机械原理 平面机构的力分析、效率和自锁
机械原理习题册答案
参考答案 第一章 绪论一，填空题1.1 能量，物料，信息1.2运动，动力 1.3制造，运动，装配 二、选择题2.1 D 2.2 B 三，简答题第二章 机械的结构分析二、综合题1．n = 7 ，p l = 9 ，p h = 121927323=-⨯-⨯=--=h l P P n F从图中可以看出该机构有2个原动件，而由于原动件数与机构的自由度数相等，故该机构具有确定的运动。
2． （a ）D 、E 处分别为复合铰链（2个铰链的复合）；B 处滚子的运动为局部自由度；构件F 、G 及其联接用的转动副会带来虚约束。
n = 8 ，p l = 11 ，p h = 1111128323=-⨯-⨯=--=h l P P n F3． （c ）n = 6 ，p l = 7 ，p h = 313726323=-⨯-⨯=--=h l P P n F（e ）n = 7 ，p l = 10 ，p h = 0101027323=-⨯-⨯=--=h l P P n F 4． （a ）n = 5 ，p l = 7 ，p h = 010725323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅡ级组 Ⅱ级组 因为该机构是由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的，所以为Ⅱ级机构。
（c ）n = 5 ，p l = 7 ，p h = 010725323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅢ级组因为该机构是由最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的，所以为Ⅲ级机构。
5． n = 7 ，p l =10 ，p h = 0101027323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅡ级组 Ⅲ级组当以构件AB 为原动件时，该机构为Ⅲ级机构。
Ⅱ级组 Ⅱ级组 Ⅱ级组当以构件FG 为原动件时，该机构为Ⅱ级机构。
可见同一机构，若所取的原动件不同，则有可能成为不同级别的机构。
6． （a ）n = 3 ，p l = 4 ，p h = 101423323=-⨯-⨯=--=h l P P n F因为机构的自由度为0，说明它根本不能运动。
(完整版)机械原理知识点归纳总结
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。
机械原理习题及答案
第二章 机构的结构分析一．填空题1．组成机构的基本要素是 和 。
机构具有确定运动的条件是： 。
2．在平面机构中，每一个高副引入 个约束，每一个低副引入 个约束，所以平面机构自由度的计算公式为F = 。
应用该公式时，应注意的事项是： 。
3．机构中各构件都应有确定的运动，但必须满足的条件是： 。
二．综合题1．根据图示机构，画出去掉了虚约束和局部自由度的等效机构运动简图，并计算机构的自由度。
设标有箭头者为原动件，试判断该机构的运动是否确定，为什么？2．计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指明所在之处。
（a ） （b ）ADECHGF IBK1234567893．计算图示各机构的自由度。
（a）（b）（c）（d）（e）（f）4．计算机构的自由度，并进行机构的结构分析，将其基本杆组拆分出来，指出各个基本杆组的级别以及机构的级别。
（a）（b）（c）（d）5．计算机构的自由度，并分析组成此机构的基本杆组。
如果在该机构中改选FG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否发生变化。
6．试验算图示机构的运动是否确定。
如机构运动不确定请提出其具有确定运动的修改方案。
（a）（b）第三章平面机构的运动分析一、综合题1、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P直接在图上标出）。
ij2、已知图示机构的输入角速度ω1,试用瞬心法求机构的输出速度ω3。
要求画出相应的瞬心，写出ω3的表达式，并标明方向。
3、在图示的齿轮--连杆组合机构中，试用瞬心法求齿轮1与3的传动比ω1/ω2。
4、在图示的四杆机构中，AB l =60mm, CD l =90mm, AD l =BC l =120mm, 2ω=10rad/s ，试用瞬心法求：（1）当ϕ=165°时，点C 的速度c v ；（2）当ϕ=165°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0c v =u u u v时，ϕ角之值（有两个解）。
内蒙古工业大学2020年801机械原理
科目代码
801
一、考试范围及要点
1、机构的结构分析
课程研究的对象和内容；机构的组成；机构运动简图和示意图；机构具有确定相对运动的条件；平面机构自由度计算；平面机构自由度计算的注意事项；平面机构结构分析。
2、平面机构的运动分析
机构运动分析的目的与方法；图解法机构运动位置分析；瞬心法机构速度分析；矢量方程图解法机构速度、加速度分析；综合运用瞬心法和矢量方程图解法的机构运动分析。
6、凸轮机构及其设计
凸轮机构的应用与分类；推杆的常用运动规律；凸轮机构的基本尺寸；直动或摆动从动件（尖顶、滚子）盘形凸轮廓线的图解法设计；图解法平面凸轮机构运动分析。
7、齿轮机构及其设计
渐开线齿轮的齿廓曲线及其特性；渐开线齿轮的啮合传动；渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数与尺寸；渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动；齿轮传动的重合度；渐开线齿廓的切制原理及相关实验；齿廓的根切、最少齿数、变位修正法；变位齿轮概述；斜齿圆柱齿轮的基本参数、尺寸及传动；蜗轮蜗杆传动；圆锥齿轮传动。
8、齿轮系及其设计
齿轮系的功用与分类；定轴轮系及其传动比计算；周转轮系及其传动比计算；复合轮系及其传动比计算。
9、其他常用机构
棘轮机构、槽轮机构等间歇运动机构组成及工作原理。
10、机械的平衡
机械平衡的目的；刚性转子的静平衡条件及计算；刚性转子的动平衡条件及计算；平衡实验与转子的许用不平衡量和不平衡度。
11、机械运转及其速度波动的调节
机械运转及作用力；机械系统的等效动力学模型及运动方程的建立；稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节；飞轮的设计计算。
二、考试形式及试卷结构
1、考试方式：闭卷、笔试
2、考试时间：180分钟
3、题型及比例：作图题（约30%）、计算及分析题（约70%）
机械原理答案
第二章 平面机构的结构分析题2-1 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。
解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。
(图2-1a)2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。
尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件，故 3=n 3=l p 1=h p原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。
分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。
故需增加构件的自由度。
3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。
(1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。
(2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。
(3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-1d)。
在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。
用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。
题2-2 图a 所示为一小型压力机。
图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。
在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。
最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。
试绘制其机构运动简图，并计算自由度。
解：分析机构的组成：此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。
福州大学814机械原理与机械设计2021年考研专业课初试大纲
福州大学2021年硕士研究生入学考试专业课课程（考试）大纲一、考试科目：机械原理与机械设计二、招生学院：机械工程及自动化学院基本内容一（机械原理部分）：1. 机构的结构分析运动副及其分类；平面机构运动简图；平面机构自由度计算；平面机构组成原理。
2. 平面机构的运动分析平面机构速度分析瞬心法；平面Ⅱ级机构运动分析矢量方程图解法或杆组法。
3. 平面机构的力分析平面机构力分析基本概念；构件惯性力确定之一般力学方法和质量代换法；移动副、转动副中摩擦力和总反力确定；考虑摩擦时机构受力分析。
4. 机构的效率和自锁机械效率的基本概念及相关计算；机械自锁的基本概念及相关计算。
5. 机械的平衡刚性转子静、动平衡分析和计算。
6. 机械的运转及其速度波动调节机械系统的等效动力学模型、等效构件、等效转动惯量、等效力矩、等效质量、等效力的基本概念及相关计算；稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节。
7. 连杆机构连杆机构特点；平面四杆机构类型及应用；平面四杆机构的基本知识；平面四杆机构设计图解法。
8. 凸轮机构凸轮机构基本概念；凸轮轮廓曲线设计图解法；画图求解凸轮机构基本参数；凸轮机构基本尺寸确定。
9. 齿轮机构直齿、斜齿圆柱齿轮机构基本概念及相关尺寸、参数计算；渐开线齿廓齿轮切齿原理、根切现象、避免根切方法；变位齿轮基本概念及其计算；直齿圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动基本概念。
10. 齿轮系轮系分类；各类轮系传动比及相关参数计算。
11. 其他常用机构棘轮机构、槽轮机构基本概念及其计算；其他常用机构基本概念。
基本内容二（机械设计部分）：1. 机械零件设计概述了解机械零件的失效形式、设计要求、设计准则。
2. 机械零件强度了解材料的疲劳特性，熟悉材料的疲劳曲线；了解机械零件的疲劳强度，会分析、会绘制零件的极限应力线图；掌握各种应力状态下，疲劳强度安全系数的计算方法；掌握接触强度计算方法。
3. 摩擦、磨损及润滑了解摩擦的几种状态以及磨损的几种形式；了解流体润滑原理。
孙恒《机械原理》课件讲义
机构结构分析的内容及目的 机构的组成 机构运动简图 机构具有确定运动的条件 平面机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类 及结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的
1、研究机构的组成及机构运动简图的画法 ; 2、了解机构具有确定运动的条件； 3、研究机构的组成原理及结构分类。
2）确定机架 3）确定各构件之间的运动副种类
“两两分析相对运动” 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动
回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路 方向必须与相对运动方向一致。 5）比例、符号、线条、标号
§2-5 平面机构自由度的计算
1. 平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。 2. 平面机构的自由度计算公式
2. 要除去局部自由度( F' ) 局部自由度：某些不影响机构运动的自由度。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。
3. 要除去虚约束( p' ) 虚约束:在机构运动中，有些约束对机构自由度的影响
是重复的。 •机构中的虚约束常发生在下列情况：
1）如果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。
本章结束
第二章 机构的结构分析
基本要求：了解机构的组成；搞清运动副、运动链、约 束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的 运动简图；能计算平面机构的自由度；对平 面机构组成的基本原理有所了解。
重 点：运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘 制；机构具有确定运动的条件及机构自由度 的计算。
难 点：在机构自由度的计算中有关虚约束的识别及 处理问题。
机械原理5机械效率与自锁
一、机械的效率
机械在稳定运转阶段恒有: Wd= Wr+Wf η ＝Wr / Wd ＝(Wd－Wf) /Wd ＝1－Wf /Wd
比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度， 称为机械效率。
用功率表示：η ＝Nr / Nd ＝(Nd－Nf) /Nd
＝1－Nf /Nd
分析：η 总是小于 1，当Wf 增加时将导致η 下降。
以上为效率计算方法，工程上更多地是用实验法
测定η ，表5－1列出由实验所得简单传动机构和运
动副的机械效率(P69-P70)。
表5-1 简单传动机械和运动副的效率
名称
传动形式
效率值
备注
圆柱齿 轮传动
6~7级精度齿轮传动
8级精度齿轮传动 9级精度齿轮传动 切制齿、开式齿轮传动
铸造齿、开式齿轮传动
6~7级精度齿轮传动
拧紧时：
M
d2 2
Gtg(
v )
理想机械： M0＝（d2 G tgα） / 2 η＝M0 / M ＝tgα/tg(α＋φv )
拧松时，驱动力为G，M’为阻力矩，则有：
实际驱动力：
G=2M’/d2 tg(α-φv )
理想驱动力： ∴
G0=2M’/d2 tgα η’＝G0/G ＝tg(α-φv ) / tgα
良好跑合、稀油润滑 稀油润滑 干油润滑
0.40~0.45 0.70~0.75
0.75~0.82 0.80~0.92 0.85~0.95
润滑良好
名称 带传动
链传动 摩擦轮
传动 滑动轴承 滚动轴承
螺旋传动
续表5-1 简单传动机械和运动副的效率
传动形式
效率值
备注
机械原理简答题总结
虚约束是指对机构运动起不到实际约束作用的约束。虚约束可以改 善构件的受力情况，提高机构的刚度和强度，有于保证机械顺利通过某 些特殊位置。(尽量减少虚约束)
7.机构具有确定运动的条件是什么？
机构具有确定运动的条件就是机构的原动件数目等于机构自由度的 数目。当机构不满足这一条件时，如果原动件数目小于机构的自由度， 则机构的运动不确定;若原动件数目大于机构的自由度， 则导致机构的最 薄弱环节破坏。
4.如何减少直动推杆盘状凸轮机构的推程压力角？
当直动推杆凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可通过增大基圆
半径减小压力角。
5.什么是凸轮的理轮廓线和实际廓线？滚子推杆的理论廓线和实际廓线有 什么关系？
将滚子中心当作从动件的尖端设计出的凸轮廓线称为理论廓线，以 理论廓线上各点为圆心作一系列滚子圆，该圆的包络线为凸轮的实际廓 线。
第五章机械的效率和自锁
1.串联、并联及混联机组的效率如何计算？从中得出了什么重要结论？
串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积，结论：①串联机器 数目越多，机械效率越低。 ②串联机组某一机器效率低，会使整个机组 效率降低；并联机组的效率为各机器输入效率之和与输出效率之和的比 值，①机组效率围：也礼级'"'并wu②要提高并联机组的效率，应着重 提高传递功率大的传动路线效率。；混联机组的效率分部计算。
2.机械自锁
机械自锁的定义：由于摩擦的存在，作用在机械上的驱动力无论如 何增大，也无法使其运动的现象称为机械的自锁。
①作用于机构上的生产阻力G在驱动力无限增大的条件下恒小于0;
②单个运动副的自锁条件：运动副，驱动力作用在摩擦角之；转动副，
机械原理教案07不计摩擦的机构动态静力分析效、率和自锁
图5-2驱动力F 在理想情况下克服的工作阻力为0Q ，则00F1Q Q v Fv η==，整理得：00F QF Q η==式中，0F ——理想情况下所需驱动力；F ——实际情况下所需的驱动力；Q ——实际克服的工作阻力；0Q ——理想情况下克服的工作阻力。
4、力矩形式：dd r rM M M M 00==η 式中，0d M ——理想情况下所需驱动力矩；d M ——实际所需驱动力矩；r M ——实际克服的工作阻力矩；0r M ——理想情况下所能克服的工作阻力矩。
对已有的机械，效率可以用计算的方法获得，也可通过实验测定，对于正在设计的机械，常根据表5-2估取。
（二） 机组的效率 1. 串联机组的效率如图示的串联机组，总效率：121121121K K K K K d K K dP P P P PP P P P P ηηηηη----==⋅⋅=可见，串联机组的效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积，它小于其中任何一个单机的效率。
2. 并联机组的效率如图示并联机组的总效率：123112233123KK KdKP PP P P P P P P P P P P ηηηηη''''++++++++==++++上式表明，并联机组的效率不仅与各部分的效率有关，而且与总功率分配到各分支的情况有关。
并联机组的效率总是介于各部分的最大效率和最小效率之间。
3. 混联机组的效率求解方法是应先划分出串联部分和并联部分，分别处理。
如图4-12c 所示的混联机组，其总的机械效率()rrdP P P η''+=。
式中，总的输入功率212d P P ηη=22234345r r P P P P P ηηηηη''''''=+=+''''''''内 容反行程相当于松开过程，工作阻力矩为()2tan 2r v d M G αϕ=-，理想阻力矩20tan 2r dM G α=，得反行程的效率0()v r r tg M M tg αϕηα-==， . 求反行程的自锁条件方法一：令工作阻力矩()2tan 02r v d M G αϕ=-≤，得：v ϕα≤。
机械原理第四章 力分析
FN21/2
G
FN21/2
式中， fv为 当量摩擦系数 fv = f / sinθ
若为半圆柱面接触: FN21= k G，（k = 1~π/2）
摩擦力计算的通式:
Ff21 = f FN21 = fvG
其中, fv 称为当量摩擦系数, 其取值为:
G
平面接触: fv = f ； 槽面接触: fv = f /sinθ ； 半圆柱面接触: fv = k f ，（k = 1~π/2）。
说明 引入当量摩擦系数之后, 使不同接触形状的移动副中 摩擦力的计算和比较大为简化。因而这也是工程中简化处理问题
的一种重要方法。
（2）总反力方向的确定
运动副中的法向反力与摩擦力 的合力FR21 称为运动副中的总反力， 总反力与法向力之间的夹角φ， 称 为摩擦角，即
φ ＝ arctan f
FR21
FN21
机械原理
第四章 平面机构的力分析
§4-1 概述 §4-2 运动副中总反力的确定 §4-3 不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析 §4-4 机械的效率和自锁 §4-5 考虑摩擦时机构的受力分析
§4-1 概述
一、作用在机械上的力
有重力、摩擦力、惯性力等，根据对机械运动的影响，分为两类： （1）驱动力 驱动机械运动的力。 与其作用点的速度方向相同或者成锐角； 其功为正功， 称为驱动功 或输入功。
放松：M′＝Gd2tan(α φv)/2
三、转动副中摩擦力的确定
G
1 径向轴颈中的摩擦 1）摩擦力矩的确定
转动副中摩擦力Ff21对轴颈的摩
擦力矩为 Mf = Ff21r = fv G r
轴颈2 对轴颈1 的作用力也用
ω12
Md O
机械原理：第二章机构的结构分析
斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。
第4、5章 机构受力分析及自锁
根据力的平衡条件 r r r P + R + Q = 0 ⇒ P = Qtg(α + ϕ )
二、移动副中的摩擦（续） 移动副中的摩擦（
2）求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力 P’ ）求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力 滑块
（反行程） 反行程）
根据力的平衡条件 r r r P'+R + Q = 0
c mB = m b+c b mC = m b+c
B及C可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件； 及 可同时任意选择 为工程计算提供了方便和条件； 可同时任意选择， 有误差，将产生惯性力偶矩的误差： 代换前后转动惯量 Js有误差，将产生惯性力偶矩的误差：
∆MI = −[(mBb2 + mC c2 ) − J s ]α = −(mbc − J s )α
MI PI
2. 作平面移动的构件 等速运动： 等速运动： PI=0，MI =0 ，
r 变速运动： 变速运动： PI = −maS r
一、一般力学方法（续） 一般力学方法（
3. 绕定轴转动的构件 1）绕通过质心的定轴转动的构件 ） 等速转动： 等速转动：PI =0，MI=0； ， 变速运动： 变速运动：只有惯性力偶 MI = −J Sαs 2）绕不通过质心的定轴转动， ）绕不通过质心的定轴转动， 等速转动： 等速转动：产生离心惯性力
§9 - 2
一、一般力学方法
1. 作平面复合运动的构件： 作平面复合运动的构件：
构件惯性力的确定
上的惯性力系可简化为： 构件BC上的惯性力系可简化为： 加在质心S上的惯性力 和惯性力偶MI。
r r P = −m I和MI ，
机械原理知识点总结
工作循环
jc
je
ò Wde = D W4 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
Emax c
aHale Waihona Puke WbccWcd
jd
取 D Wmax = max[Wbc ,Wcd ,Wde ]
Wab
b
b Emin d
e
Wde
d
e
Wea'
a' Em
能量指示图
第八章 平面连杆机构及其设计
1.四杆机构的基本型式
3）最高级别为Ⅱ级的基本杆组成的机构称为 Ⅱ级机构。
4）最高级别为Ⅲ级的基本杆组成的机构称为 Ⅲ级机构。 n=2, PL=3， 这种基本杆组称为II级组。 n=4，PL＝6，这种基本杆组称为Ⅲ级组。
机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。
8.平面机构的结构分析
（1）确定机构的组成与级别 （2）平面机构结构分析的步骤：
Wcd
Wea' Mer
用能量指示图确定最大盈亏功 ΔWmax的大小。
jc
Wab Wbc
ab c
E
Emax
ò Wbc = D W2 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
jb
a
jd
b
Emin c
Wde
de
Med
a' φ
d
Em
e
a'
φ
ò Wcd = D W3 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
第七章 机械的运转及其速度波动的调节
1.等效动力学模型概念
对于一个单自由度机械系统的动力学问题研究，可简化为对 其一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。
《机械设计含机械原理815》考试大纲
《机械设计（含机械原理）（815）》考试大纲一、考试内容和要求A．机械原理部分（一）机构的结构分析1.机构运动简图；2.平面机构的自由度计算；3.平面机构的组成原理、基本杆组分析、高副低代。
（二）机构的运动分析1.运用瞬心法对简单机构进行速度分析。
（三）平面机构的力分析1.利用总反力对斜面机构进行受力分析。
（四）机械效率和自锁1.利用上述力分析结果计算机械的效率；2.机械的自锁条件。
（五）机械的运转及其速度波动的调节1.等效转动惯量和等效力矩的计算；2.机械的周期性速度波动原因及其调节方法；（六）平面四杆机构1.曲柄存在条件，按K设计四杆机构；2.极位夹角、压力角、传动角、死点的概念；（七）凸轮机构1.盘形凸轮廓线的设计原理、方法；2.凸轮设计的压力角、基圆等基本概念。
（八）齿轮机构1.渐开线直齿圆柱齿轮、斜齿轮的几何尺寸计算；2.齿轮传动的正确啮合条件、实际啮合线B1B2和重合度。
（九）齿轮系1.轮系传动比计算；B．机械设计部分1.机械设计总论机器和机械零件的基本要求，机械零件的主要失效形式、设计准则、设计方法和步骤。
2.机械零件的强度疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能从材料的几个基本机械性能（σB、σs、σ－1、σ0）及零件的几何特性，绘制零件的极限应力线图。
3.螺纹连接和键连接（1）掌握螺纹及螺纹联接件的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法。
（2）螺栓组连接的受力分析和螺纹连接的强度计算。
（3）键联接的主要类型及尺寸的选择方法。
4.带传动（1）带传动的受力分析和应力分析、带的弹性滑动和打滑，带传动的失效形式及设计准则。
（2）带传动的参数选择，普通V带传动的设计计算方法。
（3）带传动的张紧方法及措施。
5.链传动链传动的运动特性及多边形效应，滚子链传动的设计计算方法6.齿轮传动（1）齿轮传动的失效形式和设计准则；（2）齿轮轮齿的受力分析；（3）直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的设计计算方法。
南航考研机械原理简答题终极整理版资料
《机械原理》简答题考研论坛 @麻花 整理一、平面机构的结构分析1.平面机构基本定义：机器：可用来变换或者传递物料、能量或信息的装置机构：能实现预期机械运动的构件的组合，包括原动件，从动件，机架零件：机器制造单元构件：机器运动单元杆组：从动件系统中分解为若干不可再分，自由度为0的运动链约束：对独立运动的限制自由度：构件具有的独立运动的数目运动副：由两构件直接接触形成的可运动联接运动链：两个以上以运动副联接而成的系统虚约束：对输出件的运动不起约束作用的约束局部自由度：与输出件运动无关的自由度2.在什么条件下，运动链具有运动可能性、运动确定性、可以成为机构？自由度大于零；自由度数目等于原动件数目；运动链中某构件固定为机架3.高副低代时，齿轮副如何处理？齿轮副是将所引入的两个转动副分别位于相接触的两齿廓的曲率中心处，对于一对渐开线齿廓的齿轮副，曲率中心分别位于两齿轮的啮合极限点二、平面机构的运动分析1.什么是速度瞬心，相对瞬心与绝对瞬心的区别？速度瞬心：两构件上相对速度为零的重合点；绝对瞬心处的绝对速度为零2.用速度瞬心法和矢量方程图作机构速度分析有什么优缺点？速度瞬心法：只能进行速度分析，适用于简单的平面机构矢量方程图：作图不是很准确3.什么是三心定理？作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于一条直线上4.机构在什么时候有哥氏加速度，如何确定？绝对运动：动点相对于定参考系的运动相对运动：动点相对于动参考系的运动牵连运动：动参考系相对于定参考系的运动相对运动为转动，牵连运动为平动时两构件重合点有哥氏加速度，它是由于相对速度方向变化产生的加速度，θωsin 2r e c v a =三、平面机构的力分析1.什么是摩擦角，移动副中总反力如何确定？摩擦角：总反力和法向反力的夹角总反力和法向反力夹角为摩擦角，偏斜方向和相对速度方向相反2.什么是当量摩擦系数和当量摩擦角？当量摩擦系数：摩擦力和铅锤载荷的比值当量摩擦角：由当量摩擦系数确定的摩擦角3.矩形螺纹和三角形螺纹副各有什么特点，适用于什么场合？矩形螺纹：当量摩擦系数小，传动效率高，适用于传动三角形螺纹：自锁性能好，联接强度高，适用于联接4.什么是摩擦圆，摩擦圆的大小和什么有关？以轴颈中心为圆心，与总反力方向相切的圆；摩擦圆半径与轴颈半径和当量摩擦系数成正比5.为什么实际设计中采用空心轴端？轴端压强和半径成反比，因此轴端中心部分的压强非常大，极易压溃6.什么是机械效率，其意义是什么？机械效率是输出功（有效功）和输入功（驱动功）的比值，它反映了输入功（有效功）的有效利用程度7.什么是自锁和自锁性能，移动副和转动副自锁的条件是什么，自锁时阻抗力和机械效率满足什么条件？自锁：由于摩擦力的作用，不管驱动力多大都不能使构件运动的现象自锁性能：机构反行程自锁而正行程不自锁移动副自锁的条件是驱动力作用在摩擦角之内，转动副自锁的条件是驱动力作用在摩擦圆之内。
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第三讲平面机构的力分析、效率和自锁平面机构的力分析知识点：一、作用在机械上的力1．驱动力：定义：驱使机械运动的力特征：该力与其作用点速度的方向相同或成锐角，其所作的功为正功，称为驱动功或输入功。
来源：原动机加在机械上的力2．阻抗力：定义：阻止机械产生运动的力称为阻抗力特征：该力与其作用点速度的方向相反或成钝角，其所作的功为负功，称为阻抗功。
分类：生产阻力（有效阻力）：有效功（输出功）有害阻力：非生产阻力：损失功二、构件惯性力的确定（考的较少）1、一般力学方法(1) 作平面复合运动的构件对于作平面复合运动且具有平行于运动平面的对称面的构件（如连杆2），其惯性力系可简化为一个加在质心S2 上的惯性力F I2和一个惯性力偶矩M I2, 即F I2 = －m2a S2 , M I2 = －J S2α2也可将其再简化为一个大小等于F I2，而作用线偏离质心S2一距离l h2的总惯性力F′I2,l h2 = M I2/ F I2F′I2对质心S2之矩的方向应与α2的方向相反。
(2) 作平面移动的构件如滑块3，当其作变速移动时，仅有一个加在质心S3上的惯性力F13＝－m3a S3。
(3) 绕定轴转动的构件如曲柄1，若其轴线不通过质心，当构件为变速转动时，其上作用有惯性力F I1＝－m1a S1及惯性力偶矩M I1＝－J S1α1，或简化为一个总惯性力F′I1；如果回转轴线通过构件质心，则只有惯性力偶矩M I1＝－JS1α1。
2、质量代换法（记住定义和条件）1．基本定义：（1）质量代换法：按一定条件将构件质量假想地用集中于若干个选定点上的集中质量来代替的方法叫质量代换法。
（2）代换点：选定的点称为代换点。
（3）代换质量：假想集中于代换点上的集中质量叫代换质量。
2．应满足条件（1）代换前后构件的质量不变。
（2）代换前后构件的质心位置不变。
（3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。
三、运动副中的摩擦力的确定（受力分析为大题）1.移动副中摩擦力的确定、F f21＝f F N21＝f v G式中f v为当量摩擦系数。
当运动副两元素为单一平面接触时，fv＝f；为槽面接触时，fv＝f/sinθ；为半圆柱面接触时，fv＝kf（k=1～π/2）。
把运动副中的法向反力和摩擦力的合力，称为运动副中的总反力。
总反力的方向可如下确定：1) 总反力与法向反力偏斜一摩擦角ϕ；2) 总反力F R21与法向反力偏斜的方向与构件1相对于构件2的相对速度v12的方向相反。
例：在图4－3a中，设滑块1置于升角为α的斜面2上，作用在滑块1上的铅垂载荷为G，求使滑块1沿斜面2等速上升时所需的水平驱动力为F。
在求解时，应先根据上述方法作出总反力F R21的方向，再根据滑块的力平衡条件，求得F ＝G tan( α + φ )若要滑块1沿斜面2等速下滑时，在作出总反力F ′R21的方向后(图4—4，a)，根据滑块的力平衡条件，即可求得要保持滑块1等速下滑的水平力为F ′ ＝G tan(α－φ)2.转动副中摩擦力的确定：总反力的方位可根据如下三点来确定：1）在不考虑摩擦的情况下，根据力的平衡条件，确定不计摩擦力时的总反力的方向; 2）计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；3）构件2对构件1的总反力F R21 对铰链中心之矩的方向必与构件1相对于构件2的相对角速度ω12的方向相反。
受力分析的做题步骤：1）判断杆是受拉还是受压，2）判断两构件相对转动方向，3）利用构件2对构件1的总反力F R21对铰链中心之矩的方向必与构件1相对于构件2的相对角速度ω12的方向相反结合所受力平衡，最终确定它们的方向。
4）由三力平衡条件（交于一点）得出要求的构件的总反力3.平面高副中摩擦力的确定平面高副两元素之间的相对运动通常是滚动兼滑动。
故有滚动摩擦力和滑动摩擦力。
不过由于前者较后者小得多，所以在对机构进行力分析时，一般只考虑滑动摩擦力。
通常也将摩擦力和法向反F来研究。
力合成一个总反力21RF：①与法向反力偏斜一摩擦角。
21Rv的方向相反。
②偏斜方向与构件1相对于构件2 的相对速度12、（武大2006）6、（20分）图示机构运动简图比例尺为μl ,杆1为主动件，摩擦圆(用细实线画的图)及摩擦角见图示，生产阻力Q作用在杆2的D 点。
(1) 在图上画出运动副反力32R 、12R 、41R的作用线和方向；(2) 写出构件2的力矢量方程式，并画出力多边形(Q力长度取22mm);(3) 写出应加在主动件1上的驱动力矩M d 计算式,并在图上标注方向。
(1)画出运动副反力的作用线 （12分）(2)杆2 01232=++R R Q（5分）作出力多边形(3)因为 =12R 21R- （3分）所以M d ＝R h l 21⨯⨯μ 方向和ω1同向解:对滑块1进行反行程受力分析,要使P 松开后，机构不会自动松开，则P ，＞0，即2φ-α＞0，自锁条件为α＜2φ。
高副的受力分析：P ，.图 示 偏 心 盘 杠 杆 机 构， 机 构 简 图 按μl =1 mm/mm 作 出， 转 动 副A 、B 处 细 实 线 是 摩 擦 圆， 偏 心 盘1 与 杠 杆2 接 触 处 的 摩 擦 角ϕ 的 大 小 如 图 所 示。
设重 物 Q = 1000 N 。
试 用 图 解 法 求 偏 心 盘1 在 图 示 位 置 所 需 的 驱 动 力 矩 M d的 大 小 和 方 向。
79.总 分： (1) 作 出 各 力 作 用 线 如 图 b(2) 矢 量 方 程： 件2：r Q + r R 12 + r R 32 = 0，r R 31 = r R 12 = -rR 21作 出 力 三 角 形, 见 图 (a) μR ＝20Nmm(3) 从 力 多 边 形 量 出 bc = 45 mmR 21 = bc μP = 45 ⨯ 20 = 900 NM d = R 21 h μl = 900 ⨯ 29 = 26100 N ⋅ mm = 26.1 N ⋅ m 方 向： 顺 时 针。
低副和高副都存在的综合题型：（东南大学2007、北交2009.西安电子科技大2010））3.图示为机构的运动简图。
已知转动副C处的摩擦圆及A、B运动副两处的摩擦角ϕ如图示，作用原动件1 上的驱动力P=900 N。
试用图解法求：(1) 所能克服的阻力rQ之大小；(2) 机构在该位置的瞬时效率。
(a)(b)总分：20 分(1) 6 分(2) 4 分(3) 4 分(4) 6 分(1) 作出各力作用线如图a。
(2) 矢量 方 程 : 构 件1:r r r P R R ++=31210, 构 件2:r r rR Q R 12320++= , 作 出 力 三 角形。
见 图 b 。
(3) 作 出 不 计 摩 擦 时 的 力 三 角 形 , 见 图 b 。
(4) 计 算 瞬 时 效 率 :Q Q =⨯==⨯=1640640424016800 N , N,η===Q Q 06401680381.%西南交通大学2005机械的效率和自锁一、机械的效率计算1.效率计算式：机械的输出功与输入功之比称为机械效率，它反映了输入功在机械中的有效利用程度，常以η表示。
其计算式可有好几种形式。
（1）d f d f d d rW W W W W W W -=-==1）（η （以功表示） （2）d f d f d d rN N N N N N N -=-==1）（η （以功率表示） （3）F F 0=η （以驱动力表示）机械效率也等于不计摩擦时克服生产阻力所需的理想驱动力0F 与克服同样生产阻力（连同克服摩擦力）时该机械实际所需的驱动力（与0F 的作用线方向相同）之比。
（4）M M 0=η （以驱动力矩表示）实际驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力理想驱动力==η） 结论：2.效率计算式的应用。
实际驱动力理想驱动力＝η实际驱动力矩理想驱动力矩＝理想工作阻力矩实际工作阻力矩＝理想工作阻力矩实际工作阻力矩＝（1）斜面机构：★正行程（等速上升行程）：所需的驱动力为：）（ϕα+=Gtg F 理想驱动力（此时摩擦角为0）为：αGtg F =0机械效率为：）（ϕααη+==tg tg F F 0★反行程（等速下滑行程）： （∵）（ϕα-=Gtg F '）所需的驱动力为：∴）（ϕα-=tg F G `理想驱动力（此时摩擦角为0）为：αtg F G `0=机械效率为：αϕαηtg tg G G ）（-==`'0'（2）螺旋机构；★拧紧时： 驱动力矩：22）（v Gtg d M ϕα+=理想驱动力矩：220αGtg d M = 机械效率：）（v tg tg M M ϕααη+==0★放松时：驱动力矩：22`）（v Gtg d M ϕα-= 驱动力：）（v tg d M G ϕα-=2`2理想驱动力：αtg d M G 2`02= 机械效率：αϕαηtg tg G G v ）（-==0`3.机组效率1．串联：①串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积：k ηηηη⋅⋅⋅= 21 ②只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率很低；且串联机器的数目越多，机械效率也越低。
2．并联：所以机械效率为：kkk drP P P P P P P P ++++++==∑∑ 212211ηηηη结论：①并联机组的总效率η不仅与各机器的效率有关，而且也与各机器所传递功率的大小有关。
②各机器中，效率最大者为m ax η，最小者为min η，则min η＜η＜max η。
③η主要取决于传递功率最大的机器的机械效率，故要提高并联机组的效率，应着重提高传递功率大的传动路线的效率。
④若k ηηηη==== 321，则k ηηηη==== 21（不论k 为多少）。
3．混联二、 机械的自锁1)．机械自锁：由于摩擦的存在，却会出现无论这个驱动力如何增大，也无法使它运动的现象，这种现象就叫作机械的自锁。
2)．自锁的意义：一方面，当我们设计机械时，为使机械能够实现预期的运动，当然必须避免该机械在所需的运动方向发生自锁。
另一方面，有些机械的工作又需要具有自锁的特性，如课本P120图5-5所示的手摇螺旋千斤顶。
3) 自锁条件1．单个移动副：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即ϕβ≤），则发生自锁。
2．单个回转副：对于单个回转副，当外载荷作用在摩擦圆内时，会发生自锁。
3．max f FF ≤（F 为驱动力） （1）理解：当作用于机械的驱动力的大小任意增大时，如果该驱动力总小于或等于由其本身所引起的最大摩擦力，那么，该机械必将发生自锁现象。
（2）说明：如何理解F 无论怎样增大时，可保证m ax f FF ≤呢？这与F 的作用点及作用方向有关。