第3章平面机构的结构分析(《机械设计基础》陈立德第3版)总结
机械设计基础(第3章)
移动副
3.1 机构的组成
2.高副 构件与构件之间以点或线接触组成的运动副称为高副
凸轮副
3.1 机构的组成
齿轮副
3.1 机构的组成
3.1.3 运动链和机构 两个以上构件以运动副连接而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 。 如在闭链中将其中一个构件固定，就成为机架，这运动 链就成为机构 。 当它的一个或几个构件具有独立运动，也就是这构件的 运动规律为已知的，这机构的运动和动力由这一个构件输入 ，这构件称为原动件（主动件），其余构件称为从动件 。
平面运动：作平面运动的构件则只有三个自由度，即沿
x 轴和 y 轴的移动及在 xoy 平面内的转动。这三个自由
度可以用三个独立的参数 x 、 y 和角度 θ 表示。下面，
只就作平面运动的构件进行分析。
3.3 平面机构的自由度
2. 运动副的作用：是约束构件间的某些运动，而保留另外一 些运动。一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一 个自由度。 ◆转动副：沿轴向和垂直于轴向的移动均受到约束，它 只能绕其轴线作转动。所以，平面运动的一个转动 副引入两个约束，保留一个自由度。
3.1 机构的组成
3.1.1 运动副
运动副： 构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有 相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称 为运动副。 运动副元素：构件上参与接触的点、线、面
3.1 机构的组成
3.1.2 自由度和运动副约束
自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度
3.3 平面机构的自由度
2. 两构件间形成多个轴线重合的转动副，轴与轴承在同一
轴线上形成两个转动副；两构件形成多个导路平行的移动副。
机械设计基础(陈立德第三版)课后答案(章全)
a目录第1章机械设计概述 (1)第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3)第3章平面机构的结构分析 (12)第4章平面连杆机构 (16)第5章凸轮机构 (36)第6章间歇运动机构 (46)第7章螺纹连接与螺旋传动 (48)第8章带传动 (60)第9章链传动 (73)第10章齿轮传动 (80)第11章蜗杆传动 (112)第12章齿轮系 (124)第13章机械传动设计 (131)第14章轴和轴毂连接 (133)第15章轴承 (138)第16章其他常用零、部件 (152)第17章机械的平衡与调速 (156)第18章机械设计CAD简介 (163)第1章机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。
1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第 2 章摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
机械设计基础(陈立德第三版)课后答案(章全)
a目录第1章机械设计概述 (1)第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3)第3章平面机构的结构分析 (12)第4章平面连杆机构 (16)第5章凸轮机构 (36)第6章间歇运动机构 (46)第7章螺纹连接与螺旋传动 (48)第8章带传动 (60)第9章链传动 (73)第10章齿轮传动 (80)第11章蜗杆传动 (112)第12章齿轮系 (124)第13章机械传动设计 (131)第14章轴和轴毂连接 (133)第15章轴承 (138)第16章其他常用零、部件 (152)第17章机械的平衡与调速 (156)第18章机械设计CAD简介 (163)第1章机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。
1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
平面机构的结构分析
第三章平面机构的结构分析机构是机器的主要组成部分。
机构的组成以及机构在什么条件下才具有确定的运动都将在本章中讨论。
另外，为了分析旧机械以及设计新机械，都需要将具体的机械抽象成简单的运动学模型，绘制出机构运动简图，本章也将就这一内容进行介绍。
一、教学要求1. 熟练掌握机构运动简图的绘制，能看懂各种机构运动简图，能根据具体的机械熟练绘制出机构运动简图。
2. 掌握平面机构自由度的计算方法，能正确区分复合铰链、局部自由度和虚约束。
3. 掌握机构具有确定运动的条件。
二、教学重点与难点1•机构运动简图的绘制，是难点之一。
2•机构具有确定运动的条件。
3•平面机构自由度的计算，这是本章的难点之二。
3.1机构的组成3.1.1运动副使两个构件直接接触并能产生相对运动的连接，称为运动副。
如轴承中的滚动体与内、外圈的滚道、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽，均能保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因此都构成运动副。
构件上参与接触的点、线、面，称为运动副元素。
根据运动副各构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将运动副分为平面运动副和空间运动副。
所有构件都只能在相互平行的平面上运动的机构称为平面机构。
本章仅就平面运动副和平面机构进行讨论。
3.1.2自由度和运动副约束对于一个作平面运动的构件而言，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、y轴的移动和绕垂直于xOy平面的轴的转动，可用3个独立的参数x、y、a来描述如下图。
人们把构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。
y两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制。
运动副对成副的两构件间的相对运动所加的限制成为约束。
引入1个约束将减少1个自由度，而约束的多少及约束的特点取决于运动副的形式。
两构件组成的运动副，不外乎通过点、线或面的接触来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两大类。
1. 低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
低副引入两个约束，保留一个自由度。
XXXX-最新陈立德版机械设计基础第1、2、3章课后题答案
目录第1章机械设计概述 (1)第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3)第3章平面机构的结构分析 (12)第4章平面连杆机构 (16)第5章凸轮机构 (36)第6章间歇运动机构 (46)第7章螺纹连接与螺旋传动 (48)第8章带传动 (60)第9章链传动 (73)第10章齿轮传动 (80)第11章蜗杆传动 (112)第12章齿轮系 (124)第13章机械传动设计 (131)第14章轴和轴毂连接 (133)第15章轴承 (138)第16章其他常用零、部件 (152)第17章机械的平衡与调速 (156)第18章机械设计CAD简介 (163)第1章机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。
1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
机械设计基础(陈立德第三版)课后答案(1-18章全)
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 题3.5图答：取L 0.001m /m m μ=，绘制运动简图如题3.5答案图所示：题3.5答案图图a)：L H 340n P P ===，， ，则L H 321F n P P =--=； 图b)：L H 340n P P ===，，，则L H 321F n P P =--=。
3.6 试计算如题3.6图所示机构的自由度，并判断该机构的运动是否确定（图中绘有箭头的构件为原动件）。
《机械设计基础》重点总结
《机械设计基础》重点总结机械设计基础是一门研究机械中常用机构和通用零部件工作原理、结构特点、设计方法以及机械传动系统设计的学科。
它是机械工程类专业的重要基础课程，对于我们理解和掌握机械系统的设计与应用具有重要意义。
下面我将为大家总结这门课程的重点内容。
一、平面机构的结构分析1、运动副及其分类运动副是指两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接。
根据接触形式的不同，运动副分为低副和高副。
低副包括转动副和移动副，高副则包括齿轮副、凸轮副等。
2、平面机构的运动简图用简单的线条和符号来表示机构的组成和运动情况的图形称为机构运动简图。
绘制机构运动简图时，要准确表示出各构件之间的相对运动关系和运动副的类型。
3、平面机构的自由度计算自由度是指机构具有独立运动的数目。
平面机构的自由度计算公式为：F ＝ 3n 2PL PH，其中 n 为活动构件的数目，PL 为低副的数目，PH 为高副的数目。
机构具有确定运动的条件是自由度等于原动件的数目。
二、平面连杆机构1、铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
其类型取决于各杆的长度关系和机架的选择。
2、铰链四杆机构的演化形式通过改变构件的形状、相对长度以及运动副的尺寸等，可以将铰链四杆机构演化成曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构等。
3、平面连杆机构的运动特性包括急回特性、压力角和传动角等。
急回特性可以提高工作效率，压力角越小、传动角越大，机构的传动性能越好。
三、凸轮机构1、凸轮机构的类型按凸轮的形状可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮；按从动件的端部形状可分为尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件。
2、凸轮机构的运动规律常用的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律等。
不同的运动规律适用于不同的工作场合。
3、凸轮机构的设计设计凸轮机构时，需要根据工作要求确定凸轮的基圆半径、滚子半径、从动件的行程和运动规律等参数。
机械设计基础重点—陈立德
11-6 现有一对标准直齿圆柱齿轮传动。已知齿数z1=21，z2=53，模数m=2.5 mm。 分别求两齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、中心距、 齿距、齿厚、齿槽宽、传动比以及渐开线在分度圆处的曲率半径和齿顶圆上的压力角。
齿顶圆 轮齿顶端所确定的圆，其直径符号为da。 齿根圆 轮齿根部所确定的圆，其直径符号为df。
基圆 产生渐开线的圆，其直径符号为db。 分度圆 为了确定齿轮端面各部分的几何尺寸，在齿轮上选择的一个基准圆。其直径符号为d。
齿顶高 介于分度圆与齿顶圆之间的部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，符号为ha。
问答题
10-1 影响链传动速度不均匀性的主要因素是什么？ 答：由于链条绕在链轮上形成多边形啮合传动而引起传动速不均匀的现象， 称为多边形效应。链轮的节距越大，链轮齿数越少，链速的不均匀性越明显。 10-2链传动中，链条的链节数通常选 A 链节数。 A 偶数 B 奇数 C质数 D整数
第11章 齿轮机构
齿根高 介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根，其径向高度称为齿根高，符号为hf。
全齿高 从齿根到齿顶的径向距离称为全齿高，符号为h，则有
h ha hf
齿厚 在任意直径的圆周上，轮齿两侧间的弧长，齿厚符号为si。 齿槽宽 在任意直径的圆周上，相邻两齿间的弧长，齿槽宽符号为ei。 齿距 在任意直径的圆周上，相邻两齿上同侧齿廓之间的弧长，齿距符号为pi。
正误判断(正确的在题后括号内划“√”，错误的划“×”.) 1) 处于死点位置的机构是不可能运动的。 （ ） 2) 曲柄摇杆机构中，当摇杆为从动件时，机构才有死点位置出现。
（） 3）曲柄摇杆机构中死点位置可能出现在曲柄与连杆共线的位置
机械设计(陈立德版)
机械设计基础思考题绪论1.机器的三特征是什么？2.构件、零件、机构的概念？第一章机械设计概述1．机械设计的基本要求包含哪几方面？2．机械零件常见失效形式?3. 机械设计计算准则主要有哪几种？第二章摩擦、磨损及润滑概述1. 摩擦副的摩擦状态有哪几种？2. 磨损过程分哪几个阶段？3. 润滑剂选用基本原则？第三章平面机构运动简图及自由度1. 运动副的概念及分类？2. 机构具有确定运动的条件是什么？3.各类机构自由度计算第四章平面连杆机构1. 铰接四杆机构的基本型式有哪三种？曲柄存在条件？2. 四杆机构的演化方法有哪几种？3. 机构死点位置概念？4.曲柄摇杆机构中，什么情况下无死点出现？什么情况下有死点出现5.四杆机构的行程速比系数反映了机构的什么特性？6.设计一摆动导杆机构，已知机架长50mm，行程速比系数K＝2，求曲柄长度？7.设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆CD长100mm，摆角ψ＝30°，该机构行程速比系数K＝1.2。
8.图1为曲柄摇杆机构，AB=120mm,BC=500mm,CD=300mm,AD=400mm。
1）用作图法画出极位夹角θ和最小传动角γmin。
2）若此机构要成为双曲柄机构，应改用哪杆为机架？3）若此机构要成为双摇杆机构，应改用哪杆为机架？9.在铰接四杆机构ABCD中，已知BC＝50mm，CD＝35mm，AD＝30mm，AD为机架。
1）要得到曲柄摇杆机构，且取AB杆为曲柄，求AB的最大长度。
2）若AB＝10mm，试作出该曲柄摇杆机构当曲柄为主动件时的极位夹角θ，并求出行程速比系数K（作图比例1：1）10.在图2铰接四杆机构中，已知摇杆长度CD＝75mm，行程速比系数K＝1.5，机架长度AD＝100mm，摇杆CD的一个极限位置与机架的夹角成45°，试求曲柄AB和连杆BC的长度。
11.图3导杆机构中，已知AB＝50，AC=100，试求：1）当AB杆为主动件时，机构的行程速比系数K及极位夹角θ。
机械设计基础(第三版)课后答案(1-18章全)
答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。
2.7接触式密封中常用的密封件有哪些？
1.产品规划 主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计 在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计 完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验 制造出样机、试用、修改、鉴定。
4.9在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件1以等角速度 逆时针转动，求图示位置C点和D点的速度及加速度，构件2的角速度和角加速度。
题4.9图
解：取长度比例尺，绘制简图如题4.9答案图a所示。
题4.9答案图
解：（1）速度分析。
①求 .由图可知， ，方向垂直于AB，指向与 的转向一致。
②求 .因B点与C点同为构件2上的点，故有：
题3.4图
答：a） 代入式（3.1）中可得
此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
b) 处存在局部自由度，必须取消，即把滚子与杆刚化，则 代入式（3.1）中可得
此机构要具有确定的运动，需要有一个原动件。
c) 代入式（3.1）中可得
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。
③求 、 及 。
由图可知， 。
又因
则 ，方向为逆时针。
(机械制造行业)机械设计基础(陈立德版)(教案)
绪论本章学习后，要使学生能解决三大问题，学什么，为啥学，如何学三大问题。
1机器的构成人们宽泛使用过，接触过机器，放一课件（单缸内燃机、颚式破裂机），图 01，02 所示，但定义如何，为何称它为机器，学生们是不大清楚的。
它要有三个特色，才能称上机器。
1）是一种人为的实物组合。
2）各部分形成运动单元，各单元之间拥有确立的相对运动关系。
3）能实现能量变换或达成实用的机械功。
什么叫能量变换，指的是机械能变换成电能，或反之。
这样具备三个条件者就称为机器，这样学生便可说出车床是机器吗？电动机能否也是机器，电动机依据三个条件可得出必定为机器。
跟着科学技术的发展，创建出各样新式机器，故对机器的定义也有了更宽泛的定义，什么叫机器，是一种用来变换或传达能量、物料和信息的，能履行机械运动的装置，那么一台机器由什么构成，从装副角度来看：由零件→构件→机构→机器，所以设计制造一台机器必有零件开始，组装成构件，再由构件组装成机构，加上原动件装置就成为一台机器了。
接下来谈谈什么叫机构、构件、零件。
什么叫机构：具备前二个条件的称为机构，即为多个实物的组合，又·1·能实现预期的机械运动，例齿轮机构、连杆机构等，放课件（连杆机构、齿轮机构）。
什么叫构件，构件为构成机械的各个相对运动的实物。
例连杆，放课件（构件）从中可看连杆为多个零件装置而成的。
什么叫零件，零件是机械中不可以拆的制造单元，所以构件能够是一个零件构成也能够由多个零件构成的。
所以能够看出从运动看法来看，机构和机器是无什么差其余，比如缝纫机自己为机构，由多种机构所组合起来的，再加上能量变换就成为机器了，如加上电动机或加上人力都能够成为机器了，在习惯上把机器与机构总称为机械。
所以机器，机械这二个名称都可统起作用的。
零件又可分为二大类：1）通用零件：各样机器中都常常使用，并达成同一功用的零件，例螺钉等。
2）专用零件：只合用于必定种类机器使用的零件，例曲轴等。
机械原理 第3版 第3章 平面连杆机构的运动分析
3、瞬心位置的确定
2）两个构件之间没有用运动副连接时，可
用三心定理求出的瞬心位置
Kennedy Theorem
Aronhold-Kenndy Theorem
1）两个构件之间用运动副连接时，可直接
判断出的瞬心位置
primary center
10
1. 选择一个适当的比例尺画出机构运动简图;
2. 找出机构的全部瞬心并标注在机构简图上;
17
已知机构尺寸和主动件角速度1，求2和3
1、利用Vp12求2
18
2、利用Vp13求3
求3的思路
19
P12
P23
1、利用瞬心P12,求V2
已知凸轮角速度1,求推杆速度V2
P13
P23
20101011-04-2-08
速度瞬心法 相对运动图解法
复数法 矩阵法 矢量法
二、运动分析的方法
6
1、瞬心概念：作平面相对运动的两构件，以 看成是围绕一个瞬时重合点作相 对转动，该重合点称为瞬时速度 中心，简称瞬心。
24
第三节 用相对运动图解法对机构进行运动分析
一、相对运动图解法的基本原理
理论力学知识1、同一构件上两点之间的速度、加速度的关系2、两构件重合点处的速度与加速度关系
25
速度关系
加速度关系
1、同一构件上两点之间的速度、加速度的关系
牵连运动是移动，相对运动是转动。
26
2.两构件重合点处的速度和加速度矢量关系
第三章 平面机构的运动分析
2010.10.13 第5次课
21
复 习
1.平面机构的结构分析把一个机构分解为原动件和杆组的过程。机构结构分析的一般步骤 a计算自由度确定原动件 b高副低代，去掉局部自由度和虚约束 c开始拆杆组注意：拆去杆组后，剩余部分仍然是机构 同一个机构选用不同构件作原动件时，其机构的级别可能不同
机械设计基础(机电类第三版)习题参考答案
机械设计基础（第3版）复习题参考答案第2章平面机构运动简图及自由度2-1 答：两构件之间直接接触并能保证一定形式的相对运动的连接称为运动副。
平面高副是点或线相接触，其接触部分的压强较高，易磨损。
平面低副是面接触，受载时压强较低，磨损较轻，也便于润滑。
2-2 答：机构具有确定相对运动的条件是：机构中的原动件数等于机构的自由度数。
2-3 答：计算机构的自由度时要处理好复合铰链、局部自由度、虚约束。
2-4 答：1. 虚约束是指机构中与其它约束重复而对机构运动不起新的限XXX用的约束。
2. 局部自由度是指机构中某些构件的局部运动不影响其它构件的运动，对整个机构的自由度不产生影响，这种局部运动的自由度称为局部自由度。
3. 说虚约束是不存在的约束，局部自由度是不存在的自由度是不正确的，它们都是实实在在存在的。
2-5 答：机构中常出现虚约束，是因为能够改善机构中零件的受力，运动等状况。
为使虚约束不成为有害约束，必须要保证一定的几何条件，如同轴、平行、轨迹重合、对称等。
在制造和安装过程中，要保证构件具有足够的制造和安装精度。
2-6 答：1.在分析和研究机构的运动件性时，机构运动简图是必不可少的；2. 绘制机构运动简图时，应用规定的线条和符号表示构件和运动副，按比例绘图。
具体可按教材P14步骤（1）~（4）进行。
2-7 解：运动简图如下：2-8 答：1. F =3n －2P L －P H =3×3－2×4－0=1。
该机构的自由度数为1。
2.机构的运动简图如下：2-9答：（a ）1.图（a ）运动简图如下图；2.F =3n －2P L －P H =3×3－2×4－0=1，该机构的自由度数为1ABCD 123（b ）1.图（b ）运动简图如下图；2. F =3n －2P L －P H =3×3－2×4－0=1。
该机构的自由度数为1。
B2-10 答：（a）n=9 P L=13 P H=0F=3n－2P L－P H=3×9－2×13－0=1该机构需要一个原动件。
机械设计基础第3章 平面机构的结构分析
1
3.1 运动副及其分类
构件组成机构是通过运动副来将各构件联接起来而 实现的。机构中的每一构件都是以一定的方式与其他构 件相互接触，并形成一种可动的联接，从而使这两个构 件的运动受到约束。两构件的这种既直接接触又能做一 定的相对运动的可动联接称为运动副。例如，发动机中 的气缸与活塞，既相互接触又允许活塞相对于气缸做往 复直线运动，这种联接就是运动副。
第3章 平面机构的结构分析
机构是指具有确定的相对运动构件的组合，而不是 无条件的任意组合，所以构件组合后是否能成为机构， 就要检验它是否能实现确定的相对运动。为此，就需要 讨论机构的自由度和它具有确定的相对运动的条件。 实际机械的外形和结构往往比较复杂，为了便于分 析和研究，常常需要用简单的线条和符号绘制出机构的 运动简图，作为机械设计的一种工程语言。
17
图3.3.1 四杆机构的自由度
18
图3.3.2 铰链五杆封闭杆系
19
3.3.2 计算平面机构自由度应注意的事项 在计算机构的自由度时，往往会遇到按公式计算出 的自由度数目与机构的实际自由度数目不相符的情况。 但这并不是自由度的计算公式有什么错误，而是在应用 公式计算机构的自由度时，还有某些应该注意的事项未 能正确考虑的缘故。现将应该注意的主要事项简述如下。 (1)复合铰链 (2)局部自由度 (3)虚约束
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3.2.1 运动副和构件的表示方法 (1)构件 构件均用直线或小方块来表示，画有阴影线的表示 机架。常用构件的表示方法可参考GB 4460—84。 (2)转动副 (3)移动副 两构件组成移动副的表示方法如图3.2.2所示,其导 路必须与相对移动方向一致。 (4)平面高副
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3.2.2 机构运动简图的绘制 绘制机械的机构运动简图时，通常可按下列步骤进 行。 ①根据机械的功能来分析该机械的组成和运动情况。 ②选定视图平面。为了将机构运动简图表达清楚， 必须选好投影面，为此，可以选择机械的多数构件的运 动平面作为投影面。 ③按适当的比例定出各运动副之间的相对位置，用 简单的符号和线条画出机构运动简图（有时为了只表示 机械的组成和运动情况，而不需要用图解法具体确定出 运动参数值时，也可以不严格按比例绘图）。
第三章 平面机构的结构分析
2.转动副：
2 2 2 2 2 1 1 1 1
可以组成三个回转副的构件
3.移动副：
1 2 1 2
1 2 1 2
1 2 1 2
4.平面高副 4.平面高副
齿轮副：
2
2
凸轮副：
1 1
3.2.2 绘制机构运动简图（模型，内燃机）
1 复合铰链 由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转 动副称为复合铰链。 动副称为复合铰链。
1 3 2
三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n - 2Pl – Ph = 3×5 -2×7 – 0 = 1
B 5 A E A B 1 2 5 D 4 C 3 F
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。 两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
两构件组成的若干个导路中心线互相平行 或重合的移动副（牛头刨床机构）。 或重合的移动副（牛头刨床机构）。 x2 B 2 C A 1 3 x1 x1 x2 4
4）机构中对运动不起作用的对称部分引 入的约束为虚约束。 入的约束为虚约束。
按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副凸轮高副点接触齿轮高副线接触低副曲面接触低副平面接触由以上分析可知对于平面低副不论是转动副还是移动副两构件之间的相对运动只能是转动或移动故它是具有一个自由度和两个约束条件的移动副
第三章 平面机构的结构分析
3.1 机构的组成 机构的组成 3.2 平面机构的运动简图 平面机构的运动简图 3.3 平面机构的自由度 习题
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定 F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
最新机械设计基础教案——第3章 平面机构的结构分析
第3章平面机构的结构分析（一）教学要求1、了解机构运动简图并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3.1 机构的组成机构是由构件组成的。
一、运动副：构件间的可动联接。
（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）高副：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个自由度高副：1个约束，2个自由度①转动副：两个构件间不能作旋转运动的运动副；②移动副：两个构件间不能作移动运动的运动副。
高副：①齿轮副；②凸轮副。
二、运动链、机构1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统①平面运动链；②空间运动链（根据各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动分类）2、机构（从运动链角度）：1、对一个运动链2、选一构件为机架3、确定原动件（一个或数个）4、原动件运动时，从动件有确定的运动。
3.2 平面机构运动简图一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。
二、绘制：1、运动副的符号转动副：移动副平面高幅：2、构件（杆）：3、机构运动简图的绘制，（模型，鄂式破碎机）1）分析机构，观察相对运动；2）找出所有的构件与运动副；3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，5）用规定的符号和线条绘制成间图。
（从原动件开始画）3.3 平面机构的自由度机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。
一、计算机构自由度（设n个活动构件，P L个低副，P H个高副）（3）虚约束：在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
104233=-⨯-⨯=F006243=-⨯-⨯=F图1-15作业：P 498，题1-1，1-2，1-3，1-4。
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机架（固定件）：缝纫机脚踏机构中的AD构件 原动件：缝纫机脚踏机构中的CD构件 从动件：缝纫机脚踏机构中的CB、BA构件
§3-3 平面机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
机构示意图－不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
面接触)
线接触)
机械设计基础 —— 平面连杆机构
空间副
了解
高副：点、线接触
球面副
螺旋副
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
2 转
2
动
平副 1
1
面
运
动
2
副移
动
1
副
2
1
2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1
平
面
2
高
副
1
2
螺
旋
《机械设计基础》第2章 平面机构
2.高副的常用符号
高副表示法 高副主要有凸轮副和齿轮副。
凸轮副
《机械设计基础》第2章 平面机构
齿轮副
3.机构运动简图中构件的表示方法
机构中构件的相对运动是由运动副的类型及同一构件上 各运动副的相对位置决定的。因此，在绘制机构运动简 图时，要表示参与构成不同类型的若干运动副的构件， 应按其运动副的类别，用规定的符号画在相应的位置上， 再用简单的线条将这些符号联成一体即可。 右图所示为参 与构成不同类 型的两个运动 副的构件的表 示方法。
机构运动简图——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，再用规定的运动副代表 符号和简单的线条或几何图形表示机构各构件间相 对运动关系的一种简化图形。
各运动副间的相对位置尺寸称为运动特征尺寸。 在绘制机构运动简图时，运动特征尺寸应准确地表
示出来。
绘制机构运动简图的目的：
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性， 主要用于简明地表达机构的组成情况和运动情况， 进行运动分析，作为运动设计的目标和构造设计的 依据。也可对机构进行力分析并作为专利性质的判 据。
以用三个独立的参数x、
y和角度θ表示。
平面自由构件的自由度
约束——对构件的独立运动所加的限制。
作平面运动的自由构件有三个自由度。当两构件组成运 动副后，它们的相对运动就受到限制（约束），自由度 随之减少。
运动副的作用是约束构件间的某些运动，而保留另外一 些运动。一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一 个自由度。
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
内啮
棘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同
2.运动副的性质、数目与实际相符
3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
想一想 练一练
请画出汽车发动机罩壳、手摇打气筒的机构示意 图
汽车发动机罩壳
手摇打气筒
答案：
汽车发动机罩壳机构示意图
手摇打气筒机构示意图
例3－2、机构运动简图的绘制（模型，活塞泵）
活塞泵机构工作原理
解： 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；
2）确定所有运动副的类型，测量运动副之间的相对位置；
动副的部分称为运动副元素； ②能产生一定形式的相对运动。
按运动副元素接触形式可将运动副分为低副和高副。
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
作者：潘存云教授
按接触形式分类：
❖ 接触形式: 点、线、面 ❖ 低副：面接触 ❖ 高副：点、线接触
平面低副 空间低副
名称
轴、杆、连杆 等构件
轴、杆的固定 支座（机架）
一个构件上有 两个转动副
一个构件上有 三个转动副
两个运动构件 用转动副相联
一个运动 构件
一个固定 构件
用转动副 相联
两个运动构件 用移动副相联
一个运动构件 一个固定构件 用移动副相联
符号 a b c d e
f
g h
名称
棘轮机构
链传动
外啮合圆柱 齿轮传动
▲弄清机构包含哪几个部分; ▲各部分如何相联？
▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
(2)根据结构特点对机构进行结构分析
▲不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是 按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。
(3)研究机构的组成原理
▲目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。
§3-1 机构结构分析的内容及目的
机构结构分析的目的主要有下列三个方面： １）为新机构的创造提供途径。 ２）通过对机构的结构进行分析与分类，可以分门别类
地对机构进行运动分析、动力分析和机构的综合。 ３）在设计新的机械或对现有机械进行研究时，首先要
画出其运动简图。对机构的结构分析是正确地画出机构 运动简图必不可少的步骤。
顺口溜： 先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。
例3－1 活塞泵及其机构运动简图
E
4
D C
3
2
5
F
B
A
1
工作任务：分析下列机构并绘制其运动见图。
活塞泵
【案例2】如图所示为以颚式碎矿机。当曲轴2 绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆动， 从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石7 轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取 OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm， OC=22mm.
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题：破碎机
A B
E
DC
F
G
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题：
3
C23 4
2
B12
1
A14
C234
3
2
4
B12
1
4
A14
训练案例 绘出如下图a 所示抽水唧筒机构的运动 简图。
3.2.2 运动链、机构 1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统
闭链
开链
①平面运动链；②空间运动链
2、机构（从运动链角度）：
（1）对一个运动链 （2）选一构件为机架
（3）确定原动件（一个或数个）
（4）原动件运动时，从动件有确定的运动。
作者：潘存云教授
3.2.3 机构中构件的分类
任何机构都包含机架、原动件和从动件3个部分。 ⑴ 固定构件(机架) 是用来支承活动构件的构件，如机床
y
高副
高副
o
x
空间低副 平面低副 平面低副
运动副按其所能产生相对运动形式分为转动副、移动副、 螺旋副和球面副等。
如果构成运动副的两构件间相对运动是平面运动，则称为 平面运动副；如果构成运动副的两构件间相对运动是空间 运动，则称为空间运动副。
1. 低副——两运动副元素通过面接触所构成的运动副。 转动副和移动副都属于低副。
鳄式破碎机
曲轴2与动颚板 3也构成转动副， 其轴心在A点 （即动颚板绕曲 轴的回转几何中 心）；摆杆4分 别与动颚板3和 机架5在B、C两 点构成转动副。 其运动传递为：
电机
皮带
曲轴
动颚 板
摆杆
所以，其机 构原动件为曲轴， 从动件为摆杆、 构件3、机架5共 同构成曲柄摇杆 机构。
（2）按图量取尺 寸，选取合适的 比例尺，确定O、 A、B、C四个转 动副的位置，即 可绘制出机构运 动简图。最后标 出原动件的转动 方向。
常用机构
❖ 研究对象:机构（平面机构、凸轮机构、间
歇运动机构）
❖ 主要内容:机构的结构分析从分析机构的
组成入手，研究机构的组成情况对其运动的 影响，以及机构运动简图的绘制方法，为研 究现有机构和创造新机构打下基础。
❖ 常用机构及其设计从分析几种常用机构的
工作原理和运动特点入手，研究根据给定运 动和传力要求设计机构运动简图的基本方法。 这里不涉及构件的强度计算、材料选择和结 构形状设计等问题。
3）选择合理投影视图（即能充分反映机构的特性）；
4）确定比例尺；
l
实际尺寸m
图上尺寸(mm)
5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画）
例、机构运动简图的绘制
§3－4 平面机构的自由度
构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动 的构件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如 图所示)则只有三个自 由度，这三个自由度可
床身、车辆底盘、飞机机身。 ⑵ 原动件(主动件) 是运动规律已知的活动构件。它的运
动是由外界输入的，又称为输入构件。 ⑶ 从动件 是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动
构件。相对于机架有确定的相对运动。 从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构。
当机构的结构确定之后，从动件的运动规律完全取决于原 动件的运动规律。
3. 机构运动简图中运动副的表示方法 机构运动简图中运动副(转动副、移动副)的表示方
法如前面所述。 需要注意的是：移动副的导路必须与相对移动方向