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2009 ~2010学年 第 二 学期一 二 三 四 五 六 七 八一、平面机构结构分析（15分）1. 在图1-1所示机构中，凸轮为一圆盘，铰链A 、B 、C共线，AB =BC =BD 。
（1）计算该机构自由度，请明确指出机构中的复合铰链、局部自由度或虚约束；（9分）（2）画出该机构的低副替代机构。
（3分）2. 试画出图1-2所示机构的基本杆组（必须将构件代号标注在基本杆组中），并确定机构的级别。
（3分）二、平面连杆机构分析与设计（30分）1. 确定图2-1所示机构在图示位置的全部瞬心。
若曲柄1的角速度ω1已知，写出计算构件3的角速度ω3的表达式；（8分）2. 画出机构在图示位置的传动角γ；（2分）3. 在图2-2所示机构中，已知1ϕ=45°，1ω=10rad/s ，逆时针方向，l AB =400mm ，封线密15 2 467 38 图1-24C B132ω1A图2-1B DC A J F E ' IG K O H 图1-1 Eγ=60°，试用相对运动图解法求构件2的角速度2ω、构件3的速度v 3和加速度a 3（要求列出矢量方程，画出速度多边形和加速度多边形）；（10分）4．给定摇杆长度及两极限位置如图2-3所示，图中，μl =0.002m/mm ，要求机构的行程速比系数K =1.5，机架长度l AD =45mm ，试设计曲柄摇杆机构（直接在图2-3上作图，保留作图线，求出l AB 和l BC 的值）。
（10分）三、凸轮机构分析（10分）1. 试在图3中画出凸轮的理论轮廓曲线、基圆、从动件的最大行程h 、凸轮逆时针转至轮廓线上点A （点A 位于凸轮轮廓线的直线段上）与滚子接触时，从动件位移s 和机构压力角α；（6分）2. 凸轮的推程角Φ =?、回程角Φ'=?（4分）四、齿轮机构参数计算（10分）在图4所示齿轮机构中，己知各直齿圆柱齿轮模数均为2mm ，各轮的齿数分别为：z 1=15，z 2＝32，z 2'=20，z 3＝30。
机械原理复习题绪论复习思考题1、试述构件和零件的区别与联系？2、何谓机架、原动件和从动件？第一章机械的结构分析复习思考题1、两构件构成运动副的特征是什么？2、如何区别平面及空间运动副？3、何谓自由度和约束？4、转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？5、何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？6、机构具有确定运动的条件是什么？7、什么是虚约束？习题1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。
（a）(b) (c)2、一简易冲床的初拟设计方案如图。
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，分析其运动是否确定，并提出修改措施。
3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。
(a) (b) (c)(d) (e) (f)第二章 平面机构的运动分析复习思考题1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度12A A V 及12B B V 的方向，它们的相对瞬心P 12在何处？2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？习题1、试求出下列机构中的所有速度瞬心。
(a) (b)(c) (d)2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s-1，R=50mm，l A0=20mm，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v。
题2图凸轮机构题3图组合机构3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。
各相切轮之间作纯滚动。
试用速度瞬心法确定曲柄1与轮5的角速比ω1/ω5。
4、在图示的颚式破碎机中，已知：x D=260mm，y D=480mm，x G=400mm，y G=200mm，l AB=l CE=100mm，l BC=l BE=500mm，l CD=300mm，l EF=400mm，l GF=685mm，ϕ1=45°,ω1=30rad/s 逆时针。
机械原理复习题1、结构分析（1）试计算下列图示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束必须明确指出。
（2）高副低代（3）拆杆组，说明机构级别(a) (b)2、结构分析（1）将图示压缩机构中的所有构件用数字1，2，3，…在图上标注出来，所有运动副用字母A，B，C，…标注出来。
（2）试分析图示结构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（3）试计算图示机构的自由度。
机构中用圆弧箭头表示的构件为原动件。
（4）图示机构是由哪些杆组构成的？请将那些杆组从机构中一一分离出来，并注明拆组的顺序及其级别。
3、结构分析（1）试计算图示机构的自由度（机构中用圆弧箭头表示的构件为原动件）。
（2）图示机构是由哪些杆组构成的？请将那些杆组从机构中一一分离出来，并注明拆组的顺序及其级别。
（3）若以构件7为原动件，则此机构为几级机构？4、结构分析（1）将图示凸轮拨杆机构中的所有构件用数字1，2，3，…在图上标注出来，所有运动副用字母A，B，C，…标注出来。
（2）试分析图示机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（3）请绘制此机构在图示位置时高副低代后的机构简图。
（4）试计算图示机构高副低代前原高副机构的自由度和高副低代后低副机构的自由度。
5、结构分析（1）试分析图示机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束。
如有，请明确指出来。
（2）请绘制此机构在图示位置时高副低代后的机构简图。
（3）试计算图示机构高副低代前原高副机构的自由度和高副低代后低副机构的自由度。
（4）拆杆组，判断机构级别。
6、结构分析（1）、当偏心圆A为原动件时，此机构能否作确定的相对运动？为什么？（2）、将机构中的高副用低副来代替；（3）、此机构为几级机构？为什么？7、运动分析试求出下列各机构在图示位置的全部瞬心。
8、运动分析9、运动分析10、运动分析在图示曲柄摇块机构中，已知l AB=30mm, l AC=100mm, l BD=50mm, l DE=40mm, φ=45 , ω1=10rad/s,用图解法求:1、V E、V D、ω2;2、a E、a D、α211、连杆机构在图示铰链四杆机构中，已知：l BC=50mm，l CD=35mm，l AD=30mm，AD为机架，（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB杆为曲柄，求l AB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB的取值范围；（3）若此机构为双摇杆机构，求l AB的取值范围。
《850机械原理复习题》第一章机构的结构及其可动性分析1-1 如图所示为牛头刨的一个机构设计方案简图。
设计者的意图是动力由曲柄1输人，通过滑块2使摆动导杆4作往复摆动，从而带动滑枕3往复移动以达到刨削的目的。
试分析此方案有无结构组成原理上的错误（须说明理由），若有，应如何修改？（试提出四种修改方案）1-2 试绘出图示机构的机构运动简图，并计算机构自由度。
1-3 试计算图示连杆-齿轮组合机构的自由度，图中绘有箭头的构件为原动件。
（若有复合铰链、局部自由度或虚约束应明确指出）1-4 试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应明确指出。
若要使机构满足确定的运动的运动学条件，应如何选取原动件的数目？1-5 试计算图示齿轮系机构的自由度。
（若有复合铰链、局部自由度或虚约束应明确指出）1-6 如图所示为一个机构设计方案简图。
设计者的意图是动力由凸轮（即圆盘）输人，通过构件CD使构件EF作往复移动。
⑴试计算机构的自由度，并分析其设计是否合理？若有复合铰链、局部自由度或虚约束应明确指出。
⑵ 如果此方案不合理（须说明理由），应如何修改？并用简图表示。
1-7 计算图示机构的自由度（指出复合铰链，局部自由度及虚约束）并确定机构的级别，所拆的杆组需画图表示，并指出该基本杆组的组别。
思考题及练习题1.何谓构件？何谓运动副、运动副元素、高副、低副？运动副是如何进行分类的？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？如何绘制机构运动简图?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？4.在计算机构的自由度时，应注意哪些事项？通常在哪些情况下存在虚约束？第二章平面机构的性能分析2-1 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置。
2-2 图示的齿轮—连杆组合机构中，用瞬心法求齿轮1与3的传动比ω1/ω3。
2-3 图示的四杆机构中，已知l AB=60mm，l CD=90mm，l AD=l BC=120mm，ω1=10rad/s，试用瞬心法求：（1）当φ=1650时，点C的速度v C；（2）当φ=1650时，构件2的BC线上（或其延长线上）速度最小的一点E的位置及其速度的大小；（3）当v C=0时，求φ角的值（有两个解）。
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)24.原动件的自由度应为B 。
(A)-1; (B)+1; (C)05.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 =--=⨯-⨯=33921312L H6.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。
ABCDEF虚约束在滚子和E 处，应去掉滚子C 和E ，局部自由度在滚子B 处。
n =4，p L =5，p H =1，F =⨯-⨯-=342511 7.试求图示机构的自由度。
第2章机构的结构分析随堂自测选择题（每小题5分，共100分）1.当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将（）确定的运动。
正确答案： CA.有B.没有C.不完全有2.当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将（）。
正确答案： CA.有确定的运动B.没有确定的运动C.最薄弱环节发生损坏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（）。
正确答案： AA.虚约束B.局部自由度C.复合铰链。
4.机构具有确定运动的条件是（）。
正确答案： CA.机构自由度小于原动件数B.机构自由度大于原动件数C.机构自由度等于原动件数5.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。
正确答案： BA.3B.4C.5D.66.杆组是自由度等于（）的运动链。
正确答案： AA.0B.1C.原动件数7.一般平面运动副所提供的约束为（）。
正确答案： DA.1B.2C.3D.1或28.某机构为Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是（）。
正确答案： DA.含有一个自由度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9.机构中只有一个（）。
正确答案： DA.闭式运动链B.运动件C.从动件D.机架10.具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（）。
正确答案： AA.至少应有2个B.最多有2个C.只有2个D.不受限制11.机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。
（）正确答案：错对错12.任何机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。
（）正确答案：对对错13.高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。
（）正确答案：对对错14.任何具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。
（）正确答案：对对错15.在平面机构中一个高副将引入两个约束。
（）正确答案：错对错16.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。
（）正确答案：对对错17.运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。
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 ．25B ．25mm/mC ．1:25D ．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 ．3B ．4C ．5D ．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≥FB ．机构的构件数4≥NC ．原动件数W ＞1D ．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) (c)(b)图2-34(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。
运动副分类：a)按两构件接触情况分为低副和高副；b)按两构件相对运动情况分为平面运动副和空间运动副；c)按两构件产生的相对运动分为转动副、移动副、螺旋副、球面副等；d)按引入约束的数目分为Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副等；e)按运动副始终保持接触的方式分为形封闭运动副和力封闭运动副。
（2）机构运动简图有何用途？它能表示出原机构哪些方面的特征？解答：方便了解机械的组成和对机械进行运动和动力分析，并表达了机械的简单结构及运动传递情况。
机构运动简图能表示出原机构的组成形式，包括构件情况和运动副情况。
（3）何谓机构运动简图？它与机构示意图的区别是什么？解答：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，用规定的运动副及常用机构运动简图的代表符号和一般构件的表示方法将机构的运动传递情况表示出来的简化图形称为机构运动简图。
只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，也可以不按严格的比例来绘制简图，通常把这样的简图称为机构示意图。
（4）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？解答：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数目。
当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构的运动不确定；当机构的原动件数多于机构的自由度时，机构不能正常运转，严重时将损坏机构中最薄弱的环节。
（5）在计算平面机构的自由度时，何为复合铰链、局部自由度和虚约束？在计算自由度时如何处理？解答：复合铰链指两个以上的构件在同一处以转动副相连接，在计算自由度时，若存在由m个构件组成的复合铰链，则有（m-1）个转动副；局部自由度是指在有些机构中，某些构件所产生的并不影响其他构件运动的局部运动，的自由度为局部自由度。
在计算整个机构的自由度时，应从机构自由度的计算公式中将局部自由度去除不计。
虚约束是指在机构中，对机构的运动起重复约束作用的约束称为虚约束。
在计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束数。
（6）既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机构中为什么又常常存在虚约束?解答：在实际机构中又常常引入虚约束为了用来改善机构的受力状况：使机构受力状态更合理、使机构平衡、考虑机构在特殊位置的运动等。
（7）在图2-21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？解答：不能。
因为对于铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合都是由其它两处制约而形成的，所以只能算作一个虚约束。
（8）请说出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？解答：髋关节和踝关节可视为球面副，膝关节可视为球销副。
（9）何谓机构的组成原理？何谓基本杆组？它具有什么特性？解答：机构的组成原理：任何机构都可以看作是有若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成。
基本杆组：不能再拆分的最简单的自由度为零的构件组，特性为不可再分、自由度为零。
（10）如何确定基本杆组的级别及机构的级别？解答：基本杆组的级别：杆组中包含有最多运动副的构件的运动副数。
机构的级别：机构中最高级别基本杆组的级别。
4．计算题（1）图2-35所示为一简易冲床的初拟设计方案。
设计者的思路是：动力由齿轮输入，使轴A连续回转，而固定在轴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，分析其是否能实现设计意图，并提出修改方案。
43512A图 2-35解答：机构运动简图如解图2-35a 所示，因其活动构件数3=n ，4=L p ，1=H p ，所以得机构自由度为0)142(33)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F ，故该设计者的设计意图不能实现。
修改方案如解图2-35b 所示。
（2）在图2-36所示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。
试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。
解答：绘制该机构的机构运动简图：题解图2-36a ）曲柄摇块机构；题解图2-36b ）摆动导杆块机构。
图2-36 4 3CB 2A 1解图2-35a解图2-35b解题分析：偏心轮2绕固定铰链点A 转动，其几何中心B 与A 点之间距离AB 为偏心距，亦为曲柄长度。
摆轮4绕其固定中心C 摆动，滑块在摆轮4的滑槽中移动，故此机构看成4为摇块、3为导杆的曲柄摇块机构，也可看成4为摆动导杆、3为滑块的摆动导杆机构。
计算该机构的自由度：1)042(33)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F（3）图2-37所示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A 转动时，构件2绕活动中心C 摆动，同时带动刀架3上下移动。
B 点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。
试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。
解答：绘制该机构的机构运动简图：题解图2-37（曲柄滑块机构）。
解题分析：偏心轮1的回转中心A 与其几何中心B 点之间距离为偏心距，故AB 为曲柄。
构件2(连杆)绕活动中心C 摆动，并带动刀架3（滑块）在机架4的滑槽中上下移动。
故该机构为曲柄滑块机构（连杆包括在加大了结构尺寸的滑块内）。
A BC1 2 34解图2-36a 曲柄摇块机 A B C 1 2 3 4 解图2-36b 摆动导杆机 4BCA 12 3图-37计算该机构的自由度：1)042(33)2(3HL=+⨯-⨯=+-=PPnF（4）试计算如图2-38所示的各机构自由度，并明确指出复合铰链、局部自由度和虚约束。
解图2-37（C）（b）(a)（d）解答： (a) 1)1112(83)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F在C 处存在复合铰链；在F 处有局部自由度；在J 或I 处有虚约束。
(b) 1)152(43)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F ，滚子为局部自由度；对称处看做虚约束。
(c) 1)152(43)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F ，滚子为局部自由度；有1处虚约束。
(d) 1)152(43)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F ，在1处存在复合铰链；没有局部自由度；没有虚约束。
(e) 1)2122(93)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F存在1处复合铰链；1处有局部自由度；1处有虚约束。
(f ）1)372(63)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F 在3处存在二副复合铰链；没有有局部自由度；没有虚约束。
(5) 如图2-39所示牛头刨床设计方案草图。
设计思路为：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作往复移动 ，以达到刨削加工目的。
试问图示的构件组合是否能达到此目的？ 如果不能，该如何修改？（试提出四种修改方案）。
(e) 图2-38（f ）解答：此方案有组成原理上的错误，因为它的自由度为零，不能运动。
0)062(43)2(3H L =+⨯-⨯=+-=P P n F ，修改方案如解图2-39a,b,c,d 。
1 234图2-39 解图2-39a 解图2-39b解图2-39c 解图2-39d。
