符.否则应重新绘制
机构运动简图的绘制 【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 【三】教学的重点与难点 重点：平面机构的运动简图的绘制。 难点：绘制简图时构件及运动副的表示。 【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。 【五】教学任务及内容 一、 的组 成 （一） 运动 副 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。 y （二）自由度和运动副的约束 O 12
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 （三）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 二、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，表达机构的各构件间的相对运动关系的简图。 （一）构件的表示方法 1、构件 （1）参与形成两个运动副的构件 （2）参与形成三个运动副的构件 2、转动副构件组成转动副时，其表示方法如图。图面垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一 3
机械运动图像题专题 1.小华乘水上游船进入世博园的过程中，若以游船为参照物，浦江两岸的建筑物是的。如图所示的s-t图像反映了游船在某段江面时的运动情况,由图像可得该游船行驶 的速度为米/秒,它在３ 0秒内通过的路程为米。 2.小华同学根据实验记录数据.描绘出玩具小车路程随时间变化的关系图象.如图所示.由图象可知，计时 s后小车开始运动；1ｓ至5s小车通过的路程是m,速度是ｍ／s. 3．一个骑自行车的人与一个跑步者在平直路面上运动,他们通过的路程随时间变化的图象如图所示。分析图象可知,跑步者的速度为___＿__＿_m/s。在运动过程中，若以跑步者为参照物，骑车者是＿_＿_＿___的。 4.甲、乙两辆汽车在水平路面上同时向东行驶,路程一时间图像如图所示,则甲车的速度是___＿＿＿_ｍ／s;两车行驶过程中,若以甲车为参照物,乙车向_＿_＿＿__＿运动. 5．甲、乙两物体从同一地点出发沿同—方向运动其路程S跟时间t的关系图像如图所示。仔细观察图像,你能获得什么信息？(写出一条即可) ６.小刚从家中出发到达彭城广场后，沿原路返回家中，其中一半路程步行．一半路程骑自自行车。路程与时间图像如图所示。则步行的是图中_＿_＿___段, 小刚家到彭城广场的路程为＿___＿_____m,小刚骑车的速度为______m/ｓ。 7.一只兔子和一条小狗从同一地点出发，同时开始向东运动，兔 子的运动距离与时间关系图象如图中实线部分ABCD所示,小狗的 运动距离与时间关系图象如图中虚线部分AD所示。则小狗的运 动速度为______＿ｍ/s；在前３s内，小狗相对于兔子将向___ 第4题图 第1题图第2题图 第3题图 第5题图 第6题图 s/m 8 6 4 B C D
实验一平面机构运动简图绘制和分析 一、实验目的 1．熟悉并掌握机构运动简图绘制的原理和方法，学会根据实际机械和模型绘制机构运动简图的技能； 2．加深和巩固机构自由度的计算方法，并检验机构是否具有确定运动； 3．加深对平面机构结构分析的了解。 二、实验内容及要求 1．以指定的3～4种机构模型或机器为研究对象，进行机构运动简图的绘制； 2．分析所画各机构的构件数、运动副类型和数目，计算机构的自由度，并验证它们是否具有确定的运动； 3．进行机构的结构分析。 三、实验设备和工具 1．各种机器实物和模型； 2．学生自备铅笔、直尺、圆规、橡皮、草稿纸等； 四、实验原理 机器和机构都是由若干构件及运动副组合而成。而机构的运动是由原动件的运动规律、联接各构件的运动副类型和机构的运动尺寸（即各运动副间相对位置尺寸）来决定的。因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简单的线条来代替构件。构件的表示法见图1。用规定的符号代表运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。常用运动符号示例见表1－1。 五、实验步骤 1、确定组成机构的构件数：缓慢转动机器，沿着运动传递的线路仔细看清各构件间的相对运动(有些相互连接构件间的相对运动非常微小)，从而确定组成机构的构件数目。
2、确定运动副的类型：根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动特点，确定各个运动副的类型。 3、选定视图平面：一般选择与多数构件运动平面平行的平面为视图平面。 4、绘制机构示意图的草图：凭目测在草稿纸上徒手按规定的运动副代表符号，从原动件开始，按各构件的连接次序，用简单的线条代表构件，逐步画出机构示意图的草图。用数字1、2、3……分别标准各构件，用字母 A 、 B 、 C ……分别标准各运动副。 5、计算机构的自由度数，并将计算结果与实际机构的自由度相对照，观察二者是否相符。机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH (式中： n 为活动构件的数目;P L 为低副的数目; P H 为高副的数目。) 6、测量机构运动尺寸：对转动副测量回转中心间的相对尺寸；对移动副测量导路方向线和与其有关的其他运动副间的相对尺寸。 7、选取适当的比例尺：长度比例尺 ) ()(mm mm l 图纸上所画的长度构件实际长度=μ 8、绘制机构运动简图：按一定的比例尺。用制图仪器画成正式的机构运动简图。 图1 构件的表示法
第一章平面机构的运动简图及自由度 一、判断题（认为正确的，在括号内画√，反之画×） 1.机构是由两个以上构件组成的。（） 2.运动副的主要特征是两个构件以点、线、面的形式相接触。（） 3.机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度大于零。（） 4.转动副限制了构件的转动自由度。（） 5.固定构件（机架）是机构不可缺少的组成部分。（） 6.4个构件在一处铰接，则构成4个转动副。（） 7.机构的运动不确定，就是指机构不能具有相对运动。（） 8.虚约束对机构的运动不起作用。（） 二、选择题 1.为使机构运动简图能够完全反映机构的运动特性,则运动简图相对于与实际机构的（）应相同。 A.构件数、运动副的类型及数目 B.构件的运动尺寸 C.机架和原动件 D. A 和 B 和 C 2.下面对机构虚约束的描述中，不正确的是（）。 A.机构中对运动不起独立限制作用的重复约束称为虚约束，在计算机构自由度时应除去虚约束。 B.虚约束可提高构件的强度、刚度、平稳性和机构工作的可靠性等。 C.虚约束应满足某些特殊的凡何条件，否则虚约束会变成实约束而影响机构的正常运动。为此应规定相应的制造精度要求。虚约束还使机器的结构复杂，成本增加。 D.设计机器时，在满足使用要求的情况卜，含有的虚约束越多越好。 三、综合题 1.图2-1中构件1相对于构件2能沿切向At 移动，沿法向An向上移动和绕接触点A转动，所以构件1与2组成的运动副保留三个相对运动。 图b中构件1与2在A两处接触，所以构件1与2组成两个高副。 图2-1 图2-2 2.如图2-2所示的曲轴1与机座2，曲轴两端中心线不重合，加工误差为△，试问装配后两构件能否相对转动，并说明理由。 3.局部自由度不影响整个机构运动，虚约束不限制构件独立运动，为什么实际机构中还采用局部自由度、虚约束的结构？ 4.吊扇的扇叶与吊架、书桌的桌身与抽斗，机车直线运动时的车轮与路轨，各组成哪一类运动副，请分别画出。 5.绘制2-3图示各机构的运动简图。
实验1 典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘 1.1 实验目的 通过对 (1) 测绘时使被测绘的机械缓慢地运动，从原动件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。 (2) 根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的类型。 (3) 在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接顺序，从原动件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3、…分别标注各构件，用字母A 、B 、C 、…分别标注各运动副。 (4) 仔细测量与机构运动有关的尺寸，即转动副间的中心距和移动副某点导路的方位线等，选定原动件的位置，并按下式选择一定的比例尺画出正式的机构运动简图。 比例尺) m m ()m (图上长度实际长度= l μ 1.4 实验步骤和要求 1. 对于指定的几种机器或机构，要求其中至少有两种需按比例尺绘制机构运动简图，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺绘制的简图通常称为机构示意图。 2. 计算机构自由度，并将结果与实际机构的自由度对照，观察计算结果与实际是否相符。 3. 对上述机构进行结构分析（高副低代、分离杆组、确定杆组和机构级别等）。 1.5 思考题与实验报告 1. 思考题 (1) 通过本实验，阐述机构运动简图的内涵。机构运动简图应准确反映实际机构中的哪些项 目？ (2) 绘制机构运动简图时，原动件的位置为什么可以任意选择？会不会影响简图的正确性？ (3) 机构自由度的计算对测绘机构运动简图有何帮助？机构具有确定运动的条件是什么？ (4) 对所测绘的机构能否改进和创意新的机构运动简图？ 2. 实验报告基本内容 (1) 填写完成下表内容 实验1：典型机械运动方案展示与分析及机构运动简图测绘实验报告
第一章绪论 基本要求: 1.明确机械原理课程的研究对象和内容，以及学习本课程的目的。 2.了解机械原理在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。 3.了解机械原理学科的发展趋势。 教学内容: 1.机械原理课程的研究对象 2.机械原理课程的研究内容 3.机械原理课程的地位及学习本课程的目的 4.机械原理课程的学习方法 重点难点: 本章的学习重点是机械原理课程的研究对象和内容，机器、机构和机械的概念，机器和机构的用途以及区别；了解机械原理课程的性质和特点。 1.1机械原理课程的研究对象 机械是人类用以转换能量和借以减轻人类劳动、提高生产率的主要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。机械工业是国民经济的支柱工业之一。当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。机械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是机器和机构理论的简称。它以机器和机构为研究对象，是一门研究机构和机器的运动设计和动力设计，以及机械运动方案设计的技术基础课。 机器的种类繁多，如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器人、包装机等，它们的组成、功用、性能和运动特点各不相同。机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括和抽象内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有一些共同特征： （1）人为的实物（机件）的组合体。 （2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 （3）能完成有用机械功或转换机械能。 凡同时具备上述3个特征的实物组合体就称为机器
内燃机和送料机械手等机器结构较复杂，如何分析和设计这类复杂的机器呢？我们可以采取“化整为零”的思想，即首先将机器分成几个部分，对其局部进行分析。机构是传递运动和动力的实物组合体。最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。它们的共同特征是： （1）人为的实物（机件）的组合体。 （2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 可以看出，机构具有机器的前两个特征。机器是由各种机构组成的，它可以完成能量的转换或做有用的机械功；而机构则仅仅起着运动传递和运动形式转换的作用。在开发设计新型机器时，我们采用“积零为整”的设计思想，根据机器要完成的工艺动作和工作性能，选择已有机构或创新设计新机构，构造新型机器。内燃机就是由曲柄滑块机构(由活塞、连杆、曲轴和机架组成)、凸轮机构(由凸轮、顶杆和机架组成)和齿轮机构等组成。 随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展： 1．某些情况下，机件不再是刚体，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。我们将利用液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构统称为广义机构。由于利用了一些新的工作介质和工作原理，较传统机构更能方便地实现运动和动力的转换，并能实现某些传统机构难以完成的复杂运动。 利用液体、气体作为工作介质，实现能量传递和运动转换的机构，分别称为液压机构和气动机构，它们广泛应用于矿山、冶金、建筑、交通运输和轻工等行业。利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线路进行通话，当受话器放到原位时断路。 2．机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。 3．机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的"服务型"机器人。例如Sony公司新近推出的SDR-3X娱乐机器人。 1.2 研究内容 机械原理课程的研究内容分为以下三部分： （1）机构的运动设计 主要研究机构的组成原理以及各种机构的类型、特点、功用和运动设计方法。通过机构类型综合，探索创新设计机构的途径。主要内容包括机构的组成和机构分析、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等一些常用的机构及组合方式，阐述满足预期运动和工作要求的各种机构的设计理论和方法。 （2）机械的动力设计
机械运动图像题专题 1．小华乘水上游船进入世博园的过程中，若以游船为参照物，浦江两岸的建筑物是 的。如图所示的s-t 图像反映了游船在某段江面时的运动情况，由图像可得该游船行驶的速度为 米/秒，它在30秒内通过的路程为 米。 2．小华同学根据实验记录数据．描绘出玩具小车路程随时间变化的关系图象．如图所示．由图象可知，计时 s 后小车开始运动；1s 至5s 小车通过的路程是 m ，速度是 m ／s ． 3．一个骑自行车的人与一个跑步者在平直路面上运动，他们通过的路程随时间变化的图象如图所示。分析图象可知，跑步者的速度为________m/s 。在运动过程中，若以跑步者为参照物，骑车者是________的。 4.甲、乙两辆汽车在水平路面上同时向东行驶，路程一时间图像如图所示，则甲车的速度是_______m ／s ；两车行驶过程中，若以甲车为参照物，乙车向________运动. 5．甲、乙两物体从同一地点出发沿同—方向运动其路程S 跟时间t 的关系图像如图所示。仔细观察图像，你能获得什么信息？ (写出一条即可) 6．小刚从家中出发到达彭城广场后，沿原路返回家中，其中一半路程步行．一半路程骑自自行车。路程与时间图像如图所示。则步行的是图中_______段，小刚家到彭城广场的路程为__________m ，小刚骑车的速度为______m ／s 。 7．一只兔子和一条小狗从同一地点出发，同时开始向东运动，兔子的运动距离与时间关系图象如图中实线部分ABCD 所示，小狗的运动距离与时间关系图象如图中虚线部分AD 所示。则小狗的运动速度为_______m/s ；在前3s 内，小狗相对于兔子将向_______运动（选填“东”或“西”）。 第 4 题图 第1题图 第2题图 第3题图 第6题图
（机械制造行业）机械制图标准机械运动简图符号
2运动副 3构件及其组成部分的连接 4多杆构件及其组成部分 5摩擦机构与齿轮机构 若用单线绘制轮子，允许在两轮接触处留出空隙，如： 绘制摩探机构时，轮子和轴固定连接的符号，只需画在一个轮子上。 齿轮和摩擦轮符号的区别是：表示齿圈或摩擦表面的直线相对于表示轮辐平面的直线位置不同，如： 6凸轮机构 7槽轮机构和棘轮机构 8联轴器、离合器及制动器 附录 A其它机构及其部件(补充件) 附加说明： 以上机械制图标准由中华人民共和国机械工业部提出，由机械工业部标准化研究所归口。 本标准由机械工业部标准化研究所负责起草。
本标准主要起草人汪恺、唐保宁、陈增群、蒋知民、尤绍权、倪宜平、范崇夏、江天一、张洪鳎、陆振涛、闫闾、白晓东、龚庆荣、强毅、杨东湃。 本标准首次发布于1959年6月5日，第一次修订于1974年12月13日。 5摩擦机构与齿轮机构 若用单线绘制轮子，允许在两轮接触处留出空隙，如： 绘制摩探机构时，轮子和轴固定连接的符号，只需画在一个轮子上。 齿轮和摩擦轮符号的区别是：表示齿圈或摩擦表面的直线相对于表示轮辐平面的直线位置不同，如： 6凸轮机构 7槽轮机构和棘轮机构 8联轴器、离合器及制动器 附录A其它机构及其部件(补充件) 附加说明： 以上机械制图标准由中华人民共和国机械工业部提出，由机械工业部标准化研究所归口。本标准由机械工业部标准化研究所负责起草。 本标准主要起草人汪恺、唐保宁、陈增群、蒋知民、尤绍权、倪宜平、范崇夏、江天一、张洪鳎、陆振涛、闫闾、白晓东、龚庆荣、强毅、杨东湃。
本标准首次发布于1959年6月5日，第一次修订于1974年12月13日
机构运动简图 (Kinematic sketch) （2）机构运动简图的应用 1）表示机构的组成情况； 2）表示机构的运动情况，在机构运动简图上可对机构进行运动分 析和力分析。 （3）机构示意图：不按比例绘制的机构简图。它只能表明机构的组成状 况和结构特征，不能用来进行运动分析和力分析。 1、机构运动简图 （1）定义： 根据机构的运动尺寸，按一定的比例 定出运动副的位置，再用表示运动副的符 号和表示构件的几何图形将机构的运动情 况表示出来，这种表示机构结构和运动特 征的简单的图形称为机构运动简图。 机构运动简图常用的符号
（1）分析机械的构成： 认清机架、主动件（原动件）、中间从动件、最后的执行 构件（输出件），确定机械包含的构件总数； （2）分析机械的运动情况： 从原动件开始，循着运动传递路线，分析各构件间的相对 运动性质，判定运动副的数目和类型； （3）合理选择投影面： 选择多数构件的运动平面或平行于运动平面的平面做投影 面，必要时可选择辅助投影面或局部简图来表示主投影面难以 表达清楚的部分; （4）选择适当的比例尺： 确定构件尺寸及各运动副之间的相对位置； ） 图上尺寸 ） 实际尺寸 mm m l ( ( = m （5）选定机械运动的某个位置，用表示构件和运动副的简单符号， 按一定顺序绘制简图 。 2、机构运动简图的绘制步骤
例1 内燃机的机构运动简图绘制 内燃机动画 1.认清机架、原动件、从动件 （输出件） 2.判别运动副数量和类型 3.合理选择投影面 4.选择比例尺 5.绘制简图 构件数:7 转动副：4 移动副：3 高副： 3
例2 小型压力机的机构运动 简图绘制 1.认清机架、原动件、从动件 （输出件） 2.判别运动副数量和类型 3.合理选择投影面 4.选择比例尺 5.绘制简图