第二章 机构的结构分析要点
机械原理必考知识点
瞬心的表示：构件i 和 j 的瞬心用Pij表示。
2.三心定理: 三个相互作平面（平行）运动构件的三
个速度瞬心位于同一直线上。 其中一个瞬心将另外两个瞬心的联线分
成与各自角速度成反比的两条线段。
3. 用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析
+
3 i= 1
mi
vs2i w2
å Fe =
n i= 1
[Fi
cos
a
i
(
vi v
)
?
M
i
(
wi v
)]
v3 me
3.周期性变速稳定运转速度波动的调节
（1） 机械运转不均匀系数
工程中常用角速度平均值ωm表示机械运转的角速度，
近似值为：
m
1 2
(max
min )
机械运转不均匀系数δ：
max min m
2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。
FN21
φ
v12 1F G2
3.转动副总反力方向的确定
▪ 根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；
▪ 计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；
▪ 总反力FR21 对轴心之矩的方向必与轴颈1相对轴承2的相对 角速度的方向相反。 G
ω12 ρ
Md
O
FR21
FN21
4.转动副自锁条件
结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为
单力G， 且作用于摩擦圆之内，即a≤ ρ。
G ρ
O
FR21
a
第6章 机械的平衡
1.所谓刚性转子的不平衡，是指由于结构不对称、材 料缺陷以及制造误差等原因而使质量分布不均匀，致 使中心惯性主轴与回转轴线不重合，而产生离心惯性 力系的不平衡。根据平衡条件的不同，又可分为静平 衡和动平衡两种情况。
《机械原理》课件第二章平面机构的结构分
用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计
高等教育：机构的结构借点复习
本节课讨论的要点
1.构件的特征及和机构的关系； 2.运动副的概念； 1).按所受的约束数分Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副
2).按相对运动形式分转动副、移动副、螺旋副
3.运动副的分类
⑴平面运动副 3)按相对运动平面分 ⑵空间运动副
4)按接触情况分 ⑴低副接触运动副 4.常用机构、运动副及构件的简图符号 ⑵高副接触运动副
k
J
m2 k m2b
S 2 /(
/( b k ) 动质量代换法的结果与一般 结果精确
/( b k ) 力学方法的计算结果相等
m2b )
静质量代换法的结果与一般 力学方法的计算结果不等。 结果不精确
1）关于摩擦角φ，当量摩擦角φV
arctan f V arctan fV
1）旋转速度多边形求解
（1）将速度多边形逆时针或顺时针旋转90°； （2）所有外力加在转向速度多边形相应点上，并分别对速度
多边形极点取矩； （3）根据力矩平衡条件求出平衡力。
2）旋转各力求解 也可以不将速度多边形旋转90°，而将各外力旋转90°，求出 平衡力后，再反向转回90°，即得真实方向。
第五章 机械的效率和自锁
替代的结果: 原机构增加一个具有两个低副的构件
第三章 平面机构的运动分析
1.速度瞬心的概念？ 2.何为绝对瞬心？何为相对瞬心？当两构件之一为固定不动，另一构件为
活动时，他们的瞬心为什么瞬心？
3.当运动副为下列几种类型时，瞬心位置如何确定？ 1）移动副。2）转动副。3）高副（滚滑副、滚动副）
4.瞬心的数目如何确定？ 5.瞬心法是否可用来求加速度？ 6.当机构位置改变时，瞬心位置是否改变？（哪些改变？哪些不变？举四
特点：
机械原理—平面机构的结构分析
齿轮齿廓
作者：潘存云教授
活塞与缸套
§2-1 运动链与机构
按两构件之间相对运动方式分：
运动副
转动副——两构件之间的相对 运动为转动的运动副
移动副——两构件之间的相对 运动为平动的运动副
对于空间机构，还有螺旋副和球面副
§2-1 运动链与机构
按两构件之间接触方式分：
运动副
低副——两构件之间为面接触 的运动副
第二章 平面机构的结构分析
§2-1 运动链与机构 §2-2 机构运动简图 §2-3 机构自由度的计算 §2-4 机构分析与创新 §2-5 机构结构的拓展内容简介
§2-1 运动链与机构
机构是传递机械运动的装置，也就是传递机械运动、力 或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。
机构的组成要素为构件和运动副。
在
机 架 上
齿 轮 齿
的 电 机
条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
§2-2 机构的运动简图
链
圆柱
传
蜗杆
动
蜗轮
传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
§2-2 机构的运动简图
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
§2-2 机构的运动简图
（3）构件表示时的注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动 副的性质。
C D4
A1 1 B
3 2
5
E
6
冲床传动机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
§2－2 平面机构运动简图
孙桓《机械原理》考研考点讲义
目 录考研分析１第一章 绪论７ 第１讲 机械原理概述７第二章 机构的结构分析９ 第１讲 运动副及自由度计算初步９ 第２讲 计算平面机构自由度时应注意的事项１３ 第３讲 机构运动简图与平面机构组成１７第三章 平面机构的运动分析２１ 第１讲 速度瞬心法２１ 第２讲 矢量方程图解法及综合法２５ 第３讲 矢量方程图解法中需说明的问题２８第四章 平面机构的力分析３３ 第１讲 构件惯性力以及运动副中总反力３３ 第２讲 考虑摩擦时机构受力分析３９第五章 机械的效率和自锁４３第六章 机械的平衡４８第七章 机械的运转及其速度波动的调节５３第八章 平面连杆机构及其设计５９ 第１讲 平面连杆机构基础知识６０ 第２讲 平面连杆机构的设计（一）６５ 第３讲 平面连杆机构的设计（二）６８第九章 凸轮机构及其设计７３ 第１讲 从动件运动规律及凸轮机构设计７３ 第２讲 凸轮机构设计中几个问题７８第十章 齿轮机构及其设计８４ 第１讲 齿轮相关定理等理论知识点８５ 第２讲 齿轮相关定理等理论知识点习题专练８９ 第３讲 齿轮的切制与变位修正９１ 第４讲 齿轮参数计算９５第十一章 齿轮系及其设计１０１第十二章 其他常用机构１０７考研分析教材说明 《机械原理》作 者：孙桓，陈作模，葛文杰出版社：高等教育出版社版 次：第七版其他参考书目：书名出版社作者机械原理教程清华大学出版社申永胜机械原理华中科技大学出版社杨家军主编机械原理高等教育出版社邹慧君张春林机械原理高等教育出版社王知行刘廷荣机械原理高等教育出版社郑文纬吴克坚机械原理国防工业出版社安子君机械设计基础高等教育出版社杨可桢试卷分析１．考试形式：①单考机械原理：以大题为主②机械原理＋机械设计合考时：机械原理部分在填空题、选择题、计算题、作图题方面分值分布较为均匀。
侧重于基础知识点及对知识点灵活运用的考核２．考试题型及分值分布：题型单考机械原理时分值分布机械原理＋机械设计时机械原理部分分值分布选择题３５分左右１５～２０分左右填空题判断题问答题２０分左右１０分左右计算题５０分左右２０分左右作图题３０分左右２０分左右设计综合分析题１５分左右与机械设计结构分析交叉出题３．考试内容及分值分布：章节重点难点必考点考试题型分值１绪论填空选择２机构的结构分析√√√计算填空选择问答１５～２５３平面机构的运动分析√√√作图填空１０～２０４平面机构的力分析√√√作图填空１０～２０５机械的效率和自锁√√计算填空１０～１５６机械的平衡√计算选择１０～１５７机械的运转及其速度波动的调节√计算填空选择问答１０～２０８平面连杆机构及其设计√√√作图计算问答１５～３０９凸轮机构及其设计√√作图填空１０～１５１０齿轮机构及其设计√√计算填空选择１５～２０１１齿轮系及其设计√√√计算１５～２０１２其他常用机构√填空选择设计１０４．考试题型及题型考核点分析题型考核点涉及章节备注计算题自由度计算２－２，２－６注意与轮系等组合机构的自由度计算机械效率５－１，４－３，４－４机械自锁条件５－２注意与第四章联合出题刚性转子平衡条件６－２飞轮转动惯量计算７－４等效转动惯量计算７－２，２－３齿轮机构参数计算轮系传动比计算１０－４，１０－５，１０－８，１０－９，１０－１０，１１－２，１１－３，１１－４，１１－７与《机械设计》中齿轮受力分析联合出题作图题瞬心法作机构速度分析矢量方程图解法作机构速度和加速度分析３－２，３－２，３－４注意综合法的运用运动副中摩擦力和支反力的分析４－３，４－４平面四杆机构的作图法设计８－４直动从动件凸轮机构轮廓曲线的设计９－３，９－４齿轮机构啮合区域作图１０－５设计分析综合题机构设计方案的合理性２－３，２－４１．自由度是否为零２．虚约束设计是否合理机构级别的确定２－７１．机构拆分２．机构综合续表题型考核点涉及章节备注设计分析综合题用间歇机构、常用机构组合进行方案设计８－１，８－２，８－３，１２－１，１２－２，１２－３，１２－５，１２－８，１２－９，１２－１０１．熟练掌握各种机构运动特点，注意四杆机构各种变形。
机械原理考研知识点总结
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：
1)工作阻力：其功称为有效功或输出功； 2)有害阻力：其功为负功，称为损失功。
（3）运动副中的反力：运动副所连接的构件之间的
相互作用力(内力)。
2.移动副总反力方向的确定
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
4.转动副自锁条件
结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为
单力G， 且作用于摩擦圆之内，即a≤ ρ。
G ρ
O
FR21
a
第6章 机械的平衡
1.所谓刚性转子的不平衡，是指由于结构不对称、材料缺陷以及制造 误差等原因而使质量分布不均匀，致使中心惯性主轴与回转轴线不重 合，而产生离心惯性力系的不平衡。根据平衡条件的不同，又可分为 静平衡和动平衡两种情况。
第二章 机构的结构分析
1.机构
将运动链中某一构件固定作为机架，并有一个或几个构件给定 运动规律（原动件），而使其余构件（从动件）具有确定的运动， 则此种运动链称为机构 。
1）机架:机构中特殊的构件，一般情况下机架相对地面固定不动， 即机构中的固定构件。
2）原动件：按给定运动规律独立运动的构件；
3）从动件：机构中其余活动构件， 其运动规律取决于原动件的运动规律、机构的结构和构件的尺寸。
机械原理总复习总结
第十一章 齿轮系及其机构
一、 齿轮及其应用轮系 （一）轮系 （二）轮系的分类 二、 定轴轮系的传动比计算 （一）平面定轴轮系 （二）空间定轴轮系 三、 周转轮系的传动比计算 （一）周转轮系的组成 （二）周转轮系的类型 （三）周转轮系的传动比计算 四、 混合轮系的传动比计算 （一）混合轮系及其划分 （二）混合轮系的传动比计算
轮廓曲线的设计。 （四）凸轮机构设计中应注意的问题 领会：①凸轮机构的压力角及其与基圆半径的关系；②滚子半径的选择。 简单应用：运用作图法确定凸轮机构的基圆半径、升程、转角、压力角。
第十章 齿轮机构及其自设计
一、渐开线齿轮传动的类型和特点 （一）齿轮传动的类型 （二）齿轮传动的特点 （三）齿轮传动的基本要求 二、 渐开线齿轮及其啮合特性 （一）齿廓啮合的基本定律 （二）渐开线的形成及其定律 （三）渐开线齿廓满足定传动比的要求 （四）渐开线齿廓的啮合特点 三、 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 （一）直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号 （二）直齿圆柱齿轮的基本参数 （三）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸
构的组成及工作原理 （二）棘轮机构的类型、特点及应用 第二节 槽轮机构 （一）槽轮机构的组成及工作原理 （二）槽轮机构的类型、特点及应用 第三节 万向铰链的传动特点
第三章 平面机构的运动分析考核要点
一、速度瞬心法作机构的速度分析 1、速度瞬心的确定 2、利用速度瞬心进行瞬时速度分析 二、用矢量方程图解法作机构的速度及加速
度分析 1、同一构件上两点间的速度及加速度分析 2、两构件重合点间的速度及加速度分析
第四章 机构的力分析考核要点
一、作用在机械上的力 1、驱动力 2、阻抗力 二、运动副中摩擦力的确定 1、移动副中摩擦力的确定 2、转动副中摩擦力的确定 3、平面高副中摩擦力的确定 三、机构总反力的确定 1、斜面机构 2、螺旋机构
机械原理复习要点
机械原理复习要点第一章：绪论1.机械的分类：从机械原理学科研究的内涵而言，一般认为机械包含机器和机构两个部分。
2.机器的定义：能实现预期运动并完成特定作业任务的机构系统。
特征：(1)机器是一种人造实物组合体，而非自然形成的物体(2)组成机器的各活动部分之间具有确定的相对运动关系(3)机器能够实现不同能量之间的转换或是代替人类完成特定的作业3.机构的定义：能实现预期运动并实现力传递的人为实物组合体。
特征；(1)机构是一种人造实物组合体，而非自然形成的物体(2)组成机构的各活动部分之间具有确定的相对运动关系(3)机构能够把一种运动形式转换成另外一种运动形式或者实现力的传递。
第二章：机构的结构分析1.机构的组成：构件(构成一个独立运动单元的实物组合体)；运动副(两个构件直接接触而又能实现相对运动的可动连接)；运动链(若干个构件经运动副连接而成的构建系统)2.机构的组成规律：机构是由一个机架与一个或几个原动件，再加上若干个从动件组成而成。
机架：作为参考系的固定构件。
主动件：按预定给定运动规律独立运动的构件。
从动件：除主动件外的活动构件。
3.零件：不能够再分拆的单个实物体4.运动副元素：两构件直接接触的表面5.约束：对运动的限制称为约束。
分类：按运动副产生约束数目可以分为I 级副、II 级副、III 级副等；按接触方式分为低副和高副；按相对运动形式分为移动副和转动副以及空间运动副；按始终保持接触的方式分为几何形状封闭运动副、力封闭运动副等6.运动链分类：如果组成运动链的所有构件依次连接形成首尾封闭的系统则称之为闭式运动链，反之则为开式运动链。
7.机构运动简图：表明机构的组成、运动传递过程以及各构件相对运动特征的简单图形；机动示意图：只需表明机构的组成状况和结构特点而不需要严格按照比例尺绘制的简图。
8.机构自由度：机构维持确定运动所必需的的独立运动参数。
平面机构自由度计算公式：)2(3H L P P n F +⨯-⨯=；其中n:活动构件数,P L :低副约束数,P h :高副约束数；空间机构自由度计算公式：)2345(612345P P P P P n F +⨯+⨯+⨯+⨯-⨯=9.机构具有确定运动的条件：机构的自由度等于原动件的数目第三章：平面连杆机构分析与设计1.平面连杆机构：由若干构件通过低副(转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺栓副等)连接而成，又称为低副机构。
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第一章绪论
1 何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？
2 参照内燃机的机构分析，试对机械手进行分解，说明它是由哪些机构组成的。
3 举例说明什么是构件、零件？
第二章机构的结构分析
1 什么是运动副、运动副元素、运动链？运动副是如何分类的？
2 何谓“高副”和“低副”？在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束？
3 机构具有确定运动的条件是什么？
4 既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机械中为什么又常常存在虚约束？
5 杆组具有什么特点？如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构的级别有无影响？
6 图所示机构在组成上是否合理？指出其错误所在，并针对错误处更改局部运动副和构件，使之成为合理的机构。
7 计算图示平面机构的自由度，指出复合铰链、局部自由度和虚约束，在进行高副低代后，分析机构级别。
8 计算图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出，并进行高副低代，确定该机构的级别。
9试计算图所示凸轮-连杆组合机构的自由度。
10 在图所示机构中，AB EF CD,试计算其自由度。
11试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。
12试计算图所示齿轮-连杆组合机构的自由度。
13 试确定图所示机构的自由度；并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸轮为原动件时）。
14计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别
15计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别
16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？
17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
D
E
C
H
G
F I
B
K
1
2
3
4
5
6
78
9
18计算图示各机构的自由度。
19计算图示各机构的自由度。
20 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。
21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。
22 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。
23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。
24 填充题及简答题：
（1）平面运动副的最大约束数为，最小约束为。
（2）平面机构中若引入一个高副将带入个约束，而引入一个低副将带入个约束。
约束数与自由度数的关系是。
（3）构件的自由度为，运动链的自由度为，机构的自由度为。
（4）机构具有确定运动的条件是。
25在图示机构中试分析计算该机构的自由度数，并判断该机构运动是否确定；若有复合铰链与局部自由度，虚约束则在图上明确指示（打箭头的为原动件）。
26 在图示机构中，，试计算其自由度。
27 已知机构的尺寸和位置如图所示，试求：
（1）计算机构的自由度F。
是否存在复合铰链，局部自由度和虚约束？若存在，指出其位置；
（2）画出高副低代的机构运动简图。
28 计算图示机构的自由度，并作出它们仅含低副的替代机构。
29 计算图示机构的自由度，并画出高副低代的机构简图。
30分析图示机构的杆组（凡是高副，应先进行高副低代），并确定杆组及机构的级别（图中有箭头的为原动件）。
31 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，必须明确指出）。
并判断该机构的运动是否确定（标有箭头的构件为原动件）。
若其运动是确定的，要进行杆组分析，并显示出拆组过程，指出各级杆组的级别、数目以及机构的级别。