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
用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，反映机构的组成结构和运动情况的简明图形，称之为机构运动简图。
如果只是反映机构的结构情况，可以不严格按比例绘图，称此为机构示意图。
1．机构运动简图的功用（作好机构运动简图的意义）：
（1）它是机械设计的雏形。
（2）它反映机构的运动情况，与机构具有相同的运动特性，所以可根据此图进行机构的运动和受力分析。
（3）它也是记录现有机构及进行技术交流的必要手段。
（4）便于对机构进行分类，抓住机构运动的实质。（举一反三、触类旁通）
绘制机构运动简图时一些常用的符号、一般构件和运动副的表示方法。
3.绘制机构运动简图的步骤
①选择合理的视图平面→②由原动机开始→③观察运动→④构件的数目→⑤运动副的类型、数目和相对位置→⑥用规定的符号画出运动副→⑦连接运动副成为构件→⑧标明原动机→⑨校核、检查。
注意事项：
1）要能够抛开机构实际的复杂外形，仅仅反映与运动有关的因素。（与运动无关的因素有：构件的实际外形、运动副的实际结构、构件的实际截面尺寸等）
2）选择机构最一般的位置，绘制其运动简图。
3）对于转动副，重点找其转动中心。
4）对于运动副，简图中将出现的“杆”和“块”，注意他们与实际机构的差别。
5）对于同一构件上有多个运动副，注意其表达方法。（焊接符号的使用）
机构运动简图绘制例题
§2-4 平面机构自由度计算公式
1．机构的自由度
机构具有的独立运动的数目。机构具有确定运动的条件
机构的自由度数目大于零，且等于原动件数。(以铰链四杆和五杆机构为例)
2．平面机构自由度计算公式
其中：n=活动构件的数目P L=低副的数目P h=高副的数目
F = 3 n –2 P l – P h
注意：
1）自由度F>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。
2）自由度F=0：将成为一个珩架系统，但它是静定的；自由度F= -1：则将成为一个超静定的系统（或称为静不定系统）；
4）若Ｆ>0，且多于原动件数，则构件间的运动是不确定的；
5）若Ｆ>0，且少于原动件数，则构件间运动产生干涉，甚至构件断裂。
6）平面机构自由度计算公式，主要用于连杆机构、齿轮机构、凸轮机构或他们形成的组合机构；
中，不能用于哪些含有挠性构件（如：带、链、绳及滑轮等）的机构中。
到此机构自由度计算公式介绍完毕，看时间和学生的理解掌握情况，可以再举4—5个简单例子进行练习，如定块机构、五杆机构、六杆机构、八杆机构、尖顶直动从动件盘形凸轮机构等。
§2-5平面机构自由度计算应注意的问题
1．要正确计算运动副的数目
在计算机构的运动副数时，
必须注意如下三种情况：
（以例子带出下列问题来）
1）两个以上的构件同在一处
以转动副相联接，就构成了
复合铰链。若有m个构件组
成在一点汇交构成复合铰
链，则形成(m-1)个转动副。
2）如果两构件在多处接触而
构成移动副，且移动方向彼
此平行或重合，则只能算一个移动副。
如果两构件在多处相配合而构成转动副，
且转动轴线重合，则只能算一个转动副。
3)如果两构件在多处相接触而构成平面
高副，且各接触点处的公法线彼此重合，
则只能算一个平面高副。
如果两构件在多处相接触而构成平
面高副，但各接触点处的公法线方向并不
彼此重合，则相当一个低副。
2、局部自由度
图示滚子推杆盘形凸轮机构，机构自由度F=3*3-2*3-1=2；（但实际上以凸轮为原动件，推杆的运动是确定的）。
提问：这是否与机构具有确定运动的条件矛盾呢？
指出：滚子绕其自身轴线转动与不转动并不影响其机构的整体运动，它是一种局部自由度。
处理方法：1）焊接法
2）在机构自由度的计算的结果中减去机构中存在局部自由度。
3、虚约束
图（a）为机车连动机构，计算该机
构自由度：F=3*4-2*6-0=0；在该机构中，
存在者对构件运动不起作用的虚约束
（杆5）。在计算机构的自由度时应将这
类虚约束除去（图b）。该机构的实际自
由度应计算为：
F=3*3-2*4-0=1；
常见的虚约束有以下几种情况：（实
际生活中的桌子、椅子）1)在机构中，
如果用转动副联接的是两构件上运动轨
迹相重合的点，则该联接将带入1个虚
约束。
2）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。
4)机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。如右图所示的
齿轮传动系统中存在着虚约束。
虚约束对机构工作性能的影响：
1）只有在一些特定的条件下，即严格地满足特定地几何条件（杆长、同心等），某些约束才会成为虚约束，否则将成为有效约束；
2）计算自由度时，应将引入虚约束的构件和运动副除去；
3）虚约束往往是考虑强度、刚度、受力或平衡等更为有力的情况下引入的。但是应注意：这时将使零件相关尺寸的制造精度有所提高，从而增大了制造成本。机构中的虚约束数越多，要求精度高的尺寸参数必然也就多，制造难度也就大。故从保证机构运动灵活和便于加工装配等方面来说，应尽量减少机构中的虚约束。
4．公共约束
计算右图机构的自由度：F=3*2-2*3=0
在某些特殊的机构中，构件同时受到某种约束，使它们
共同丧失了一些独立的运动，称此为公共约束。
右图机构中，每个构件由于受到1个公共约束（不能转
动），故只有2个自由度（并不是平面一般构件的3个），一
个移动副也由于受到1个公共约束，而实际只能引入一个约
束。
机构的自由度计算式应为：F=（3-1）*2-（2-1）*3=1 平面机构中存在公共约束机构的自由度计算一般式：（m为公共约束数）
F=（3-m）n-(2-m)P l
由此可以联想到空间机构自由度计算公式与平面机构自由度计算式之间的联系；
空间机构自由度计算公式：F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1
平面机构自由度计算式：F=(6-3)n-(5-3)P5-(4-3)P4
5．多封闭环机构问题
对于多封闭环机构，必要时还应校核每个单封闭的自由度，保证其大于零。
§2-5平面机构的组成原理、机构分类及其结构分析
1．平面机构的组成原理
机构具有确定运动的条件：自由度数=原动件数
机构的组成=机架+原动件+从动构件组。
1）分析机构结构时：
①将机架、原动件从机构中拆分出来→②剩余部分：自由度为零的杆件组→③再进一步拆成更简单的自由度为零的杆件组→④直至拆成最简单的自由度为零的杆件组→⑤基本杆组（或阿苏尔杆组），简称杆组。
2）组成机构时：
①根据需要确定原动件数→②添加基本杆组（自由度为零）→③再添加基本杆组→④直至组成所需机构（机构的自由度数=原动件数）
任何机构都可以看作由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架而构成的。这就是机构的组成原理。
2平面机构的结构分析及分类
1）构成平面机构基本杆组应满足条件：F=3n-2P l-P h= 0传统的机构学理论，基本杆组的
概念主要是针对低副的，则上式可变为
3n-2P l= 0 即
n=(2/3) P l
取：n=2，P l=3；（Ⅱ级组）
或：n=4，P l=6；···（更高级）
对于更高级的基本杆组由于很少使
用，故不再列举。
2）Ⅱ级杆组的类型
Ⅱ级组是使用最多的基本杆组，它由基本型可以派生出另外四种类型。
派生方法：转动副移动副
机构的级别----机构的级别按其中所包含的基本杆组的最高级别来确定。
3）正确理解“杆组是自由度为零的构件组”-----在机构中引入或拆出某一杆组不会带入或带出自由度。
3．机构的结构分析（机构组成的逆过程）
机构的结构分析→机架 + 原动件 + 杆组。
机构的结构分析的步骤：
1）首先出去局部自由度和虚约束；
2）计算机构的自由度。
3）由远离原动件的最远端先试拆Ⅱ级组，若拆不出再试拆Ⅲ、Ⅳ级组；
要领：拆除一杆组后，机构剩余部分还应是机构，且自由度不能发生改变。
4）直至拆剩“机架+ 原动件”
注意事项：
1）机构的级别确定后，其杆组结构是惟一确定的，不会拆出两种不同的结果。
2）Ⅲ、Ⅳ级组的构件数和运动副数虽然是Ⅱ级组的两倍，但不可能拆出两个Ⅱ级组。
3）对于复合铰链应拆两次。
4）机构改变原动件时，机构的级别可能发生改变。
5）组成机构时应注意：①仅杆组的外接副参与搭接；②搭接点的运动必须确定③外接副不能全部搭接在一个构件上。
6）杆组的概念，在机构的运动分析和力分析中还将用到。
§2-5平面机构的高副低代
1.高副低代：（运动学上的等效）
高副低代的必要性：1）通常机构是按低副分类进行的；
2）高副低代后运动分析更加容易；
3）强调高副与低副之间的内在联系，可以相互转化；
2．高副低代必须满足的运动学条件高副用低副代
替后自由度不变；
2）高副用低副代替后瞬时速度不变（一阶参量不
变）；
3）高副用低副代替后瞬时加速度不变（二阶参量
不变）；；
3．高副低代的方法
自由度不变的条件：3n-2P l = -1
取最简单情况：3n=1，P
= 2；
l
结论：将带有两个转动副的一构件在运动学上可以替代原
来的高副，且两个转动副应位于高副元素的曲率中心O1O2
处。构件长度O1O2 = r1 + r2 ;
从相对运动的角度看：原高副构件上O1O2点间在法
线方向上无相对速度，且相对运动为转动；高副用低副代
替后相对运动并无实质改变（三阶以下参数：位移、速度、
加速度）。
高副低代应注意的问题：
1）若其一高副元素为直线，这时转动副变为移动副。
2）若其以高副元素为点，曲率中心就在该点。
3）高副低代具有瞬时性，机构处于不同位置其替代机构不同。
4）摩擦轮机构不属于高副机构，其高副低代无意义。
5）高副低代替后三阶以上参量不能保证不变；
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
第二章 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。 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，瞬心位置用三心定理确定。 10．当两构件的相对运动为移动，牵连运动为转动动时，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a*kc2c3，方向与将vc2c3沿ω2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η＜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。 F方向的方法是与2构件相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 12 R 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平衡量_。 2．刚性转子的平衡设计可分为两类：一类是静平衡设计，其质量分布特点是可近似地看做在同一回转平面内，平衡条件是。∑F=0即总惯性力为零；另一类是动平衡设计，其质量分布特
第一章绪论 基本概念：机器、机构、机械、零件、构件、机架、原动件和从动件。 第二章平面机构的结构分析 机构运动简图的绘制、运动链成为机构的条件和机构的组成原理是本章学习的重点。 1. 机构运动简图的绘制 机构运动简图的绘制是本章的重点，也是一个难点。 为保证机构运动简图与实际机械有完全相同的结构和运动特性，对绘制好的简图需进一步检查与核对（运动副的性质和数目来检查）。 2. 运动链成为机构的条件 判断所设计的运动链能否成为机构，是本章的重点。 运动链成为机构的条件是：原动件数目等于运动链的自由度数目。 机构自由度的计算错误会导致对机构运动的可能性和确定性的错误判断，从而影响机械设计工作的正常进行。 机构自由度计算是本章学习的重点。 准确识别复合铰链、局部自由度和虚约束，并做出正确处理。 (1) 复合铰链 复合铰链是指两个以上的构件在同一处以转动副相联接时组成的运动副。 正确处理方法：k个在同一处形成复合铰链的构件，其转动副的数目应为(k-1)个。 (2) 局部自由度 局部自由度是机构中某些构件所具有的并不影响其他构件的运动的自由度。局部自由度常发生在为减小高副磨损而增加的滚子处。 正确处理方法：从机构自由度计算公式中将局部自由度减去，也可以将滚子及与滚子相连的构件固结为一体，预先将滚子除去不计，然后再利用公式计算自由度。 (3) 虚约束 虚约束是机构中所存在的不产生实际约束效果的重复约束。 正确处理方法：计算自由度时，首先将引入虚约束的构件及其运动副除去不计，然后用自由度公式进行计算。 虚约束都是在一定的几何条件下出现的，这些几何条件有些是暗含的，有些则是明确给定的。对于暗含的几何条件，需通过直观判断来识别虚约束；对于明确给定的几何条件，则需通过严格的几何证明才能识别。 3. 机构的组成原理与结构分析 机构的组成过程和机构的结构分析过程正好相反，前者是研究如何将若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，以组成新的机构，它为设计者进行机构创新设计提供了一条途径；后者是研究如何将现有机构依次拆成基本杆组、原动件及机架，以便对机构进行结构分类。 第三章平面机构的运动分析 1．基本概念：速度瞬心、绝对速度瞬心和相对速度瞬心（数目、位置的确定），以及“三心定理”。 2．瞬心法在简单机构运动分析上的应用。 3．同一构件上两点的速度之间及加速度之间矢量方程式、组成移动副两平面运动构件在瞬时重合点上速度之间和加速度的矢量方程式，在什么条件下，可用相对运动图解法求解？ 4．“速度影像”和“加速度影像”的应用条件。 5．构件的角速度和角加速度的大小和方向的确定以及构件上某点法向加速度的大小和方向的确定。 6．哥氏加速度出现的条件、大小的计算和方向的确定。 第四章平面机构的力分析 1．基本概念：“静力分析”、“动力分析”及“动态静力分析” 、“平衡力”或“平衡力矩”、“摩擦角”、“摩擦锥”、“当量摩擦系数”和“当量摩擦角”（引入的意义）、“摩擦圆”。 2．各种构件的惯性力的确定： ①作平面移动的构件； ②绕通过质心轴转动的构件；
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）。
第一章绪论教学内容 *本课程研究的对象和内容 *本课程的性质、任务及作用 *机械原理学科的发展现状 学习要求 *明确本课程研究的对象和内容，及其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。 *对机械原理学科的发展现状有所了解。 重点难点 本章的学习重点是：本课程研究的对象及内容。本章介绍了机器、机构、机械等名词，并通过实例说明各种机器的主要组成部分是各种机构，从而明确了机构是本课程研究的主要对 象。当然，由于此时尚未具体学习这些内容，故只能是一个概括的了解。 学习安排 学习方法 如何学好本课程。 要学好本课程,首先必须对机械在一个国家中的重要作用有明确的认识，机械现在是、将来仍是人类利用和改造自然界的直接执行工具，没有机械的支持, 一切现代工程(宇航工程、深海工程、生物工程、通信工程、跨江大桥、过海隧道、摩天大楼、……)都将无法实现。 了解机械原理学科发展现状和趋势，既有助于对机械原理课程的深入学习，也有助于让我们深信机械工业将永不停歇地日新月异地迅猛发展。 第二章机构的结构分析 学习内容 *机构的组成(构件、运动副、运动链及机构) *机构运动简图及其绘制 *机构具有确定运动的条件 *机构自由度的计算 *计算平面机构的自由度时应注意的事项 *虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计 *平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 *平面机构中的高副低副 学习要求 *搞清构件、运动副、约束、自由度、运动链及机构等重要概念。 *能绘制比较简单的机械机构运动简图。 *能正确计算平面机构的自由度并能判断其是否具有确定的运动；对空间机构自由度的计算有所了解。 *对虚约束对机构工作性能的影响及机构结构合理设计问题的重要性有所认识。 *对平面机构的组成原理有所了解。 重点难点 本章的学习重点是：构件、运动副、运动链及机构等概念，机构运动简图的绘制，机构
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
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。
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 。
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。
机械原理 绪论 机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程 起重机的发展历程： 斜面→杠杆→起重轱辘→滑轮组→手动(电动)葫芦→现代起重机（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。 机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、机械凸轮机构、齿轮机构等。 机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。 如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。 一、典型机器的分析： 机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。 1.内燃机 内燃机 工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧； 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。 内燃机的工作过程： 进气压缩爆炸排气
内燃机各部分的作用： 活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果：化学能机械能 二、机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换 三、机器的分类： 原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机） 工作机－完成有用功（如机床等） 机构 机械原动机 机器 工作机 四、机器的组成： 原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。 工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。 控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。 原动机传动工作 控制 §2本课程在教学中的地位 一、课程性质：技术基础课 二、作用：承前启后 同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如自动武器原理、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础， 通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为今后操作、维护、管理、革新武器装备创造条件。
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。
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 ） (8) Ⅲ级杆组应由（ B ）组成。 (a) (c) (b) 图2-34
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
《机械原理》教案开课单位：机械工程学院 教研室：机械原理及设计 授课班级：机制0011、0012 授课时间：2001－2002学年第2学期 机械原理课程教研组
1 课程的教学目的和要求 机械原理是研究机械基础理论的一门学科，是高等工业院校机械类各专业普遍开设的一门主干技术基础课程，在培养具有创造性设计新机械能力人才所需的知识结构中占有核心地位作用。 1.1 目的 通过本课程的学习，使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构的分析和综合方法，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力。 1.2 要求 1.2.1 理论知识方面 1、掌握平面机构的结构分析； 2、掌握平面机构的运动分析； 3、掌握机器的动力学问题； 4、掌握常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）的分析和综合； 5、了解机构的选型及机械传动系统的设计。 1.2.2 能力、技能方面 1、能对实际机械进行运动测绘，并能分析其结构组成原理； 2、根据实际需要进行机构的选型及机械传动系统的设计。 2 总学时 58学时，其中：讲课50学时，实验8学时。 3 教材及参考书目 3.1 教材 《机械原理》（第六版），孙恒、陈作模主编，高等教育出版社，20XX年5月 3.2 参考书目 1、《机械原理》，王知行、刘廷荣主编，高等教育出版社，2000年2月 2、《机械原理》，黄锡恺、郑文纬主编，高等教育出版社，1995年4月 3、《机械设计原理》，邹慧君主编，上海交通大学出版社，1995年8月 4、《机械原理学习指南》，陈作模等编，高等教育出版社，20XX年5月 5、《机械原理作业集》，葛文杰主编，高等教育出版社，20XX年6月； 6、《机械原理课程设计指导——题目及要求》，集美大学机械工程学院，20XX年5月； 7、《机械原理实验指导书》，郑文纬编，高等教育出版社; 4 习题、思考题 本课程在讲授完每次内容后，均安排有一定数量的习题、思考题，作业每周收一次，批改作业份数达到学校教务处所规定的要求。
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。- - - - - - - - ( )
精品文档《机械原理》教案 开课单位：机械工程学院 教研室：机械原理及设计 授课班级：机制0011、0012 授课时间：2001－2002学年第2学期 机械原理课程教研组
1 课程的教学目的和要求 机械原理是研究机械基础理论的一门学科，是高等工业院校机械类各专业普遍开设的一门主干技术基础课程，在培养具有创造性设计新机械能力人才所需的知识结构中占有核心地位作用。 1.1 目的 通过本课程的学习，使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用基本机构的分析和综合方法，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力。 1.2 要求 1.2.1 理论知识方面 1、掌握平面机构的结构分析； 2、掌握平面机构的运动分析； 3、掌握机器的动力学问题； 4、掌握常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）的分析和综合； 5、了解机构的选型及机械传动系统的设计。 1.2.2 能力、技能方面 1、能对实际机械进行运动测绘，并能分析其结构组成原理； 2、根据实际需要进行机构的选型及机械传动系统的设计。 2 总学时 58学时，其中：讲课50学时，实验8学时。 3 教材及参考书目 3.1 教材 《机械原理》（第六版），孙恒、陈作模主编，高等教育出版社，2001年5月 3.2 参考书目 1、《机械原理》，王知行、刘廷荣主编，高等教育出版社，2000年2月 2、《机械原理》，黄锡恺、郑文纬主编，高等教育出版社，1995年4月 3、《机械设计原理》，邹慧君主编，上海交通大学出版社，1995年8月 4、《机械原理学习指南》，陈作模等编，高等教育出版社，2001年5月 5、《机械原理作业集》，葛文杰主编，高等教育出版社，2001年6月； 6、《机械原理课程设计指导——题目及要求》，集美大学机械工程学院，2003年5月； 7、《机械原理实验指导书》，郑文纬编，高等教育出版社; 4 习题、思考题 本课程在讲授完每次内容后，均安排有一定数量的习题、思考题，作业每周收一次，批改作业份数达到学校教务处所规定的要求。
机械原理电子教案 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
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机械原理电子教案 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。 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。
机械原理机构的结构分析复习题
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， μ是（ D ）。 则画此机构运动简图时所取的长度比例尺 l 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 ≥ N ≥ F B．机构的构件数4 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） (8)Ⅲ级杆组应由（ B ）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 D．机架和原动件 (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（ B ）。 A．0 B．1 C．2 D．3 (10)内燃机中的连杆属于（ C ）。 A．机器 B．机构 C．构件 D．零件 3．简答题 （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？ 解答：构件是机器中每一个独立运动的单元体，是组成机构的基本要素之一。 运动副是由两个构件直接接触而组成的可动连接，是组成机构的基本要素之一。 运动副元素是两构件能够参加接触而构成运动副的表面，如点线面等。 (a) (c) (b) 图2-34